DE4227619C2 - Vorrichtung zur Änderung der Ventilsteuerzeiten einer Brennkraftmaschine - Google Patents
Vorrichtung zur Änderung der Ventilsteuerzeiten einer BrennkraftmaschineInfo
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- DE4227619C2 DE4227619C2 DE4227619A DE4227619A DE4227619C2 DE 4227619 C2 DE4227619 C2 DE 4227619C2 DE 4227619 A DE4227619 A DE 4227619A DE 4227619 A DE4227619 A DE 4227619A DE 4227619 C2 DE4227619 C2 DE 4227619C2
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Description
Die Erfindung betrifft eine
Vorrichtung zur Änderung der Ventilsteuerzeiten einer
Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff der Patentansprüche
1 und 2. Insbesondere bezieht sich die Erfindung
auf eine Vorrichtung, welche dazu dient, die Einlaß- und/oder Auslaßven
til-Steuerzeiten schnell in Abhängigkeit von der Veränderung
der Brennkraftmaschinenbetriebsparameter zu modifizieren.
Aus der DE 41 02 753 A1 ist eine entsprechende Vorrichtung
für eine Brennkraftmaschine
bekannt. Diese Vorrichtung umfaßt ein
Kettenrad, welches mechanisch mit einer Kurbelwelle einer
Brennkraftmaschine über eine Steuerkette verbunden ist,
sowie auf einer Nockenwelle ausgebildete Nocken zur Betätigung der
Einlaßventile nach Maßgabe der Drehbewegung des Kettenrades,
ein zylindrisches Zwischenzahnradelement, welches mit
dem Kettenrad und der Nockenwelle in Eingriff steht, und
schließlich eine Antriebseinrichtung, welche zur Veränderung der Ventil
steuerzeiten dient. Die Antriebseinrichtung spricht auf die
Veränderung der Betriebsparameter der Brennkraftmaschine an
und verschiebt das zylindrische Zwischenzahnradelement in
axialer Richtung, um den Phasenwinkel zwischen dem Ket
tenrad und der Nockenwelle im Sinne einer Vorverstellung
oder Nachverstellung der Ventilsteuerzeiten der Einlaßventi
le zu verändern.
Die herkömmliche Antriebseinrichtung umfaßt erste und zweite Druckkammern
und eine magnetbetätigte Ventil-Einrichtung zum selekti
ven Regulieren der Hydraulikdrücke, welche an die ersten und
zweiten Druckkammern angelegt werden. Wenn eine Brennkraft
maschinenbelastung auf einen vorwählbaren Zwischenwert an
steigt, wird der Hydraulikdruck in der ersten Druckkammer
erhöht und wirkt dann auf ein bewegliches Teil, welches in
der ersten Druckkammer bewegbar angeordnet ist, so daß dieses ver
schoben wird, um das zylindrische Zwischenzahnradelement von
einer Anfangsposition in eine Zwischenposition zu schieben,
so daß die Ventilsteuerzeit sich auf eine solche Steuerzeit
ändert, die für den Zwischenbrennkraftmaschinenbelastungs
zustand geeignet ist. Wenn die Brennkraftmaschinenbelastung
weiter ansteigt, wird eine Hydraulikleitung von der ersten
Druckkammer zu der zweiten Druckkammer umgeschaltet, um
den Hydraulikdruck in der zweiten Druckkammer größer zu
machen, während der Hydraulikdruck in der ersten Druckkammer
vermindert wird. Der erhöhte Hydraulikdruck in der zweiten
Druckkammer wirkt sowohl auf das bewegliche Teil als auch
auf das zylindrische Zwischenzahnradelement, so daß das
bewegliche Teil in eine Gegenrichtung bewegt wird. Der Innen
druck in der zweiten Druckkammer, welcher zur Verschiebung
des zylindrischen Zwischenzahnradelements erforderlich ist,
fällt momentan etwas ab, was dazu führt, daß die An
sprechgeschwindigkeit der Vorrichtung zur Veränderung der Phasenlage der Nockenwelle
gegenüber dem Kettenrad relativ gering ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs
genannten Art zu schaffen, welche sich durch
eine hohe Ansprechgeschwindigkeit auszeichnet.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die in den
Patentansprüchen 1 und 2 angegebenen Merkmalskombinationen gelöst.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform umfaßt die Steuerein
richtung erste und zweite Wegeventile. Das erste Wegeventil
stellt selektiv eine Fluidverbindung zwischen der ersten
Druckleitung und der Fluidantriebsquelle und zwischen der
ersten Druckleitung und einer Rücklaufleitung her. Das zwei
te Wegeventil stellt selektiv eine Fluidverbindung zwischen
der zweiten Druckleitung und der Fluidantriebsquelle und
zwischen der zweiten Druckleitung und der Rücklaufleitung
her. Die Steuereinrichtung spricht auf das Sensorsignal,
welches den niedrigen Brennkraftmaschinenbelastungszustand
wiedergibt, an, um erste Steuersignale für die ersten und
zweiten Wegeventile bereitzustellen und die Fluiddrücke in
den ersten und zweiten Druckkammern jeweils zur Rücklauflei
