EP0438720A1

EP0438720A1 - Timing setting device

Info

Publication number: EP0438720A1
Application number: EP90124319A
Authority: EP
Inventors: Bernhard Voll; Dieter Brennecke; Josef Büchl
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 1989-12-20
Filing date: 1990-12-15
Publication date: 1991-07-31
Anticipated expiration: 2010-12-15
Also published as: DE3942052A1; EP0438720B1; ES2051447T3; DE59005363D1

Abstract

To obtain a structurally simple and compact construction, a device for setting the timing in a timing mechanism of an internal combustion engine, having a gear wheel (12), which is driven by the crankshaft and is arranged on a camshaft (10) for the actuation of the intake and exhaust valves, the camshaft being adjustable over a limited angle of rotation relative to the gear wheel by means of an actuating element, has as the actuating element a switchable freewheel (54) which is arranged kinematically between the gear wheel and the camshaft and, on the basis of the pulsating torques of the camshaft, makes possible an adjustment within an angle of rotation defined by stops (22). <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Verstellen der Steuerzeiten bei einem Steuerungsantrieb einer Brennkraftmaschine, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.The invention relates to a device for adjusting the timing in a control drive of an internal combustion engine, according to the preamble of claim 1.

Aus der DE-OS 31 46 613 ist eine Vorrichtung zum Verstellen der Steuerzeiten bei einem Steuerungsantrieb einer Brennkraftmaschine bekannt, bei der jede zu verstellende Nockenwelle eine axial verschiebbare, über eine Vielkeilverbindung drehfest gehaltene Stellhülse aufweist, die über eine Schrägverzahnung mit einem von der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine angetriebenen Zwischenrad im Eingriff steht. Durch Axialverschiebung der Stellhülse kann dabei die Relativstellung der Nockenwelle bezüglich der Kurbelwelle und damit die Steuerzeit der von den Nockenwellen betätigten Ventile verändert werden. Die Axialverstellung der Stellhülse wird durch einen besonderen Stellantrieb vorgenommen, der einen erheblichen Bau- und Energieaufwand erfordert.From DE-OS 31 46 613 a device for adjusting the timing in a control drive of an internal combustion engine is known, in which each camshaft to be adjusted has an axially displaceable adjusting sleeve, which is held in a rotationally fixed manner by means of a splined connection and which has a helical toothing with a crankshaft of the Internal combustion engine driven idler gear is engaged. The relative position of the camshaft with respect to the crankshaft and thus the control time of the valves actuated by the camshafts can be changed by axially displacing the adjusting sleeve. The axial adjustment of the adjusting sleeve is carried out by a special actuator, which requires a considerable amount of construction and energy.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung der gattunsgemäßen Art vorzuschlagen, die baulich besonders kompakt ist und die mit geringen Verstellkräften eine Verstellung der Steuerzeiten ermöglicht.The object of the invention is to propose a device of the generic type which is structurally particularly compact and which enables the control times to be adjusted with low adjustment forces.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte und besonders zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung sind den weiteren Patentansprüchen entnehmbar.This object is achieved with the characterizing features of claim 1. Advantageous and particularly expedient developments of the invention can be found in the further claims.

Erfindungsgemäß wird zur Verstellung der Steuerzeiten ein umschaltbarer Freilauf vorgeschlagen, der die Nockenwelle relativ zum Antriebszahnrad um einen definierten Verdrehwinkel entweder vor oder zurück verstellt. Zur Einstellung muß nur der Freilauf umgeschaltet werden, was in bekannter Weise durch eine entsprechende Verstellung des Freilaufkäfiges bzw. der Klemmelemente (z. B. Wälzkörper) erfolgt. Für die Umschaltung sind nur relativ geringe Betätigungskräfte erforderlich, die z. B. ohne weiteres mechanisch, elektromagnetisch, elektrisch, pneumatisch oder hydraulisch aufgebracht werden können. Die eigentliche Relativverdrehung der Nockenwelle wird durch den Freilauf in Verbindung mit den an der Nockenwelle auftretenden Wechselmomenten selbsttätig bewirkt. Diese Wechselmomente, die bei bestimmten Nockenversätzen auf der Nockenwelle beim Betätigen der federvorgespannten Gaswechselventile deutlich ausgeprägt sind, bewirken ein schrittweises Verdrehen der Nockenwelle durch die einseitig wirkenden Klemmkräfte innerhalb des vorgegebenen Verdrehwinkels. Das an der Nockenwelle wirkende Wechselmoment ist ohne weiteres festzustellen, wenn man die Nockenwelle langsam durchdreht und dabei das Antriebsmoment mißt. Im Bereich der Auflauframpe eines Nockens (Gaswechselventil wird geöffnet bzw. die Ventilfeder gedrückt) steigt das Antriebsmoment an, geht in den Bereich der Nockenspitze auf den Reibungsanteil zurück und kehrt sich auf der Ablauframpe um, weil nunmehr die Ventilfeder den Nocken bzw. die Nockenwelle in Antriebsrichtung beaufschlagt. Dieses Wechselmoment wird erfindungsgemäß mittels des vorgeschlagenen Freilaufes zur Verstellung der Nockenwelle genutzt.According to the invention, a switchable freewheel is proposed for adjusting the timing, which either adjusts the camshaft relative to the drive gear by a defined angle of rotation forwards or backwards. For adjustment only the freewheel has to be switched over, which is known This is done by a corresponding adjustment of the freewheel cage or the clamping elements (e.g. rolling elements). For the switchover, only relatively low actuation forces are required, which, for. B. can be easily applied mechanically, electromagnetically, electrically, pneumatically or hydraulically. The actual relative rotation of the camshaft is automatically brought about by the freewheel in connection with the alternating torques occurring on the camshaft. These alternating torques, which are clearly pronounced in the case of certain cam offsets on the camshaft when the spring-loaded gas exchange valves are actuated, cause the camshaft to be gradually rotated by the clamping forces acting on one side within the predetermined angle of rotation. The alternating torque acting on the camshaft can be easily determined if the camshaft is slowly turned and the drive torque is measured. In the area of the run-up ramp of a cam (gas exchange valve is opened or the valve spring is pressed), the drive torque increases, goes back to the friction portion in the area of the cam tip and reverses on the run-down ramp because the valve spring now engages the cam or the camshaft Drive direction applied. This alternating torque is used according to the invention by means of the proposed freewheel for adjusting the camshaft.

