EP0469334B2 - Method for changing the angular position of shafts for an internal combustion engine - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to a device according to the preamble of claim 1.
- One way of changing the valve timing during operation of the internal combustion engine is to preferably rotate the position of the intake camshaft in relation to the crankshaft driving it using a so-called phase converter.
- a coupling member is axially displaced, which is coaxially surrounded by the wheel driving the camshaft.
- the coupling member carries two toothings, at least one of which is helically toothed, which each cooperate with a corresponding toothing on the camshaft or in the wheel, e.g. known from EP-0 335 083.
- Phase shifters are known, e.g. from EP 0 356 162 or the already mentioned EP 0 335 083, in which the wheel driving the camshaft has an internal toothing which engages in an external toothing which is assigned to the coupling member which acts as a hydraulically actuated piston.
- the piston carries a second, as internal toothing trained toothing which engages in a corresponding external toothing of the camshaft.
- Phase converters are also known, e.g. from EP 0 245 791, in which the coupling member moved by a hydraulic piston or an electromagnet carries two axially offset external toothings, one of which engages in an internal toothing of the camshaft, while the other engages in an internal toothing of the driving wheel.
- the invention is therefore based on the object of avoiding the abovementioned disadvantages and thus creating a compact device for changing the relative rotational position of shafts in an internal combustion engine, which takes up little space and at the same time leaves the overall length of an internal combustion engine equipped with the device as short as possible .
- This device enables a compact construction of the phase converter and a simple design of the drive end of the camshaft.
- the compact structure is achieved by such an arrangement of the two pairs of teeth common in a generic phase converter that the wheel driving the camshaft has a first external toothing and that a second toothing connected to the camshaft is designed as an internal toothing, with corresponding toothing in these two toothings engage the coupling member designed as a piston.
- the gears are all essentially coaxially enclosed by the wheel, so that no additional installation space extending in the axial direction is required.
- the second toothing is advantageously not formed directly in the camshaft, but in a hollow shaft detachably connected to the camshaft, which at the same time delimits a space from the camshaft in which the piston can be axially displaced into its end positions.
- the problem of axially securing the wheel is advantageously solved in that the wheel is axially fixed to the hollow shaft without the necessary rotational movement between the wheel and the hollow shaft being hindered when the phase converter is actuated.
- the wheel can be designed as a sprocket or pulley and can be secured with a spring ring acting between the hollow shaft and the wheel or can be screwed to the hollow shaft in such a way that the screws pass through elongated holes arranged in the wheel by means of guide sleeves.
- the simple design of the drive-side end of the camshaft which only utilizes the available space, is achieved by removing the shut-off device controlling the supply and removal of oil from the phase converter or the camshaft.
- the shut-off device can be located at any point on the internal combustion engine, e.g. be arranged in the cylinder head and is also operated hydraulically.
- a tube is held in an easy-to-manufacture, stepped, axially extending recess of the camshaft, which separates two spaces from one another, which, depending on the position of the shut-off device, enable the supply or discharge of oil into the camshaft or the phase converter.
- the rooms are with radial holes connected to the camshaft, which in turn cooperate with lines which open into annular spaces of the shut-off element designed as a changeover valve.
- the radial bores can be arranged at any point on the camshaft.
- the phase converter only slightly protrudes from the drive end of the camshaft and can be assembled as a complete unit. If a phase converter is not to be installed, the camshaft can still be used by attaching a modified sprocket.
- the camshaft which is usually made of a hard material, does not require any toothing or thread.
- the device requires only a small amount of oil, since only the oil displaced from the chambers adjoining the pistons has to be renewed for moving the piston from a first to a second end position.
- the emptying of the chambers after the internal combustion engine has been switched off is avoided in that oil-carrying lines are designed as risers which prevent oil from flowing back.
- the actuation circuit for the device is part of the oil circuit of the internal combustion engine.
- the lubrication circuit for the camshafts is connected to this actuation circuit in such a way that lubrication is retained in the event of a phase converter or shut-off device failure.
- the device is still quiet when the internal combustion engine is operating, since there is no mechanical connection between the device and a hood covering it, such as, for example, components of the device centered in this hood.
- a phase converter 2 at the drive end 3 is assigned to each of the two camshafts 1 serving as the inlet.
- Each camshaft 1 is held in a plurality of bearings 4 which are connected to a lubrication circuit 5.
- the oil circuit of the internal combustion engine comprises the lubrication circuit 5, an actuation circuit for adjusting the phase converter 2 and a lubrication circuit of a crankshaft 6, which is only indicated.
- the phase converter 2 is essentially made up of the three commonly used elements that mesh with one another via toothings.On the one hand, it serves as a chain wheel 7, which serves to drive the camshaft 1, and into which an inner hub 9, which is a first, is the first External toothing 11 formed, oblique toothing 11 carries, is welded in.
- the wheel 8 is connected via the first toothing 11 to a coupling member designed as a hydraulically loaded piston 12 on both sides via a corresponding, first oblique inner toothing 13 which is axially relative to the longitudinally and centrally in the camshaft 1 extending axis N is displaceable in two end positions E1, E2.
- the piston 12 has a second, oblique external toothing 14 which engages in a corresponding toothing 16, formed as a second internal toothing 16, of a hollow shaft 17, which is connected to a flange 18 of the camshaft 1 .
- a cap 19 is pressed into the inner hub 9.
- the piston 12 divides a space 20 enclosed between the flange 18 and the hollow shaft 17 into a first chamber 21 and a second chamber 22.
- the piston 12 is in a first end position E1, which is shown in FIG a first operating state, e.g. idling.
- the sprocket 7 is axially fixed on the hollow shaft 17 by means of a prestressed spring ring 23. It lies half in a groove 24 of the sprocket 7 and the other half in a recess 25 of the hollow shaft 17, whose depth is at least twice as large as that of the groove 24.
- the spring ring 23 is accessible via a plurality of mounting openings 26. If the wheel 8 is designed as a pulley, 18 sealing rings are inserted adjacent to the spring ring 23 and between the hollow shaft 17 and the flange.
- the spring ring 23 is placed in the recess 25 into which it is due to its pretension half immersed.
- the sprocket 7 is then pushed onto the hollow shaft 17, a molded bevel 27 completely pressing the spring ring 23 into the recess 25 before it lies halfway into this groove 24 when the recess 25 and groove 24 are covered.
- the spring ring 23 can be circular or rectangular in cross section.
- the chain wheel 7 is axially secured to the hollow shaft 17 by means of screws 28. These screws 28 are screwed into the thread of the hollow shaft 17 and are slidably guided in slots 30 of the sprocket 7 by means of guide sleeves 29. A small axial play A remains between the guide sleeve 29 and the wheel 8.
- phase converter 2 is held in both embodiments with screw connections 31 in slots 32 of the hollow shaft 17 with sleeve nuts 33 against rotation.
- the elongated holes 32 allow the phase converter 2 to be installed in the correct position, regardless of the position of the camshaft 1 which is secured against rotation for the installation.
- the phase converter 2 can be completely preassembled before mounting on the camshaft 1.
- a pin is inserted into a fitting bore 34 which penetrates the sprocket 7 and the hollow shaft 17 and secures the two parts against rotation.
- the sprocket 7 is axially fixed as already described with a spring ring 23 or the screws 28 and the guide sleeves 29 on the hollow shaft 17.
- the phase converter 2 becomes complete Unit attached to flange 18; the piston 12 is pushed onto a radial flange 35 of the camshaft.
- the oil circuit of the internal combustion engine has a pump 40 which conveys oil from a reservoir 41 through a filter 42. From there, a branch 43 leads to a switching valve 44, to the crankshaft 6 of the internal combustion engine and, via an oil-supplying channel 45, to a changeover valve 46 arranged parallel to this channel 45 and to a downstream pressure reducing valve 47.
- a pressure limiting valve 48 is connected between the filter 42 and the crankshaft 6 and limits the oil pressure supplied by the pump 40 to a maximum pressure PM. From the pressure reducing valve 47 branches off the lubrication circuit 5, which pressurizes the bearings 4 with a pressure P1, which is preferably less than the pressure PM.
- the changeover valve 46 has integrated check valves 49, via which the channel 45 can be coupled to the phase converters 2.
- a first and a second line 50 and 51 each lead from the changeover valve 46 to a separate bearing 52 of the camshafts 1.
- a connection is made via ring channels 53 running in these bearings 52 to first and second bores 54 and 55 running radially in the camshafts 1.
- a cylindrical, stepped recess 60 running from the end 3 from the end 3 to the axis N is made.It has a first diameter D1 from the end 3 to immediately behind the first bore 54, then between the Bores 54, 55 have a second, smaller diameter D2 and from there to immediately behind the second bore 55, an even smaller diameter D3.
- a tube 61 is held in the recess 60 as a cylindrical body, which at the end 3 is widened radially to the diameter D1 and, moreover, has the diameter D2.
- the tube 61 thus separates an annular outer space 62 within the recess 60 into which the The first bore 54 opens out and is connected to the first chamber 21 at the end 3 via an almost radial connecting bore 63.
- the second bore 55 cuts the recess 60 in the area of the diameter D3 and is connected to an interior 64 running inside the tube 61 .
- a built, hollow camshaft 1 is shown, in which a bush 65 is inserted.
- the tube 61 is held at the end 3 in a clamping ring 66 and in the bush 65.
- the flange 18 is formed in one piece with the radial flange 35 and pushed separately onto the camshaft 1.
- the second bore 55 runs partially in the bush 65 and is in turn connected to the interior 64.
- the outer space 62 formed between the tube 61 and the recess 60 connects the first bore 54 to the first chamber 21.
- FIG. 2a The modification shown in FIG. 2a is identical to FIG. 1a with regard to the mounting of the tube 61 in the bush 65, but the flange 18 is inserted in one piece with a sleeve 67 into the assembled camshaft 1.
- the pump 40 pumps oil from the reservoir 41 through the filter 42 to the branch 43.
- the switching valve 44 is switched on or off by an electronic control unit 70 depending on the input signals load and speed of the internal combustion engine. In the switched-off state, no oil gets from the branch 43 via the switching valve 44 to the switching valve 46. This is spring-loaded in a first position S1, which corresponds to the end position E1 of the piston 12.
- the oil conveyed with pressure through the channel 45 along the arrows shown opens the check valves 49, so that the oil via first annular spaces 71 into the first lines 50 and from there into the first holes 54 flows.
- the pressure acts from the bore 54 through the outer space 62 and the connecting bore 63 on the first chamber 21 and holds the piston 12 in its first end position E1 (FIG. 3).
- the control unit 70 switches the switching valve 44 on, so that oil flows from the branch 43 through the switching valve 44 to the switching valve 46 and shifts it into a second position S2, which corresponds to the end position E2 of the piston 12.
- the oil flowing into the second annular spaces 72 via the check valves 49 now reaches the second bores 55 via the second lines 51. From there, the pressure acts on the second chamber 22 through the interior 64.
- the oil flows out of the open end of the tube 61 into a cavity 73 formed by the radial flange 35 and the cap 19 and from there via openings 74 in the piston 12 into the second chamber 22.
- This piston 12 is axially displaced into the second end position E2, with the oblique toothings 11, 13 and 14, 16 the sprocket 7 is rotated relative to the camshaft 1. Rotational displacements occur in the phase converters 2 between the components bordering on sliding surfaces F.
- the pump 40 When the engine is operating at low speeds, the pump 40 does not deliver a maximum pressure PM. Should it still be necessary to move the piston 12, the check valves 49 cause the annular spaces 71, 72 to be filled in batches. As a result, the piston 12 is shifted in stages from one end position to the other.
- each camshaft 1 can each be assigned their own actuation circuit.
- Each camshaft 1 is assigned a channel 45, a changeover valve 46 with a check valve 49 and a pressure reducing valve 47.
- no separate bearing point 52 is required to ensure the supply and discharge of oil into the camshaft 1.
- the radial first and second bores 54, 55 are arranged at locations of the camshaft 1 which are supported in the bearings 4.
- the bearings 4 are each designed as upper and lower halves 4a, 4b in an upper part 80 and a lower part 81 of a bearing frame 82 for camshafts.
- channels 83, 84 run as part of the lubrication circuit 5. From the downstream of the pressure reducing valve 47, Channel 83 running parallel to the axis N in the upper part 80 branches off channels 84 at right angles in a transverse plane Q to each bearing 4.
- Bores 85 receive screw connections 86 for fastening the upper part 80 to the lower part 81.
- the channels 84 are guided in a ring around the bores 85 lying between the axis N and the channel 83, so that the oil with the pressure P1 adjacent to the transverse plane Q supplies the bearing 4 in its upper half 4a via two lubrication openings 87.
- the supply of the outer space 62 and the inner space 64 takes place in an analogous manner to the first two embodiments of the invention, but the line 50 leading to the first bore 54 is arranged in a first bearing 4 and the line 51 leading to the second bore 55 is arranged in a second, adjacent to the first bearing 4.
- the lower halves 4b each have a groove 88 which, according to FIG.
- the bearing frame 82 is fastened on the side of a cylinder head 89 facing away from the combustion chambers, in which part of the lines 50, 51 of the actuation circuit are arranged.
- the parts of the lubrication circuit 5 and the actuation circuit arranged in a bearing 4 and thus also the different oil pressures P1, PM are separated from one another.
- the camshaft 1 can be used in the modified form according to FIGS. 1a and 2a .
- the length of the bush 65 is carried out in accordance with the distance between two adjacent bearings 4.
- the invention relates to a device according to the preamble of claim 1.
- One way of changing the valve timing during operation of the internal combustion engine is to preferably rotate the position of the intake camshaft in relation to the crankshaft driving it using a so-called phase converter.
- a coupling member is axially displaced, which is coaxially surrounded by the wheel driving the camshaft.
- the coupling member carries two toothings, at least one of which is helically toothed, which each cooperate with a corresponding toothing on the camshaft or in the wheel, e.g. known from EP-0 335 083.
- Phase converters are known, for example from EP 0 356 162 or the already mentioned EP 0 335 083, in which the wheel driving the camshaft has an internal toothing which engages in an external toothing which is assigned to the coupling element which acts as a hydraulically actuated piston.
- the piston carries a second toothing, which is designed as an internal toothing and which engages in a corresponding external toothing of the camshaft.
- Phase converters are also known, for example from EP 0 245 791, in which the coupling member moved by a hydraulic piston or an electromagnet has two axially offset external toothings, one of which engages in an internal toothing of the camshaft, while the other engages in an internal toothing of the driving one Engages wheel.
- GB-A-22 29 514 shows a device for changing the relative rotational position of two shafts in an internal combustion engine with a wheel which drives the camshaft and carries a first toothing and which cooperates with a coupling member which is acted upon by an oil circuit and is axially displaceable in at least two end positions.
- This coupling member is designed as a hydraulic piston and acts on a second toothing connected to the camshaft.
- the first toothing is designed as a first external toothing which interacts with a corresponding first internal toothing of the coupling member.
- the second toothing is designed as a second internal toothing which interacts with a corresponding second external toothing of the coupling member.
- the coupling member which is designed as a hydraulically acting piston, can be displaced in one direction by pressurization on one end face, and is reset by the action of a compression spring.
- This training requires appropriate space to accommodate a compression spring.
- this compression spring must be able to apply very high spring forces in order to achieve the fastest possible adjustment.
- the effect of the spring must be overcome to adjust the coupling member by applying hydraulic medium.
- a device for changing the relative rotational position of two shafts in an internal combustion engine is also known from the unpublished, older DE-C-40 23 853, in which the first toothing connected to the driving wheel is designed as a first external toothing and is connected to the camshaft second toothing is designed as a second internal toothing.
- the device described in this document is equipped with a coupling member which is designed as a double-acting hydraulic piston.
- the second toothing connected to the camshaft is formed within the hollow camshaft.
- Such training is very complex to manufacture and therefore expensive.
- the coupling element for such a device is very long and correspondingly expensive to manufacture.
- the invention is therefore based on the object of avoiding the abovementioned disadvantages and thus creating a compact device for changing the relative rotational position of shafts in an internal combustion engine, which takes up little space and at the same time leaves the overall length of an internal combustion engine equipped with the device as short as possible .
- This device enables a compact construction of the phase converter and a simple design of the drive end of the camshaft.
- the compact structure is achieved by such an arrangement of the two pairs of teeth common in a generic phase converter that the wheel driving the camshaft has a first external toothing and that a second toothing connected to the camshaft is designed as an internal toothing, with corresponding toothing in these two toothings engage the coupling member designed as a piston.
- the gears are all essentially coaxially enclosed by the wheel, so that no additional installation space extending in the axial direction is required.
- the second toothing is advantageously not formed directly in the camshaft, but in a hollow shaft detachably connected to the camshaft, which at the same time delimits a space from the camshaft in which the piston can be axially displaced into its end positions.
- the problem of axially securing the wheel is advantageously solved in that the wheel is axially fixed to the hollow shaft without the necessary rotational movement between the wheel and the hollow shaft being hindered when the phase converter is actuated.
- the wheel can be designed as a sprocket or pulley and be secured with a spring ring acting between the hollow shaft and the wheel, or screwed to the hollow shaft in such a way that the screws penetrate elongated holes arranged in the wheel by means of guide sleeves.
- the simple design of the drive-side end of the camshaft which only utilizes the available space, is achieved by removing the shut-off device controlling the supply and removal of oil from the phase converter or the camshaft.
- the shut-off device can be located at any point on the internal combustion engine, e.g. be arranged in the cylinder head and is also operated hydraulically.
- a tube is held in an easy to manufacture, stepped, axially extending recess of the camshaft which separates two spaces from one another which, depending on the position of the shut-off device, enable the supply or discharge of oil into the camshaft or the phase converter.
- the rooms are with radial holes connected to the camshaft, which in turn cooperate with lines which open into annular spaces of the shut-off element designed as a changeover valve.
- the radial bores can be arranged at any point on the camshaft.
- the phase converter only slightly protrudes from the drive end of the camshaft and can be assembled as a complete unit. If a phase converter is not to be installed, the camshaft can still be used by attaching a modified sprocket.
- the camshaft which is usually made of a hard material, does not require any toothing or thread.
- the device requires only a small amount of oil, since only the oil displaced from the chambers adjoining the pistons has to be renewed for moving the piston from a first to a second end position.