tung zu entlasten. Zusätzlich spricht die Steuereinrichtung
auf das Sensorsignal an, welches den Zwischenbrennkraftma
schinenbelastungswert wiedergibt, um ein zweites Steuersig
nal für das erste Wegeventil bereitzustellen und die Fluid
verbindung zwischen der ersten Leitung und der Fluidan
triebsquelle herzustellen, während das erste Steuersignal an
das zweite Wegeventil angelegt wird. Die Steuereinrichtung
spricht ferner auf das Sensorsignal an, welches einen hohen
Brennkraftmaschinenbelastungswert wiedergibt, um ein zweites
Steuersignal für das zweite Wegeventil bereitzustellen und
die Fluidverbindung zwischen der zweiten Druckleitung und
der Fluidantriebsquelle herzustellen, während das zweite
Steuersignal an das erste Wegeventil angelegt wird.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung
ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung von bevor
zugten Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügte
Zeichnung. Darin zeigt:
Fig. 1 eine Schnittansicht zur Verdeutlichung einer
Vorrichtung nach der Erfindung,
Fig. 2 eine schematische Ansicht zur Verdeutlichung
der Arbeitsweise der Vorrichtung nach Fig. 1, wenn die Brennkraftma
schinenbelastung einen Zwischenwert annimmt,
Fig. 3 eine schematische Ansicht zur Verdeutlichung
der Arbeitsweise der Vorrichtung nach Fig. 1, wenn die Brennkraftma
schinenbelastung einen hohen Wert annimmt,
Fig. 4 eine Schnittansicht zur Verdeutlichung einer
alternativen, zweiten Ausführungsform einer
Vorrichtung nach der Erfindung,
Fig. 5 eine schematische Ansicht zur Verdeutlichung
der Arbeitsweise der Vorrichtung nach Fig. 4, wenn eine Brennkraftma
schinenbelastung einen Zwischenwert annimmt,
Fig. 6 eine schematische Ansicht zur Verdeutlichung
der Arbeitsweise der Vorrichtung, nach Fig. 4 wenn eine Brennkraftma
schinenbelastung einen hohen Wert annimmt,
Fig. 7 eine Schnittansicht zur Verdeutlichung des
magnetisch betätigten Wegeventils gemäß Fig. 4,
Fig. 8 eine schematische Ansicht zur Verdeutlichung
des Ventilschaltzustands gemäß Fig. 5, wenn eine Brennkraftmaschi
nenbelastung einen Zwischenwert annimmt, und
Fig. 9 eine schematische Ansicht zur Verdeutlichung
der Ventilarbeitsweise gemäß Fig. 6, wenn eine Brennkraftmaschinenbela
stung einen hohen Wert annimmt.
Unter Bezugnahme auf die Zeichnung und insbesondere auf
Fig. 1 wird eine Vorrichtung nach
der Erfindung beschrieben, welche zur Steuerung der Einlaßventile einer Brenn
kraftmaschine geeignet ist. Natürlich kann die gezeigte
Vorrichtung auch zum Steuern der Steuerzeiten eines Auslaß
ventils eingesetzt werden.
Die Vorrichtung umfaßt allgemein
eine Kettenradanordnung 21 und eine Nockenwelle 22. Die
Kettenradanordnung 21 ist mechanisch mit einer Brennkraftma
schinenkurbelwelle (nicht gezeigt) über eine Steuerkette
(nicht gezeigt) verbunden. Die Nockenwelle 22 ist mittels
eines Nockenwellenlagers 23 gelagert, welches in einem Zylinder
kopf an einem Endabschnitt 22a derselben vorgesehen ist. Die
Drehbewegung der Kurbelwelle bewirkt, daß die Kettenradan
ordnung 21 sich dreht, wodurch die Nockenwelle 22 synchron
mit der Kurbelwelle zum Öffnen und Schließen der Einlaßven
tile (nicht gezeigt) gemäß einer vorgewählten Steuerzeit
arbeitet. Mit dem Endabschnitt 22a der Nockenwelle 22 und in
Ausrichtung hiermit ist mit Hilfe einer Schraube 25 eine
Hülse 24 befestigt. Die Hülse 24 umfaßt einen hohlzylin
drischen Endabschnitt 24a und ein äußeres Zahnrad 24b. Der
hohlzylindrische Endabschnitt 24a sitzt auf dem Endab
schnitt 22a der Nockenwelle 22. Das äußere Zahnrad
24b ist auf der Mittelumfangsfläche der Hülse 24 ausgebil
det.
Die Kettenradanordnung 21 umfaßt ein zylindrisches Teil 21a,
ein Zahnradteil 21b, ein Ringteil 26 und eine vordere Ab
deckung 27. Das Zahnradteil 21b ist einstückig mit einem
Endabschnitt des zylindrischen Teils 21a ausgebildet. Eine
äußere Oberfläche des Ringteils 26 ist an einer inneren Wand
des Zahnradteils 21b mittels Verstemmen befestigt, während
eine innere Umfangsfläche des Ringteils gleitbeweglich auf
einem äußeren Umfang des Endabschnitts 22a der Nockenwelle
22 gelagert ist. Die vordere Abdeckung 27 ist an einem End
abschnitt der Hülse 24 mit Hilfe einer Schraube 25 ange
schraubt, um eine endseitige Öffnung des zylindrischen Teils
21a zu umgeben und um zu ermöglichen, daß das zylindrische
Teil 21a gleitbeweglich relativ zur vorderen Abdeckung 27
drehbar ist. Auf einer Innenwand des Mittelabschnitts des
zylindrischen Teils 21a ist eine Innenverzahnung 21c vor
gesehen.