Besonders zweckmäßig können die Anschläge zur Begrenzung des Verdrehwinkels durch radial abragende, hydraulisch beaufschlagbare Zähne gebildet sein, die ein spiel- und geräuschfreies, gedämpftes Zusammenwirken von Zahnrad und Nockenwelle sicherstellen und eine herstellungstechnisch günstige Konstruktion bilden.The stops for limiting the angle of rotation can be formed particularly expediently by radially projecting, hydraulically actuated teeth, which ensure a play and noise-free, damped interaction of the gearwheel and camshaft and form a construction which is favorable in terms of production technology.

In baulich besonders kompakter Anordnung und zur Verringerung des Teileaufwandes können Elemente des Freilaufes unmittelbar an der Nockenwelle und am Zahnrad ausgebildet sein. So kann der Klemmkonus unmittelbar durch einen Abschnitt der Nockenwelle und das Ringteil des Freilaufes unmittelbar durch das Zahnrad (oder ungekehrt) gebildet sein. Die Klemmkörper bzw. Wälzelemente und der Freilaufkäfig werden entsprechend eingesetzt.In a structurally particularly compact arrangement and to reduce the outlay on parts, elements of the freewheel can be formed directly on the camshaft and on the gearwheel. For example, the clamping cone can be formed directly by a section of the camshaft and the ring part of the freewheel can be formed directly by the gearwheel (or vice versa). The sprags or rolling elements and the freewheel cage are used accordingly.

Der Freilaufkäfig kann erfindungsgemäß über eine Stellhülse verstellt werden, die axial verschiebbar ist und dabei über eine Schrägführung die zur Umschaltung des Freilaufes erforderliche Verdrehung erfährt. Der Freilaufkäfig kann aber auch ohne axiale Verschiebung unmittelbar hydraulisch oder elektrisch verdreht werden.According to the invention, the freewheel cage can be adjusted via an adjusting sleeve which is axially displaceable and thereby undergoes the rotation required for switching over the freewheel via an oblique guide. The freewheel cage can also be rotated directly hydraulically or electrically without axial displacement.

Weiterhin können besonders vorteilhaft der Freilauf und die Stellhülse sowie ein Druckraum zur axialen Verschiebung der Stellhülse in einem an dem Zahnrad angeordneten zylindrischen Abschnitt angeordnet sein, der mit einem Deckel abgeschlossen ist. So kann die gesamte Vorrichtung mit der Nockenwelle vormontiert und als kompakte Einheit in dem Zylinderkopf der Brennkraftmaschine montiert werden. Bevorzugt kann dabei der zylindrische Abschnitt als ein weiteres Nockenwellen-Lager dienen, über das zudem die Druck-Schmierölversorgung der Anschläge, des Freilaufes und gegebenenfalls eine hydraulische Umschaltung des Freilaufes bewerkstelligt werden.Furthermore, the freewheel and the adjusting sleeve as well as a pressure chamber for the axial displacement of the adjusting sleeve can be arranged in a particularly advantageous manner in a cylindrical section arranged on the gear wheel, which section is closed with a cover. The entire device can be preassembled with the camshaft and assembled as a compact unit in the cylinder head of the internal combustion engine. The cylindrical section can preferably serve as a further camshaft bearing, via which the pressure lubricating oil supply to the stops, the freewheel and, if appropriate, a hydraulic switchover of the freewheel are also accomplished.

In vorteilhafter Weise kann gemäß den Merkmalen der Ansprüche 11 und 12 eine Sperrung vorgesehen sein, die jeweils nach dem Verstellen der Nockenwelle mittels des Freilaufes die zueinander verstellbaren Antriebselemente sperrt. Dadurch wird der Freilauf durch die Wechselmomente im Antrieb nur während der Verstellung beansprucht, während jeweils nach der Verstellung der Freilauf kurzgeschlossen ist.Advantageously, according to the features of claims 11 and 12, a lock can be provided, which locks the mutually adjustable drive elements after each adjustment of the camshaft by means of the freewheel. As a result, the freewheel is only stressed by the alternating torques in the drive during the adjustment, while the freewheel is short-circuited after each adjustment.

Der Freilauf kann entweder ein doppeltwirkender Freilauf oder aber ein einfachwirkender, abschaltbarer Freilauf sein; im letzteren Fall erfolgt das Zurückstellen der Nockenwelle entgegen der Antriebsdrehrichtung durch einfaches Lösen der Sperrelemente. Dies kommt einer kurzzeitigen Antriebsunterbrechung gleich.The freewheel can either be a double-acting freewheel or a single-acting, switchable freewheel; in the latter case, the camshaft is reset against the direction of rotation by simply releasing the locking elements. This is equivalent to a brief drive interruption.

Die Umschaltung bzw. Zuschaltung des Freilaufes kann gemäß Anspruch 15 mittels einer Wirbelstrombremse bewerkstelligt sein. Diese kann baulich vorteilhaft um die Stellhülse herum angeordnet werden, wodurch sich eine kompakte, kurzbauende Einheit ergibt, die gegebenenfalls über ein einziges elektrisches Steuergerät steuerbar ist.The switching or switching on of the freewheel can be accomplished according to claim 15 by means of an eddy current brake. This can be structurally advantageously arranged around the adjusting sleeve, which results in a compact, short unit, which can optionally be controlled by a single electrical control unit.

