DE60002788T2

DE60002788T2 - Variabele Ventilsteuerung mit einem Verriegelungsmechanismus für einen Nockenwellenversteller für eine Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE60002788T2
Application number: DE60002788T
Authority: DE
Inventors: Roger T. Ithaca Simpson
Original assignee: BorgWarner Inc; Borg Warner Automotive Inc
Current assignee: BorgWarner Inc
Priority date: 1999-06-30
Filing date: 2000-06-19
Publication date: 2004-03-18
Anticipated expiration: 2020-06-20
Also published as: ES2199121T3; US20010054402A1; DE60002788D1; US6250265B1; EP1065348B1; JP2001027108A; EP1065348A3; US6382155B2; EP1065348A2

Description

Die Erfindung betrifft ein regelbares Ventilzeitgebersystem für eine Ver brennungskraftmaschine. Die Erfindung betrifft insbesondere ein durch Drehmomentimpulse betätigtes, hydraulisches regelbares Ventilzeitgebersystem der vorstehenden Art mit Verriegelungsmöglichkeiten zum Verriegeln der Teile des Systems in einem festen Betriebszustand in Zeiträumen mit einem niedrigen Hydraulikdruck, beispielsweise beim Starten des Motors.
In US-A-5,107,804, das an den Abtretungsempfänger dieser Anmeldung abgetreten wurde, wird ein durch Drehmomentimpulse einer Nockenwelle betätigtes, hydraulisches Nockenwellen- oder Ventilzeitgebersystem für eine Verbrennungskraftmaschine beschrieben, bei dem das Hydraulikfluid, welches das Nockenwellenphasenschaltsystem betätigt, Motoröl ist. Ein solches System weist viele funktionelle Vorteile gegenüber anderen bekannten Arten von Ventil- oder Nockenwellenzeitgebersystemen auf, beispielsweise bei der Rechtzeitigkeit des Ansprechens auf Änderungen in den Motorbetriebsbedingungen. Solche Systeme sind jedoch in Zeiträumen eines niedrigen Motoröldrucks, der häufig beim Starten des Motors auftreten kann und gelegentlich auch bei anderen Arten von Betriebsbedingungen auftreten kann, oft geräuschvoll oder in anderer Weise instabil. Während dieser Zeiten ist es wichtig, daß die ansonsten relativ bewegbaren Teile des Systems in festen Stellungen relativ zueinander verriegelt werden können, und mit der vorliegenden Erfindung wird für eine verbesserte Lösung der Systemverriegelungserfordernisse bei einem solchen regelbaren Ventilzeitgebersystem gesorgt und werden geeignete Systeme zum Steuern des Betriebs eines solchen Systems geschaffen.
In US-A-2,861,557 wird auch ein hydraulisches regelbares Nockenwellenzeitgebersystem beschrieben, wenn es auch ein System ist, das allein durch Motoröldruck betätigt wird. In diesem Referenzdokument wird gelehrt, daß es erwünscht ist, die ansonsten regelbaren Teile des Systems unter Betriebsbedingungen mit niedriger Drehzahl in festen Stellungen relativ zueinander zu verriegeln, jedoch wird nur ein System gelehrt, bei dem nur eine einzige Gruppe von festen Stellungen zustandegebracht werden kann.
In EP 0 924 392 A2 wird ein anderes mit Schaufel versehenes Nockenwellenzeitgebersystem offenbart, bei dem die Nasen eines Schaufelelementes in Fächern des Teilrades angeordnet sind, so daß Druckkammern geschaffen werden, in denen der Hydraulikdruck verstellbar ist, um die relativen Winkelabschnitte zwischen dem Schaufelelement und dem Teilrad und daher den Zeittakt zwischen einer Nockenwelle und einer Kurbelwelle zu verändern, mit der diese jeweils verbunden sind. Um das Schaufelelement und das Teilrad in Zeiträumen niedrigen Motoröldrucks gegen unerwünschte Drehung zu sichern, ist ein Ringkolben vorgesehen, der von einer Feder in einen Reibschluß mit einer gewöhnlichen Endfläche des Teilrades und des Schaufelelementes vorgespannt wird, so daß diese gegen relative Winkelbewegung reibschlußverriegelt werden, wobei der Kolben durch Druck in den Druckkammern gegen die Federspannung bewegbar ist, um die Teile zwecks relativer Bewegung zu lösen.