- the emptying of the chambers after the internal combustion engine has been switched off is avoided in that oil-carrying lines are designed as risers which prevent oil from flowing back.
- the actuation circuit for the device is part of the oil circuit of the internal combustion engine.
- the lubrication circuit for the camshafts is connected to this actuation circuit in such a way that lubrication is retained in the event of a phase converter or shut-off device failure.
- the device is still quiet when the internal combustion engine is operating, since there is no mechanical connection between the device and a hood covering it, such as, for example, components of the device centered in this hood.
- a phase converter 2 at the drive end 3 is assigned to each of the two camshafts 1 serving as the inlet.
- Each camshaft 1 is held in a plurality of bearings 4 which are connected to a lubrication circuit 5.
- the oil circuit of the internal combustion engine comprises the lubrication circuit 5, an actuation circuit for adjusting the phase converter 2 and a lubrication circuit of a crankshaft 6, which is only indicated.
- the phase converter 2 is essentially made up of the three commonly used elements, which mesh with one another via toothings.
- a wheel 8 which serves to drive the camshaft 1 and is designed as a sprocket 7, into which an inner hub 9, which carries a first, oblique toothing 11 designed as first outer toothing 11, is welded.
- the wheel 8 is connected via the first toothing 11 to a coupling member designed as a piston 12 which is acted upon hydraulically on both sides via a corresponding, first oblique internal toothing 13 which is axially displaceable in two end positions E1, E2 with respect to the axis N running longitudinally and centrally in the camshaft 1 is.
- the piston 12 carries a second, oblique external toothing 14 which engages in a corresponding toothing 16 of a hollow shaft 17 which is designed as a second internal toothing 16 and which is connected to a flange 18 of the camshaft 1.
- a cap 19 is pressed into the inner hub 9.
- the piston 12 divides a space 20 enclosed between the flange 18 and the hollow shaft 17 into a first chamber 21 and a second chamber 22.
- the piston 12 is in a first end position E1, which is shown in FIG a first operating state, e.g. idling.
- the chain wheel 7 is axially fixed on the hollow shaft 17 by means of a prestressed spring ring 23. It lies half in a groove 24 of the chain wheel 7 and the other half in a recess 25 of the hollow shaft 17, the depth of which is at least twice as great as that of the groove 24.
- the spring ring 23 is accessible via a plurality of assembly openings 26. If the wheel 8 is designed as a pulley, 18 sealing rings are inserted adjacent to the spring ring 23 and between the hollow shaft 17 and the flange.
- the spring ring 23 is placed in the recess 25 into which it is due to its pretension half immersed.
- the sprocket 7 is then pushed onto the hollow shaft 17, a molded bevel 27 completely pressing the spring ring 23 into the recess 25 before it lies halfway into this groove 24 when the recess 25 and groove 24 are covered.
- the spring ring 23 can be circular or rectangular in cross section.
- the chain wheel 7 is axially secured to the hollow shaft 17 by means of screws 28. These screws 28 are screwed into the thread of the hollow shaft 17 and are slidably guided in slots 30 of the sprocket 7 by means of guide sleeves 29. A small axial play A remains between the guide sleeve 29 and the wheel 8.
- phase converter 2 is held in both embodiments with screw connections 31 in slots 32 of the hollow shaft 17 with sleeve nuts 33 against rotation.
- the elongated holes 32 allow the phase converter 2 to be installed in the correct position, regardless of the position of the camshaft 1 which is secured against rotation for the installation.
- the phase converter 2 can be completely preassembled before mounting on the camshaft 1.
- a pin is inserted into a fitting bore 34 which penetrates the sprocket 7 and the hollow shaft 17 and secures the two parts against rotation.
- the sprocket 7 is then axially fixed to the hollow shaft 17 with a spring ring 23 or the screws 28 and the guide sleeves 29 as already described.
- the phase converter 2 is fastened to the flange 18 as a complete unit; the piston 12 is pushed onto a radial flange 35 of the camshaft.
- the oil circuit of the internal combustion engine has a pump 40 which conveys oil from a reservoir 41 through a filter 42. From there, a branch 43 leads to a switching valve 44, to the crankshaft 6 of the internal combustion engine and, via an oil-supplying channel 45, to a changeover valve 46 arranged parallel to this channel 45 and to a downstream pressure reducing valve 47.
- a pressure limiting valve 48 is connected between the filter 42 and the crankshaft 6 and limits the oil pressure supplied by the pump 40 to a maximum pressure PM. From the pressure reducing valve 47 branches off the lubrication circuit 5, which pressurizes the bearings 4 with a pressure P1, which is preferably less than the pressure PM.
- the changeover valve 46 has integrated check valves 49, via which the channel 45 can be coupled to the phase converters 2.
- a first and a second line 50 and 51 each lead from the changeover valve 46 to a separate bearing 52 of the camshafts 1.
- a connection is made via ring channels 53 running in these bearings 52 to first and second bores 54 and 55 running radially in the camshafts 1.
- a cylindrical, stepped recess 60 which extends from the end 3 in a rotationally symmetrical manner to the axis N, is introduced. It has a first diameter D1 from the end 3 to immediately behind the first bore 54, then a second, smaller diameter D2 between the bores 54, 55 and from there to a further smaller diameter D3 immediately behind the second bore 55.
- a tube 61 is held as a cylindrical body, which is widened radially at the end 3 to the diameter D1 and otherwise has the diameter D2.
- the tube 61 thus separates an annular outer space 62 within the recess 60, into which the first bore 54 opens and which is connected at the end 3 to the first chamber 21 via an almost radial connecting bore 63.
- the second bore 55 cuts the recess 60 in the area of the diameter D3 and is connected to an interior 64 running inside the tube 61.
- a built, hollow camshaft 1 is shown, in which a bush 65 is inserted.
- the tube 61 is held at the end 3 in a clamping ring 66 and in the bush 65.
- the flange 18 is formed in one piece with the radial flange 35 and pushed separately onto the camshaft 1.
- the second bore 55 runs partially in the bush 65 and is in turn connected to the interior 64.
- the outer space 62 formed between the tube 61 and the recess 60 connects the first bore 54 to the first chamber 21.
- FIG. 2a The modification shown in FIG. 2a is identical to FIG. 1a with regard to the mounting of the tube 61 in the bush 65, but the flange 18 is inserted in one piece with a sleeve 67 into the assembled camshaft 1.
- the pump 40 pumps oil from the reservoir 41 through the filter 42 to the branch 43.
- the switching valve 44 is switched on or off by an electronic control unit 70 depending on the input signals load and speed of the internal combustion engine. In the switched-off state, no oil gets from the branch 43 via the switching valve 44 to the switching valve 46. This is spring-loaded in a first position S1, which corresponds to the end position E1 of the piston 12.
- the oil conveyed with pressure through the channel 45 along the arrows shown opens the check valves 49, so that the oil via first annular spaces 71 into the first lines 50 and from there into the first holes 54 flows.
- the pressure acts from the bore 54 through the outer space 62 and the connecting bore 63 on the first chamber 21 and holds the piston 12 in its first end position E1 (FIG. 3).
- the control unit 70 switches the switching valve 44 on, so that oil flows from the branch 43 through the switching valve 44 to the switching valve 46 and shifts it into a second position S2, which corresponds to the end position E2 of the piston 12.
- the oil flowing into the second annular spaces 72 via the check valves 49 now reaches the second bores 55 via the second lines 51. From there, the pressure acts on the second chamber 22 through the interior 64.
- the oil flows out of the open end of the tube 61 into a cavity 73 formed by the radial flange 35 and the cap 19 and from there via openings 74 in the piston 12 into the second chamber 22.
- This piston 12 is axially displaced into the second end position E2, with the oblique toothings 11, 13 and 14, 16 the sprocket 7 is rotated relative to the camshaft 1. Rotational displacements occur in the phase converters 2 between the components bordering on sliding surfaces F.
- the pump 40 When the engine is operating at low speeds, the pump 40 does not deliver a maximum pressure PM. Should it still be necessary to move the piston 12, the check valves 49 cause the annular spaces 71, 72 to be filled in batches. As a result, the piston 12 is shifted in stages from one end position to the other.
- each camshaft 1 can each be assigned their own actuation circuit.
- Each camshaft 1 is assigned a channel 45, a changeover valve 46 with a check valve 49 and a pressure reducing valve 47.
- no separate bearing point 52 is required to ensure the supply and discharge of oil into the camshaft 1.
- the radial first and second bores 54, 55 are arranged at locations of the camshaft 1 which are supported in the bearings 4.
- the bearings 4 are each designed as upper and lower halves 4a, 4b in an upper part 80 and a lower part 81 of a bearing frame 82 for camshafts.
- channels 83, 84 run as part of the lubrication circuit 5. From the downstream of the pressure reducing valve 47, Channel 83 running parallel to the axis N in the upper part 80 branches off channels 84 at right angles in a transverse plane Q to each bearing 4.
- Bores 85 receive screw connections 86 for fastening the upper part 80 to the lower part 81.
- the channels 84 are guided in a ring around the bores 85 lying between the axis N and the channel 83, so that the oil with the pressure P1 adjacent to the transverse plane Q supplies the bearing 4 in its upper half 4a via two lubrication openings 87.
- the supply of the outer space 62 and the inner space 64 takes place in a manner analogous to the first two embodiments of the invention, but the line 50 leading to the first bore 54 is arranged in a first bearing 4 and the line 51 leading to the second bore 55 is arranged in a second, adjacent to the first bearing 4.
- the lower halves 4b each have a groove 88 which, according to FIG.
- the bearing frame 82 is fastened on the side of a cylinder head 89 facing away from the combustion chambers, in which part of the lines 50, 51 of the actuation circuit are arranged.
- the parts of the lubrication circuit 5 and the actuation circuit arranged in a bearing 4 and thus also the different oil pressures P1, PM are separated from one another.
- the camshaft 1 can be used in the modified form according to FIGS. 1a and 2a.
- the length of the bush 65 is carried out in accordance with the distance between two adjacent bearings 4.
- the invention relates to a device according to the preamble of claim 1.
- One way of changing the valve timing during operation of the internal combustion engine is to preferably rotate the position of the intake camshaft in relation to the crankshaft driving it using a so-called phase converter.
- a coupling member is axially displaced, which is coaxially surrounded by the wheel driving the camshaft.
- the coupling member carries two toothings, at least one of which is helically toothed, which each cooperate with a corresponding toothing on the camshaft or in the wheel, e.g. known from EP-0 335 083.
- Phase converters are known, for example from EP 0 356 162 or the already mentioned EP 0 335 083, in which the wheel driving the camshaft has an internal toothing which engages in an external toothing which is assigned to the coupling element which acts as a hydraulically actuated piston.
- the piston carries a second toothing, which is designed as an internal toothing and which engages in a corresponding external toothing of the camshaft.
- Phase converters are also known, for example from EP 0 245 791, in which the coupling member moved by a hydraulic piston or an electromagnet has two axially offset external toothings, one of which engages in an internal toothing of the camshaft, while the other engages in an internal toothing of the driving one Engages wheel.
- GB-A-22 29 514 shows a device for changing the relative rotational position of two shafts in an internal combustion engine with a wheel which drives the camshaft and carries a first toothing and which cooperates with a coupling member which is acted upon by an oil circuit and is axially displaceable in at least two end positions.
- This coupling member is designed as a hydraulic piston and acts on a second toothing connected to the camshaft.
- the first toothing is designed as a first external toothing which interacts with a corresponding first internal toothing of the coupling member.
- the second toothing is designed as a second internal toothing which interacts with a corresponding second external toothing of the coupling member.
- the coupling member which is designed as a hydraulically acting piston, can be displaced in one direction by pressurization on one end face, and is reset by the action of a compression spring.
- This training requires appropriate space to accommodate a compression spring.
- this compression spring must be able to apply very high spring forces in order to achieve the fastest possible adjustment.
- the effect of the spring must be overcome to adjust the coupling member by applying hydraulic medium.
- a device for changing the relative rotational position of two shafts in an internal combustion engine is also known from the unpublished, older DE-C-40 23 853, in which the first toothing connected to the driving wheel is designed as a first external toothing and is connected to the camshaft second toothing is designed as a second internal toothing.
- the device described in this document is equipped with a coupling member which is designed as a double-acting hydraulic piston.
- the second toothing connected to the camshaft is formed within the hollow camshaft.
- Such training is very complex to manufacture and therefore expensive.
- the coupling element for such a device is very long and correspondingly expensive to manufacture.
- the invention is therefore based on the object to avoid the aforementioned disadvantages and thus to create a compact device for changing the relative rotational position of shafts in an internal combustion engine, which takes up a small amount of space and at the same time the overall length of an internal combustion engine equipped with the device as short as possible leaves.
- This device enables a compact construction of the phase converter and a simple design of the drive end of the camshaft.
- the compact structure is achieved by such an arrangement of the two pairs of teeth common in a generic phase converter that the wheel driving the camshaft has a first external toothing and that a second toothing connected to the camshaft is designed as an internal toothing, with corresponding toothing in these two toothings engage the coupling member designed as a piston.
- the gears are all essentially coaxially enclosed by the wheel, so that no additional installation space extending in the axial direction is required.
- the second toothing is advantageously not formed directly in the camshaft, but in a hollow shaft detachably connected to the camshaft, which at the same time delimits a space from the camshaft in which the piston can be axially displaced into its end positions.
- the problem of axially securing the wheel is advantageously solved in that the wheel is axially fixed to the hollow shaft without the necessary rotational movement between the wheel and the hollow shaft being hindered when the phase converter is actuated.
- the wheel can be designed as a sprocket or pulley and can be secured with a spring ring acting between the hollow shaft and the wheel or can be screwed to the hollow shaft in such a way that the screws pass through elongated holes arranged in the wheel by means of guide sleeves.
- the simple design of the drive-side end of the camshaft which only utilizes the available space, is achieved by removing the shut-off device controlling the supply and removal of oil from the phase converter or the camshaft.
- the shut-off device can be located at any point on the internal combustion engine, e.g. be arranged in the cylinder head and is also operated hydraulically.
- a tube is held in an easy-to-manufacture, stepped, axially extending recess of the camshaft, which separates two spaces from one another, which, depending on the position of the shut-off device, enable the supply or discharge of oil into the camshaft or the phase converter.
- the rooms are with radial holes connected to the camshaft, which in turn cooperate with lines which open into annular spaces of the shut-off element designed as a changeover valve.
- the radial bores can be arranged at any point on the camshaft.
- the phase converter only slightly protrudes from the drive end of the camshaft and can be assembled as a complete unit. If a phase converter is not to be installed, the camshaft can still be used by attaching a modified sprocket.
- the camshaft which is usually made of a hard material, does not require any toothing or thread.
- the device requires only a small amount of oil, since only the oil displaced from the chambers adjoining the pistons has to be renewed for moving the piston from a first to a second end position.
- the emptying of the chambers after the internal combustion engine has been switched off is avoided in that oil-carrying lines are designed as risers which prevent oil from flowing back.
- the actuation circuit for the device is part of the oil circuit of the internal combustion engine.
- the lubrication circuit for the camshafts is connected to this actuation circuit in such a way that lubrication is retained in the event of a phase converter or shut-off device failure.
- the device is still quiet when the internal combustion engine is operating, since there is no mechanical connection between the device and a hood covering it, such as, for example, components of the device centered in this hood.
- a phase converter 2 at the drive end 3 is assigned to each of the two camshafts 1 serving as the inlet.
- Each camshaft 1 is held in a plurality of bearings 4 which are connected to a lubrication circuit 5.
- the oil circuit of the internal combustion engine comprises the lubrication circuit 5, an actuation circuit for adjusting the phase converter 2 and a lubrication circuit of a crankshaft 6, which is only indicated.
- the phase converter 2 is essentially made up of the three commonly used elements that mesh with one another via toothings.On the one hand, it serves as a chain wheel 7, which serves to drive the camshaft 1, and into which an inner hub 9, which is a first, is the first External toothing 11 formed, oblique toothing 11 carries, is welded in.
- the wheel 8 is connected via the first toothing 11 to a coupling member designed as a hydraulically loaded piston 12 on both sides via a corresponding, first oblique inner toothing 13 which is axially relative to the longitudinally and centrally in the camshaft 1 extending axis N is displaceable in two end positions E1, E2.
- the piston 12 has a second, oblique external toothing 14 which engages in a corresponding toothing 16, formed as a second internal toothing 16, of a hollow shaft 17, which is connected to a flange 18 of the camshaft 1 In the inner hub 9, a cap 19 is inserted expresses.
- the piston 12 divides a space 20 enclosed between the flange 18 and the hollow shaft 17 into a first chamber 21 and a second chamber 22.
- the piston 12 is in a first end position E1, which is shown in FIG a first operating state, e.g. idling.
- the sprocket 7 is axially fixed on the hollow shaft 17 by means of a prestressed spring ring 23. It lies half in a groove 24 of the sprocket 7 and the other half in a recess 25 of the hollow shaft 17, whose depth is at least twice as large as that of the groove 24.
- the spring ring 23 is accessible via a plurality of mounting openings 26. If the wheel 8 is designed as a pulley, 18 sealing rings are inserted adjacent to the spring ring 23 and between the hollow shaft 17 and the flange.
- the spring ring 23 is placed in the recess 25 in which it is due to its pretension half immersed.
- the sprocket 7 is then pushed onto the hollow shaft 17, a molded bevel 27 completely pressing the spring ring 23 into the recess 25 before it lies halfway into this groove 24 when the recess 25 and groove 24 are covered.
- the spring ring 23 can be circular or rectangular in cross section.
- the chain wheel 7 is axially secured to the hollow shaft 17 by means of screws 28. These screws 28 are screwed into the thread of the hollow shaft 17 and are slidably guided in slots 30 of the sprocket 7 by means of guide sleeves 29. A small axial play A remains between the guide sleeve 29 and the wheel 8.
- phase converter 2 is held in both embodiments with screw connections 31 in slots 32 of the hollow shaft 17 with sleeve nuts 33 against rotation.
- the elongated holes 32 allow the phase converter 2 to be installed in the correct position, regardless of the position of the camshaft 1 which is secured against rotation for the installation.
- the phase converter 2 can be completely preassembled before mounting on the camshaft 1.