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind im folgenden mit weiteren Einzelheiten näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in

Fig. 1: einen Längsschnitt durch eine teilweise dargestellte Nockenwelle im Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine mit einer hydraulisch betätigten Vorrichtung zur Verstellung der Steuerzeiten über einen Freilauf;
Fig. 2: einen Querschnitt entlang der Linie II-II der Fig. 1;
Fig. 3: einen weiteren Querschnitt gemäß Linie III-III der Fig. 1 und
Fig. 4: einen Querschnitt gemäß Linie IV-IV der Fig. 1;
Fig. 5: einen Längsschnitt durch eine weitere Vorrichtung mit einer elektrohydraulischen Steuerung zur Verstellung der Nockenwellen-Steuerzeiten über einen Freilauf und mit Sperrelementen in den Anschlagstellungen;
Fig. 6: einen Querschnitt gemäß Linie VI-VI der Fig. 5;
Fig. 7: einen teilweisen Querschnitt gemäß Linie VII-VII der Fig. 5; und
Fig. 8: einen ebenfalls teilweisen Querschnitt gemäß Linie VII-VII der Fig. 5, jedoch mit einem einseitig wirkenden, abschaltbaren Freilauf.

Two embodiments of the invention are explained in more detail below. The drawing shows in

Fig. 1: a longitudinal section through a partially shown camshaft in the cylinder head of an internal combustion engine with a hydraulically operated device for adjusting the timing via a freewheel;
Fig. 2: a cross-section along the line II-II of Fig. 1;
Fig. 3: another cross section along line III-III of Fig. 1 and
Fig. 4: a cross section along line IV-IV of Fig. 1;
Fig. 5: a longitudinal section through another device with an electro-hydraulic control for adjusting the camshaft timing via a freewheel and with locking elements in the stop positions;
Fig. 6: a cross section along line VI-VI of Fig. 5;
Fig. 7: a partial cross section along line VII-VII of Fig. 5; and
Fig. 8: a partial cross-section along line VII-VII of FIG. 5, but with a one-way, switchable freewheel.

Eine nur abschnittsweise dargestellte Nockenwelle 10 (Fig. 1- 4) für eine Hubkolben-Brennkraftmaschine trägt mehrere Nocken (nicht dargestellt), über die durch Ventilfedern in ihre Schließstellung vorgespannte Gaswechselventile bzw. Einlaßventile betätigt werden. Die eines Steuerungsantriebes der Brennkraftmaschine mit einem nicht dargestellten Zahnrad auf der Kurbelwelle, einer Kette oder einem Zahnriemen, mit entsprechenden Spannmitteln und dem Zahnrad 12, welches mit der Nockenwelle 10 eine angetriebene Einheit bildet. Die Nockenwelle 10 ist über nicht dargestellte Gleitlager in dem nur teilweise dargestellten Zylinderkopf 14 der Brennkraftmaschine drehbar gelagert.A camshaft 10 (FIGS. 1-4), which is only shown in sections, for a reciprocating piston internal combustion engine carries several cams (not shown), via which gas exchange valves or intake valves, which are prestressed in their closed position, are actuated. The a control drive of the internal combustion engine with a gear, not shown, on the crankshaft, a chain or a toothed belt, with corresponding tensioning means and the gear 12, which forms a driven unit with the camshaft 10. The camshaft 10 is rotatably supported in the cylinder head 14 of the internal combustion engine, which is only partially shown, via plain bearings, not shown.

Das Zahnrad 12 ist auf einem Abschnitt 16 größeren Durchmessers der Nockenwelle 12 begrenzt verdrehbar gelagert und liegt axial an einem Anlaufbund 18 der Nockenwelle 10 an. Zur Verdrehbegrenzung sind in dem Abschnitt 16 radial verlaufende Bohrungen 20 eingearbeitet, in denen verschiebliche Zähne 22 (kreisrunden Querschnittes) angeordnet sind. Die Zähne 22 greifen in Nuten 24 an der Innenumfangsfläche 26 des Zahnrades 12 ein (vgl. Fig. 2). Die Breite der Nuten 24 bestimmt dabei den gewünschten Verdrehwinkel der Nockenwelle 10 relativ zum Zahnrad 12. Die Köpfe der Zähne 22 sind wie die Flanken der Nuten 24 konusförmig abgeschrägt.The gear wheel 12 is mounted on a section 16 of larger diameter of the camshaft 12 so that it can be rotated to a limited extent and is axially in contact with a thrust collar 18 of the camshaft 10. To limit rotation, radially extending bores 20 are incorporated in section 16, in which displaceable teeth 22 (circular cross section) are arranged. The teeth 22 engage in grooves 24 on the inner peripheral surface 26 of the gear wheel 12 (cf. FIG. 2). The width of the grooves 24 determines the desired angle of rotation of the camshaft 10 relative to the gear wheel 12. The heads of the teeth 22, like the flanks of the grooves 24, are beveled conically.

In dem Abschnitt 16 sind nahezu tangential verlaufende Kanäle 28 vorgesehen, die jeweils vom Grund der Bohrungen 20 zu einem Tangentialschlitz 30 an der Umfangsfläche des Abschnittes 16 der Nockenwelle 10 verlaufen. Die Tangentialschlitze 30 wiederum korrespondieren mit radial im Zahnrad verlaufenden Kanälen 32, die in noch zu beschreibender Weise mit dem Druckumlauf-Schmiersystem der Brennkraftmaschine verbunden sind.Almost tangential channels 28 are provided in section 16, each extending from the bottom of the bores 20 to a tangential slot 30 on the peripheral surface of section 16 of camshaft 10. The tangential slots 30 in turn correspond to channels 32 that run radially in the gearwheel and are connected in a manner to be described to the pressure circulation lubrication system of the internal combustion engine.