Zwischen der Hülse 24 und dem zylindrischen Teil 21a ist
eine Zahnkranzanordnung 28 vorgesehen, welche als ein Kolben
arbeitet, der axial mittels einer Antriebseinrichtung (wel
che nachstehend noch näher beschrieben wird) verschiebbar
ist. Die Zahnkranzanordnung 28 umfaßt erste und zweite Zahn
kranzelemente 29 und 30, welche voneinander im Abstand an
geordnet sind. Die ersten und zweiten Zahnkranzelemente 29
und 30 sind derart ausgebildet, daß ein einziges Zahnkranz
teil in Querrichtung in zwei Teile unterteilt ist, welche
Ringausnehmungen 80 und 82 haben, welche jeweils einen im
wesentlichen U-förmigen Längsschnitt haben. Eine Mehrzahl
von Öffnungen ist in den Bodenteilen der ersten und zweiten
Zahnkranzelemente 29 und 30 jeweils derart ausgebildet, daß
sie miteinander übereinstimmen, wobei die Flankenlinien der
ersten und zweiten Zahnkranzelemente 29 und 30 um ein gewis
ses Maß zur Kompensation des Spiels bzw. Flankenspiels ver
setzt sind. Verbindungsbolzen 32 sind mittels Preßsitz in
die Öffnungen des zweiten Zahnkranzelementes 30 eingesetzt,
wobei Spiralfedern 31 zwischen den Kopfteilen der Verbin
dungsbolzen 32 und dem Boden des ersten Zahnkranzelements
jeweils derart angeordnet sind, daß das erste Zahnkranzel
ement 29 in einen permanenten Eingriffszustand mit dem zweiten
Zahnkranzelement 30 gedrückt wird. Die ersten und zweiten
Zahnkranzelemente 29 und 30 umfassen äußere und innere
Schrägverzahnungen auf ihren äußeren und inneren Flächen,
welche in Kämmeingriff mit dem inneren Zahnrad 21c des zy
lindrischen Teils 21a und dem äußeren Zahnrad 24b der Hülse 24
jeweils in Eingriff sind. Die Längsverschiebung (d. h.
in der Zeichnung in Querrichtung gesehen) der Zahnkranz
anordnung 28 erfolgt innerhalb eines Bereiches von der am weite
sten links liegenden Position, in welcher das erste Zahn
kranzelement 29 an einer inneren
Wand der vorderen Abdeckung 27 über ein bewegliches Teil 34
(welches nachstehend noch näher erläutert wird) anliegt,
zu einer am weitesten rechts liegenden, zweiten Posi
tion, in der das zweite Zahnkranzelement 30 in
Kontakt mit einer inneren Wand des Ringteils 26 gedrückt
wird.
Die Antriebseinrichtung 33 umfaßt ein bewegliches Teil 34,
welches in axialer Richtung gleitbeweglich ist, eine erste,
ringförmige Druckkammer 35, eine zweite, ringförmige Druck
kammer 36, erste und zweite Hydraulikschaltungen 37 und 38
zur Bereitstellung des Hydraulikdrucks für die erste und
zweite, ringförmige Druckkammer 35 und 36 und eine Kom
pressionsschraubenfeder 39. Die erste, ringförmige Druckkam
mer 35 wird von einer Innenwand der vorderen Abdeckung 27
und einem ringförmigen, ausgenommenen Teil oder einer Aus
nehmung bzw. Nut 84 gebildet, welche im beweglichen Teil 34
ausgebildet ist. Die zweite, ringförmige Druckkammer 36 wird
von einem ringförmigen, ausgenommenen Abschnitt 86, welcher
im Mittelabschnitt einer Umfangswand des zweiten Zahnkran
zelementes 30 ausgebildet ist, und einer Innenwand des zy
lindrischen Teils 21a der Kettenradanordnung 21 gebildet.
Die Schraubenfeder bzw. Spiralfeder 39 ist zwischen der
ringförmigen Ausnehmung 80 des zweiten Zahnkranzelementes 30
und der inneren Wand des Ringteils 26 angeordnet.
Das bewegliche Teil 34 ist in einem ringförmigen Hohlraum 88
angeordnet, welcher zwischen ausgenommenen Abschnitten, die
in Umfangsrichtung um eine innere Wand des zylindrischen
Teils 21a verlaufen, und einer äußeren Wand der Hülse 24
jeweils gebildet wird. Das bewegliche Teil 34 ist mittels
der Federkraft der Spiralfeder 39 über das erste Zahnkran
zelement 29 an die innere Wand der
vorderen Abdeckung 27 gedrängt. Das Ansteigen des Hydrau
likdrucks in der ersten, ringförmigen Druckkammer 35 be
wirkt, daß das bewegliche Teil 34 in der Zeichnung gesehen
nach rechts entgegen der Federkraft der Spiralfeder 39 ver
schoben wird. Die maximal zulässige Verschiebung des beweg
lichen Teils 34 ist durch Schulterabschnitte 40 und 41 der
ringförmig ausgenommenen Abschnitte des zylindrischen Teils
21a und der Hülse 24 bestimmt.
Die erste Hydraulikschaltung 37 umfaßt im allgemeinen eine
erste Hydraulikleitung 44, eine axiale Hydraulikleitung 45
und eine erste Verbindungsleitung 46. Die erste Hydrauli
kleitung 44 steht mit einer Fluiddruckquelle, wie einer
Ölpumpe 43, über ein erstes, magnetbetätigtes Wegeventil 50
und einer Hydraulikversorgungsleitung 42 in Verbindung, und
sie (44) erstreckt sich durch den Zylinderkopf in die Nockenwelle 22 zur Herstellung
einer Fluidverbindung mit einer Schraubenöffnung 90
und mit dem Nockenwellenlager 23. Die axiale Hydrauli
kleitung 45 umfaßt einen ersten Durchgang 45a, welcher in
Längsrichtung durch die Schraube 25 längs der Mittellinie
derselben verläuft und in Fluidverbindung mit der ersten
Hydraulikleitung 44 steht, und einen zweiten Durchgang 45b,
welcher senkrecht zu dem ersten Durchgang 45a in der Nähe
des Schraubenkopfs verläuft. Die erste Verbindungsleitung
46 ist mit ausgenommenen Teilen, die in der inneren Wand der
vorderen Abdeckung 27 ausgebildet sind, versehen, welche
eine Verbindung zwischen der ersten, ringförmigen
Druckkammer 35 und der axialen Hydraulikleitung 45 herstel
len.