- a pin is inserted into a fitting bore 34 which penetrates the sprocket 7 and the hollow shaft 17 and secures the two parts against rotation.
- the sprocket 7 is then axially fixed to the hollow shaft 17 with a spring ring 23 or the screws 28 and the guide sleeves 29 as already described.
- the phase converter 2 is fastened to the flange 18 as a complete unit; the piston 12 is pushed onto a radial flange 35 of the camshaft.
- the oil circuit of the internal combustion engine has a pump 40 which conveys oil from a reservoir 41 through a filter 42. From there, a branch 43 leads to a switching valve 44, to the crankshaft 6 of the internal combustion engine and, via an oil-supplying channel 45, to a changeover valve 46 arranged parallel to this channel 45 and to a downstream pressure reducing valve 47.
- a pressure limiting valve 48 is connected between the filter 42 and the crankshaft 6 and limits the oil pressure supplied by the pump 40 to a maximum pressure PM. From the pressure reducing valve 47 branches off the lubrication circuit 5, which pressurizes the bearings 4 with a pressure P1, which is preferably less than the pressure PM.
- the changeover valve 46 has integrated check valves 49, via which the channel 45 can be coupled to the phase converters 2.
- a first and a second line 50 and 51 each lead from the changeover valve 46 to a separate bearing 52 of the camshafts 1.
- a connection is made via ring channels 53 running in these bearings 52 to first and second bores 54 and 55 running radially in the camshafts 1.
- a cylindrical, stepped recess 60 which extends from the end 3 in a rotationally symmetrical manner to the axis N, is introduced. It has a first diameter D1 from the end 3 to immediately behind the first bore 54, then a second, smaller diameter D2 between the bores 54, 55 and from there to a further smaller diameter D3 immediately behind the second bore 55.
- a tube 61 is held as a cylindrical body, which is widened radially at the end 3 to the diameter D1 and otherwise has the diameter D2.
- the tube 61 thus separates an annular outer space 62 within the recess 60, into which the first bore 54 opens and which is connected at the end 3 to the first chamber 21 via an almost radial connecting bore 63.
- the second bore 55 cuts the recess 60 in the area of the diameter D3 and is connected to an interior 64 running inside the tube 61.
- a built, hollow camshaft 1 is shown, in which a bush 65 is inserted.
- the tube 61 is held at the end 3 in a clamping ring 66 and in the bush 65.
- the flange 18 is formed in one piece with the radial flange 35 and pushed separately onto the camshaft 1.
- the second bore 55 runs partially in the bush 65 and is in turn connected to the interior 64.
- the outer space 62 formed between the tube 61 and the recess 60 connects the first bore 54 to the first chamber 21.
- FIG. 2a The modification shown in FIG. 2a is identical to FIG. 1a with regard to the mounting of the tube 61 in the bush 65, but the flange 18 is inserted in one piece with a sleeve 67 into the assembled camshaft 1.
- the pump 40 pumps oil from the reservoir 41 through the filter 42 to the branch 43.
- the switching valve 44 is switched on or off by an electronic control unit 70 depending on the input signals load and speed of the internal combustion engine. In the switched-off state, no oil gets from the branch 43 via the switching valve 44 to the switching valve 46. This is spring-loaded in a first position S1, which corresponds to the end position E1 of the piston 12.
- the oil conveyed with pressure through the channel 45 along the arrows shown opens the check valves 49, so that the oil via first annular spaces 71 into the first lines 50 and from there into the first holes 54 flows.
- the pressure acts from the bore 54 through the outer space 62 and the connecting bore 63 on the first chamber 21 and holds the piston 12 in its first end position E1 (FIG. 3).
- the control unit 70 switches the switching valve 44 on, so that oil flows from the branch 43 through the switching valve 44 to the switching valve 46 and shifts it to a second position S2, which corresponds to the end position E2 of the piston 12.
- the oil flowing into the second annular spaces 72 via the check valves 49 now reaches the second bores 55 via the second lines 51. From there, the pressure acts on the second chamber 22 through the interior 64.
- the oil flows out of the open end of the tube 61 into a cavity 73 formed by the radial flange 35 and the cap 19 and from there via openings 74 in the piston 12 into the second chamber 22.
- This piston 12 is axially displaced into the second end position E2, with the oblique toothings 11, 13 and 14, 16 the sprocket 7 is rotated relative to the camshaft 1. Rotational displacements occur in the phase converters 2 between the components bordering on sliding surfaces F.
- the pump 40 When the engine is operating at low speeds, the pump 40 does not deliver a maximum pressure PM. Should it still be necessary to move the piston 12, the check valves 49 cause the annular spaces 71, 72 to be filled in batches. As a result, the piston 12 is shifted in stages from one end position to the other.
- each camshaft 1 can each be assigned their own actuation circuit.
- Each camshaft 1 is assigned a channel 45, a changeover valve 46 with a check valve 49 and a pressure reducing valve 47.
- no separate bearing point 52 is required to ensure the supply and discharge of oil into the camshaft 1.
- the radial first and second bores 54, 55 are arranged at locations of the camshaft 1 which are supported in the bearings 4.
- the bearings 4 are each designed as an upper and lower half 4a, 4b in an upper part 80 and a lower part 81 of a bearing frame 82 for camshafts.
- Channels 83, 84 run in the upper part 80 as part of the lubrication circuit 5. From the channel 83 located downstream of the pressure reducing valve 47 and running parallel to the axis N in the upper part 80, channels 84 branch off at right angles in a transverse plane Q to each bearing 4.
- Bores 85 receive screw connections 86 for fastening the upper part 80 to the lower part 81.
- the channels 84 are guided in a ring around the bores 85 lying between the axis N and the channel 83, so that the oil with the pressure P1 adjacent to the transverse plane Q supplies the bearing 4 in its upper half 4a via two lubrication openings 87.
- the supply of the outer space 62 and the inner space 64 takes place in an analogous manner to the first two embodiments of the invention, but the line 50 leading to the first bore 54 is arranged in a first bearing 4 and the line 51 leading to the second bore 55 is arranged in a second, adjacent to the first bearing 4.
- the lower halves 4b each have a groove 88 which, according to FIG.
- the bearing frame 82 is fastened on the side of a cylinder head 89 facing away from the combustion chambers, in which part of the lines 50, 51 of the actuation circuit are arranged.
- the parts of the lubrication circuit 5 and the actuation circuit arranged in a bearing 4 and thus also the different oil pressures P1, PM are separated from one another.
- the camshaft 1 can be used in the modified form according to FIGS. 1a and 2a.
- the length of the bush 65 is carried out in accordance with the distance between two adjacent bearings 4.
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Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.The invention relates to a device according to the preamble of
Es ist bekannt, die Ventilsteuerzeiten einer Brennkraftmaschine ihrer Drehzahl anzupassen, um sie in einem möglichst breiten Drehzahlbereich optimal betreiben zu können. Hierdurch können Drehmoment Leistung, Abgasemission, Leerlaufverhalten und Kraftstoffverbrauch verbessert werden.It is known to adapt the valve timing of an internal combustion engine to its speed in order to be able to operate it optimally in the widest possible speed range. This can improve torque performance, exhaust emissions, idling behavior and fuel consumption.
Eine Möglichkeit, die Ventilsteuerzeiten während des Betriebes der Brennkraftmaschine zu verändern, besteht darin, vorzugsweise die Einlaßnockenwelle in ihrer Lage relativ zu der sie antreibenden Kurbelwelle mit Hilfe eines sogenannten Phasenwandlers zu verdrehen. Dabei wird öldruckabhängig ein Koppelglied axial verschoben, welches koaxial von dem die Nockenwelle antreibenden Rad umgeben ist. Das Koppelglied trägt zwei Verzahnungen, von denen mindestens eine schräg verzahnt ist, die mit je einer korrespondierenden Verzahnung auf der Nockenwelle bzw. in dem Rad zusammenwirken, wie z.B. aus der EP- 0 335 083 bekannt.One way of changing the valve timing during operation of the internal combustion engine is to preferably rotate the position of the intake camshaft in relation to the crankshaft driving it using a so-called phase converter. Depending on the oil pressure, a coupling member is axially displaced, which is coaxially surrounded by the wheel driving the camshaft. The coupling member carries two toothings, at least one of which is helically toothed, which each cooperate with a corresponding toothing on the camshaft or in the wheel, e.g. known from EP-0 335 083.
Es sind Phasenwandler bekannt, z.B. aus der EP 0 356 162 oder der bereits genannten EP 0 335 083, bei denen das die Nockenwelle antreibende Rad eine Innenverzahnung trägt, die in eine Außenverzahnung eingreift, die dem als hydraulisch beaufschlagten Kolben wirkenden Koppelglied zugeordnet ist Der Kolben trägt eine zweite, als Innenverzahnung ausgebildete Verzahnung, die in eine korrespondierende Außenverzahnung der Nockenwelle eingreift. Weiterhin sind Phasenwandler bekannt, z.B. aus der EP 0 245 791, bei denen das von einem Hydraulikkolben oder einem Elektromagneten bewegte Koppelglied zwei axial zueinander versetzte Außenverzahnungen trägt, von denen die eine in eine Innenverzahnung der Nockenwelle eingreift, während die andere in eine Innenverzahnung des antreibenden Rades eingreift.Phase shifters are known, e.g. from EP 0 356 162 or the already mentioned EP 0 335 083, in which the wheel driving the camshaft has an internal toothing which engages in an external toothing which is assigned to the coupling member which acts as a hydraulically actuated piston. The piston carries a second, as internal toothing trained toothing which engages in a corresponding external toothing of the camshaft. Phase converters are also known, e.g. from EP 0 245 791, in which the coupling member moved by a hydraulic piston or an electromagnet carries two axially offset external toothings, one of which engages in an internal toothing of the camshaft, while the other engages in an internal toothing of the driving wheel.
Alle genannten Vorrichtungen haben den Nachteil, daß sie einen erheblichen, zusätzlichen Bauraum beanspruchen, der die Einbaulänge einer mit einer solchen Vorrichtung ausgestatteten Brennkraftmaschine erhöht Überlicherweise begrenzt eine Ebene einen stirnseitigen Abschluß der Brennkraftmaschine, wobei diese durch den über das die Nockenwelle antreibende Rad laufende Endlostrieb gebildet wird. Dieser Abschluß wird bei dem bekannten Stand der Technik entweder von der Vorrichtung deutlich überragt, oder das Rad mußte aufgrund des Bauvolumens der Vorrichtung weiter entfernt von der Stirnseite der Brennkraftmaschine angeordnet werden.All of the devices mentioned have the disadvantage that they take up a considerable amount of additional installation space, which increases the installation length of an internal combustion engine equipped with such a device. Usually, one level limits the end closure of the internal combustion engine, which is formed by the endless drive running via the wheel driving the camshaft becomes. In the known prior art, this conclusion is either clearly surmounted by the device, or the wheel had to be arranged further away from the end face of the internal combustion engine due to the structural volume of the device.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, die vorgenannten Nachteile zu vermeiden und somit eine kompakte Vorrichtung zur Änderung der relativen Drehlage von Wellen in einer Brennkraftmaschine zu schaffen, die einen geringen Bauraum beansprucht und dabei die Baulänge einer mit der Vorrichtung ausgestatteten Brennkraftmaschine möglichst kurz beläßt.The invention is therefore based on the object of avoiding the abovementioned disadvantages and thus creating a compact device for changing the relative rotational position of shafts in an internal combustion engine, which takes up little space and at the same time leaves the overall length of an internal combustion engine equipped with the device as short as possible .
Diese Aufgabe wird mit den im-Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen, die auch eine kompakte hydraulische Steuerung der Vorrichtung beinhalten, sind in den Unteransprüchen benannt.This object is achieved with the features specified in
Diese Vorrichtung ermöglicht einen kompakten Aufbau des Phasenwandlers und eine einfache Gestaltung des antriebsseitigen Endes der Nockenwelle. Der kompakte Aufbau wird erreicht durch eine derartige Anordnung der zwei bei einem gattungsgemäßen Phasenwandler üblichen Verzahnungspaare, daß das die Nockenwelle antreibende Rad eine erste Außenverzahnung trägt und daß eine zweite, mit der Nockenwelle verbundene Verzahnung als Innenverzahnung ausgebildet ist, wobei in diese beiden Verzahnungen korrespondierende Verzahnungen des als Kolben ausgebildeten Koppelgliedes eingreifen. Die Verzahnungen sind dabei alle im wesentlichen koaxial von dem Rad umschlossen, so daß kein zusätzlicher, sich in axialer Richtung erstreckender Bauraum beansprucht wird.
Die zweite Verzahnung ist vorteilhafterweise nicht direkt in der Nockenwelle ausgebildet, sondern in einer lösbar mit der Nockenwelle verbundenen Hohlwelle, die gleichzeitig einen Raum gegenüber der Nockenwelle abgrenzt, in dem der Kolben axial in seine Endlagen verschoben werden kann.This device enables a compact construction of the phase converter and a simple design of the drive end of the camshaft. The compact structure is achieved by such an arrangement of the two pairs of teeth common in a generic phase converter that the wheel driving the camshaft has a first external toothing and that a second toothing connected to the camshaft is designed as an internal toothing, with corresponding toothing in these two toothings engage the coupling member designed as a piston. The gears are all essentially coaxially enclosed by the wheel, so that no additional installation space extending in the axial direction is required.
The second toothing is advantageously not formed directly in the camshaft, but in a hollow shaft detachably connected to the camshaft, which at the same time delimits a space from the camshaft in which the piston can be axially displaced into its end positions.
Das Problem der axialen Sicherung des Rades wird in vorteilhafterweise dadurch gelost, daß das Rad axial an der Hohlwelle festgelegt ist, ohne daß die notwendige rotatorische Bewegung zwischen Rad und Hohlwelle bei der Betätigung des Phasenwandlers behindert ist. Das Rad kann dabei als Kettenrad oder Riemenscheibe ausgebildet sein und mit einem zwischen Hohlwelle und Rad wirkenden Federring gesichert sein oder mit der Hohlwelle derart verschraubt sein, daß die Schrauben mittels Führungshülsen in dem Rad angeordnete Langlöcher durchsetzen.The problem of axially securing the wheel is advantageously solved in that the wheel is axially fixed to the hollow shaft without the necessary rotational movement between the wheel and the hollow shaft being hindered when the phase converter is actuated. The wheel can be designed as a sprocket or pulley and can be secured with a spring ring acting between the hollow shaft and the wheel or can be screwed to the hollow shaft in such a way that the screws pass through elongated holes arranged in the wheel by means of guide sleeves.
Die einfache Gestaltung des antriebsseitigen Endes der Nockenwelle, die lediglich vorhandenen Bauraum ausnutzt, wird erreicht durch das Herauslösen des die Zufuhr und die Abfuhr von Öl steuernden Absperrorganes aus dem Phasenwandler bzw. der Nockenwelle. Das Absperrorgan kann an beliebiger Stelle der Brennkraftmaschine, z.B. im Zylinderkopf angeordnet werden und wird ebenfalls hydraulisch betätigt.The simple design of the drive-side end of the camshaft, which only utilizes the available space, is achieved by removing the shut-off device controlling the supply and removal of oil from the phase converter or the camshaft. The shut-off device can be located at any point on the internal combustion engine, e.g. be arranged in the cylinder head and is also operated hydraulically.
In einer einfach zu fertigenden, stufigen, axial verlaufenden Ausnehmung der Nockenwelle ist ein Rohr gehalten, welches zwei Räume voneinander trennt, die je nach Stellung des Absperrorganes die Zufuhr oder derAbfuhrvon Öl in die Nockenwelle bzw. den Phasenwandler ermöglichen. Die Räume sind mit radialen Bohrungen der Nockenwelle verbunden, die ihrerseits mit Leitungen zusammenwirken, die in Ringräumen des als Umschaltventil ausgebildeten Absperrorganes münden.
Die radialen Bohrungen können an beliebiger Stelle der Nockenwelle angeordnet sein.
Der Phasenwandler überragt das antriebsseitige Ende der Nockenwelle nur geringfügig und ist als komplette Baueinheit montierbar. Soll kein Phasenwandler montiert werden, ist die Nockenwelle durch Befestigen eines geänderten Kettenrades weiterhin verwendbar.
Die üblicherweise aus einem harten Werkstoff gefertigte Nockenwelle benötigt keinerlei Verzahnung oder Gewinde.A tube is held in an easy-to-manufacture, stepped, axially extending recess of the camshaft, which separates two spaces from one another, which, depending on the position of the shut-off device, enable the supply or discharge of oil into the camshaft or the phase converter. The rooms are with radial holes connected to the camshaft, which in turn cooperate with lines which open into annular spaces of the shut-off element designed as a changeover valve.
The radial bores can be arranged at any point on the camshaft.
The phase converter only slightly protrudes from the drive end of the camshaft and can be assembled as a complete unit. If a phase converter is not to be installed, the camshaft can still be used by attaching a modified sprocket.
The camshaft, which is usually made of a hard material, does not require any toothing or thread.
Die Vorrichtung benötigt nur eine kleine Ölmenge, da lediglich das aus den an den Kolben grenzenden Kammern verdrängte Öl für das Verschieben des Kolbens aus einer ersten in eine zweite Endlage erneuert werden muß.The device requires only a small amount of oil, since only the oil displaced from the chambers adjoining the pistons has to be renewed for moving the piston from a first to a second end position.
Das Entleeren der Kammern nach dem Abstellen der Brennkraftmaschine ist dadurch vermieden, daß ölführende Leitungen als Steigleitungen ausgeführt sind, die einen Ölrückfluß verhindern.
Der Betätigungskreislauf für die Vorrichtung ist Teil des Ölkreislaufes der Brennkraftmaschine. An diesem Betätigungskreislauf ist der Schmierkreislauf für die Nockenwellen so angeschlossen, daß bei Ausfall des Phasenwandlers oder des Absperrorganes die Schmierung erhalten bleibt.
Die Vorrichtung ist weiterhin im Betrieb der Brennkraftmaschine leise, da es keinerlei mechanische Verbindung zwischen der Vorrichtung und einer diese überdeckenden Haube, wie z.B. in dieser Haube zentrierte Bauteile der Vorrichtung gibt.The emptying of the chambers after the internal combustion engine has been switched off is avoided in that oil-carrying lines are designed as risers which prevent oil from flowing back.