An das Zahnrad 12 ist ein zylindrischer Abschnitt 36 angeformt, der mit einem Deckel 40 unter Zwischenschaltung einer Dichtung 42 und mittels mehrerer Schrauben 44 flüssigkeitsdicht verbunden ist. Das stirnseitige Ende der Nockenwelle ragt teilweise in diesen zylindrischen Abschnitt 36 hinein und trägt an seiner freien Stirnfläche 46 einen Führungsbolzen 48, der den Deckel 40 unter Zwischenschaltung einer Ringdichtung 50 durchstößt und auf den zur axialen Sicherung des Zahnrades 12 mit dem zylindrischen Abschnitt 36 und dem Deckel 40 eine selbsthemmende Gewindemutter 52 aufgeschraubt ist. Die gewindefreie Länge des Führungsbolzens 48 ist so abgestimmt, daß sich das Zahnrad 12 im wesentlichen axialspielfrei in dem durch die Anschläge 22 vorgegebenen Drehwinkelbereich verdrehen läßt.A cylindrical section 36 is integrally formed on the gear wheel 12, which is connected in a liquid-tight manner to a cover 40 with the interposition of a seal 42 and by means of a plurality of screws 44. The front end of the camshaft partially protrudes into this cylindrical section 36 and carries on its free end face 46 a guide bolt 48 which holds the cover 40 with the interposition of an annular seal 50 pierces and onto which a self-locking threaded nut 52 is screwed for the axial securing of the gear wheel 12 with the cylindrical section 36 and the cover 40. The thread-free length of the guide bolt 48 is adjusted so that the gear 12 can be rotated essentially without axial play in the rotation angle range specified by the stops 22.

Zwischen dem zylindrischen Abschnitt 36 und der Nockenwelle 10 ist ein schaltbarer Freilauf 54 angeordnet (vgl. Figur 3), der sich aus dem zylindrischen Abschnitt 36 als äußeres Ringteil, einem inneren Abschnitt 56 der Nockenwelle 10 als Klemmkonus, mehreren walzenförmigen Wälzelementen 58 und den zwischen den Wälzelementen 58 angeordneten Armen 60 als Käfig zusammensetzt. Zwischen der Armen 60 und den Wälzelementen 58 ist eine wellenförmige Ringfeder 62 vorgesehen, die ein gleichmäßiges Anlegen der Wälzelemente 58 an den Klemmkonus 56 sicherstellen. Durch Verstellen der Wälzelemente 58 relativ zum Klemmkonus 56 des Freilaufes 54 kann dessen Freilaufrichtung umgeschaltet werden.A switchable freewheel 54 is arranged between the cylindrical section 36 and the camshaft 10 (cf. the rolling elements 58 arranged arms 60 assembled as a cage. Between the arms 60 and the rolling elements 58, a wave-shaped ring spring 62 is provided, which ensure a uniform application of the rolling elements 58 to the clamping cone 56. By adjusting the rolling elements 58 relative to the clamping cone 56 of the freewheel 54, its freewheeling direction can be switched.

Die Wälzelemente 58 mit der wellenförmigen Ringfeder 62 sind mittels einem auf eine Nut der Nockenwelle 10 aufgesprengten Sicherungsring 64 axial gesichert. Die Arme 60 des Freilaufkäfiges, die mit einer Stellhülse 66 eine bauliche Einheit bilden, können über einen definierten axialen Verstellbereich axial zwischen die Wälzelemente 58 ein- bzw. ausfahren. Die Stellhülse 66 ist in dem zylindrischen Abschnitt 36 verschiebbar gelagert, wobei über eine Ringdichtung 68 eine flüssigkeitsdichte Abdichtung hergestellt ist. In die Stellhülse 66 ist an deren den Armen 60 gegenüberliegenden Stirnseite ein Ringboden 70 eingeschraubt, der von dem Führungsbolzen 48 durchdrungen ist und mittels eines weiteren Dichtringes 72 gegenüber einem durch die Stellhülse 66 einerseits und den Deckel 40 andererseits gebildeten Druckraum 74 abgedichtet ist.The rolling elements 58 with the wave-shaped ring spring 62 are axially secured by means of a snap ring 64 which is blown onto a groove of the camshaft 10. The arms 60 of the freewheel cage, which form a structural unit with an adjusting sleeve 66, can extend and retract axially between the rolling elements 58 over a defined axial adjustment range. The adjusting sleeve 66 is displaceably mounted in the cylindrical section 36, a liquid-tight seal being produced via an annular seal 68. An annular base 70 is screwed into the adjusting sleeve 66 on its end face opposite the arms 60, which is penetrated by the guide pin 48 and is sealed by means of a further sealing ring 72 against a pressure space 74 formed by the adjusting sleeve 66 on the one hand and the cover 40 on the other hand.

Die Stellhülse 66 weist an deren Innenumfangsfläche 76 drei gleichmäßig über den Umfang verteilte, schräg zur Mittelachse der Nockenwelle verlaufende Nuten 78 auf, die mit in die Nockenwelle 10 an derem Außenumfang in spitzkonusförmige Bohrungen 80 (vgl. Figur 4) eingesetzten Kugeln 82 eine Schrägführung bilden, die bei einem axialen Verschieben der Stellhülse 66 dieser eine Verdrehung aufprägen. Zwischen der freien Stirnseite 46 der Nockenwelle 10 und dem Ringboden 70 an der Stellhülse 66 ist eine Schraubendruckfeder 84 vorgesehen, die die Stellhülse 66 in die auf der Zeichnung rechte Endstellung vorspannt.The adjusting sleeve 66 has on its inner circumferential surface 76 three uniformly distributed over the circumference, extending obliquely to the central axis of the camshaft Grooves 78, which, with balls 82 inserted into the camshaft 10 on their outer circumference in pointed-conical bores 80 (cf. FIG. 4), form an oblique guide which, upon an axial displacement of the adjusting sleeve 66, impart a twist to the latter. Between the free end face 46 of the camshaft 10 and the ring base 70 on the adjusting sleeve 66, a helical compression spring 84 is provided, which prestresses the adjusting sleeve 66 into the end position shown on the right in the drawing.