In DE 197 55 495 wird eine weitere Anordnung offenbart, bei der ein Verriegelungskolben mit um 180° versetzten axialen Erstreckungen vorgesehen ist. In Zeiträumen niedrigen Betätigungsdrucks greifen diese axialen Erstreckungen in komplementär geformte Ausnehmungen ein, die ebenfalls um 180° versetzt sind und in einer Endfläche eines Gehäuseteils ausgebildet sind, so daß das Gehäuseteil gegen Drehung relativ zu einem Stellelement verriegelt werden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein regelbares Nockenwellenzeitgebersystem vorgesehen, mit einer drehfähigen Nockenwelle; einer Schaufel mit mindestens einer an der Nockenwelle zwecks Umdrehung mit dieser befestigten Nase, wobei die Schaufel bezüglich der Nockenwelle nicht schwingfähig ist; einem die Schaufel umgebenden ringförmigen Gehäuse mit mindestens einer Ausnehmung, wobei die mindestens eine Ausnehmung eine Umfangserstreckung aufweist, die größer als die Umfangserstreckung der mindestens einen Nase ist und die mindestens eine Nase aufnimmt, und das ringförmige Gehäuse mit der Nockenwelle und der Schaufel drehfähig ist und bezüglich der Nockenwelle und der Schaufel schwing fähig ist; einem vom Motoröldruck betätigten Mittel zum Auslösen einer relativen Umfangs-bewegung zwischen dem Gehäuse und der Schaufel; und einem auf den Motoröldruck reaktionsfähigen Verriegelungsmittel zum Verhindern einer relativen Umfangsbewegung zwischen dem Gehäuse und der Schaufel; dadurch gekennzeichnet, daß das ringförmige Gehäuse eine erste ringförmige Aufreihung von Zähnen umfaßt und das Verriegelungsmittel eine ringförmige Verriegelungsplatte mit einer zweiten ringförmigen Aufreihung von Zähnen umfaßt, wobei in einer ersten Stellung der Verriegelungsplatte relativ zu dem ringförmigen Gehäuse die zweite ringförmige Aufreihung von Zähnen an einer von einer Mehrzahl von relativen Umfangsstel-lungen des Gehäuses und der Schaufel in Eingriff mit der ersten ringförmigen Aufreihung von Zähnen kommt und jeder Zahn der ersten ringförmigen Aufreihung mit einer Ausnehmung zwischen benachbarten Zähnen der zweiten ringförmigen Aufreihung in Eingriff kommt und jede Ausnehmung der zweiten ringförmigen Aufreihung in Eingriff mit einem Zahn der ersten ringförmigen Aufreihung kommt, wodurch eine relative Umfangsbewegung zwischen dem Gehäuse und dem Flügel verhindert wird; und wobei in einer zweiten Stellung der Verriegelungsplatte relativ zu dem ringförmigen Gehäuse die zweite ringförmige Aufreihung von Zähnen außer Eingriff mit der ersten ringförmigen Aufreihung von Zähnen kommt, wodurch eine relative Umfangsbewegung zwischen dem ringförmigen Gehäuse und dem Flügel ermöglicht wird; und dadurch, daß elastische Mittel vorgesehen sind, welche die ringförmige Verriegelungsplatte in Zeiträumen eines niedrigen Motoröldrucks in die erste Stellung vorspannen.
Ein regelbares Nockenwellenzeitgebersystem gemäß der vorliegenden Erfindung weist den Vorteil auf, daß Schaufel und Gehäuse in festen Stellungen relativ zueinander durch eine Verriegelungsplatte, die von einer Feder vorgespannt wird, gegen die Einwirkungen des Motoröldrucks verriegelt sind, um eine relative Bewegung zwischen der Schaufel und dem Gehäuse zu verhindern, es sei denn, daß der Motoröldruck über einen vorbestimmten Wert ansteigt, und daß die Verriegelung an einer oder einer anderen von einer Vielzahl von Stellungen der Schaufel und des Gehäuses relativ zueinander eintreten kann. Es ist auch angedacht, daß sich die Erfindung an ein hybridartiges regelbares Nockenwellenzeitgebersystem, das sowohl mit Motoröldruck als auch mit von Nockenwellendrehmomentimpulsen herrührendem Öldruck betätigt wird, beispielsweise dem von US-A-5,657,725, und an ein mit Motoröldruck aktiviertes System, beispielsweise das von dem vorgenannten US-A-2,861,557, anpassen läßt.