The actuation circuit for the device is part of the oil circuit of the internal combustion engine. The lubrication circuit for the camshafts is connected to this actuation circuit in such a way that lubrication is retained in the event of a phase converter or shut-off device failure.
The device is still quiet when the internal combustion engine is operating, since there is no mechanical connection between the device and a hood covering it, such as, for example, components of the device centered in this hood.
Die Vorrichtung wird beispielhaft anhand von Figuren im folgenden näher erläutert.The device is explained in more detail by way of example with reference to figures below.
Es zeigen:
- Fig.1
- einen Querschnitt durch eine erste Ausführungsform,
- Fig.1a
- die erste Ausführungsform mit einer modifizierten Nockenwelle,
- Fig.2
- einen Querschnitt durch eine zweite Ausführungsform,
- Fig.2a
- die zweite Ausführungsform mit einer modifizierten Nockenwelle,
- Fig.3
- schematisch einen Ölkreislauf der Vorrichtung mit einem Absperrorgan in einer ersten Stellung,
- Fig.4
- schematisch einen Ölkreislauf der Vorrichtung mit einem Absperrorgan in einer zweiten Stellung,
- Fig.5
- die Nockenwelle einer dritten Ausführungsform,
- Fig.6
- einen Querschnitt durch einen Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine mit der dritten Ausführungsform,
- Fig.7
- einen Schnitt entlang der Linie VII - VII gemäß Fig.6 und
- Fig.8
- eine Ansicht aus Richtung des Pfeiles X gemäß Fig.2.
- Fig. 1
- 3 shows a cross section through a first embodiment,
- Fig.1a
- the first embodiment with a modified camshaft,
- Fig. 2
- 3 shows a cross section through a second embodiment,
- Fig.2a
- the second embodiment with a modified camshaft,
- Fig. 3
- schematically an oil circuit of the device with a shut-off element in a first position,
- Fig. 4
- schematically an oil circuit of the device with a shut-off element in a second position,
- Fig. 5
- the camshaft of a third embodiment,
- Fig. 6
- 3 shows a cross section through a cylinder head of an internal combustion engine with the third embodiment,
- Fig. 7
- a section along the line VII - VII of Figure 6 and
- Fig. 8
- a view from the direction of arrow X according to Fig.2.
In einer in einem Kraftfahrzeug angeordneten, nicht näher gezeigten Brennkraftmaschine mit vier obenliegenden Nockenwellen ist jeder der beiden dem Einlaß dienenden Nockenwellen 1 ein Phasenwandler 2 am antriebsseitigen Ende 3 zugeordnet. Jede Nockenwelle 1 ist in mehreren Lagern 4 gehalten, die an einen Schmierkreislauf 5 angeschlossen sind. Der Ölkreislauf der Brennkraftmaschine umfaßt den Schmierkreislauf 5, einen Betätigungskreislauf zur Verstellung der Phasenwandler 2 und einem Schmierkreislauf einer nur angedeuteten Kurbelwelle 6.In an internal combustion engine with four overhead camshafts (not shown in more detail) arranged in a motor vehicle, a
Der Phasenwandler 2 ist im wesentlichen aus den drei üblicherweise verwendeten, über Verzahnungen miteinander in Eingriff stehenden Elementen aufgebaut Zum einen aus einem dem Antrieb der Nockenwelle 1 dienenden, als Kettenrad 7 ausgebildeten Rad 8, in das eine Innennabe 9, die eine erste, als erste Außenverzahnung 11 ausgebildete, schräge Verzahnung 11 trägt, eingeschweißt ist Das Rad 8 ist über die erste Verzahnung 11 mit einem als hydraulisch beidseitig beaufschlagten Kolben 12 ausgebildeten Koppelglied über eine korrespondierende, erste schräge Innenverzahung 13 verbunden, welches axial bezüglich der längs und mittig in der Nockenwelle 1 verlaufenden Achse N in zwei Endlagen E1, E2 verschiebbar ist Der Kolben 12 trägt eine zweite, schräge Außenverzahnung 14, die in eine korrespondierende, als zweite Innenverzahnung 16 ausgebildete Verzahnung 16 einer Hohlwelle 17 greift, die mit einem Flansch 18 der Nockenwelle 1 verbunden ist. In die Innennabe 9 ist eine Kappe 19 eingepreßt. Der Kolben 12 unterteilt einen zwischen Flansch 18 und Hohlwelle 17 eingeschlossenen Raum 20 in eine erste Kammer 21 und eine zweite Kammer 22. In Fig.1 und Fig.2 befindet sich der Kolben 12 in einer ersten Endlage E1, die beim Betrieb der Brennkraftmaschine in einem ersten Betriebszustand, z.B. dem Leerlauf, eingenommen wird.The
In der ersten Ausführungsform gemäß Fig. 1 und Fig. 1a ist das Kettenrad 7 mittels eines vorgespannten Federringes 23 auf der Hohlwelle 17 axial festgelegt Er liegt zur Hälfte in einer Nut 24 des Kettenrades 7 und zur anderen Hälfte in einer Eindrehung 25 der Hohlwelle 17, deren Tiefe mindestens doppelt so groß ist, wie die der Nut 24. Der Federring 23 ist über mehrere Montageöffnungen 26 zugänglich.
Ist das Rad 8 als Riemenscheibe ausgebildet, sind benachbart dem Federring 23 und zwischen Hohlwelle 17 und Flansch 18 Dichtringe eingelegt.In the first embodiment according to FIGS. 1 and 1a, the
If the
Bei der Montage wird der Federring 23 in die Eindrehung 25 gelegt, in die er aufgrund seiner Vorspannung zur Hälfte eintaucht. Anschließend wird das Kettenrad 7 auf die Hohlwelle 17 geschoben, wobei eine angeformte Schräge 27 den Federring 23 vollständig in die Eindrehung 25 preßt, bevor er sich bei Überdeckung von Eindrehung 25 und Nut 24 zur Hälfte in diese Nut 24 legt. Der Federring 23 kann im Querschnitt kreisförmig oder rechteckig ausgeführt sein.During assembly, the
In einer zweiten Ausführungsform der Vorrichtung gemäß der Figuren 2 und 2a ist das Kettenrad 7 axial mittels Schrauben 28 an der Hohlwelle 17 gesichert. Diese Schrauben 28 sind in Gewinde der Hohlwelle 17 eingeschraubt und mittels Führungshülsen 29 in Langlöchern 30 des Kettenrades 7 gleitend geführt. Zwischen der Führungshülse 29 und dem Rad 8 verbleibt dabei ein geringes Axialspiel A.In a second embodiment of the device according to FIGS. 2 and 2a, the
Der Phasenwandler 2 ist in beiden Ausführungsformen mit Schraubverbindungen 31 in Langlöchern 32 der Hohlwelle 17 mit Hülsenmuttern 33 verdrehsicher gehalten. Die Langlöcher 32 erlauben eine lagerichtige Montage des Phasenwandlers 2 unabhängig von der Stellung der für die Montage gegen Verdrehen gesicherten Nockenwelle 1.The
Vor der Montage an der Nockenwelle 1 ist der Phasenwandler 2 komplett vormontierbar. Ein in eine das Kettenrad 7 und die Hohlwelle 17 durchdringende Paßbohrung 34 wird ein Stift eingesetzt der die beiden Teile gegen Verdrehen sichert. Anschließend wird das Kettenrad 7 axial wie bereits beschrieben mit einem Federring 23 oder den Schrauben 28 und den Führungshülsen 29 an der Hohlwelle 17 festgelegt Nach dem Einpressen der Kappe 19 und dem Einschieben des Kolbens 12 in die Verzahnungen 11 und 16 wird der Phasenwandler 2 als komplette Einheit an dem Flansch 18 befestigt; der Kolben 12 wird dabei auf einen Radialflansch 35 der Nockenwelle geschoben.The
Der Ölkreislauf der Brennkraftmaschine weist eine Pumpe 40 auf, die Öl aus einem Vorratsbehälter 41 durch ein Filter 42 fördert. Von dort aus führt eine Verzweigung 43 zu einem Schaltventil 44, zu der Kurbelwelle 6 der Brennkraftmaschine und über einen Ölzuführenden Kanal 45 zu einem parallel zu diesem Kanal 45 angeordneten Umschaltventil 46 sowie einem stromab gelegenen Druckminderventil 47.The oil circuit of the internal combustion engine has a
Zwischen Filter 42 und Kurbelwelle 6 ist ein Druckbegrenzungsventil 48 geschaltet, welches den von der Pumpe 40 gelieferten Öldruck auf einen maximalen Druck PM begrenzt.
Von dem Druckminderventil 47 zweigt der Schmierkreislauf 5 ab, der die Lager 4 mit einem Druck P1 beaufschlagt, der vorzugsweise kleiner ist als der Druck PM.A
From the
Das Umschaltventil 46 weist integrierte Rückschlagventile 49 auf, über die der Kanal 45 mit den Phasenwandlern 2 gekoppelt werden kann. Vom Umschaltventil 46 führen jeweils eine erste und eine zweite Leitung 50 und 51 zu einer gesonderten Lagerstelle 52 der Nockenwellen 1. Über in diesen Lagerstellen 52 verlaufende Ringkanäle 53 erfolgt eine Verbindung mit radial in den Nockenwellen 1 verlaufenden ersten und zweiten Bohrungen 54 und 55.The
In die oberhalb der Achse N dargestellte Nockenwelle 1 ist eine zylindrische, vom Ende 3 aus rotationssymetrisch zur Achse N verlaufende, gestufte Ausnehmung 60 eingebracht Sie weist von dem Ende 3 aus bis unmittelbar hinter die erste Bohrung 54 einen ersten Durchmesser D1 auf, anschließend zwischen den Bohrungen 54,55 einen zweiten, kleineren Durchmesser D2 und von dort bis unmittelbar hinter die zweite Bohrung 55 einen nochmals kleineren Durchmesser D3. In der Ausnehmung 60 ist als ein zylindrischer Körper ein Rohr 61 gehalten, welches am Ende 3 auf den Durchmesser D1 radial aufgeweitet ist und im übrigen den Durchmesser D2 aufweist Das Rohr 61 trennt somit einen kreisringförmigen Außenraum 62 innerhalb der Ausnehmung 60 ab, in den die erste Bohrung 54 mündet und der an dem Ende 3 über eine nahezu radial verlaufende Verbindungsbohrung 63 mit der ersten Kammer 21 verbunden ist Die zweite Bohrung 55 schneidet die Ausnehmung 60 im Bereich des Durchmessers D3 und steht mit einem innerhalb des Rohres 61 verlaufenden Innenraum 64 in Verbindung.In the
In einer in Fig. 1a gezeigten Modifikation ist eine gebaute, hohle Nockenwelle 1 gezeigt, in die eine Buchse 65 eingesetzt ist. Das Rohr 61 ist an dem Ende 3 in einem Spannring 66 sowie in der Buchse 65 gehalten. Der Flansch 18 ist einstückig mit dem Radialflansch 35 ausgebildet und separat auf die Nockenwelle 1 geschoben. Die zweite Bohrung 55 verläuft teilweise in der Buchse 65 und ist wiederum mit dem Innenraum 64 verbunden. Der zwischen dem Rohr 61 und der Ausnehmung 60 gebildete Außenraum 62 verbindet die erste Bohrung 54 mit der ersten Kammer 21.In a modification shown in Fig. 1a, a built,
Die in Fig.2a gezeigte Modifikation ist bezüglich der Lagerung des Rohres 61 in der Buchse 65 identisch mit Fig.1a, jedoch ist der Flansch 18 einstückig mit einer Hülse 67 in die gebaute Nockenwelle 1 eingesetzt.The modification shown in FIG. 2a is identical to FIG. 1a with regard to the mounting of the
Im Betrieb der Brennkraftmaschine fördert die Pumpe 40 Öl aus dem Vorratsbehälter 41 durch das Filter 42 an die Verzweigung 43. Das Schaltventil 44 wird von einem elektronischen Steuergerät 70 in Abhängigkeit der Eingangssignale Last und Drehzahl der Brennkraftmaschine ein- oder ausgeschaltet.
Im ausgeschalteten Zustand gelangt kein Öl von der Verzweigung 43 über das Schaltventil 44 zum Umschaltventil 46. Dieses befindet sich federbelastet in einer ersten Stellung S1, die mit der Endlage El des Kolbens 12 korrespondiert. Das mit Druck durch den Kanal 45 entlang der eingezeichneten Pfeile geförderte Öl öffnet die Rückschlagventile 49, so daß das Öl über erste Ringräume 71 in die ersten Leitungen 50 und von dort in die ersten Bohrungen 54 strömt. Der Druck wirkt von der Bohrung 54 aus durch den Außenraum 62 und die Verbindungsbohrung 63 auf die erste Kammer 21 und hält den Kolben 12 in seiner ersten Endlage E1 (Fig. 3).During operation of the internal combustion engine, the
In the switched-off state, no oil gets from the
In einem zweiten Betriebszustand der Brennkraftmaschine, z.B. einem mittleren Drehzahlbereich, schaltet das Steuergerät 70 das Schaltventil 44 ein, so daß von der Verzweigung 43 aus Öl über das Schaltventil 44 zum Umschaltventil 46 strömt und dieses in eine zweite Stellung S2 verschiebt, die mit der Endlage E2 des Kolbens 12 korrespondiert. Das über die Rückschlagventile 49 in zweite Ringräume 72 einströmende Öl gelangt nun über die zweiten Leitungen 51 zu den zweiten Bohrungen 55. Von dort aus wirkt der Druck durch den Innenraum 64 auf die zweite Kammer 22. Dabei strömt das Öl aus dem offenen Ende des Rohres 61 in einen durch den Radialflansch 35 und die Kappe 19 gebildeten Hohlraum 73 und von dort über Öffnungen 74 im Kolben 12 in die zweite Kammer 22. Dabei wird dieser Kolben 12 axial in die zweite Endlage E2 verschoben, wobei über die schrägen Verzahnungen 11, 13 und 14, 16 das Kettenrad 7 relativ zur Nockenwelle 1 verdreht wird. Dabei treten in den Phasenwandlern 2 zwischen den an Gleitflächen F grenzenden Bauteilen rotatorische Verschiebungen auf.In a second operating state of the internal combustion engine, e.g. a medium speed range, the
Das während des Verschiebens von der Endlage E1 in die Endlage E2 aus der ersten Kammer 21 verdrängte Ölvolumen strömt über die Verbindungsbohrung 63, den Außenraum 62 und die erste Bohrung 54 in den Ringkanal 53 und von dort über die erste Leitung 50 ab.The oil volume displaced from the
In beiden Endlagen S1, S2 des Umschaltventiles 46 sind die aus den Phasenwandlern 2 rückskömendes Öl aufnehmenden Ringräume 71, 72 mit Steigleitungen 75 verbunden, die geodätisch oberhalb der Phasenwandler 2 in der Brennkraftmaschine münden, so daß nach dem Abstellen der Brennkraftmaschine ein Entleeren des Betätigungskreislaufes verhindert ist.In both end positions S 1 , S 2 of the
Bei der Verstellung des Kolbens 12 von der Endlage E2 in die Endlage E1 strömt das aus der zweiten Kammer 22 verdrängte Öl durch die Öffnungen 74, den Hohlraum 73, den Innenraum 64 und die zweite Bohrung 55 in den Ringkanal 53 und von dort über die zweite Leitung 51 in das Umschaltventil 46.When the
Bei einem Betrieb der Brennkraftmaschine mit niedrigen Drehzahlen liefert die Pumpe 40 keinen maximalen Druck PM. Sollte dabei dennoch ein Verschieben des Kolbens 12 notwendig sein, so bewirken die Rückschlagventile 49 ein schubweises Befüllen der Ringräume 71,72. Dadurch wird der Kolben 12 gestuft von einer Endlage in die andere verschoben.When the engine is operating at low speeds, the
Anstelle des für zwei Nockenwellen 1 zuständigen Umschaltventiles 46 kann den beiden Nockenwellen 1 je ein eigener Betätigungskreislauf zugeordnet sein. Dabei ist jeder Nockenwelle 1 ein Kanal 45, ein Umschaltventil 46 mit einem Rückschlagventil 49 sowie ein Druckminderventil 47 zugeordnet.Instead of the
In einer dritten Ausführungsform der Erfindung gemäß Fig. 5 ist keine gesonderte Lagerstelle 52 erforderlich, um die Zufuhr und die Abfuhr von Öl in die Nockenwelle 1 zu gewährleisten. Die radialen ersten und zweiten Bohrungen 54, 55 sind an solchen Stellen der Nockenwelle 1 angeordnet, die in den Lagern 4 abgestützt sind.
Die Lager 4 sind jeweils als obere und untere Hälfte 4a, 4b in einem Oberteil 80 und einem Unterteil 81 eines Lagerrahmens 82 für Nockenwellen ausgebildet In dem Oberteil 80 verlaufen Kanäle 83, 84 als Teil des Schmierkreislaufes 5. Von dem stromab des Druckminderventiles 47 gelegenen, parallel zur Achse N in dem Oberteil 80 verlaufenden Kanal 83 zweigen rechtwinkelig Kanäle 84 in einer Querebene Q zu jedem Lager 4 ab. Bohrungen 85 nehmen Schraubverbindungen 86 zur Befestigung des Oberteils 80 am Unterteil 81 auf. Die Kanäle 84 sind kreisringförmig um die zwischen der Achse N und dem Kanal 83 liegenden Bohrungen 85 geführt, so daß das Öl mit dem Druck P1 benachbart der Querebene Q über zwei Schmieröffnungen 87 das Lager 4 in dessen oberer Hälfte 4a versorgt.
Die Versorgung von Außenraum 62 und Innenraum 64 erfolgt in analoger Weise zu den ersten beiden Ausführungen der Erfindung, jedoch ist die zur ersten Bohrung 54 führende Leitung 50 in einem ersten Lager 4 angeordnet und die zur zweiten Bohrung 55 führende Leitung 51 in einem zweiten, benachbart zum ersten gelegenen Lager 4. Die unteren Hälften 4b weisen je eine Nut 88 auf die gemäß Fig. 7 symmetrisch zur Querebene Q zwischen den Schmieröffnungen 87 angeordnet ist. In diese Nut 88 mündet die erste Leitung 50, in der Nut 88 eines zweiten Lagers 4 die zweite Leitung 51.