Der zylindrische Abschnitt 36 des Zahnrades 12 ist in einem Gleitlager 86 im Zylinderkopf 14 der Brennkraftmaschine drehbar gelagert, wobei das Zahnrad 12 innerhalb eines im Zylinderkopf 14 liegenden Schachtes 88 für die Antriebskette liegt. Das Lager 86 ist in bekannter Weise an das Druckumlauf-Schmiersystem der Brennkraftmaschine angeschlossen, wobei über den radial verlaufenden Kanal 92, über die Längskanäle 34, über den radial verlaufenden Kanal 32, die Tangentialschlitze 30 und die Kanäle 28 die Bohrungen 20 bzw. die Zähne 22 mit Schmieröldruck beaufschlagt sind.The cylindrical section 36 of the gear wheel 12 is rotatably mounted in a slide bearing 86 in the cylinder head 14 of the internal combustion engine, the gear wheel 12 being located within a shaft 88 for the drive chain located in the cylinder head 14. The bearing 86 is connected in a known manner to the pressure circulation lubrication system of the internal combustion engine, with the bores 20 and the teeth, respectively, via the radially extending channel 92, via the longitudinal channels 34, via the radially extending channel 32, the tangential slots 30 and the channels 28 22 are subjected to lubricating oil pressure.

Über einen weiteren, radial verlaufenden Kanal 90 in dem zylindrischen Abschnitt 36 kann der Druckraum 74 bei definierten Betriebszuständen der Brennkraftmaschine an das Schmiersystem angeschlossen bzw. druckbeaufschlagt werden. Dies geschieht mittels eines nicht dargestellten Hydraulikventils, welches elektronisch drehzahl- und/oder lastabhängig gesteuert sein kann.Via a further, radially running channel 90 in the cylindrical section 36, the pressure chamber 74 can be connected to the lubrication system or pressurized in defined operating states of the internal combustion engine. This is done by means of a hydraulic valve, not shown, which can be controlled electronically as a function of speed and / or load.

Die Schraubendruckfeder 84 ist hinsichtlich ihrer Vorspannung so abgestimmt, daß sie die Stellhülse 66 in der gezeichneten, rechten Endstellung hält. Wird der Druckraum 74 an das Schmiersystem angeschlossen, so überwiegt der ansteigende Öldruck die Kraft der Schraubendruckfeder 84, so daß die Stellhülse auf der Zeichnung nach links verschoben wird, wobei sie zugleich durch eine entsprechende Verdrehung den Freilauf 54 umschaltet. Die Nockenwelle 10 liegt bei entlastetem Druckraum 74 in einer Position relativ zum Zahnrad 12, wie sie in der Fig. 2 gezeigt ist, wobei der Pfeil 94 die Antriebsrichtung angibt. Ist der Druckraum 74 indessen druckbeaufschlagt, so wird die Stellhülse nach links verschoben, wodurch die Arme 60 des Freilaufkäfiges auf der Zeichnung Fig. 3 im Uhrzeigersinn verdreht werden und damit die Freilaufrichtung umkehren. Dies bedeutet, daß nunmehr der Freilauf 54 in der Antriebsrichtung sperrt und aufgrund der an der Nockenwelle 10 auftretenden Wechselmomente diese schrittweise in der Antriebsrichtung voreilen läßt. Diese schrittweise Vorverstellung findet statt, bis die als Anschläge dienenden Zähne 22 die im Uhrzeigersinn liegende Flanke der Nuten 24 erreicht haben bzw. an dieser anliegen.The helical compression spring 84 is adjusted with regard to its pretension so that it holds the adjusting sleeve 66 in the right-hand end position shown. If the pressure chamber 74 is connected to the lubrication system, the increasing oil pressure outweighs the force of the helical compression spring 84, so that the adjusting sleeve in the drawing is shifted to the left, while at the same time switching the freewheel 54 by a corresponding rotation. When the pressure chamber 74 is relieved, the camshaft 10 lies in a position relative to the gear 12, as shown in FIG. 2, the arrow 94 indicating the drive direction. If, however, the pressure chamber 74 is pressurized, the adjusting sleeve is shifted to the left, as a result of which the arms 60 of the freewheel cage are rotated clockwise in the drawing in FIG. 3 and thus reverse the freewheeling direction. This means that the freewheel 54 now locks in the drive direction and, due to the alternating torques occurring on the camshaft 10, allows it to advance in the drive direction step by step. This step-by-step adjustment takes place until the teeth 22 serving as stops have reached the clockwise flank of the grooves 24 or bear against them.

Wird der Druckraum 74 über das Hydraulikventil wieder drucklos geschaltet, so überwiegt die Kraft der Schraubendruckfeder 84 und die Stellhülse 66 fährt wieder auf der Zeichnung in die rechte Position, wobei über die Arme des Freilaufkäfiges 60 die Wälzelemente 58 wieder in die gezeichnete Position in der Fig. 3 verstellt werden. Dies kehrt die Freilaufrichtung des Freilaufes 54 wiederum um, so daß der weitere Antrieb der Nockenwelle 10 durch formschlüssige Mitnahme über die Anschläge bzw. Zähne 22 in den Nuten 24 erfolgt, während das Gegenmoment (Wechselmoment) nun über den Freilauf 54 abgestützt ist.If the pressure chamber 74 is depressurized again via the hydraulic valve, the force of the helical compression spring 84 prevails and the adjusting sleeve 66 moves again to the right position in the drawing, the rolling elements 58 again being brought into the position shown in FIG 3 can be adjusted. This in turn reverses the freewheeling direction of the freewheel 54, so that the further drive of the camshaft 10 takes place by positive entrainment via the stops or teeth 22 in the grooves 24, while the counter torque (alternating torque) is now supported via the freewheel 54.