Ein mit Nockenwellendrehmomentimpulsen aktiviertes hydraulisches VCT-System oder ein Hybridsystem, das sowohl mit Motoröldruck als auch mit von Nockenwellendrehmomentimpulsen herrührendem Öldruck betätigt wird, kann mit der Verriegelungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung fest verriegelt werden, das sich abhängig von den Bedürfnissen oder Wünschen des Benutzers in verschiedener Weise zur Ein-Aus-Steuerung eignet. Erstens kann ein Solenoid eingesetzt werden, um das Aufbringen eines Motoröldrucks gegen die Verriegelungsplatte zu steuern, um die Entriegelung der Schaufel und des Gehäuses zu verhindern, außer wenn und bis das Solenoid abgeschaltet wird, selbst wenn der Motoröldruck über den vorbestimmten Wert hinausgeht. Dadurch können die jeweiligen Stellungen der Schaufel und des Gehäuses aus einer vorgegebenen verriegelten Position in eine andere verriegelte Position umgeschaltet werden, selbst wenn der Motoröldruck über den vorbestimmten Wert hinausgeht. Alternativ kann der Motoröldruck direkt gegen die Verriegelungsplatte aufgebracht werden, ohne daß versucht wird, die Verriegelungsplatte wahlweise von den Auswirkungen des Motoröldrucks zu isolieren, so daß das Motorzeitgebersystem in Zeiträumen hohen Motoröldrucks stets funktionsfähig ist.
Das regelbare Ventilzeitgebersystem/variable Nockenwellenzeitgebersystem gemäß der vorliegenden Erfindung kann wiederum abhängig von den Bedürfnissen oder Wünschen des Benutzers während des Betriebs auch entweder durch ein offenes Regelkreis- oder ein geschlossenes Regelkreissystem gesteuert werden. Bei einem offenen Regelkreissteuerungssystem sind nur zwei Steuerstellungen vorhanden, entweder eine Stellung, in der sich die Schaufel mit einer festen Geschwindigkeit zur vollen Voreilung bewegt, oder eine Stellung, in der sich die Schaufel mit der festen Geschwindigkeit zur vollen Nacheilung bewegt, ohne daß man sich bemüht, die Bewegungsgeschwindigkeit der Schaufel je nachdem zur ihrer vollen Voreilung oder vollen Nacheilung zu modulieren oder die Bewegung der Schaufel an einer beliebigen Stellung zwischen diesen Stellungen der vollen Voreilung und vollen Nacheilung anzuhalten. Dagegen wird die Stellung der Schaufel relativ zu dem Gehäuse in einem geschlossenen Regelkreissystem überwacht, und das System wird an einer oder einer anderen von einer Vielzahl von möglichen relativen Stellungen der Schaufel und des Gehäuses zwischen der vollen Voreil- und der vollen Nacheilstellung verriegelt.
Dementsprechend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes mit Schaufel versehenes, mit Drehmomentimpulsen betätigtes, hydraulisches regelbares Ventilzeitgebersystem oder regelbares Nockenwellenzeitgebersystem für eine Verbrennungskraftmaschine zu schaffen. Insbesondere liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein regelbares Ventilzeitgebersystem oder regelbares Nockenwellenzeitgebersystem der vorstehenden Art mit einer verbesserten Anordnung zum Verriegeln einer Stellung einer Schaufel relativ zu einer Stellung eines Gehäuses zu schaffen, in dem sich die Schaufel normalerweise immer dann frei bewegen kann, wenn es die Motorbetriebsbedingungen wünschenswert machen, eine relative Bewegung zwischen Schaufel und Gehäuse zu verhindern.
Der vorliegenden Erfindung liegt auch die Aufgabe zugrunde, verbesserte Steuersysteme zum Steuern des Betriebs eines regelbaren Ventilzeitgebersystems oder regelbaren Nockenwelllenzeitgebersystems der vorstehenden Art zu schaffen.
Um die Erfindung gut verständlich zu machen, wird im folgenden eine beispielhaft gegebene Ausführungsform derselben beschrieben, wobei auf die beiliegenden Zeichnungen verwiesen wird, in denen:
1 eine schematische Ansicht der hydraulischen Ausrüstung der regelbaren Ventilzeitgeberanordnung gemäß der bevorzugten Ausführungsform ist und einen Zustand darstellt, in dem sich die Stellung der Nockenwelle nicht ändert, sich jedoch ändern kann, was heißt, das sie entriegelt ist;
2 eine fragmentarische Seitenansicht von Teilen des regelbaren Ventilzeitgebersystems gemäß der vorliegenden Erfindung in der in 1 dargestellten Stellung dieser Teile ist;
3 eine schematische Ansicht der hydraulischen Ausrüstung des regelbaren Ventilzeitgebersystems gemäß der bevorzugten Ausführungsform während des Schaltens des regelbaren Ventilzeitgebersystems in seine Voreilstellung ist;
4 eine Ansicht der Teile des Systems wie in 2 im Betriebszustand des Systems gemäß 3 ist;
5 eine Ansicht wie in 1 und 3 ist, die das System in seinem verriegelten Zustand zeigt, in dem die Elemente desselben ihre jeweiligen Stellungen beibehalten;
6 eine Ansicht wie in 2 und 4 im Betriebszustand des regelbaren Ventilzeitgebersystems gemäß der vorliegenden Erfindung gemäß 5 ist;
7 eine Ansicht wie in 1, 3 und 5 ist, die das System während der Bewegung der Teile desselben in die Nacheilstellung darstellt;
8 eine Ansicht der Teile des Systems wie in 2, 4 und 6 während des Zustands des Systems gemäß 7 ist;
9 eine perspektivische Ansicht einer Nockenwelle mit einem regelbaren Ventilzeitgebersystem gemäß der vorliegenden Erfindung ist;
10 eine schematische Ansicht eines geschlossenen Regelkreissystems zum Steuern des Betriebs der Teile des regelbaren Ventilzeitgebersystems gemäß 1–9 ist; und
11 eine Ansicht eines offenen Regelkreissystems wie in 10 zum Steuern des Betriebs der Teile des regelbaren Ventilzeitgebersystems gemäß 1– 9 ist.