Gemäß Fig. 6 ist der Lagerrahmen 82 auf der den Brennräumen abgewandten Seite eines Zylinderkopfes 89 befestigt, in dem ein Teil der Leitungen 50, 51 des Betätigungskreislaufes angeordnet sind.In a third embodiment of the invention according to FIG. 5, no
The
The supply of the
6, the bearing
Durch die zuvor beschriebene Ausführungsform sind die in einem Lager 4 angeordneten Teile des Schmierkreislaufes 5 und des Betätigungskreislaufes und damit auch die unterschiedlichen Öldrücke P1, PM voneinander getrennt Auch bei dieser Ausführungsform kann die Nockenwelle 1 in der modifizierten Form gemäß der Figuren 1a und 2a verwendet werden. Die Länge der Buchse 65 ist dabei dem Abstand zweier benachbarter Lager 4 entsprechend ausgeführt.Through the embodiment described above, the parts of the
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.The invention relates to a device according to the preamble of
Es ist bekannt, die Ventilsteuerzeiten einer Brennkraftmaschine ihrer Drehzahl anzupassen, um sie in einem möglichst breiten Drehzahlbereich optimal betreiben zu können. Hierdurch können Drehmoment, Leistung, Abgasemission, Leerlaufverhalten und Kraftstoffverbrauch verbessert werden.It is known to adapt the valve timing of an internal combustion engine to its speed in order to be able to operate it optimally in the widest possible speed range. This can improve torque, power, exhaust emissions, idling behavior and fuel consumption.
Eine Möglichkeit, die Ventilsteuerzeiten während des Betriebes der Brennkraftmaschine zu verändern, besteht darin, vorzugsweise die Einlaßnockenwelle in ihrer Lage relativ zu der sie antreibenden Kurbelwelle mit Hilfe eines sogenannten Phasenwandlers zu verdrehen. Dabei wird öldruckabhängig ein Koppelglied axial verschoben, welches koaxial von dem die Nockenwelle antreibenden Rad umgeben ist. Das Koppelglied trägt zwei Verzahnungen, von denen mindestens eine schräg verzahnt ist, die mit je einer korrespondierenden Verzahnung auf der Nockenwelle bzw. in dem Rad zusammenwirken, wie z.B. aus der EP- 0 335 083 bekannt.One way of changing the valve timing during operation of the internal combustion engine is to preferably rotate the position of the intake camshaft in relation to the crankshaft driving it using a so-called phase converter. Depending on the oil pressure, a coupling member is axially displaced, which is coaxially surrounded by the wheel driving the camshaft. The coupling member carries two toothings, at least one of which is helically toothed, which each cooperate with a corresponding toothing on the camshaft or in the wheel, e.g. known from EP-0 335 083.
Es sind Phasenwandler bekannt, z.B. aus der EP 0 356 162 oder der bereits genannten EP 0 335 083, bei denen das die Nockenwelle antreibende Rad eine Innenverzahnung trägt, die in eine Außenverzahnung eingreift, die dem als hydraulisch beaufschlagten Kolben wirkenden Koppelglied zugeordnet ist. Der Kolben trägt eine zweite, als Innenverzahnung ausgebildete Verzahnung, die in eine korrespondierende Außenverzahnung der Nockenwelle eingreift. Weiterhin sind Phasenwandler bekannt, z.B. aus der EP 0 245 791, bei denen das von einem Hydraulikkolben oder einem Elektromagneten bewegte Koppelglied zwei axial zueinander versetzte Außenverzahnungen trägt, von denen die eine in eine Innenverzahnung der Nockenwelle eingreift, während die andere in eine Innenverzahnung des antreibenden Rades eingreift.Phase converters are known, for example from EP 0 356 162 or the already mentioned EP 0 335 083, in which the wheel driving the camshaft has an internal toothing which engages in an external toothing which is assigned to the coupling element which acts as a hydraulically actuated piston. The piston carries a second toothing, which is designed as an internal toothing and which engages in a corresponding external toothing of the camshaft. Phase converters are also known, for example from EP 0 245 791, in which the coupling member moved by a hydraulic piston or an electromagnet has two axially offset external toothings, one of which engages in an internal toothing of the camshaft, while the other engages in an internal toothing of the driving one Engages wheel.
Alle genannten Vorrichtungen haben den Nachteil, daß sie einen erheblichen, zusätzlichen Bauraum beanspruchen, der die Einbaulänge einer mit einer solchen Vorrichtung ausgestatteten Brennkraftmaschine erhöht. Überlicherweise begrenzt eine Ebene einen stirnseitigen Abschluß der Brennkraftmaschine, wobei diese durch den über das die Nockenwelle antreibende Rad laufende Endlostrieb gebildet wird. Dieser Abschluß wird bei dem bekannten Stand der Technik entweder von der Vorrichtung deutlich überragt, oder das Rad mußte aufgrund des Bauvolumens der Vorrichtung weiter entfernt von der Stirnseite der Brennkraftmaschine angeordnet werden.All the devices mentioned have the disadvantage that they take up a considerable amount of additional installation space, which increases the installation length of an internal combustion engine equipped with such a device. Usually, a plane delimits a front end of the internal combustion engine, which is formed by the endless drive running via the wheel driving the camshaft. In the known prior art, this conclusion is either clearly surmounted by the device, or the wheel had to be arranged further away from the end face of the internal combustion engine due to the structural volume of the device.
Die Anmelderin hat sich unter Bezugnahme auf die nicht vorveröffentlichte GB-A-22 29 514 und unter Bezugnahme auf die ebenfalls nicht vorveröffentlichte DE-C-40 23 853 freiwillig eingeschränkt und gesondere Patentansprüche für Großbritannien und Deutschland vorgelegt.The applicant has voluntarily restricted himself with reference to the unpublished GB-
Die GB-A-22 29 514 zeigt eine Vorrichtung zur Änderung der relativen Drehlage zweier Wellen in einer Brennkraftmaschine mit einem die Nockenwelle antreibenden, eine erste Verzahnung tragenden Rad, welches mit einem aus einem Ölkreislauf beaufschlagten, axial in mindestens zwei Endlagen verschiebbaren Koppelglied zusammenwirkt. Dieses Koppelglied ist als hydraulischer Kolben ausgebildet und wirkt auf eine zweite, mit der Nockenwelle verbundene Verzahnung. Dabei ist die erste Verzahnung als erste Außenverzahnung ausgebildet, die mit einer korrespondierenden ersten Innenverzahnung des Koppelgliedes zusammenwirkt. Die zweite Verzahnung ist als zweite Innenverzahnung ausgebildet, die mit einer korrepondierenden zweiten Außenverzahnung des Koppelgliedes zusammenwirkt. Das als hydraulisch wirkender Kolben ausgebildete Koppelglied ist durch Druckbeaufschlagung an einer Stirnseite in eine Richtung verschiebbar, die Rückstellung erfolgt durch die Wirkung einer Druckfeder. Diese Ausbildung erfordert entsprechenden Bauraum zur Aufnahme einer Druckfeder. Weiterhin muß diese Druckfeder sehr hohe Federkräfte aufbringen können, um eine möglichst schnelle Verstellung zu erzielen. Darüber hinaus muß zur Verstellung des Koppelgliedes durch Beaufschlagung mit Hydraulikmedium die Wirkung der Feder zusätzlich überwunden werden.GB-
Aus der nicht vorveröffentlichten, prioritätsälteren DE-C-40 23 853 ist ebenfalls eine Vorrichtung zur Änderung der relativen Drehlage zweier Wellen in einer Brennkraftmaschine bekannt, bei der die erste mit dem antreibenden Rad verbundene Verzahnung als erste Außenverzahnung ausgebildet ist und die mit der Nockenwelle verbundene zweite Verzahnung als zweite Innenverzahnung ausgebildet ist. Darüber hinaus ist die in dieser Druckschrift beschriebene Vorrichtung mit einem Koppelglied ausgerüstet, das als doppelt wirkender hydraulischer Kolben ausgebildet ist. Die mit der Nockenwelle verbundene zweite Verzahnung ist jedoch innerhalb der hohl ausgebildeten Nockenwelle ausgebildet. Eine derartige Ausbildung ist sehr aufwendig herzustellen und deshalb teuer. Darüber hinaus ist das Koppelelement für eine derartige Vorrichtung sehr lang und entsprechend aufwendig zu fertigen.A device for changing the relative rotational position of two shafts in an internal combustion engine is also known from the unpublished, older DE-C-40 23 853, in which the first toothing connected to the driving wheel is designed as a first external toothing and is connected to the camshaft second toothing is designed as a second internal toothing. In addition, the device described in this document is equipped with a coupling member which is designed as a double-acting hydraulic piston. However, the second toothing connected to the camshaft is formed within the hollow camshaft. Such training is very complex to manufacture and therefore expensive. In addition, the coupling element for such a device is very long and correspondingly expensive to manufacture.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, die vorgenannten Nachteile zu vermeiden und somit eine kompakte Vorrichtung zur Änderung der relativen Drehlage von Wellen in einer Brennkraftmaschine zu schaffen, die einen geringen Bauraum beansprucht und dabei die Baulänge einer mit der Vorrichtung ausgestatteten Brennkraftmaschine möglichst kurz beläßt.The invention is therefore based on the object of avoiding the abovementioned disadvantages and thus creating a compact device for changing the relative rotational position of shafts in an internal combustion engine, which takes up little space and at the same time leaves the overall length of an internal combustion engine equipped with the device as short as possible .
Diese Aufgabe wird mit den im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen, die auch eine kompakte hydraulische Steuerung der Vorrichtung beinhalten, sind in den Unteransprüchen benannt.This object is achieved with the features specified in
Diese Vorrichtung ermöglicht einen kompakten Aufbau des Phasenwandlers und eine einfache Gestaltung des antriebsseitigen Endes der Nockenwelle. Der kompakte Aufbau wird erreicht durch eine derartige Anordnung der zwei bei einem gattungsgemäßen Phasenwandler üblichen Verzahnungspaare, daß das die Nockenwelle antreibende Rad eine erste Außenverzahnung trägt und daß eine zweite, mit der Nockenwelle verbundene Verzahnung als Innenverzahnung ausgebildet ist, wobei in diese beiden Verzahnungen korrespondierende Verzahnungen des als Kolben ausgebildeten Koppelgliedes eingreifen. Die Verzahnungen sind dabei alle im wesentlichen koaxial von dem Rad umschlossen, so daß kein zusätzlicher, sich in axialer Richtung erstreckender Bauraum beansprucht wird.
Die zweite Verzahnung ist vorteilhafterweise nicht direkt in der Nockenwelle ausgebildet, sondern in einer lösbar mit der Nockenwelle verbundenen Hohlwelle, die gleichzeitig einen Raum gegenüber der Nockenwelle abgrenzt, in dem der Kolben axial in seine Endlagen verschoben werden kann.This device enables a compact construction of the phase converter and a simple design of the drive end of the camshaft. The compact structure is achieved by such an arrangement of the two pairs of teeth common in a generic phase converter that the wheel driving the camshaft has a first external toothing and that a second toothing connected to the camshaft is designed as an internal toothing, with corresponding toothing in these two toothings engage the coupling member designed as a piston. The gears are all essentially coaxially enclosed by the wheel, so that no additional installation space extending in the axial direction is required.
The second toothing is advantageously not formed directly in the camshaft, but in a hollow shaft detachably connected to the camshaft, which at the same time delimits a space from the camshaft in which the piston can be axially displaced into its end positions.
Das Problem der axialen Sicherung des Rades wird in vorteilhafterweise dadurch gelöst, daß das Rad axial an der Hohlwelle festgelegt ist, ohne daß die notwendige rotatorische Bewegung zwischen Rad und Hohlwelle bei der Betätigung des Phasenwandlers behindert ist Das Rad kann dabei als Kettenrad oder Riemenscheibe ausgebildet sein und mit einem zwischen Hohlwelle und Rad wirkenden Federring gesichert sein oder mit der Hohlwelle derart verschraubt sein, daß die Schrauben mittels Führungshülsen in dem Rad angeordnete Langlöcher durchsetzen.The problem of axially securing the wheel is advantageously solved in that the wheel is axially fixed to the hollow shaft without the necessary rotational movement between the wheel and the hollow shaft being hindered when the phase converter is actuated. The wheel can be designed as a sprocket or pulley and be secured with a spring ring acting between the hollow shaft and the wheel, or screwed to the hollow shaft in such a way that the screws penetrate elongated holes arranged in the wheel by means of guide sleeves.
Die einfache Gestaltung des antriebsseitigen Endes der Nockenwelle, die lediglich vorhandenen Bauraum ausnutzt, wird erreicht durch das Herauslösen des die Zufuhr und die Abfuhr von Öl steuernden Absperrorganes aus dem Phasenwandler bzw. der Nockenwelle. Das Absperrorgan kann an beliebiger Stelle der Brennkraftmaschine, z.B. im Zylinderkopf angeordnet werden und wird ebenfalls hydraulisch betätigt.The simple design of the drive-side end of the camshaft, which only utilizes the available space, is achieved by removing the shut-off device controlling the supply and removal of oil from the phase converter or the camshaft. The shut-off device can be located at any point on the internal combustion engine, e.g. be arranged in the cylinder head and is also operated hydraulically.
In einer einfach zu fertigenden, stufigen, axial verlaufenden Ausnehmung der Nockenwelle ist ein Rohr gehalten welches zwei Räume voneinander trennt, die je nach Stellung des Absperrorganes die Zufuhr oder der Abfuhr von Öl in die Nockenwelle bzw. den Phasenwandler ermöglichen. Die Räume sind mit radialen Bohrungen der Nockenwelle verbunden, die ihrerseits mit Leitungen zusammenwirken, die in Ringräumen des als Umschaltventil ausgebildeten Absperrorganes münden.
Die radialen Bohrungen können an beliebiger Stelle der Nockenwelle angeordnet sein.
Der Phasenwandler überragt das antriebsseitige Ende der Nockenwelle nur geringfügig und ist als komplette Baueinheit montierbar. Soll kein Phasenwandler montiert werden, ist die Nockenwelle durch Befestigen eines geänderten Kettenrades weiterhin verwendbar.
Die üblicherweise aus einem harten Werkstoff gefertigte Nockenwelle benötigt keinerlei Verzahnung oder Gewinde.A tube is held in an easy to manufacture, stepped, axially extending recess of the camshaft which separates two spaces from one another which, depending on the position of the shut-off device, enable the supply or discharge of oil into the camshaft or the phase converter. The rooms are with radial holes connected to the camshaft, which in turn cooperate with lines which open into annular spaces of the shut-off element designed as a changeover valve.
The radial bores can be arranged at any point on the camshaft.
The phase converter only slightly protrudes from the drive end of the camshaft and can be assembled as a complete unit. If a phase converter is not to be installed, the camshaft can still be used by attaching a modified sprocket.
The camshaft, which is usually made of a hard material, does not require any toothing or thread.
Die Vorrichtung benötigt nur eine kleine Ölmenge, da lediglich das aus den an den Kolben grenzenden Kammern verdrängte Öl für das Verschieben des Kolbens aus einer ersten in eine zweite Endlage erneuert werden muß.The device requires only a small amount of oil, since only the oil displaced from the chambers adjoining the pistons has to be renewed for moving the piston from a first to a second end position.
Das Entleeren der Kammern nach dem Abstellen der Brennkraftmaschine ist dadurch vermieden, daß ölführende Leitungen als Steigleitungen ausgeführt sind, die einen Ölrückfluß verhindern.
Der Betätigungskreislauf für die Vorrichtung ist Teil des Ölkreislaufes der Brennkraftmaschine. An diesem Betätigungskreislauf ist der Schmierkreislauf für die Nockenwellen so angeschlossen, daß bei Ausfall des Phasenwandlers oder des Absperrorganes die Schmierung erhalten bleibt.
Die Vorrichtung ist weiterhin im Betrieb der Brennkraftmaschine leise, da es keinerlei mechanische Verbindung zwischen der Vorrichtung und einer diese überdeckenden Haube, wie z.B. in dieser Haube zentrierte Bauteile der Vorrichtung gibt.The emptying of the chambers after the internal combustion engine has been switched off is avoided in that oil-carrying lines are designed as risers which prevent oil from flowing back.
The actuation circuit for the device is part of the oil circuit of the internal combustion engine. The lubrication circuit for the camshafts is connected to this actuation circuit in such a way that lubrication is retained in the event of a phase converter or shut-off device failure.
The device is still quiet when the internal combustion engine is operating, since there is no mechanical connection between the device and a hood covering it, such as, for example, components of the device centered in this hood.
Die Vorrichtung wird beispielhaft anhand von Figuren im folgenden näher erläutert.The device is explained in more detail by way of example with reference to figures below.
Es zeigen:
- Fig.1
- einen Querschnitt durch eine erste Ausführungsform,
- Fig.1a
- die erste Ausführungsform mit einer modifizierten Nockenwelle,
- Fig.2
- einen Querschnitt durch eine zweite Ausführungsform,
- Fig.2a
- die zweite Ausführungsform mit einer modifizierten Nockenwelle,
- Fig.3
- schematisch einen Ölkreislauf der Vorrichtung mit einem Absperrorgan in einer ersten Stellung,
- Fig.4
- schematisch einen Ölkreislauf der Vorrichtung mit einem Absperrorgan in einer zweiten Stellung,
- Fig.5
- die Nockenwelle einer dritten Ausführungsform,
- Fig.6
- einen Querschnitt durch einen Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine mit der dritten Ausführungsform,
- Fig.7
- einen Schnitt entlang der Linie VII - VII gemäß Fig.6 und
- Fig.8
- eine Ansicht aus Richtung des Pfeiles X gemäß Fig.2.
- Fig. 1
- 3 shows a cross section through a first embodiment,
- Fig.1a
- the first embodiment with a modified camshaft,
- Fig. 2
- 3 shows a cross section through a second embodiment,
- Fig.2a
- the second embodiment with a modified camshaft,
- Fig. 3
- schematically an oil circuit of the device with a shut-off element in a first position,
- Fig. 4
- schematically an oil circuit of the device with a shut-off element in a second position,
- Fig. 5
- the camshaft of a third embodiment,
- Fig. 6
- 3 shows a cross section through a cylinder head of an internal combustion engine with the third embodiment,
- Fig. 7
- a section along the line VII - VII of Figure 6 and
- Fig. 8
- a view from the direction of arrow X according to Fig.2.