Die Fig. 5 bis 7 zeigen ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung. Dabei ist das Antriebszahnrad 12' für die Nockenwelle 10' auf einem rotationssymmetrischen Nabenteil 100 befestigt und dieses wiederum drehbar auf einen im Durchmesser abgestuften Abschnitt 102 der Nockenwelle 10' aufgesetzt.5 to 7 show a further embodiment of the invention. The drive gear 12 'for the camshaft 10' is fastened on a rotationally symmetrical hub part 100 and this in turn is rotatably mounted on a section 102 of the camshaft 10 'which is graduated in diameter.

An das Nabenteil 100 schließen in axialer Anordnung ein rotationssymmetrisches Ringteil 104 und eine Führungshülse 106 an, die über eine Spannschraube 108 fest auf den abgestuften Abschnitten 110,112 der Nockenwelle 10' gehalten sind.Axial arrangement of the hub part 100 is followed by a rotationally symmetrical ring part 104 and a guide sleeve 106, which are held firmly on the stepped sections 110, 112 of the camshaft 10 'by means of a clamping screw 108.

Auf der Führungshülse 106 ist axial verschiebbar eine Stellhülse 114 gelagert, deren eines Ende (nicht dargestellt) mit einem hydraulischen Stellmotor 116 (z. B. eine Kolben-Zylinder-Einheit) gekoppelt ist. Das entgegengesetzte Ende trägt zwei Anschlagsstifte 118,120 (vgl. Fig. 6) und zwei Sperrstifte 122,124. Die genannten Stifte 118 bis 124 erstrecken sich im wesentlichen spielfrei durch zylindrische Ausnehmungen bzw. Bohrungen des Ringteiles 104 hindurch in korrespondierende Ausnehmungen des Nabenteiles 100.On the guide sleeve 106, an adjusting sleeve 114 is axially displaceably mounted, one end (not shown) of which is coupled to a hydraulic servomotor 116 (for example a piston-cylinder unit). The opposite end carries two stop pins 118, 120 (see FIG. 6) and two locking pins 122, 124. Said pins 118 to 124 extend essentially without play through cylindrical recesses or bores of ring part 104 into corresponding recesses of hub part 100.

Dabei sind die Ausnehmungen 126,128 für die Anschlagsstifte 118,120 langlochförmig und ermöglichen eine Relativverdrehung zwischen dem festen Ringteil 104 und dem Nabenteil 100 bzw. Zahnrad 12' innerhalb des gewünschten Nockenwellen-Verstellbereiches. Die Anschlagstifte 118,120 sind so lang ausgeführt, daß sie stets mit den Ausnehmungen 126,128 in Eingriff bleiben.The recesses 126, 128 for the stop pins 118, 120 are elongated and enable a relative rotation between the fixed ring part 104 and the hub part 100 or gear 12 'within the desired camshaft adjustment range. The stop pins 118, 120 are so long that they always remain in engagement with the recesses 126, 128.

Der Sperrstift 122 greift in der linken Position (gezeichnet in Fig. 1) der Stellhülse 114 in eine zylindrische Ausnehmung 130 des Nabenteiles 100 ein, während er in der rechten Endposition nur innerhalb der korrespondierenden Bohrung im Ringteil 104 liegt. In der gesperrten, linken Position ist die Nockenwelle 10' zum Zahnrad 12' (über das Ringteil 104 und das Nabenteil 100) in der "Spät"-Stellung positioniert, wobei die Anschlagstifte 118,120 wie gezeichnet in den langlochförmigen Ausnehmungen 126,128 liegen.In the left position (drawn in FIG. 1) of the adjusting sleeve 114, the locking pin 122 engages in a cylindrical recess 130 of the hub part 100, while in the right end position it lies only within the corresponding bore in the ring part 104. In the locked, left position, the camshaft 10 'to the gear 12' (via the ring part 104 and the hub part 100) is positioned in the "late" position, the stop pins 118, 120 lying in the slot-shaped recesses 126, 128 as shown.

Der zweite Sperrstift 124 trägt einen Kopf 132, der in einer langlochförmigen Ausnehmung 134 des Nabenteiles 100 aufgenommen ist, wobei dessen Freigang in Umfangsrichtung dem Freigang der Anschlagstifte 118,120 gleich ist. Die Ausnehmung 134 erstreckt sich in axialer Richtung nicht über das gesamte Nabenteil 100, sondern geht stufenförmig in eine zylindrische Ausnehmung 136 über, in die jedoch in Umfangsrichtung ein der Stärke des Sperrstiftes 124 entsprechendes Langloch 138 mündet.The second locking pin 124 carries a head 132, which is received in an elongated hole-shaped recess 134 of the hub part 100, its clearance in the circumferential direction being the same as the clearance of the stop pins 118, 120. The recess 134 does not extend in the axial direction over the entire hub part 100, but merges in steps into a cylindrical recess 136, into which, however, a slot 138 corresponding to the thickness of the locking pin 124 opens in the circumferential direction.

Ferner ist in dem Ringteil 104 konzentrisch zur Ausnehmung für den Sperrstift 124 eine zylindrische Ausnehmung 140 eingearbeitet, die zum Nabenteil 100 offen ist und in die der Kopf 132 des Sperrstiftes 124 teilweise einfahren kann.Furthermore, a cylindrical recess 140 is machined in the ring part 104 concentrically to the recess for the locking pin 124, which is open to the hub part 100 and into which the head 132 of the locking pin 124 can partially move.