Wie in 1, 3, 5 und 7 gezeigt ist, ist eine Schaufel 20 eines regelbaren Ventilzeitgebersystems gemäß der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit einer Mehrzahl von radial nach außen hervorstehenden Nasen versehen, beispielsweise mit drei (3) solchen Nasen 22, 24, 26. Die Schaufel 20 ist von einem ringförmigen Gehäuse 28 umgeben, und das Gehäuse 28 weist Ausnehmungen 30, 32, 34 auf, die jeweils die Nasen 22, 24, 26 aufnehmen. Die Schaufel 20 ist an einer Nockenwelle 36 einer Verbrennungskraftmaschine verkeilt oder in anderer Weise befestigt, so daß sie mit der Nockenwelle 36 drehfähig, jedoch in Bezug auf die Nockenwelle 36 nicht schwingfähig ist. Das Gehäuse 28 ist an einer Außenseite desselben mit Kettenradzähnen 38 versehen. Die Anordnung, die die Nockenwelle 36 mit der Schaufel 20 und dem Gehäuse 28 umfaßt, wird durch ein Drehmoment in Drehung versetzt, das auf das Gehäuse 28 von einer (nicht gezeigten) Endloskette aufgebracht wird, die in Eingriff mit den Kettenradzähnen 38 steht, und der Endloskette wird die Bewegung durch eine (nicht gezeigte) umlaufende Kurbelwelle oder eine andere (ebenfalls nicht gezeigte) umlaufende Nockenwelle auferlegt. Das Gehäuse 28, das in der erläuterten Weise mit der Nockenwelle 36 umläuft, ist jedoch in Bezug auf die Nockenwelle 36 zwecks Änderung der Phase der Nockenwelle 36 relativ zu der Kurbelwelle oder zu einer anderen Nockenwelle schwingfähig. Dazu ist die Umfangsgröße von jeder der Ausnehmungen 30, 32, 34 größer als die Umfangsgröße von jeder der Nasen 22, 24, 26, die darin aufgenommen werden, um dadurch eine begrenzte relative Umfangsbewegung zwischen dem Gehäuse 28 und der Schaufel 20 zu ermöglichen.
In die Ausnehmungen 30, 32, 34 strömt durch einen Kanal 40 in einem Nockenwellenlager 42 unter Druck stehendes Motoröl aus einer nicht gezeigten Ölhaüptleitung und strömt zu einem schematisch dargestellten Ein-Aus-Dreiwegestrombegrenzungsventil 44, dessen Betrieb durch eine elektronische Motorsteuereinheit 46 gesteuert wird. Wenn das Einschalt/Ausschaltventil 44 eingeschaltet ist, strömt in der in 1, 3 und 7 gezeigten Weise Öl durch das Ventil 44 und einen Kanal 48 in der Nockenwelle 36 hindurch an eine Verriegelungsplatte 50, um die Verriegelungsplatte 50 mit einer Konstruktion, die im folgenden ausführlicher beschrieben wird, entgegen der Kraft einer Rückstellfeder 52 in eine Stellung zu drücken, in der die Verriegelungsplatte 50 das Gehäuse 28 nicht an einer vorgegebenen Stellung relativ zu dem Flügel 20 verriegelt. Dagegen ist in 5 das Einschalt/Ausschaltventil ausgeschaltet, und deshalb strömt kein Motoröl in den Kanal 48, worauf die Rückstellfeder 52 die Verriegelungsplatte 50 in ihre verriegelte Stellung zurückführt.