In einer in einem Kraftfahrzeug angeordneten, nicht näher gezeigten Brennkraftmaschine mit vier obenliegenden Nockenwellen ist jeder der beiden dem Einlaß dienenden Nockenwellen 1 ein Phasenwandler 2 am antriebsseitigen Ende 3 zugeordnet. Jede Nockenwelle 1 ist in mehreren Lagern 4 gehalten, die an einen Schmierkreislauf 5 angeschlossen sind. Der Ölkreislauf der Brennkraftmaschine umfaßt den Schmierkreislauf 5, einen Betätigungskreislauf zur Verstellung der Phasenwandler 2 und einem Schmierkreislauf einer nur angedeuteten Kurbelwelle 6.In an internal combustion engine with four overhead camshafts (not shown in more detail) arranged in a motor vehicle, a
Der Phasenwandler 2 ist im wesentlichen aus den drei üblicherweise verwendeten, über Verzahnungen miteinander in Eingriff stehenden Elementen aufgebaut. Zum einen aus einem dem Antrieb der Nockenwelle 1 dienenden, als Kettenrad 7 ausgebildeten Rad 8, in das eine Innennabe 9, die eine erste, als erste Außenverzahnung 11 ausgebildete, schräge Verzahnung 11 trägt, eingeschweißt ist. Das Rad 8 ist über die erste Verzahnung 11 mit einem als hydraulisch beidseitig beaufschlagten Kolben 12 ausgebildeten Koppelglied über eine korrespondierende, erste schräge Innenverzahung 13 verbunden, welches axial bezüglich der längs und mittig in der Nockenwelle 1 verlaufenden Achse N in zwei Endlagen E1, E2 verschiebbar ist. Der Kolben 12 trägt eine zweite, schräge Außenverzahnung 14, die in eine korrespondierende, als zweite Innenverzahnung 16 ausgebildete Verzahnung 16 einer Hohlwelle 17 greift, die mit einem Flansch 18 der Nockenwelle 1 verbunden ist. In die Innennabe 9 ist eine Kappe 19 eingepreßt. Der Kolben 12 unterteilt einen zwischen Flansch 18 und Hohlwelle 17 eingeschlossenen Raum 20 in eine erste Kammer 21 und eine zweite Kammer 22. In Fig.1 und Fig.2 befindet sich der Kolben 12 in einer ersten Endlage E1, die beim Betrieb der Brennkraftmaschine in einem ersten Betriebszustand, z.B. dem Leerlauf, eingenommen wird.The
In der ersten Ausführungsform gemäß Fig. 1 und Fig. 1a ist das Kettenrad 7 mittels eines vorgespannten Federringes 23 auf der Hohlwelle 17 axial festgelegt. Er liegt zur Hälfte in einer Nut 24 des Kettenrades 7 und zur anderen Hälfte in einer Eindrehung 25 der Hohlwelle 17, deren Tiefe mindestens doppelt so groß ist, wie die der Nut 24. Der Federring 23 ist über mehrere Montageöffnungen 26 zugänglich.
Ist das Rad 8 als Riemenscheibe ausgebildet, sind benachbart dem Federring 23 und zwischen Hohlwelle 17 und Flansch 18 Dichtringe eingelegt.In the first embodiment according to FIGS. 1 and 1a, the
If the
Bei der Montage wird der Federring 23 in die Eindrehung 25 gelegt, in die er aufgrund seiner Vorspannung zur Hälfte eintaucht. Anschließend wird das Kettenrad 7 auf die Hohlwelle 17 geschoben, wobei eine angeformte Schräge 27 den Federring 23 vollständig in die Eindrehung 25 preßt, bevor er sich bei Überdeckung von Eindrehung 25 und Nut 24 zur Hälfte in diese Nut 24 legt. Der Federring 23 kann im Querschnitt kreisförmig oder rechteckig ausgeführt sein.During assembly, the
In einer zweiten Ausführungsform der Vorrichtung gemäß der Figuren 2 und 2a ist das Kettenrad 7 axial mittels Schrauben 28 an der Hohlwelle 17 gesichert. Diese Schrauben 28 sind in Gewinde der Hohlwelle 17 eingeschraubt und mittels Führungshülsen 29 in Langlöchern 30 des Kettenrades 7 gleitend geführt. Zwischen der Führungshülse 29 und dem Rad 8 verbleibt dabei ein geringes Axialspiel A.In a second embodiment of the device according to FIGS. 2 and 2a, the
Der Phasenwandler 2 ist in beiden Ausführungsformen mit Schraubverbindungen 31 in Langlöchern 32 der Hohlwelle 17 mit Hülsenmuttern 33 verdrehsicher gehalten. Die Langlöcher 32 erlauben eine lagerichtige Montage des Phasenwandlers 2 unabhängig von der Stellung der für die Montage gegen Verdrehen gesicherten Nockenwelle 1.The
Vor der Montage an der Nockenwelle 1 ist der Phasenwandler 2 komplett vormontierbar. Ein in eine das Kettenrad 7 und die Hohlwelle 17 durchdringende Paßbohrung 34 wird ein Stift eingesetzt, der die beiden Teile gegen Verdrehen sichert. Anschließend wird das Kettenrad 7 axial wie bereits beschrieben mit einem Federring 23 oder den Schrauben 28 und den Führungshülsen 29 an der Hohlwelle 17 festgelegt. Nach dem Einpressen der Kappe 19 und dem Einschieben des Kolbens 12 in die Verzahnungen 11 und 16 wird der Phasenwandler 2 als komplette Einheit an dem Flansch 18 befestigt; der Kolben 12 wird dabei auf einen Radialflansch 35 der Nockenwelle geschoben.The
Der Ölkreislauf der Brennkraftmaschine weist eine Pumpe 40 auf, die Öl aus einem Vorratsbehälter 41 durch ein Filter 42 fördert. Von dort aus führt eine Verzweigung 43 zu einem Schaltventil 44, zu der Kurbelwelle 6 der Brennkraftmaschine und über einen Ölzuführenden Kanal 45 zu einem parallel zu diesem Kanal 45 angeordneten Umschaltventil 46 sowie einem stromab gelegenen Druckminderventil 47.The oil circuit of the internal combustion engine has a
Zwischen Filter 42 und Kurbelwelle 6 ist ein Druckbegrenzungsventil 48 geschaltet, welches den von der Pumpe 40 gelieferten Öldruck auf einen maximalen Druck PM begrenzt.
Von dem Druckminderventil 47 zweigt der Schmierkreislauf 5 ab, der die Lager 4 mit einem Druck P1 beaufschlagt, der vorzugsweise kleiner ist als der Druck PM.A
From the
Das Umschaltventil 46 weist integrierte Rückschlagventile 49 auf, über die der Kanal 45 mit den Phasenwandlern 2 gekoppelt werden kann. Vom Umschaltventil 46 führen jeweils eine erste und eine zweite Leitung 50 und 51 zu einer gesonderten Lagerstelle 52 der Nockenwellen 1. Über in diesen Lagerstellen 52 verlaufende Ringkanäle 53 erfolgt eine Verbindung mit radial in den Nockenwellen 1 verlaufenden ersten und zweiten Bohrungen 54 und 55.The
In die oberhalb der Achse N dargestellte Nockenwelle 1 ist eine zylindrische, vom Ende 3 aus rotationssymetrisch zur Achse N verlaufende, gestufte Ausnehmung 60 eingebracht. Sie weist von dem Ende 3 aus bis unmittelbar hinter die erste Bohrung 54 einen ersten Durchmesser D1 auf, anschließend zwischen den Bohrungen 54,55 einen zweiten, kleineren Durchmesser D2 und von dort bis unmittelbar hinter die zweite Bohrung 55 einen nochmals kleineren Durchmesser D3. In der Ausnehmung 60 ist als ein zylindrischer Körper ein Rohr 61 gehalten, welches am Ende 3 auf den Durchmesser D1 radial aufgeweitet ist und im übrigen den Durchmesser D2 aufweist. Das Rohr 61 trennt somit einen kreisringförmigen Außenraum 62 innerhalb der Ausnehmung 60 ab, in den die erste Bohrung 54 mündet und der an dem Ende 3 über eine nahezu radial verlaufende Verbindungsbohrung 63 mit der ersten Kammer 21 verbunden ist. Die zweite Bohrung 55 schneidet die Ausnehmung 60 im Bereich des Durchmessers D3 und steht mit einem innerhalb des Rohres 61 verlaufenden Innenraum 64 in Verbindung.In the
In einer in Fig. 1a gezeigten Modifikation ist eine gebaute, hohle Nockenwelle 1 gezeigt, in die eine Buchse 65 eingesetzt ist. Das Rohr 61 ist an dem Ende 3 in einem Spannring 66 sowie in der Buchse 65 gehalten. Der Flansch 18 ist einstückig mit dem Radialflansch 35 ausgebildet und separat auf die Nockenwelle 1 geschoben. Die zweite Bohrung 55 verläuft teilweise in der Buchse 65 und ist wiederum mit dem Innenraum 64 verbunden. Der zwischen dem Rohr 61 und der Ausnehmung 60 gebildete Außenraum 62 verbindet die erste Bohrung 54 mit der ersten Kammer 21.In a modification shown in Fig. 1a, a built,
Die in Fig.2a gezeigte Modifikation ist bezüglich der Lagerung des Rohres 61 in der Buchse 65 identisch mit Fig.1a, jedoch ist der Flansch 18 einstückig mit einer Hülse 67 in die gebaute Nockenwelle 1 eingesetzt.The modification shown in FIG. 2a is identical to FIG. 1a with regard to the mounting of the
Im Betrieb der Brennkraftmaschine fördert die Pumpe 40 Öl aus dem Vorratsbehälter 41 durch das Filter 42 an die Verzweigung 43. Das Schaltventil 44 wird von einem elektronischen Steuergerät 70 in Abhängigkeit der Eingangssignale Last und Drehzahl der Brennkraftmaschine ein- oder ausgeschaltet.
Im ausgeschalteten Zustand gelangt kein Öl von der Verzweigung 43 über das Schaltventil 44 zum Umschaltventil 46. Dieses befindet sich federbelastet in einer ersten Stellung S1, die mit der Endlage E1 des Kolbens 12 korrespondiert. Das mit Druck durch den Kanal 45 entlang der eingezeichneten Pfeile geförderte Öl öffnet die Rückschlagventile 49, so daß das Öl über erste Ringräume 71 in die ersten Leitungen 50 und von dort in die ersten Bohrungen 54 strömt. Der Druck wirkt von der Bohrung 54 aus durch den Außenraum 62 und die Verbindungsbohrung 63 auf die erste Kammer 21 und hält den Kolben 12 in seiner ersten Endlage E1 (Fig. 3).During operation of the internal combustion engine, the
In the switched-off state, no oil gets from the
In einem zweiten Betriebszustand der Brennkraftmaschine, z.B. einem mittleren Drehzahlbereich, schaltet das Steuergerät 70 das Schaltventil 44 ein, so daß von der Verzweigung 43 aus Öl über das Schaltventil 44 zum Umschaltventil 46 strömt und dieses in eine zweite Stellung S2 verschiebt, die mit der Endlage E2 des Kolbens 12 korrespondiert. Das über die Rückschlagventile 49 in zweite Ringräume 72 einströmende Öl gelangt nun über die zweiten Leitungen 51 zu den zweiten Bohrungen 55. Von dort aus wirkt der Druck durch den Innenraum 64 auf die zweite Kammer 22. Dabei strömt das Öl aus dem offenen Ende des Rohres 61 in einen durch den Radialflansch 35 und die Kappe 19 gebildeten Hohlraum 73 und von dort über Öffnungen 74 im Kolben 12 in die zweite Kammer 22. Dabei wird dieser Kolben 12 axial in die zweite Endlage E2 verschoben, wobei über die schrägen Verzahnungen 11, 13 und 14, 16 das Kettenrad 7 relativ zur Nockenwelle 1 verdreht wird. Dabei treten in den Phasenwandlern 2 zwischen den an Gleitflächen F grenzenden Bauteilen rotatorische Verschiebungen auf.In a second operating state of the internal combustion engine, e.g. a medium speed range, the
Das während des Verschiebens von der Endlage E1 in die Endlage E2 aus der ersten Kammer 21 verdrängte Ölvolumen strömt über die Verbindungsbohrung 63, den Außenraum 62 und die erste Bohrung 54 in den Ringkanal 53 und von dort über die erste Leitung 50 ab.The oil volume displaced from the
In beiden Endlagen S1, S2 des Umschaltventiles 46 sind die aus den Phasenwandlern 2 rückströmendes Öl aufnehmenden Ringräume 71, 72 mit Steigleitungen 75 verbunden, die geodätisch oberhalb der Phasenwandler 2 in der Brennkraftmaschine münden, so daß nach dem Abstellen der Brennkraftmaschine ein Entleeren des Betätigungskreislaufes verhindert ist.In both end positions S 1 , S 2 of the change-over
Bei der Verstellung des Kolbens 12 von der Endlage E2 in die Endlage E1 strömt das aus der zweiten Kammer 22 verdrängte Öl durch die Öffnungen 74, den Hohlraum 73, den Innenraum 64 und die zweite Bohrung 55 in den Ringkanal 53 und von dort über die zweite Leitung 51 in das Umschaltventil 46.When the
Bei einem Betrieb der Brennkraftmaschine mit niedrigen Drehzahlen liefert die Pumpe 40 keinen maximalen Druck PM. Sollte dabei dennoch ein Verschieben des Kolbens 12 notwendig sein, so bewirken die Rückschlagventile 49 ein schubweises Befüllen der Ringräume 71,72. Dadurch wird der Kolben 12 gestuft von einer Endlage in die andere verschoben.When the engine is operating at low speeds, the
Anstelle des für zwei Nockenwellen 1 zuständigen Umschaltventiles 46 kann den beiden Nockenwellen 1 je ein eigener Betätigungskreislauf zugeordnet sein. Dabei ist jeder Nockenwelle 1 ein Kanal 45, ein Umschaltventil 46 mit einem Rückschlagventil 49 sowie ein Druckminderventil 47 zugeordnet.Instead of the
In einer dritten Ausführungsform der Erfindung gemäß Fig. 5 ist keine gesonderte Lagerstelle 52 erforderlich, um die Zufuhr und die Abfuhr von Öl in die Nockenwelle 1 zu gewährleisten. Die radialen ersten und zweiten Bohrungen 54, 55 sind an solchen Stellen der Nockenwelle 1 angeordnet, die in den Lagern 4 abgestützt sind.
Die Lager 4 sind jeweils als obere und untere Hälfte 4a, 4b in einem Oberteil 80 und einem Unterteil 81 eines Lagerrahmens 82 für Nockenwellen ausgebildet In dem Oberteil 80 verlaufen Kanäle 83, 84 als Teil des Schmierkreislaufes 5. Von dem stromab des Druckminderventiles 47 gelegenen, parallel zur Achse N in dem Oberteil 80 verlaufenden Kanal 83 zweigen rechtwinkelig Kanäle 84 in einer Querebene Q zu jedem Lager 4 ab. Bohrungen 85 nehmen Schraubverbindungen 86 zur Befestigung des Oberteils 80 am Unterteil 81 auf. Die Kanäle 84 sind kreisringförmig um die zwischen der Achse N und dem Kanal 83 liegenden Bohrungen 85 geführt, so daß das Öl mit dem Druck P1 benachbart der Querebene Q über zwei Schmieröffnungen 87 das Lager 4 in dessen oberer Hälfte 4a versorgt.
Die Versorgung von Außenraum 62 und Innenraum 64 erfolgt in analoger Weise zu den ersten beiden Ausführungen der Erfindung, jedoch ist die zur ersten Bohrung 54 führende Leitung 50 in einem ersten Lager 4 angeordnet und die zur zweiten Bohrung 55 führende Leitung 51 in einem zweten, benachbart zum ersten gelegenen Lager 4. Die unteren Hälften 4b weisen je eine Nut 88 aufdie gemäß Fig.7 symmetrisch zur Querebene Q zwischen den Schmieröffnungen 87 angeordnet ist. In diese Nut 88 mündet die erste Leitung 50, in der Nut 88 eines zweiten Lagers 4 die zweite Leitung 51.
Gemäß Fig. 6 ist der Lagerrahmen 82 auf der den Brennräumen abgewandten Seite eines Zylinderkopfes 89 befestigt, in dem ein Teil der Leitungen 50, 51 des Betätigungskreislaufes angeordnet sind.In a third embodiment of the invention according to FIG. 5, no
The
The supply of the
6, the bearing
Durch die zuvor beschriebene Ausführungsform sind die in einem Lager 4 angeordneten Teile des Schmierkreislaufes 5 und des Betätigungskreislaufes und damit auch die unterschiedlichen Öldrücke P1, PM voneinander getrennt. Auch bei dieser Ausführungsform kann die Nockenwelle 1 in der modifizierten Form gemäß der Figuren 1a und 2a verwendet werden. Die Länge der Buchse 65 ist dabei dem Abstand zweier benachbarter Lager 4 entsprechend ausgeführt.Due to the embodiment described above, the parts of the
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.The invention relates to a device according to the preamble of
Es ist bekannt, die Ventilsteuerzeiten einer Brennkraftmaschine ihrer Drehzahl anzupassen, um sie in einem möglichst breiten Drehzahlbereich optimal betreiben zu können. Hierdurch können Drehmoment, Leistung, Abgasemission, Leerlaufverhalten und Kraftstoffverbrauch verbessert werden.It is known to adapt the valve timing of an internal combustion engine to its speed in order to be able to operate it optimally in the widest possible speed range. This can improve torque, power, exhaust emissions, idling behavior and fuel consumption.