Die axiale Länge der Sperrstifte 122,124 und des Kopfes 132 sind mit den Ausnehmungen 134,136 und 140 so abgestimmt, daß beim Umschalten der Winkelstellung der Nockenwelle 10' relativ zum Zahnrad 12' durch Verschieben der Stellhülse 114 (auf der Zeichnung Fig. 1 nach rechts) zunächst der Sperrstift 122 außer Eingriff mit der Ausnehmung 130 gerät (Mittelstellung).The axial length of the locking pins 122, 124 and of the head 132 are coordinated with the recesses 134, 136 and 140 so that when the angular position of the camshaft 10 'is switched relative to the gear 12' by moving the adjusting sleeve 114 (to the right in the drawing Fig. 1) initially the locking pin 122 disengages from the recess 130 (middle position).

In dieser Stellung kann die Nockenwelle 10' in Richtung "früh" verstellt werden, wobei sich die Anschlagstifte 118,120 in die entgegengesetzte Endposition der langlochförmigen Ausnehmungen 126,128 verlagern (vgl. Fig. 6).In this position, the camshaft 10 'can be adjusted in the "early" direction, the stop pins 118, 120 shifting into the opposite end position of the slot-shaped recesses 126, 128 (see FIG. 6).

In dieser "Früh"-Stellung der Nockenwelle 10' liegt nun der Kopf 132 des anderen Sperrstiftes 124 in Überdeckung mit den Ausnehmungen 136 und 140 und kann in diese einfahren, wodurch die "Früh"-Stellung gesperrt ist.In this "early" position of the camshaft 10 ', the head 132 of the other locking pin 124 is now in overlap with the recesses 136 and 140 and can move into it, as a result of which the "early" position is blocked.

Während die Verstellung der Stellhülse 114 nach rechts hydraulisch erfolgt, wird deren Rückstellung durch die zwischen der Stellhülse 114 und der Führungshülse 106 angeordnete Schraubendruckfeder 142 bewirkt; sie kann jedoch zusätzlich auch hydraulisch über den Stellmotor 116 bewerkstelligt werden.While the adjustment sleeve 114 is hydraulically adjusted to the right, its resetting is brought about by the helical compression spring 142 arranged between the adjustment sleeve 114 and the guide sleeve 106; however, it can also be accomplished hydraulically via the servomotor 116.

Das Nabenteil 100 umschließt mit einem hülsenförmigen Fortsatz 144 das Ringteil 104, dessen Außenumfang unmittelbar mit den Sperrelementen (Walzen) 146 des doppeltwirkenden Freilaufes 148 (Fig. 7) zusammenwirkt. Der außenliegende Konusring 150 des Freilaufes ist in den Fortsatz 144 eingepreßt, während dessen axial unverschieblicher, zum Umschalten drehbarer Käfig 152 auf dem Ringteil 104 gelagert ist.The hub part 100 encloses the ring part 104 with a sleeve-shaped extension 144, the outer circumference of which cooperates directly with the locking elements (rollers) 146 of the double-acting freewheel 148 (FIG. 7). The outer conical ring 150 of the freewheel is pressed into the extension 144, while its axially immovable cage 152, which is rotatable for switching, is mounted on the ring part 104.

Die axiale Sicherung des Käfigs 152 erfolgt über eine in den Fortsatz 144 eingeschraubte Madenschraube 154, deren radial nach innen abragender Stift 156 in eine langlochförmige, eine Verdrehung des Käfigs 152 ermöglichende Ausnehmung (nicht ersichtlich) im Käfig 152 eingreift. Eine ebenfalls in den Käfig 152 und in den Fortsatz 144 verankerte Schlingfeder 158 spannt den Käfig 152 in die Nockenwellen-Drehrichtung (Verstellung nach "spät") vor.The cage 152 is axially secured by a grub screw 154 screwed into the extension 144, the pin 156 of which protrudes radially inwards and engages in a slot-shaped recess (not visible) in the cage 152 which enables the cage 152 to be rotated. A wrap spring 158 also anchored in the cage 152 and in the extension 144 biases the cage 152 in the direction of rotation of the camshaft (adjustment to "late").

Am freien Ende des Käfigs 152 ist ein Ringanker 160 befestigt, der in Verbindung mit einer benachbart und ortsfest am Zylinderkopf 14' angeordneten Ringwicklung 162 eine elektrische Wirbelstrombremse bildet. Bei elektrischer Erregung der Ringwicklung 162 wird der Käfig 152 (bei sich drehender Nockenwelle gebremst und entgegen der Kraft der Schlingfeder 158 umgeschaltet, so daß er in entgegengesetzter Richtung (Verstellung nach "früh") sperrt.At the free end of the cage 152, a ring armature 160 is fastened which, in connection with a ring winding 162 arranged adjacent and stationary on the cylinder head 14 ', forms an electrical eddy current brake. When the ring winding 162 is electrically excited, the cage 152 is braked (with the camshaft rotating and switched against the force of the wrap spring 158, so that it locks in the opposite direction (adjustment to "early").

Die Wirbelstrombremse 160,162 wird über ein elektrisches Steuergerät 164 synchron mit der hydraulischen Steuerung 116 aktiviert, so daß mit dem Verschieben der Stellhülse 114 in die Mittelstellung jeweils gleichzeitig der doppeltwirkende Freilauf 148 umgeschaltet wird.The eddy current brake 160, 162 is activated synchronously with the hydraulic control 116 by means of an electrical control unit 164, so that when the adjusting sleeve 114 is shifted into the central position, the double-acting freewheel 148 is switched over at the same time.