Unter Druck stehendes Motoröl aus dem Kanal 40 strömt auch jederzeit durch das Strombegrenzungsventil 44 in ein lineares Dreiwegedruckbegrenzungsventil 54, das durch einen Kanal 56 in der Nockenwelle 36 in Fluidverbindung mit einem Ende eines Gleitsteuerschiebers 58 in einem Schiebersteuerventil 60 steht. Die Stellung des Steüerschiebers 58 in dem Schiebersteuerventil 60 ist längs der Längsmittelachse des Steuerschiebers 58 verstellbar, und auf einander gegenüberliegende Enden des Steuerschiebers 58 wirken Federn 62, 64, um diesen abhängig von den gewünschten Betriebsbedingungen der Schaufel 20 und des Gehäuses 28 relativ zueinander hin und her zu drücken. Dazu befindet sich der Steuerschieber 58 in seiner Stellung gemäß 1 in seiner zentrierten oder "Null"stellung, wobei sich die Kräfte an seinen einander gegenüberliegende Enden die Waage halten, so daß Öl aus einem Kanal 66 durch das Ende des unter Einwirkung der Feder 64 stehenden Steuerschiebers 58 strömt, um durch einen mit vermindertem Durchmesser versehenen Abschnitt 60a des Schiebersteuerventils 60 hindurch in eine Einlaßleitung 68 zu dem Gehäuse 28 zu strömen, von wo es in die Ausnehmungen 30, 32, 34 jeweils auf einander gegenüberliegenden Seiten der Nasen 22, 24, 26 strömt, wenn beide Rückschlagventile 70, 72 für den Strom offen sind, wobei dieser Zustand in 1 dargestellt ist. In dem in 1 dargestellten Zustand, wenn beide Rückschlagventile 70, 72 für den Strom offen sind, erfolgt keine relative Bewegung zwischen der Schaufel 20 und dem Gehäuse 28, auch nicht in der entriegelten Stellung der Verriegelungsplatte 50. In jedem Falle dienen die Rückschlagventile 70, 72 dazu, einen Rückstrom aus den Ausnehmungen 30, 32, 34 durch die Einlaßleitung 68 hindurch zu verhindern, wenn der Druck in den Ausnehmungen 30, 32, 34 jeweils auf einer oder der anderen Seite der Nasen 22, 24, 26 über den Druck in der Einlaßleitung 68 hinaus ansteigt, wie es bei einem Teil jeder Umdrehung der Nockenwelle 36 auf Grund von Drehmomentimpulsen in der Nockenwelle 36 erfolgt und in dem oben genannten Patent '804 erläutert ist.
In 2, 4, 6 und 8 ist gezeigt, daß die Verriegelungsplatte 50 die Form eines ringförmigen Elements aufweist, das relativ zu der Längsmittelachse der Nockenwelle 36 koaxial positioniert ist, und daß die Verriegelungsplatte 50 mit einer ringförmigen Aufreihung von Verriegelungszähnen 74 versehen ist, die so positioniert ist, daß sie in eine ringförmige Aufreihung von Verriegelungszähnen 76 an dem Gehäuse 28 eingreift, wenn sich die Verriegelungsplatte 50 aus der in 2 und 4 gezeigten Stellung längs der Längsmittelachse der Nockenwelle 36 in die in 6 gezeigte Position bewegt. Wie weiter oben in Zusammenhang mit 1, 3, 5 und 7 erläutert wurde, wird die Verriegelungsplatte 50 in Richtung zu ihrer Stellung gemäß 6 durch eine Feder 52 vorgespannt, die gegen eine radiale Fläche eines gleitfähigen ringförmigen Elements 78 stößt, an dem die Verriegelungsplatte 50 befestigt ist, und das ringförmige Element 78 wird durch Hydraulikdruck in der Leitung 48 in seine Position gemäß 2, 4 und 8 gedrückt und stößt gegen eine radiale Fläche des ringförmigen Elements 78, die der unter der Einwirkung durch die Feder 52 stehenden Fläche gegenüberliegt.
Da die Veniegelungsplatte 50 keine Umfangsbewegung relativ zu der Nockenwelle 36 ausführen kann, wohingegen das Gehäuse 28 eine Umfangsbewegung relativ zu der Nockenwelle 36 ausführen kann, kann die Verriegelungsplatte 50 in der weiter oben erläuterten Weise immer dann, wenn der Hydraulikdruck in dem Kanal 48 unter den Wert zum Überwinden der Einwirkung der Feder 52 abfällt, das Gehäuse an einer Vielzahl von relativen Umfangsstellungen dazwischen in einer festen Umfangsstellung relativ zu der Nockenwelle 36 verriegeln.