Die zweite Hydraulikschaltung 38 umfaßt eine zweite Hydrau
likleitung 47, eine ringförmige Leitung 48 und eine zweite
Verbindungsleitung 49. Die zweite Hydraulikleitung 47 ver
läuft parallel zur ersten Hydraulikleitung 44 und ist mit
der Ölpumpe 43 über ein magnetisch gesteuertes Wegeventil 51
verbunden. Die ringförmige Leitung 48 wird zwischen einem
ringförmigen, ausgenommenen Teil, welches in einer äußeren
Fläche der Schraube 25 ausgebildet ist, und der inneren Wand
der Schrauböffnung 90 gebildet, und sie (48) steht mit der zwei
ten Hydraulikleitung 47 in Verbindung. Die zweite Verbin
dungsleitung 49 verläuft über die Schrauböffnung 90 hinweg
quer durch die Hülse 24, um eine Fluidverbindung mit der
zweiten, ringförmigen Druckkammer 36 herzustellen.
Jedes der ersten und zweiten magnetbetätigten Wegeventile 50
und 51 ist als ein magnetbetätigtes Ventil mit drei An
schlüssen und zwei Stellungen ausgelegt. Die ersten und
zweiten Wegeventile 50 und 51 sprechen auf Steuersignale an,
die von einer Steuereinheit 100 ausgegeben werden, um selek
tiv eine Fluidverbindung zwischen der Ölpumpe 43 und den
ersten und zweiten Hydraulikleitungen 44 und 47 oder zwi
schen den ersten und zweiten Hydraulikleitung 44 und 47 und
den Rücklaufleitungen 52 und 53 jeweils herzustellen. Die
Steuereinheit 100 umfaßt einen Mikrocomputer, welcher dazu
dient, Brennkraftmaschinenbetriebsparameter, wie die Brenn
kraftmaschinenbelastung, basierend auf Sensorsignalen von
verschiedenen Sensoren, wie einem Kurbelwinkelsensor 110,
welcher die Brennkraftmaschinendrehzahl detektiert, und
einem Luftströmungssensor 120, welcher die Strömungsrate der
Ansaugluft der Brennkraftmaschine detektiert, zu überwachen,
und sie stellt Steuersignale für die Wegeventile 50 und 51
jeweils bereit.
Wenn beim Arbeiten die Brennkraftmaschinendrehzahl oder die
Brennkraftmaschinenbelastung niedriger als ein erster
Schwellwert ist, liefert die Steuereinheit 100 AUS-Signale
an die ersten und zweiten Wegeventile 50 und 51, so
daß diese basierend auf den Sensorsignalen von dem Kurbel
winkelsensor 110 und dem Luftströmungssensor 120 jeweils
ausgeschaltet werden. Die Wegeventile 50 und 51 sperren dann
die Fluidverbindung zwischen der Ölpumpe 43 und den ersten
und zweiten Hydraulikleitungen 44 und 47 und stellen die
Fluidverbindung zwischen den ersten und zweiten Hydrauli
kleitungen 44 und 47 und den Rücklaufleitungen 52 und 53
her. Somit werden die Hydraulikfluide in den ersten
und zweiten, ringförmigen Druckkammern 35 und 36 von den
Rücklaufleitungen 52 und 53 abgeleitet, wodurch die Hydrau
likdrücke in den ersten und zweiten, ringförmigen Druckkam
mern 35 und 36 unter einen vorgewählten Wert herabgesetzt
werden. Dies bewirkt, daß die Zahnkranzanordnung 28 durch
die Federkraft der Spiralfeder 39 in den Anlagezustand
mit der inneren Wand der vorderen Abdeckung 27 über das
bewegliche Teil 34 gedrückt ist. Somit dreht
sich die Nockenwelle 22 relativ zu der Kettenradanordnung 21
in eine gegebene Richtung mit einer maximal nachverstellten
Phasenwinkelbeziehung, in welcher die Einlaßventilschließ
zeiten am stärksten nachverstellt sind.
Wenn die Brennkraftmaschinenbelastung größer wird, bei
spielsweise durch einen Beschleunigungsvorgang durch einen
Fahrer, und in Richtung eines Zwischenbereiches von dem
ersten Schwellwert zu einem zweiten Schwellwert ansteigt,
welcher größer als der erste Schwellwert ist, liefert die
Steuereinheit 100 nach Fig. 2 ein EIN-Signal an das erste
Wegeventil 50, um eine Fluidverbindung zwischen der ersten
Hydraulikleitung 44 und der Hydraulikversorgungsleitung 42
herzustellen, während das AUS-Signal an das zweite Wegeven
til 51 geliefert wird, um die Fluidverbindung zwischen der
zweiten Hydraulikleitung 47 und der Hydraulikversorgungs
leitung 42 zu sperren. Somit wird das unter Druck stehende
Arbeitsfluid von der Ölpumpe 43 der ersten ringförmigen
Druckkammer 35 über die erste Hydraulikleitung 44, die axia
le Hydraulikleitung 45 und die erste Verbindungsleitung 46
zugeleitet, und der Innendruck der ersten, ringförmigen
Druckkammer 35 steigt in Richtung auf einen vorgewählten
Leitungsdruck an, welcher durch den Abgabedruck der Ölpumpe
43 bestimmt ist. Bei dem erhöhten Druck in der ersten, ring
förmigen Druckkammer 35 werden das bewegliche Teil 34 und
die Zahnkranzanordnung 28 in Richtung auf das Ringteil 26
entgegen der Federkraft der Spiralfeder 39 vorbelastet, bis
das bewegliche Teil 34 die Schulterteile 40 und 41 berührt.