Eine Möglichkeit, die Ventilsteuerzeiten während des Betriebes der Brennkraftmaschine zu verändern, besteht darin, vorzugsweise die Einlaßnockenwelle in ihrer Lage relativ zu der sie antreibenden Kurbelwelle mit Hilfe eines sogenannten Phasenwandlers zu verdrehen. Dabei wird öldruckabhängig ein Koppelglied axial verschoben, welches koaxial von dem die Nockenwelle antreibenden Rad umgeben ist. Das Koppelglied trägt zwei Verzahnungen, von denen mindestens eine schräg verzahnt ist, die mit je einer korrespondierenden Verzahnung auf der Nockenwelle bzw. in dem Rad zusammenwirken, wie z.B. aus der EP- 0 335 083 bekannt.One way of changing the valve timing during operation of the internal combustion engine is to preferably rotate the position of the intake camshaft in relation to the crankshaft driving it using a so-called phase converter. Depending on the oil pressure, a coupling member is axially displaced, which is coaxially surrounded by the wheel driving the camshaft. The coupling member carries two toothings, at least one of which is helically toothed, which each cooperate with a corresponding toothing on the camshaft or in the wheel, e.g. known from EP-0 335 083.
Es sind Phasenwandler bekannt, z.B. aus der EP 0 356 162 oder der bereits genannten EP 0 335 083, bei denen das die Nockenwelle antreibende Rad eine Innenverzahnung trägt, die in eine Außenverzahnung eingreift, die dem als hydraulisch beaufschlagten Kolben wirkenden Koppelglied zugeordnet ist. Der Kolben trägt eine zweite, als Innenverzahnung ausgebildete Verzahnung, die in eine korrespondierende Außenverzahnung der Nockenwelle eingreift. Weiterhin sind Phasenwandler bekannt, z.B. aus der EP 0 245 791, bei denen das von einem Hydraulikkolben oder einem Elektromagneten bewegte Koppelglied zwei axial zueinander versetzte Außenverzahnungen trägt, von denen die eine in eine Innenverzahnung der Nockenwelle eingreift, während die andere in eine Innenverzahnung des antreibenden Rades eingreift. Alle genannten Vorrichtungen haben den Nachteil, daß sie einen erheblichen, zusätzlichen Bauraum beanspruchen, der die Einbaulänge einer mit einer solchen Vorrichtung ausgestatteten Brennkraftmaschine erhöht. Überlicherweise begrenzt eine Ebene einen stirnseitigen Abschluß der Brennkraftmaschine, wobei diese durch den über das die Nockenwelle antreibende Rad laufende Endlostrieb gebildet wird. Dieser Abschluß wird bei dem bekannten Stand der Technik entweder von der Vorrichtung deutlich überragt, oder das Rad mußte aufgrund des Bauvolumens der Vorrichtung weiter entfernt von der Stirnseite der Brennkraftmaschine angeordnet werden.Phase converters are known, for example from EP 0 356 162 or the already mentioned EP 0 335 083, in which the wheel driving the camshaft has an internal toothing which engages in an external toothing which is assigned to the coupling element which acts as a hydraulically actuated piston. The piston carries a second toothing, which is designed as an internal toothing and which engages in a corresponding external toothing of the camshaft. Phase converters are also known, for example from EP 0 245 791, in which the coupling member moved by a hydraulic piston or an electromagnet has two axially offset external toothings, one of which engages in an internal toothing of the camshaft, while the other engages in an internal toothing of the driving one Engages wheel. All the devices mentioned have the disadvantage that they take up a considerable amount of additional installation space, which increases the installation length of an internal combustion engine equipped with such a device. Usually, a plane delimits a front end of the internal combustion engine, which is formed by the endless drive running via the wheel driving the camshaft. In the known prior art, this conclusion is either clearly surmounted by the device, or the wheel had to be arranged further away from the end face of the internal combustion engine due to the structural volume of the device.
Die Anmelderin hat sich unter Bezugnahme auf die nicht vorveröffentlichte GB-A-22 29 514 und unter Bezugnahme auf die ebenfalls nicht vorveröffentlichte DE-C-40 23 853 freiwillig eingeschränkt und gesondere Patentansprüche für Großbritannien und Deutschland vorgelegt.The applicant has voluntarily restricted himself with reference to the unpublished GB-
Die GB-A-22 29 514 zeigt eine Vorrichtung zur Änderung der relativen Drehlage zweier Wellen in einer Brennkraftmaschine mit einem die Nockenwelle antreibenden, eine erste Verzahnung tragenden Rad, welches mit einem aus einem Ölkreislauf beaufschlagten, axial in mindestens zwei Endlagen verschiebbaren Koppelglied zusammenwirkt. Dieses Koppelglied ist als hydraulischer Kolben ausgebildet und wirkt auf eine zweite, mit der Nockenwelle verbundene Verzahnung. Dabei ist die erste Verzahnung als erste Außenverzahnung ausgebildet, die mit einer korrespondierenden ersten Innenverzahnung des Koppelgliedes zusammenwirkt. Die zweite Verzahnung ist als zweite Innenverzahnung ausgebildet, die mit einer korrepondierenden zweiten Außenverzahnung des Koppelgliedes zusammenwirkt. Das als hydraulisch wirkender Kolben ausgebildete Koppelglied ist durch Druckbeaufschlagung an einer Stirnseite in eine Richtung verschiebbar, die Rückstellung erfolgt durch die Wirkung einer Druckfeder. Diese Ausbildung erfordert entsprechenden Bauraum zur Aufnahme einer Druckfeder. Weiterhin muß diese Druckfeder sehr hohe Federkräfte aufbringen können, um eine möglichst schnelle Verstellung zu erzielen. Darüber hinaus muß zur Verstellung des Koppelgliedes durch Beaufschlagung mit Hydraulikmedium die Wirkung der Feder zusätzlich überwunden werden.GB-
Aus der nicht vorveröffentlichten, prioritätsälteren DE-C-40 23 853 ist ebenfalls eine Vorrichtung zur Änderung der relativen Drehlage zweier Wellen in einer Brennkraftmaschine bekannt, bei der die erste mit dem antreibenden Rad verbundene Verzahnung als erste Außenverzahnung ausgebildet ist und die mit der Nockenwelle verbundene zweite Verzahnung als zweite Innenverzahnung ausgebildet ist. Darüber hinaus ist die in dieser Druckschrift beschriebene Vorrichtung mit einem Koppelglied ausgerüstet, das als doppelt wirkender hydraulischer Kolben ausgebildet ist. Die mit der Nockenwelle verbundene zweite Verzahnung ist jedoch innerhalb der hohl ausgebildeten Nockenwelle ausgebildet. Eine derartige Ausbildung ist sehr aufwendig herzustellen und deshalb teuer. Darüber hinaus ist das Koppelelement für eine derartige Vorrichtung sehr lang und entsprechend aufwendig zu fertigen.A device for changing the relative rotational position of two shafts in an internal combustion engine is also known from the unpublished, older DE-C-40 23 853, in which the first toothing connected to the driving wheel is designed as a first external toothing and is connected to the camshaft second toothing is designed as a second internal toothing. In addition, the device described in this document is equipped with a coupling member which is designed as a double-acting hydraulic piston. However, the second toothing connected to the camshaft is formed within the hollow camshaft. Such training is very complex to manufacture and therefore expensive. In addition, the coupling element for such a device is very long and correspondingly expensive to manufacture.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, die vorgenannten Nachteile zu vermeiden und-somit eine kompakte Vorrichtung zur Änderung der relativen Drehlage von Wellen in einer Brennkraftmaschine zu schaffen, die einen geringen Bauraum beansprucht und dabei die Baulänge einer mit der Vorrichtung ausgestatteten Brennkraftmaschine möglichst kurz beläßt.The invention is therefore based on the object to avoid the aforementioned disadvantages and thus to create a compact device for changing the relative rotational position of shafts in an internal combustion engine, which takes up a small amount of space and at the same time the overall length of an internal combustion engine equipped with the device as short as possible leaves.
Diese Aufgabe wird mit den im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen, die auch eine kompakte hydraulische Steuerung der Vorrichtung beinhalten, sind in den Unteransprüchen benannt.This object is achieved with the features specified in
Diese Vorrichtung ermöglicht einen kompakten Aufbau des Phasenwandlers und eine einfache Gestaltung des antriebsseitigen Endes der Nockenwelle. Der kompakte Aufbau wird erreicht durch eine derartige Anordnung der zwei bei einem gattungsgemäßen Phasenwandler üblichen Verzahnungspaare, daß das die Nockenwelle antreibende Rad eine erste Außenverzahnung trägt und daß eine zweite, mit der Nockenwelle verbundene Verzahnung als Innenverzahnung ausgebildet ist, wobei in diese beiden Verzahnungen korrespondierende Verzahnungen des als Kolben ausgebildeten Koppelgliedes eingreifen. Die Verzahnungen sind dabei alle im wesentlichen koaxial von dem Rad umschlossen, so daß kein zusätzlicher, sich in axialer Richtung erstreckender Bauraum beansprucht wird.
Die zweite Verzahnung ist vorteilhafterweise nicht direkt in der Nockenwelle ausgebildet, sondern in einer lösbar mit der Nockenwelle verbundenen Hohlwelle, die gleichzeitig einen Raum gegenüber der Nockenwelle abgrenzt, in dem der Kolben axial in seine Endlagen verschoben werden kann.This device enables a compact construction of the phase converter and a simple design of the drive end of the camshaft. The compact structure is achieved by such an arrangement of the two pairs of teeth common in a generic phase converter that the wheel driving the camshaft has a first external toothing and that a second toothing connected to the camshaft is designed as an internal toothing, with corresponding toothing in these two toothings engage the coupling member designed as a piston. The gears are all essentially coaxially enclosed by the wheel, so that no additional installation space extending in the axial direction is required.
The second toothing is advantageously not formed directly in the camshaft, but in a hollow shaft detachably connected to the camshaft, which at the same time delimits a space from the camshaft in which the piston can be axially displaced into its end positions.
Das Problem der axialen Sicherung des Rades wird in vorteilhafterweise dadurch gelöst, daß das Rad axial an der Hohlwelle festgelegt ist, ohne daß die notwendige rotatorische Bewegung zwischen Rad und Hohlwelle bei der Betätigung des Phasenwandlers behindert ist. Das Rad kann dabei als Kettenrad oder Riemenscheibe ausgebildet sein und mit einem zwischen Hohlwelle und Rad wirkenden Federring gesichert sein oder mit der Hohlwelle derart verschraubt sein, daß die Schrauben mittels Führungshülsen in dem Rad angeordnete Langlöcher durchsetzen.The problem of axially securing the wheel is advantageously solved in that the wheel is axially fixed to the hollow shaft without the necessary rotational movement between the wheel and the hollow shaft being hindered when the phase converter is actuated. The wheel can be designed as a sprocket or pulley and can be secured with a spring ring acting between the hollow shaft and the wheel or can be screwed to the hollow shaft in such a way that the screws pass through elongated holes arranged in the wheel by means of guide sleeves.
Die einfache Gestaltung des antriebsseitigen Endes der Nockenwelle, die lediglich vorhandenen Bauraum ausnutzt, wird erreicht durch das Herauslösen des die Zufuhr und die Abfuhr von Öl steuernden Absperrorganes aus dem Phasenwandler bzw. der Nockenwelle. Das Absperrorgan kann an beliebiger Stelle der Brennkraftmaschine, z.B. im Zylinderkopf angeordnet werden und wird ebenfalls hydraulisch betätigt.The simple design of the drive-side end of the camshaft, which only utilizes the available space, is achieved by removing the shut-off device controlling the supply and removal of oil from the phase converter or the camshaft. The shut-off device can be located at any point on the internal combustion engine, e.g. be arranged in the cylinder head and is also operated hydraulically.
In einer einfach zu fertigenden, stufigen, axial verlaufenden Ausnehmung der Nockenwelle ist ein Rohr gehalten, welches zwei Räume voneinander trennt, die je nach Stellung des Absperrorganes die Zufuhr oder derAbfuhrvon Öl in die Nockenwelle bzw. den Phasenwandler ermöglichen. Die Räume sind mit radialen Bohrungen der Nockenwelle verbunden, die ihrerseits mit Leitungen zusammenwirken, die in Ringräumen des als Umschaltventil ausgebildeten Absperrorganes münden.
Die radialen Bohrungen können an beliebiger Stelle der Nockenwelle angeordnet sein.
Der Phasenwandler überragt das antriebsseitige Ende der Nockenwelle nur geringfügig und ist als komplette Baueinheit montierbar. Soll kein Phasenwandler montiert werden, ist die Nockenwelle durch Befestigen eines geänderten Kettenrades weiterhin verwendbar.
Die üblicherweise aus einem harten Werkstoff gefertigte Nockenwelle benötigt keinerlei Verzahnung oder Gewinde.A tube is held in an easy-to-manufacture, stepped, axially extending recess of the camshaft, which separates two spaces from one another, which, depending on the position of the shut-off device, enable the supply or discharge of oil into the camshaft or the phase converter. The rooms are with radial holes connected to the camshaft, which in turn cooperate with lines which open into annular spaces of the shut-off element designed as a changeover valve.
The radial bores can be arranged at any point on the camshaft.
The phase converter only slightly protrudes from the drive end of the camshaft and can be assembled as a complete unit. If a phase converter is not to be installed, the camshaft can still be used by attaching a modified sprocket.
The camshaft, which is usually made of a hard material, does not require any toothing or thread.
Die Vorrichtung benötigt nur eine kleine Ölmenge, da lediglich das aus den an den Kolben grenzenden Kammern verdrängte Öl für das Verschieben des Kolbens aus einer ersten in eine zweite Endlage erneuert werden muß.The device requires only a small amount of oil, since only the oil displaced from the chambers adjoining the pistons has to be renewed for moving the piston from a first to a second end position.
Das Entleeren der Kammern nach dem Abstellen der Brennkraftmaschine ist dadurch vermieden, daß ölführende Leitungen als Steigleitungen ausgeführt sind, die einen Ölrückfluß verhindern.
Der Betätigungskreislauf für die Vorrichtung ist Teil des Ölkreislaufes der Brennkraftmaschine. An diesem Betätigungskreislauf ist der Schmierkreislauf für die Nockenwellen so angeschlossen, daß bei Ausfall des Phasenwandlers oder des Absperrorganes die Schmierung erhalten bleibt.
Die Vorrichtung ist weiterhin im Betrieb der Brennkraftmaschine leise, da es keinerlei mechanische Verbindung zwischen der Vorrichtung und einer diese überdeckenden Haube, wie z.B. in dieser Haube zentrierte Bauteile der Vorrichtung gibt.The emptying of the chambers after the internal combustion engine has been switched off is avoided in that oil-carrying lines are designed as risers which prevent oil from flowing back.
The actuation circuit for the device is part of the oil circuit of the internal combustion engine. The lubrication circuit for the camshafts is connected to this actuation circuit in such a way that lubrication is retained in the event of a phase converter or shut-off device failure.
The device is still quiet when the internal combustion engine is operating, since there is no mechanical connection between the device and a hood covering it, such as, for example, components of the device centered in this hood.
Die Vorrichtung wird beispielhaft anhand von Figuren im folgenden näher erläutert.The device is explained in more detail by way of example using figures below.
Es zeigen:
- Fig.1
- einen Querschnitt durch eine erste Ausführungsform,
- Fig.1a
- die erste Ausführungsform mit einer modifizierten Nockenwelle,
- Fig.2
- einen Querschnitt durch eine zweite Ausführungsform,
- Fig.2a
- die zweite Ausführungsform mit einer modifizierten Nockenwelle,
- Fig.3
- schematisch einen ölkreislauf der Vorrichtung mit einem Absperrorgan in einer ersten Stellung,
- Fig.4
- schematisch einen ölkreislauf der Vorrichtung mit einem Absperrorgan in einer zweiten Stellung,
- Fig.5
- die Nockenwelle einer dritten Ausführungsform,
- Fig.6
- einen Querschnitt durch einen Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine mit der dritten Ausführungsform,
- Fig.7
- einen Schnitt entlang der Linie VII - VII gemäß Fig.6 und
- Fig.8
- eine Ansicht aus Richtung des Pfeiles X gemäß Fig.2.
- Fig. 1
- 3 shows a cross section through a first embodiment,
- Fig.1a
- the first embodiment with a modified camshaft,
- Fig. 2
- 3 shows a cross section through a second embodiment,
- Fig.2a
- the second embodiment with a modified camshaft,
- Fig. 3
- schematically an oil circuit of the device with a shut-off element in a first position,
- Fig. 4
- schematically an oil circuit of the device with a shut-off element in a second position,
- Fig. 5
- the camshaft of a third embodiment,
- Fig. 6
- 3 shows a cross section through a cylinder head of an internal combustion engine with the third embodiment,
- Fig. 7
- a section along the line VII - VII of Figure 6 and
- Fig. 8
- a view from the direction of arrow X according to Fig.2.
In einer in einem Kraftfahrzeug angeordneten, nicht näher gezeigten Brennkraftmaschine mit vier obenliegenden Nockenwellen ist jeder der beiden dem Einlaß dienenden Nockenwellen 1 ein Phasenwandler 2 am antriebsseitigen Ende 3 zugeordnet. Jede Nockenwelle 1 ist in mehreren Lagern 4 gehalten, die an einen Schmierkreislauf 5 angeschlossen sind. Der Ölkreislauf der Brennkraftmaschine umfaßt den Schmierkreislauf 5, einen Betätigungskreislauf zur Verstellung der Phasenwandler 2 und einem Schmierkreislauf einer nur angedeuteten Kurbelwelle 6.In an internal combustion engine with four overhead camshafts (not shown in more detail) arranged in a motor vehicle, a
Der Phasenwandler 2 ist im wesentlichen aus den drei üblicherweise verwendeten, über Verzahnungen miteinander in Eingriff stehenden Elementen aufgebaut Zum einen aus einem dem Antrieb der Nockenwelle 1 dienenden, als Kettenrad 7 ausgebildeten Rad 8, in das eine Innennabe 9, die eine erste, als erste Außenverzahnung 11 ausgebildete, schräge Verzahnung 11 trägt, eingeschweißt ist Das Rad 8 ist über die erste Verzahnung 11 mit einem als hydraulisch beidseitig beaufschlagten Kolben 12 ausgebildeten Koppelglied über eine korrespondierende, erste schräge Innenverzahung 13 verbunden, welches axial bezüglich der längs und mittig in der Nockenwelle 1 verlaufenden Achse N in zwei Endlagen E1, E2 verschiebbar ist Der Kolben 12 trägt eine zweite, schräge Außenverzahnung 14, die in eine korrespondierende, als zweite Innenverzahnung 16 ausgebildete Verzahnung 16 einer Hohlwelle 17 greift, die mit einem Flansch 18 der Nockenwelle 1 verbunden ist In die Innennabe 9 ist eine Kappe 19 eingepreßt. Der Kolben 12 unterteilt einen zwischen Flansch 18 und Hohlwelle 17 eingeschlossenen Raum 20 in eine erste Kammer 21 und eine zweite Kammer 22. In Fig.1 und Fig.2 befindet sich der Kolben 12 in einer ersten Endlage E1, die beim Betrieb der Brennkraftmaschine in einem ersten Betriebszustand, z.B. dem Leerlauf, eingenommen wird.The
In der ersten Ausführungsform gemäß Fig. 1 und Fig. 1a ist das Kettenrad 7 mittels eines vorgespannten Federringes 23 auf der Hohlwelle 17 axial festgelegt Er liegt zur Hälfte in einer Nut 24 des Kettenrades 7 und zur anderen Hälfte in einer Eindrehung 25 der Hohlwelle 17, deren Tiefe mindestens doppelt so groß ist, wie die der Nut 24. Der Federring 23 ist über mehrere Montageöffnungen 26 zugänglich.