Wie in Zusammenhang mit der Ausnehmung 30 in 2, 4, 6 und 8 gezeigt ist, ist das Gehäuse 28 an seinen beiden Enden offen und wird durch getrennte, voneinander beabstandete ringförmige Platten 80, 82 geschlossen. Die Anordnung, welche die Verriegelungsplatte 50, die Platten 80, 82, das Gehäuse 28 und die Schaufel 20 umfaßt, ist an einen Ringflansch 84 der Nockenwelle 36 durch eine Mehrzahl von Schrauben 86 befestigt, von denen jede durch die eine oder andere der Nasen 22, 24, 26 der Schaufel 20 verläuft. Dazu ist die Verriegelungsplatte 50 relativ zu einem Kopf 86a jeder Schraube 86 verschieblich, wie durch Vergleichen der jeweiligen Stellungen der Verriegelungsplatte 50 und der Schrauben in 2 und 4 gegenüber ihren jeweiligen Stellungen in 6 ersichtlich wird.
Wie in 10 gezeigt ist, verläuft zum Steuern des Betriebs der regelbaren Ventilzeitgebervorrichtung von 1–9 gemäß einem geschlossenen Regelkreissystem ein Sollwert 96 von der Motorsteuereinheit 46 durch einen Additionspunkt 92 und wird mit der Phasensignälrückkoppelung von einer Quelle 94 addiert und wird zu einem Phasenfehlersignal (wobei der Sollwert in Inkrementen von 5 Grad von 0 bis 60 Grad vorhanden sein muß). Das Fehlersignal läuft durch einen PID-Regler 97 mit getrennten Steuerelementen für jedes und wird zu einem Ausgangssignal. Das Ausgangssignal läuft durch einen Schalter 98, der zwischen dem Fehlerausgangssignal und einem gegenwärtigen Nullwert umschaltet (wobei der Nullwert verwendet wird, wenn sich der regelbare Ventilzeitgeber in der verriegelten Stellung befindet). Die "Nullpunkt"verschiebung gegen eine Quelle 100 wird mit dem Fehlersignal addiert und in einem Sättigungsblock auf einen Minimal und einen Maximalwert gekappt. Die Nullpunktverschiebung ist der Prozentsatz der Gleichspannung, der zum Festhalten des Richtungsventils in seiner Nullstellung. erforderlich ist. Dann läuft das Fehlersignal zu einem Ansteuersolenoid 104, und das Ansteuersolenoid 104 steuert den zu dem Phasensteller gemäß 1–9 laufenden Druck. Wenn sich der Phasensteller gemäß 1–9 in eine neue Stellung bewegt, mißt eine Phasenmeßplatte 106 diese Änderung und liefert ein Ausgangssignal. Dieses Signal läuft zu dem Additionspunkt 92 zurück. Das Phasenmeßsignal wird bei Bedarf durch eine Verstärkung und eine Verschiebungseinstellung von einer Quelle 106 verändert.
Die Verriegelung wird eingeschaltet, wenn das Fehlersignal über oder unter den voreingestellten Werten liegt (in diesem Falle um ±5 Kurbelgrade). Es ist ein Zeitgeberwert 108 vorhanden, um die Drehung der Verriegelung bei Bedarf zu verzögern. Dann läuft das Signal zu einem Ansteuersolenoid 110, und dann schaltet das Ansteuersolenoid 110 das zu dem Verriegelungskolben strömende Öl ein.
Sobald das Phasenfehlersignal innerhalb von 5 Grad des Sollwerts liegt, wird die Verriegelungsverzögerung aktiviert. Um sicherzustellen, daß die Verriegelungsplatte 50 richtig gesteuert wird, wird eine Stell-/Rückstellsignalspeicher 112 verwendet. Das aus dem Stell-/Rückstellsignalspeicher 112 austretende Signal läuft zu dem Ansteuersolenoid 110 und aktiviert das Solenoid 44.