Dies führt dazu, daß die Zahnkranzanordnung 28 in einer
Zwischenstellung bleibt, in welcher der Phasenwinkel zwi
schen der Kettenradanordnung 21 und der Nockenwelle 22 um
ein vorgewähltes Ausmaß vorverstellt wird, um die optimale
Einlaßventilsteuerzeit bei der Zwischenbrennkraftmaschinen
belastung bereitzustellen.
Wenn die Brennkraftmaschinenbelastung weiter in Richtung auf
einen Wert ansteigt, welcher höher als der zweite Schwell
wert des Zwischenbereiches ist, liefert die Steuereinheit
100 nach Fig. 3 ein EIN-Signal an das zweite Wegeventil 51,
um die Fluidverbindung zwischen der zweiten Hydraulikleitung
47 und der Hydraulikversorgungsleitung 42 herzustellen,
während das EIN-Signal weiterhin zu dem ersten Wegeventil 50 geliefert
wird. Somit wird das unter Druck stehende Arbeitsfluid von
der Ölpumpe 43 der zweiten, ringförmigen Druckkammer 36
sowie der ersten, ringförmigen Druckkammer 35 über die er
sten und zweiten Hydraulikschaltungen 37 und 38 zugeleitet.
Hierdurch wird bewirkt, daß der Druck in der zweiten, ring
förmigen Druckkammer 36 schnell in Richtung auf den Lei
tungsdruck ansteigt. Wie sich aus der Zeichnung ersehen
läßt, ist die rechte Seitenwand der zweiten, ringförmigen
Druckkammer 36, auf welche der Innendruck in derselben
wirkt, größer als die entsprechende Fläche an der linken
Seitenwand, so daß sich ergibt, daß der erhöhte Druck in der
zweiten, ringförmigen Druckkammer auf die rechte Seitenwand
stärker als auf die linke Seitenwand wirkt, woraus resul
tiert, daß die Zahnkranzanordnung schnell nach rechts ge
drückt wird, bis das zweite Zahnkranzelement 30 das Ringteil
26 berührt. Somit wird der Phasenwinkel zwischen der Ketten
radanordnung 21 und der Nockenwelle 22 weiter in Sinne einer
Vorverstellung der Einlaßventilsteuerzeit verschoben.
Wenn wie voranstehend erwähnt, der Brennkraftmaschinenbe
trieb sich von einer Zwischenbelastung zu einer hohen Bela
stung ändert, wird das unter Druck stehende Arbeitsfluid der
zweiten, ringförmigen Druckkammer 36 zugeleitet, während der
Druck in der ersten, ringförmigen Druckkammer 35 auf einem
hohen Wert gehalten wird. Somit steigt der Druck in der
zweiten, ringförmigen Druckkammer 36 schnell auf einen Wert
an, welcher erforderlich ist, um die Zahnkranzanordnung 28
zur Ventilsteuerzeiteinstellung zu verschieben.
Wenn die Brennkraftmaschinenbelastung sich vom hohen Wert
zum Zwischenwert ändert, liefert die Steuereinheit 100 ein
AUS-Signal an das zweite Wegeventil 51, während das erste
Wegeventil erregt ist. Der Hydraulikdruck in der zweiten,
ringförmigen Druckkammer 36 wird dann durch die Rücklauflei
tung 53 herabgesetzt, wodurch bewirkt wird, daß die Zahnkranz
anordnung 28 schnell in die Zwischenstellung bewegt wird,
welche in Fig. 2 gezeigt ist.
Wenn die Brennkraftmaschinenbelastung weiter auf den niedri
gen Wert abnimmt, wird auch das erste Wegeventil 50 entregt,
um den Druck in der ersten, ringförmigen Druckkammer 35 in
etwa auf Null abzusenken, wodurch bewirkt wird, daß die
Zahnkranzanordnung 28 nach links gedrängt wird, bis das
erste Zahnkranzelement 29 über das bewegliche Teil 34 in Kontakt mit der
vorderen Abdeckung 27 kommt (Fig. 1).
Unter Bezugnahme auf die Fig. 4 bis 6 ist eine alternati
ve Ausführungsform nach der Erfindung gezeigt. Gleiche oder
ähnliche Teile wie in den Fig. 1 bis 3 sind mit denselben
Bezugszeichen versehen und eine nähere Beschreibung dersel
ben kann daher nachstehend entfallen.
Die Vorrichtung gemäß dieser bevor
zugten Ausführungsform unterscheidet sich von der vorstehend
beschriebenen, ersten bevorzugten Ausführungsform dadurch,
daß ein einziges, magnetisch betätigtes Wegeventil 60 vor
gesehen ist und erste und zweite Hydraulikleitungen 44 und
47 Versorgungsleitungen 44a und 47a und Rücklaufleitungen
44b und 47b jeweils umfassen.
Unter Bezugnahme auf die Fig. 4 bis 9 ist das magnetisch
betätigte Wegeventil 60 in einer solchen Auslegungsform
gezeigt, daß es ein Wegeventil mit vier Anschlüssen und drei
Stellungen ist. Das Ventil umfaßt im allgemeinen ein Ventil
gehäuse 61 und einen Steuerschieber bzw. Ventilschieber 66.
Das Ventilgehäuse 61 umfaßt Einlaßöffnungen 62a und 63a,
Auslaßöffnungen 62b und 63b, und Rücklaufanschlüsse 64a,
64b, 65a und 65b in seiner Umfangsfläche auf die dargestell
te Weise. Der Ventilschieber 66 ist im Ventilgehäuse 61
gleitbeweglich in einer axialen Richtung zur selektiven
Herstellung der Fluidverbindung zwischen den Öffnungen bzw.