Anstelle des doppeltwirkenden Freilaufes 148 (Fig. 7) kann auch ein einfachwirkender, abschaltbarer Freilauf 170 (Fig. 8) vorgesehen sein. Dieser unterscheidet sich baulich von dem Freilauf 148 durch die Ausbildung des Konusringes 172, der nur für eine Drehrichtung klemmende Rampen aufweist und bei einer Verstellung der Nockenwelle 10' in Richtung "spät" nicht sperrt (freies Durchdrehen in beide Drehrichtungen).Instead of the double-acting freewheel 148 (FIG. 7), a single-acting, disconnectable freewheel 170 (FIG. 8) can also be provided. This differs structurally from the freewheel 148 by the design of the conical ring 172, which has ramps that clamp only for one direction of rotation and does not block when the camshaft 10 'is adjusted in the "late" direction (free spinning in both directions of rotation).

Es wird somit nur in Richtung "früh" (durch die eingangs beschriebenen Wechselmomente) mit dem Freilauf 172 verstellt, während in Richtung "spät" die Nockenwelle 10' frei zurückschnappen kann und in der "Spät"-Stellung über die Sperrstifte 122,124 (wie beschrieben) trieblich gesperrt ist.It is thus only adjusted in the "early" direction (by the alternating torques described at the beginning) with the freewheel 172, while in the "late" direction the camshaft 10 'can snap back freely and in the "late" position via the locking pins 122, 124 (as described ) is blocked by drive.

Die Verschiebung der Verstellhülse 114 kann auch elektromagnetisch, mechanisch oder pneumatisch erfolgen. Gleiches gilt gegebenenfalls für die Verstellung des Freilauf-Käfigs.The adjustment sleeve 114 can also be moved electromagnetically, mechanically or pneumatically. The same applies if necessary for the adjustment of the freewheel cage.

Claims

Device for adjusting the timing in a control drive of an internal combustion engine, with a gear driven by the crankshaft of the internal combustion engine, which is arranged on a camshaft for actuating the gas exchange valves, the camshaft being adjustable relative to the gear via a limited angle of rotation by means of an adjusting element, characterized in that that the actuating element is formed by a switchable freewheel, which is arranged between the gear (12) and the camshaft (10), and that between the gear (12) and the camshaft (10) stops (22) for determining a defined Angle of rotation are provided.

Apparatus according to claim 1, characterized in that the stops are a plurality of teeth (22) which project radially from the camshaft (10) and which correspond to grooves (24) within the gearwheel (12) with the idle clearance corresponding to the angle of rotation.

Device according to claims 1 and 2, characterized in that the teeth (22) are inserted radially displaceably in bores (20) of the camshaft (10) and that the bottom of the bore is connected to the lubricating oil system of the internal combustion engine.

Device according to claim 1, characterized in that the clamping cone (56) and the rotationally symmetrical ring part (36) of the freewheel (54) are formed directly on the camshaft (10) and in the gearwheel (12).

Device according to claim 1, characterized in that the freewheel cage (60) is connected to an adjusting sleeve (66) and in that the adjusting sleeve (66) is axially displaceable and via an oblique guide (78, 80,82) is rotatably mounted to the clamping cone (56) between the gear (12) and the camshaft (10).

Apparatus according to claim 5, characterized in that the adjusting sleeve (66) is biased axially in one direction by means of a spring (84) and is electrically, pneumatically or hydraulically adjustable in the opposite direction.

Apparatus according to claim 6, characterized in that the gear wheel (12) is cup-shaped with a cylindrical section (36), that the adjusting sleeve (66) is guided in a liquid-tight manner in the cylindrical section (36) and that between the adjusting sleeve (66) and A pressure chamber (74) is formed in a cover (40) which closes the cylindrical section (36) and can be acted upon by a hydraulic fluid.

Device according to one or more of the preceding claims, characterized in that the cylindrical section (36) of the gear wheel (12) is mounted in a slide bearing (86) of the cylinder head (14) of the internal combustion engine and in that the lubricating oil supply to the stops (22) and, if appropriate of the pressure chamber (74) via the slide bearing (86).

Device according to one or more of the preceding claims, characterized in that the gearwheel (12) with the cylindrical section (36) is plugged onto the section (16) of the camshaft (10) having the stops (22) and a thrust collar (18) and is held axially via a threaded connection (48, 52) which is arranged on the end face (46) of the camshaft (10) and penetrates the cover (40) of the cylindrical section (36) in a liquid-tight manner.

Device according to one or more of the preceding claims, characterized in that the adjusting sleeve (66) axially prestressing Spring (84) is supported on the one hand on the end face (46) of the camshaft (10) and on the other hand on an annular base (70) attached to the adjusting sleeve (66).

Device according to one or more of the preceding claims, characterized in that at least one locking element (locking pins 122, 124) is provided which locks the gearwheel (12 ') and the camshaft (10') in a form-fitting manner with respect to one another at least in a rotational position.

Device according to Claim 11, characterized in that the locking elements are formed by locking pins (122, 124) which can be displaced in the axial direction of the camshaft (10 ') and which fit into corresponding recesses (130, 134, 136, 140) of the gear wheel (12') or of a hub part (connected to the gear wheel) 100) and engage in recesses in a ring part (104) of the freewheel (148; 170) and which are connected to an adjusting sleeve (114) which is displaceable but non-rotatably arranged on the camshaft (10 ').

Device according to one or more of claims 1 to 12, characterized in that the switchable freewheel is a double-acting freewheel (54; 148).

Device according to one or more of claims 1 to 12, characterized in that the freewheel is a one-way freewheel (170) which can be switched off in the "late" direction.

Device according to one or more of claims 1 to 14, characterized in that the freewheel cage (152) carries an annular armature part (160) which, as an electromagnetic eddy current brake, cooperates with a fixed ring winding (162) on the cylinder head (14 ') and the freewheel ( 148; 170) when the winding is energized against the force of a return spring (158).