Wie in 11 gezeigt ist, verläuft zum Steuern des Betriebs der regelbaren Ventilzeitgebervorrichtung von 1–9 gemäß einem offenen Regelkreissystem ein Sollwert von der Motorsteuereinheit 46 durch einen Additionspunkt 114 und wird mit der Phasensignalrückkoppelung von einer Quelle 120 addiert und wird zum Phasenfehlersignal (wobei der Sollwert in Inkrementen von 10 Kurbelgrad von 0 bis 60 Grad vorhanden sein muß). Wenn das Fehlersignal größer als 5 Kurbelgrade von dem Sollwert ist, wird ein Richtungsansteuersolenoid 116 ausgeschaltet. Wenn das Fehlersignal kleiner als fünf Kurbelgrade von dem Sollwert ist, wird das Rich tungsansteuersolenoid 116 eingeschaltet. Ein an ein Richtungsventil 120 gegebenes Einschaltsignal bewirkt, daß sich der Phasensteller gemäß 1–9 mit einer festen Geschwindigkeit in der Voreilrichtung bewegt. Gleichzeitig wird ein Verriegelungssolenoid 118 eingeschaltet, und die Verriegelungsplatte 50 wird entriegelt. Wenn das Fehlersignal größer als 5 Kurbelgrade von dem Sollwert 90 ist, wird das Richtungsventil 120 ausgeschaltet. Ein an das Richtungsventil 120 gegebenes Ausschaltsignal bewirkt, daß sich der Phasensteller gemäß 1–9 mit einer festen Geschwindigkeit in der Nacheilrichtung bewegt. Sobald sich das Fehlersignal nahe an dem Sollwert liegt, kann die Verriegelungsplatte 50 wieder ein Eingriff gebracht werden, und der Phasensteller wird positionsverriegelt. Der Differentialquotient der Schaltgeschwindigkeit wird durch die Vorrichtung 122 aufgenommen, so daß die zum Wiedereingriff der Verriegelung benötigte Zeit bestimmt werden könnte (wobei Öltemperatur und -druck die Schaltgeschwindigkeit beeinflussen). In 11 beruht der Wiedereingriffsbereich der Verriegelungsplatte 50 auf dem Differentialquotienten und nicht auf der Wiedereingriffszeit.
Das Steuersystem gemäß 11 funktioniert mit einem langsamer ansprechenden Phasensteller, beispielsweise mit einem wendelförmigen Keil oder schaufelartigen Phasensteller, der volle Hubbetätigungsgeschwindigkeiten von etwa 0,5 Sekunden aufweist. Das Ansprechen der Verriegelung muß etwa 10 mal schneller als das Ansprechen des Phasenstellers erfolgen. Die Verriegelungsanordnung gemäß 1–9 weist eine Ansprechzeit von etwa 0,05 Sekunden auf. Diese Steuerung funktioniert auch mit einem "mit roher Kraft wirkenden" Phasensteller anstelle der "eigenangetriebenen" Einheit gemäß 1–9, da ihre Ansprechzeit etwa 0,130 Sekunden beträgt. Ein weiterer Vorteil der Systeme gemäß 1–9 ist, daß sowohl das Verriegelungs- als auch das Schaltsolenoid billige Einschalt- und Ausschaltsolenoide und keine teureren Proportionalsolenoide sein können.

Claims

Regelbares Nockenwellenzeitgebersystem, mit: – einer drehfähigen Nockenwelle (36): – einer Schaufel (20) mit mindestens einer an der Nockenwelle zwecks Umdrehung mit dieser befestigten Nase (22, 24 oder 26), wobei die Schaufel bezüglich der Nockenwelle nicht schwingfähig ist; – einem die Schaufel umgebenden ringförmigen Gehäuse (28) mit mindestens einer Ausnehmung (30, 32 oder 34), wobei die mindestens eine Ausnehmung eine Umfangserstreckung aufweist, die größer als die Umfangserstreckung der mindestens einen Nase ist und die mindestens eine Nase aufnimmt, und das ringförmige Gehäuse mit der Nockenwelle und der Schaufel drehfähig ist und bezüglich der Nockenwelle und der Schaufel schwingfähig ist; – einem vom Motoröldruck betätigten Mittel (56, 58, 68) zum Auslösen einer relativen Umfangsbewegung zwischen dem Gehäuse und der Schaufel; und – einem auf den Motoröldruck reaktionsfähigen Verriegelungsmittel zum Verhindern einer relativen Umfangsbewegung zwischen dem Gehäuse und der Schaufel; – dadurch gekennzeichnet, daß das ringförmige Gehäuse eine erste ringförmige Aufreihung von Zähnen (76) umfaßt und das Verriegelungsmittel eine ringförmige Verriegelungsplatte (50) mit einer zweiten ringförmigen Aufreihung von Zähnen (74) umfaßt, wobei in einer ersten Stellung der Verriegelungsplatte (50) relativ zu dem ringförmigen Gehäuse (28) die zweite ringförmige Aufreihung von Zähnen (74) an einer von einer Mehrzahl von relativen Umfangsstellungen des Gehäuses (28) in Eingriff mit der ersten ringförmigen Aufreihung von Zähnen (76) kommt und jeder Zahn der ersten ringförmigen Aufreihung mit einer Ausnehmung zwischen benachbarten Zähnen der zweiten ringförmigen Aufreihung in Eingriff kommt und jede Ausnehmung der zweiten ringförmigen Aufreihung in Eingriff mit einem Zahn der ersten ringförmigen Rufreihung kommt, wodurch eine relative Umfangsbewegung zwischen dem Gehäuse (28) und dem Flügel (20) verhindert wird; und wobei in einer zweiten Stellung der Verriegelungsplatte (50) relativ zu dem ringförmigen Gehäuse die zweite ringförmige Aufreihung von Zähnen (74) außer Eingriff mit der ersten ringförmigen Aufreihung von Zähnen kommt, wodurch eine relative Umfangsbewegung zwischen dem ringförmigen Gehäuse und dem Flügel (20) ermöglicht wird; – und dadurch, daß elastische Mittel (52) vorgesehen sind, welche die ringförmige Verriegelungsplatte in Zeiträumen eines niedrigen Motoröldrucks in die erste Stellung vorspannen.