Anschlüssen angeordnet.
Der Ventilschieber 66 umfaßt ringförmige Ausnehmungen 67 und
68 und eine Durchgangsöffnung 70. Die ringförmigen Ausneh
mungen 67 und 68 sind im Mittelteil des Ventilschiebers 66 zur selektiven
Herstellung von Verbindungen zwischen stromaufwärtigen und
stromabwärtigen Leitungen der ersten und zweiten Hydrauli
kleitungen 44 und 47 angeordnet. Die Durchgangsöffnung 70
steht mit den Rücklauföffnungen 64a und 64b und auch mit
einer Schieberbohrung 69 in Verbindung, welche längs der
Schieberachse verläuft. In einem Ende des Ventilschiebers 66
ist eine Bohrung 150 ausgebildet, welche eine Öffnung hat,
die zu einer Rücklaufkammer 71 weist, welche in einem End
abschnitt des Ventilgehäuses 61 ausgebildet ist. Die Bohrung
150 stellt selektiv eine Verbindung mit den Rücklauföffnun
gen 65a und 65b über Bohrungen 72 und 73 her, welche in
einer zylindrischen Wand ausgebildet sind, welche die Boh
rung 150 begrenzt. In vorspringenden Umfangsteilen bzw.
Stegteilen zwischen den ringförmigen Ausnehmungen 67 und 68
und zwischen der ringförmigen Ausnehmung 68 und den Bohrun
gen 72 und 73 sind ringförmig ausgenommene Abschnitte 74 und
75 ausgebildet, welche als Drosseleinrichtungen dienen. Eine
Rücklauföffnung 76 ist im Mittelteil einer Endwand 61a des
Ventilgehäuses 61 zum Ableiten des Hydraulikfluids aus der
Rücklaufkammer 71 ausgebildet. Zusätzlich ist eine Schrau
benfeder 79 zwischen der Bohrung 150 des Ventilschiebers 66
und der Endwand 61a des Ventilgehäuses 61 angeordnet, um
ständig den Ventilschieber 66 in Richtung einer Stellung
vorzubelasten, welche in Fig. 7 gezeigt ist. Ein Federhal
ter 77 ist gleitbeweglich in einem durchmessergroßen End
abschnitt 160 des Ventilgehäuses 61 angeordnet, welcher (77) als
ein Anschlag (dies wird nachstehend noch näher erläutert)
arbeitet. Eine Spiralfeder 78 ist zwischen der Endwand 61a
des Ventilgehäuses 61 und dem Federhalter 77 zur Vorbela
stung des Federhalters 77.
Wenn während des Betriebs der Brennkraftmaschine eine Brennkraftmaschinenbelastung einen
niedrigen Wert annimmt, liefert die Steuereinheit 100 ein
AUS-Signal an das magnetisch betriebene Wegeventil 60, um
dieses zu entregen und den Ventilschieber 66 in der in Fig.
7 am weitesten rechts liegenden Stellung zu halten. Somit
werden die Hydraulikdrücke in den ersten und zweiten, ring
förmigen Druckkammern 35 und 36 über die Rücklaufleitungen
44b und 47b und über die Rücklaufanschlüsse 64a, 64b, 65a und
65b verringert. Ferner wird ein Teil des durch die Durch
gangsöffnung 70 strömenden Hydraulikfluids über die Schieberbohrung
69 in die Rücklaufkam
mer 71 eingeleitet und dann durch
die Rücklauföffnung 76 abgegeben. Ferner kommt auch ein Teil
des Hydraulikfluides, welches in die Rücklaufkammer 71 ein
tritt, von dem Rücklaufanschluß 65b und auch von dem Rück
laufanschluß 76. Es ist noch zu erwähnen, daß die
Hydraulikdrücke in den ersten und zweiten, ringförmigen
Druckkammern 35 und 36 schnell auf einen vorwählbaren Wert
herabgesetzt werden.
Die Hydraulikfluide, die den Einlaßöffnungen 62a und 63a
über die Versorgungsleitung 42 zugeleitet werden, werden
hinsichtlich des Drucks durch die Drosseleinrichtungen 74
und 75 gedrosselt und dann zu den ersten und zweiten, ring
förmigen Druckkammern 35 und 36 von den Auslaßöffnungen 62b
und 63b über die Versorgungsleitungen 44a und 47a geleitet,
um dort Gleitteile der Vorrichtung zu schmieren.
Folglich wird bei herabgesetzten Drücken in den ersten und
zweiten, ringförmigen Druckkammern 35 und 36 die Zahnkranz
anordnung in die am weitesten links liegende Stellung ge
drückt, wie dies in Fig. 4 gezeigt ist, in welcher die
Einlaßventilschließzeit auf die gleiche Weise wie bei der
ersten bevorzugten Ausführungsform am stärksten im Sinne
einer Nachverstellung verstellt ist.
Wenn die Brennkraftmaschinenbelastung in dem Zwischenbela
stungsbereich ansteigt, liefert die Steuereinheit 100 ein
erstes Steuersignal an das Wegeventil 60, um dasselbe zu
erregen. Der Ventilschieber 66 wird in Richtung nach links
entgegen der Federkraft der Spiralfeder 79 vorbelastet und
stoppt in einer Zwischenstellung, welche in Fig. 8 gezeigt
ist, und in welcher er an dem Federhalter 77 anliegt.