Regelbares Nockenwellenzeitgebersystem nach Anspruch 1, wobei das vom Motoröldruck betätigte Mittel ein auf Drehmomentimpulse in der Nockenwelle reaktionsfähiges Mittel umfaßt.
Regelbares Nockenwellenzeitgebersystem nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei die ringförmige Verriegelüngsplatte relativ zu einer mittigen Längsachse der Nockenwelle koaxial positioniert ist und längs der mittigen Längsachse der Nockenwelle zwischen der ersten Stellung und der zweiten Stellung bewegbar ist.
Regelbares Nockenwellenzeitgebersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die ringförmige Verriegelungsplatte einen radial verlaufenden Flansch (78) aufweist, und wobei das elastische Mittel an einer radial verlaufende Fläche des radial verlaufenden Flansches angreift.
Regelbares Nockenwellenzeitgebersystem nach Anspruch 4, wobei das Verriegelungsmittel ferner folgendes umfaßt: einen durch die Nockenwelle hindurch verlaufenden Kanal (48) zum Liefern einer Menge von Motoröl zu dem Verriegelungsmittel, wobei die Menge von Motoröl gegen eine gegenüberliegende, radial verlaufende Fläche des radial verlaufenden Flansches des ringförmigen Verriegelungsmittels wirkt, um einer von dem elastischen Mittel zum Vorspannen auf die ringförmige Verriegelungsplatte aufgebrachten Kraft entgegenzuwirken.
Regelbares Nockenwellenzeitgebersystem nach Anspruch 5, ferner mit: Einem Ein-/Ausschalt-Fernsteuerventil (44) zum Steuern des Motorölstroms in den durch die Nockenwelle hindurch verlaufenden Kanal(48).
Regelbares Nockenwellenzeitgebersystem nach Anspruch 6, ferner mit: einer elektronischen Motorsteuereinheit (46) zum Steuern des Betriebs des Ein-/Ausschalt-Fernsteuerventils, um zu steuern, ob das Steuerventil im Einschaltmodus oder im Ausschaltmodus funktioniert.
Regelbares Nockenwellenzeitgebersystem nach einem der Ansprüche 4 bis 7, wobei das ringförmige Gehäuse an voneinander beabstandeten, einander gegenüberliegenden Enden desselben offen ist, und ferner mit: ersten und zweiten voneinander beabstandeten, radial verlaufenden Platten (80, 82), die jeweils die einander gegenüberliegenden Enden des ringförmigen Gehäuses schließen; und wobei das elastische Mittel zwischen einer (82) von den ersten und zweiten voneinander beabstandeten, radial verlaufenden Platten und dem radial verlaufenden Flansch der ringförmigen Verriegelungsplatte eingeschlossen ist.
Regelbares Nockenwellenzeitgebersystem nach Anspruch 8, wobei die Nockenwelle einen radial verlaufenden Flansch (84) aufweist, und ferner mit: mindestens einer durch die ringförmige Verriegelungsplatte verlaufenden Schraube (86), wobei jede der radial verlaufenden Platten und die mindestens eine Nase in den radial verlaufenden Flansch der Nockenwelle ragen, um die radial verlaufenden Platten und die Schaufel auf der Nockenwelle zu befestigen.
Regelbares Nockenwellenzeitgebersystem nach Anspruch 9, wobei die ringförmige Verriegelungsplatte relativ zu der mindestens einen Schraube axial bewegbar ist.
Regelbares Nockenwellenzeitgebersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner mit: einem Steuermittel in einem geschlossenen Regelkreis zum Steuern der Funktion des Verriegelungsmittels.
Regelbares Nockenwellenzeitgebersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 10, ferner mit: einem Steuermittel in einem offenen Regelkreis zum Steuern der Funktion des Verriegelungsmittels.