Bei dieser Arbeitsweise stellt die ringförmige Ausneh
mung 67 des Ventilschiebers 66 eine Fluidverbindung zwischen
den Einlaß- und Auslaßöffnungen 62a und 62b her, so daß der
Hydraulikdruck von der Ölpumpe 43 an die erste, ringförmige
Druckkammer 35 angelegt wird, während die zweite, ringförmi
ge Druckkammer 36 in Verbindung mit der Versorgungsleitung
42 über die Drosseleinrichtung 75 steht. Zusätzlich steht
die Rücklaufleitung 47b mit der Rücklaufkammer 71 beispielsweise über die
Rücklaufanschlüsse 65 in Verbindung, und die Rücklaufleitung
44b ist gesperrt.
Als Folge hiervon steigt der Hydraulikdruck in der ersten,
ringförmigen Druckkammer 35 an, während der Hydraulikdruck
in der zweiten, ringförmigen Druckkammer 36 abnimmt. Somit
wird die Zahnkranzanordnung 28 - wie in Fig. 5 gezeigt -
durch das bewegliche Teil 34 in Richtung auf die Zwischen
stellung entgegen der Federkraft der Spiralfeder 39 verscho
ben.
Wenn die Brennkraftmaschinenbelastung weiter auf einen hohen
Wert ansteigt, liefert die Steuereinheit 100 ein zweites
Steuersignal, welches einen größeren Signalpegel als das
erste Steuersignal hat. Dieses Signal wird dem Wegeventil 60
geliefert, so daß der Ventilschieber 66 nach Fig. 9 weiter
in Richtung nach links entgegen den Federkräften beider
Spiralfedern 78 und 79 verschoben wird. Der Ventilschieber
66 stoppt dann in einer Position, in welcher die Federkräfte
der Spiralfedern 78 und 79 im Gleichgewicht mit einer Be
triebskraft stehen, welche auf den Ventilschieber 66 wirkt, und
welche durch das Arbeiten eines Magneten bereitgestellt
wird, um die ersten und zweiten Rücklaufleitungen 44b und
47b zu sperren und die Fluidverbindung zwischen der ersten
Versorgungsleitung 47a und der Versorgungsleitung 42 über
die ringförmige Ausnehmung 68 zusätzlich zu der Fluidver
bindung zwischen der ersten Versorgungsleitung 44a und der
Versorgungsleitung 42 herzustellen. Somit steigt der Hydrau
likdruck in der zweiten, ringförmigen Druckkammer 36 auf
einen hohen Wert an, wobei der Hydraulikdruck in der ersten,
ringförmigen Druckkammer 35 auf einem hohen Wert bleibt,
wodurch die Zahnkranzanordnung 28 in die am weitesten rechts
liegende Stellung vorbelastet wird, wie dies in Fig. 6
gezeigt ist, in welcher ein Phasenwinkel zwischen der Ket
tenradanordnung 21 und der Nockenwelle 22 derart modifiziert
wird, daß eine Einlaßventilsteuerzeit sichergestellt ist,
welche für den Brennkraftmaschinenbetrieb bei einer hohen
Geschwindigkeit bzw. hohen Drehzahl geeignet ist.
Wie sich aus den ersten und zweiten bevorzugten Ausführungs
formen ersehen läßt, können die Wegeventile 50, 51 und 60 an
der Außenseite der Brennkraftmaschine oder der Innenseite
derselben angebracht sein. Folglich wird die Gesamtlängser
streckung der Vorrichtung in einer axialen Richtung effektiv
verkürzt. Dies führt dazu, daß man einen wesentlich größeren
Gestaltungsfreiraum bei der Auslegung der Vorrichtung in
einem Motorraum hat.
Claims (2)
1. Vorrichtung zur Änderung der Ventilsteuerzeiten einer
Brennkraftmaschine, beinhaltend:
- a) eine Fluiddruckquelle (43);
- b) ein Antriebsteil (21);
- c) eine Nockenwellenanordnung (22), an welcher innerhalb des Antriebsteiles (21) ein Endabschnitt (24) vorhanden ist;
- d) eine Phasenwinkel-Einstelleinrichtung (28, 29, 30, 34, 39, 35, 36), welche zwischen dem Endabschnitt (24) und dem Antriebsteil (21) angeordnet ist, um die Einstellung einer Phasenwinkelbeziehung des Antriebsteiles relativ zur Nockenwellenanordnung (22) zu bewirken, wobei die Phasenwinkel-Einstelleinrichtung (28, 29, 30, 34, 39, 35, 36) ein bewegbares Kolbenelement (34), eine Zahnkranzanordnung (28) und eine Feder (39) beinhaltet, die die Zahnkranzanordnung (28) gegen das bewegbare Kolbenelement (34) drängt, und wobei die Phasenwinkel-Einstelleinrichtung (28, 29, 30, 34, 39, 35, 36) weiterhin eine erste Druckkammer (35) beinhaltet, die teilweise von dem bewegbaren Kolbenelement (34) gebildet wird, um dieses gegen die Zahnkranzanordnung (28) zu drücken, sowie eine zweite Druckkammer (36) aufweist, welche zwischen dem Antriebsteil (21) und der Zahnkranzanordnung (28, 30) gebildet ist;
- e) eine Hydraulikschaltung (37, 38), welche im Fluidstrom
zwischen der Fluiddruckquelle (43), einem Abfluß (52, 53)
und der ersten und zweiten Druckkammer (35, 36) angeordnet
ist, um die Strömung von Hydraulikfluid von und zu
den beiden Druckkammern (35, 36) zu steuern, wobei die
Zahnkranzanordnung (28)
- - eine erste Position (Fig. 1) unter dem Druck der Feder (39) einnimmt, wenn sowohl die erste als auch die zweite Druckkammer (35, 36) mit dem Abfluß (52, 53) verbunden sind,
- - eine zweite Position (Fig. 2) in Reaktion auf einen hydraulischen Druck in der ersten Druckkammer (35) einnimmt, während die zweite Druckkammer (36) mit dem Abfluß verbunden ist, und
- - eine dritte Position einnimmt (Fig. 3), wenn die zweite Druckkammer (36) unter Druck gesetzt ist;
- f) eine erste (44, 90, 45, 45b, 46) und eine zweite (47, 48, 49) hydraulische Fluidleitung in der Hydraulikschaltung, wobei die Fluidleitungen zu den entsprechenden ersten und zweiten Druckkammern (35, 36) führen, sowie
- g) ein erstes (50) und ein zweites (51) Wegeventil, wobei
die Wegeventile
- - eine erste Position einnehmen können (Fig. 1), in welcher Hydraulikfluid von der ersten Druckkammer (35) durch die erste Fluidleitung (44, 90, 45, 45b, 46) und Hydraulikfluid von der zweiten Druckkammer (36) durch die zweite Fluidleitung (47, 48, 49) abgezogen wird,
- - eine zweite Position einnehmen können (Fig. 2), in welcher Hydraulikfluid zu der ersten Druckkammer (35) durch die erste Fluidleitung (44, 90, 45, 45b, 46) zugeführt wird, während Hydraulikfluid von der zweiten Druckkammer (36) durch die zweite Fluidleitung (47, 48, 49) abgezogen wird, und
- - eine dritte Position einnehmen können (Fig. 3), in welcher Hydraulikfluid sowohl zur ersten (35) als auch zur zweiten (36) Druckkammer durch die entsprechenden ersten (44, 90, 45, 45b, 46) und zweiten (47, 48, 49) Fluidleitungen geleitet wird.
2. Vorrichtung zur Änderung der Ventilsteuerzeiten einer
Brennkraftmaschine, beinhaltend:
- a) eine Fluiddruckquelle (43);
- b) ein Antriebsteil (21);
- c) eine Nockenwellenanordnung (22), an welcher innerhalb des Antriebsteiles (21) ein Endabschnitt (24) vorhanden ist;
- d) eine Phasenwinkel-Einstelleinrichtung (28, 29, 30, 34, 39, 35, 36), welche zwischen dem Endabschnitt (24) und dem Antriebsteil (21) angeordnet ist, um die Einstellung einer Phasenwinkelbeziehung des Antriebsteiles relativ zur Nockenwellenanordnung (22) zu bewirken, wobei die Phasenwinkel-Einstelleinrichtung (28, 29, 30, 34, 39, 35, 36) ein bewegbares Kolbenelement (34), eine Zahnkranzanordnung (28) und eine Feder (39) beinhaltet, die die Zahnkranzanordnung (28) gegen das bewegbare Kolbenelement (34) drängt, und wobei die Phasenwinkel-Einstelleinrichtung (28, 29, 30, 34, 39, 35, 36) weiterhin eine erste Druckkammer (35) beinhaltet, die teilweise von dem bewegbaren Kolbenelement (34) gebildet wird, um dieses gegen die Zahnkranzanordnung (28) zu drücken, sowie eine zweite Druckkammer (36) aufweist, welche zwischen dem Antriebsteil (21) und der Zahnkranzanordnung (28, 30) gebildet ist;
- e) eine Hydraulikschaltung (37, 38), welche im Fluidstrom
zwischen der Fluiddruckquelle (43), einem Abfluß (52, 53)
und der ersten und zweiten Druckkammer (35, 36) angeordnet
ist, um die Strömung von Hydraulikfluid von und zu
den beiden Druckkammern (35, 36) zu steuern, wobei die
Zahnkranzanordnung (28)
- - eine erste Position (Fig. 4, 7) unter dem Druck der Feder (39) einnimmt, wenn sowohl die erste als auch die zweite Druckkammer (35, 36) mit dem Abfluß (64b, 65b) verbunden sind,
- - eine zweite Position (Fig. 5, 8) in Reaktion auf einen hydraulischen Druck in der ersten Druckkammer (35) einnimmt, während die zweite Druckkammer (36) noch mit dem Abfluß (65b) verbunden ist, und
- - eine dritte Position einnimmt (Fig. 6, 9), wenn die zweite Druckkammer (36) unter Druck gesetzt ist;
- f) eine erste (44, 90, 45, 45b, 46) und eine zweite (47, 48, 49) hydraulische Fluidleitung in der Hydraulikschaltung, wobei die Fluidleitungen zu den entsprechenden ersten und zweiten Druckkammern (35, 36) führen, sowie
- g) ein einziges Wegeventil (60), das
- - eine erste Position einnehmen kann (Fig. 4, 7), in welcher Hydraulikfluid von der ersten Druckkammer (35) durch die erste Fluidleitung (44, 90, 45, 45b, 46) und Hydraulikfluid von der zweiten Druckkammer (36) durch die zweite Fluidleitung (47, 48, 49) abgezogen wird,
- - eine zweite Position einnehmen kann (Fig. 5, 8), in welcher Hydraulikfluid zu der ersten Druckkammer (35) durch die erste Fluidleitung (44, 90, 45, 45b, 46) zugeführt wird, während Hydraulikfluid von der zweiten Druckkammer (36) durch die zweite Fluidleitung (47, 48, 49) abgezogen wird, und
- - eine dritte Position einnehmen kann (Fig. 6, 9), in welcher Hydraulikfluid sowohl zur ersten (35) als auch zur zweiten (36) Druckkammer durch die entsprechenden ersten (44, 90, 45, 45b, 46) und zweiten (47, 48, 49) Fluidleitungen geleitet wird.
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