Ist das Rad 8 als Riemenscheibe ausgebildet, sind benachbart dem Federring 23 und zwischen Hohlwelle 17 und Flansch 18 Dichtringe eingelegt.In the first embodiment according to FIGS. 1 and 1a, the
If the
Bei der Montage wird der Federring 23 in die Eindrehung 25 gelegt in die er aufgrund seiner Vorspannung zur Hälfte eintaucht. Anschließend wird das Kettenrad 7 auf die Hohlwelle 17 geschoben, wobei eine angeformte Schräge 27 den Federring 23 vollständig in die Eindrehung 25 preßt, bevor er sich bei Überdeckung von Eindrehung 25 und Nut 24 zur Hälfte in diese Nut 24 legt. Der Federring 23 kann im Querschnitt kreisförmig oder rechteckig ausgeführt sein.During assembly, the
In einer zweiten Ausführungsform der Vorrichtung gemäß der Figuren 2 und 2a ist das Kettenrad 7 axial mittels Schrauben 28 an der Hohlwelle 17 gesichert. Diese Schrauben 28 sind in Gewinde der Hohlwelle 17 eingeschraubt und mittels Führungshülsen 29 in Langlöchern 30 des Kettenrades 7 gleitend geführt. Zwischen der Führungshülse 29 und dem Rad 8 verbleibt dabei ein geringes Axialspiel A.In a second embodiment of the device according to FIGS. 2 and 2a, the
Der Phasenwandler 2 ist in beiden Ausführungsformen mit Schraubverbindungen 31 in Langlöchern 32 der Hohlwelle 17 mit Hülsenmuttern 33 verdrehsicher gehalten. Die Langlöcher 32 erlauben eine lagerichtige Montage des Phasenwandlers 2 unabhängig von der Stellung der für die Montage gegen Verdrehen gesicherten Nockenwelle 1.The
Vor der Montage an der Nockenwelle 1 ist der Phasenwandler 2 komplett vormontierbar. Ein in eine das Kettenrad 7 und die Hohlwelle 17 durchdringende Paßbohrung 34 wird ein Stift eingesetzt, der die beiden Teile gegen Verdrehen sichert. Anschließend wird das Kettenrad 7 axial wie bereits beschrieben mit einem Federring 23 oder den Schrauben 28 und den Führungshülsen 29 an der Hohlwelle 17 festgelegt. Nach dem Einpressen der Kappe 19 und dem Einschieben des Kolbens 12 in die Verzahnungen 11 und 16 wird der Phasenwandler 2 als komplette Einheit an dem Flansch 18 befestigt; der Kolben 12 wird dabei auf einen Radialflansch 35 der Nockenwelle geschoben.The
Der Ölkreislauf der Brennkraftmaschine weist eine Pumpe 40 auf, die Öl aus einem Vorratsbehälter 41 durch ein Filter 42 fördert. Von dort aus führt eine Verzweigung 43 zu einem Schaltventil 44, zu der Kurbelwelle 6 der Brennkraftmaschine und über einen Ölzuführenden Kanal 45 zu einem parallel zu diesem Kanal 45 angeordneten Umschaltventil 46 sowie einem stromab gelegenen Druckminderventil 47.The oil circuit of the internal combustion engine has a
Zwischen Filter 42 und Kurbelwelle 6 ist ein Druckbegrenzungsventil 48 geschaltet, welches den von der Pumpe 40 gelieferten öldruck auf einen maximalen Druck PM begrenzt.
Von dem Druckminderventil 47 zweigt der Schmierkreislauf 5 ab, der die Lager 4 mit einem Druck P1 beaufschlagt, der vorzugsweise kleiner ist als der Druck PM.A
From the
Das Umschaltventil 46 weist integrierte Rückschlagventile 49 auf, über die der Kanal 45 mit den Phasenwandlern 2 gekoppelt werden kann. Vom Umschaltventil 46 führen jeweils eine erste und eine zweite Leitung 50 und 51 zu einer gesonderten Lagerstelle 52 der Nockenwellen 1. Über in diesen Lagerstellen 52 verlaufende Ringkanäle 53 erfolgt eine Verbindung mit radial in den Nockenwellen 1 verlaufenden ersten und zweiten Bohrungen 54 und 55.The
In die oberhalb der Achse N dargestellte Nockenwelle 1 ist eine zylindrische, vom Ende 3 aus rotationssymetrisch zur Achse N verlaufende, gestufte Ausnehmung 60 eingebracht. Sie weist von dem Ende 3 aus bis unmittelbar hinter die erste Bohrung 54 einen ersten Durchmesser D1 auf, anschließend zwischen den Bohrungen 54,55 einen zweiten, kleineren Durchmesser D2 und von dort bis unmittelbar hinter die zweite Bohrung 55 einen nochmals kleineren Durchmesser D3. In der Ausnehmung 60 ist als ein zylindrischer Körper ein Rohr 61 gehalten, welches am Ende 3 auf den Durchmesser D1 radial aufgeweitet ist und im übrigen den Durchmesser D2 aufweist. Das Rohr 61 trennt somit einen kreisringförmigen Außenraum 62 innerhalb der Ausnehmung 60 ab, in den die erste Bohrung 54 mündet und der an dem Ende 3 über eine nahezu radial verlaufende Verbindungsbohrung 63 mit der ersten Kammer 21 verbunden ist. Die zweite Bohrung 55 schneidet die Ausnehmung 60 im Bereich des Durchmessers D3 und steht mit einem innerhalb des Rohres 61 verlaufenden Innenraum 64 in Verbindung.In the
In einer in Fig. 1a gezeigten Modifikation ist eine gebaute, hohle Nockenwelle 1 gezeigt, in die eine Buchse 65 eingesetzt ist. Das Rohr 61 ist an dem Ende 3 in einem Spannring 66 sowie in der Buchse 65 gehalten. Der Flansch 18 ist einstückig mit dem Radialflansch 35 ausgebildet und separat auf die Nockenwelle 1 geschoben. Die zweite Bohrung 55 verläuft teilweise in der Buchse 65 und ist wiederum mit dem Innenraum 64 verbunden. Der zwischen dem Rohr 61 und der Ausnehmung 60 gebildete Außenraum 62 verbindet die erste Bohrung 54 mit der ersten Kammer 21.In a modification shown in Fig. 1a, a built,
Die in Fig.2a gezeigte Modifikation ist bezüglich der Lagerung des Rohres 61 in der Buchse 65 identisch mit Fig.1a, jedoch ist der Flansch 18 einstückig mit einer Hülse 67 in die gebaute Nockenwelle 1 eingesetzt.The modification shown in FIG. 2a is identical to FIG. 1a with regard to the mounting of the
Im Betrieb der Brennkraftmaschine fördert die Pumpe 40 Öl aus dem Vorratsbehälter 41 durch das Filter 42 an die Verzweigung 43. Das Schaltventil 44 wird von einem elektronischen Steuergerät 70 in Abhängigkeit der Eingangssignale Last und Drehzahl der Brennkraftmaschine ein- oder ausgeschaltet.
Im ausgeschalteten Zustand gelangt kein Öl von der Verzweigung 43 über das Schaltventil 44 zum Umschaltventil 46. Dieses befindet sich federbelastet in einer ersten Stellung S1, die mit der Endlage E1 des Kolbens 12 korrespondiert. Das mit Druck durch den Kanal 45 entlang der eingezeichneten Pfeile geförderte Öl öffnet die Rückschlagventile 49, so daß das Öl über erste Ringräume 71 in die ersten Leitungen 50 und von dort in die ersten Bohrungen 54 strömt. Der Druck wirkt von der Bohrung 54 aus durch den Außenraum 62 und die Verbindungsbohrung 63 auf die erste Kammer 21 und hält den Kolben 12 in seiner ersten Endlage E1 (Fig. 3).During operation of the internal combustion engine, the
In the switched-off state, no oil gets from the
In einem zweiten Betriebszustand der Brennkraftmaschine, z.B. einem mittleren Drehzahlbereich, schaltet das Steuergerät 70 das Schaltventil 44 ein, so daß von der Verzweigung 43 aus Öl über das Schaltventil 44 zum Umschaltventil 46 strömt und dieses in eine zweite Stellung S2 verschiebt, die mit der Endlage E2 des Kolbens 12 korrespondiert. Das über die Rückschlagventile 49 in zweite Ringräume 72 einströmende Öl gelangt nun über die zweiten Leitungen 51 zu den zweiten Bohrungen 55. Von dort aus wirkt der Druck durch den Innenraum 64 auf die zweite Kammer 22. Dabei strömt das Öl aus dem offenen Ende des Rohres 61 in einen durch den Radialflansch 35 und die Kappe 19 gebildeten Hohlraum 73 und von dort über Öffnungen 74 im Kolben 12 in die zweite Kammer 22. Dabei wird dieser Kolben 12 axial in die zweite Endlage E2 verschoben, wobei über die schrägen Verzahnungen 11, 13 und 14, 16 das Kettenrad 7 relativ zur Nockenwelle 1 verdreht wird. Dabei treten in den Phasenwandlern 2 zwischen den an Gleitflächen F grenzenden Bauteilen rotatorische Verschiebungen auf.In a second operating state of the internal combustion engine, e.g. a medium speed range, the
Das während des Verschiebens von der Endlage E1 in die Endlage E2 aus der ersten Kammer 21 verdrängte Ölvolumen strömt über die Verbindungsbohrung 63, den Außenraum 62 und die erste Bohrung 54 in den Ringkanal 53 und von dort über die erste Leitung 50 ab.The oil volume displaced from the
In beiden Endlagen S1, S2 des Umschaltventiles 46 sind die aus den Phasenwandlern 2 rückskömendes Öl aufnehmenden Ringräume 71, 72 mit Steigleitungen 75 verbunden, die geodätisch oberhalb der Phasenwandler 2 in der Brennkraftmaschine münden, so daß nach dem Abstellen der Brennkraftmaschine ein Entleeren des Betätigungskreislaufes verhindert istIn both end positions S 1 , S 2 of the
Bei der Verstellung des Kolbens 12 von der Endlage E2 in die Endlage E1 strömt das aus der zweiten Kammer 22 verdrängte Öl durch die Öffnungen 74, den Hohlraum 73, den Innenraum 64 und die zweite Bohrung 55 in den Ringkanal 53 und von dort über die zweite Leitung 51 in das Umschaltventil 46.When the
Bei einem Betrieb der Brennkraftmaschine mit niedrigen Drehzahlen liefert die Pumpe 40 keinen maximalen Druck PM. Sollte dabei dennoch ein Verschieben des Kolbens 12 notwendig sein, so bewirken die Rückschlagventile 49 ein schubweises Befüllen der Ringräume 71,72. Dadurch wird der Kolben 12 gestuft von einer Endlage in die andere verschoben.When the engine is operating at low speeds, the
Anstelle des für zwei Nockenwellen 1 zuständigen Umschaltventiles 46 kann den beiden Nockenwellen 1 je ein eigener Betätigungskreislauf zugeordnet sein. Dabei ist jeder Nockenwelle 1 ein Kanal 45, ein Umschaltventil 46 mit einem Rückschlagventil 49 sowie ein Druckminderventil 47 zugeordnet.Instead of the
In einer dritten Ausführungsform der Erfindung gemäß Fig. 5 ist keine gesonderte Lagerstelle 52 erforderlich, um die Zufuhr und die Abfuhr von Öl in die Nockenwelle 1 zu gewährleisten. Die radialen ersten und zweiten Bohrungen 54, 55 sind an solchen Stellen der Nockenwelle 1 angeordnet, die in den Lagern 4 abgestützt sind.
Die Lager 4 sind jeweils als obere und untere Hälfte 4a, 4b in einem Oberteil 80 und einem Unterteil 81 eines Lagerrahmens 82 für Nockenwellen ausgebildet. In dem Oberteil 80 verlaufen Kanäle 83, 84 als Teil des Schmierkreislaufes 5. Von dem stromab des Druckminderventiles 47 gelegenen, parallel zur Achse N in dem Oberteil 80 verlaufenden Kanal 83 zweigen rechtwinkelig Kanäle 84 in einer Querebene Q zu jedem Lager 4 ab. Bohrungen 85 nehmen Schraubverbindungen 86 zur Befestigung des Oberteils 80 am Unterteil 81 auf. Die Kanäle 84 sind kreisringförmig um die zwischen der Achse N und dem Kanal 83 liegenden Bohrungen 85 geführt, so daß das Öl mit dem Druck P1 benachbart der Querebene Q über zwei Schmieröffnungen 87 das Lager 4 in dessen oberer Hälfte 4a versorgt.
Die Versorgung von Außenraum 62 und Innenraum 64 erfolgt in analoger Weise zu den ersten beiden Ausführungen der Erfindung, jedoch ist die zur ersten Bohrung 54 führende Leitung 50 in einem ersten Lager 4 angeordnet und die zur zweiten Bohrung 55 führende Leitung 51 in einem zweiten, benachbart zum ersten gelegenen Lager 4. Die unteren Hälften 4b weisen je eine Nut 88 aufdie gemäß Fig. 7 symmetrisch zur Querebene Q zwischen den Schmieröffnungen 87 angeordnet ist. In diese Nut 88 mündet die erste Leitung 50, in der Nut 88 eines zweiten Lagers 4 die zweite Leitung 51.
Gemäß Fig. 6 ist der Lagerrahmen 82 auf der den Brennräumen abgewandten Seite eines Zylinderkopfes 89 befestigt, in dem ein Teil der Leitungen 50, 51 des Betätigungskreislaufes angeordnet sind.In a third embodiment of the invention according to FIG. 5, no
The
The supply of the
6, the bearing
Durch die zuvor beschriebene Ausführungsform sind die in einem Lager 4 angeordneten Teile des Schmierkreislaufes 5 und des Betätigungskreislaufes und damit auch die unterschiedlichen Öldrücke P1, PM voneinander getrennt. Auch bei dieser Ausführungsform kann die Nockenwelle 1 in der modifizierten Form gemäß der Figuren 1a und 2a verwendet werden. Die Länge der Buchse 65 ist dabei dem Abstand zweier benachbarter Lager 4 entsprechend ausgeführt.Due to the embodiment described above, the parts of the
Claims (21)
- A device for altering the relative rotational position of two shafts in an internal-combustion engine in an automatically controlled manner, having at least one camshaft (1) rotatable - as a function of parameters of the internal-combustion engine - relative to a crankshaft (6) driving it, and having a wheel (8) which drives the camshaft (1) and carries a first set of teeth (11) and which acts - by way of a coupling member acted upon by an oil circuit and axially displaceable at least into two end positions (E1, E2) and constructed in the form of an hydraulic piston (12) - upon a second set of teeth (16) connected to the camshaft (1), characterized in that the coupling member is constructed in the form of a double-acting hydraulic piston, the first set of teeth (11) is constructed in the form of a first external set of teeth (11) cooperating with a corresponding first internal set of teeth (13) on the coupling member, and the second set of teeth (16) is releasably connected to the camshaft and is constructed in the form of a second internal set of teeth (16) cooperating with a corresponding second external set of teeth (14) on the coupling member.
- A device according to Claim 1, characterized in that the second set of teeth (16) is provided in a hollow shaft (17) detachably connected to the camshaft (1).
- A device according to Claim 2, characterized in that the hollow shaft (17) is secured axially on the camshaft (1) by means of bolt fastenings (31) so as to be rotationally fixed, the said fastenings (31) passing through elongate holes (32) formed in the hollow shaft (17).
- A device according to Claim 2, characterized in that the piston (12) divides into two chambers (21, 22) a space (20) formed between the camshaft (1) and the hollow shaft (17).
- A device according to Claim 2, characterized in that the wheel (8) is held axially on the hollow shaft (17).
- A device according to Claim 5, characterized in that the wheel (8) is held axially on the hollow shaft (17) by means of a radially pre-stressed lock washer (23).
- A device according to Claim 6, characterized in that the lock washer (23) is arranged half in a groove (24) in the wheel (8) and half in a recess (25) in the hollow shaft (17).
- A device according to Claim 4, characterized in that the wheel (8) is secured axially on the hollow shaft (17) by means of bolts (28), the said bolts (28) passing through elongate holes (30) formed in the wheel (8) by means of guide sleeves (29).
- A device according to Claim 8, characterized in that a slight axial clearance (A) remains between the guide sleeves (29) and the wheel (8).
- A device according to one or more of the preceding Claims, having an axial recess, which is formed in the end of the camshaft adjacent to the hollow shaft and which is connected to the oil circuit, and having a shut-off valve controlling the filling and emptying of the chambers with oil, characterized in that a cylindrical member (pipe 61) arranged in the recess (60) divides off a circular outer space (62) which in a first position (S1) of the shut-off valve (change-over valve 46) connects the first chamber (21) to a first bore (54) in the camshaft (1) attached to the oil circuit for filling purposes.
- A device according to Claim 10, characterized in that in a second position (S2) of the change-over valve (46) the first chamber (21) is connected to the first bore (54) for emptying purposes.
- A device according to Claim 11, characterized in that in the first and second positions (S1 and S2) the second chamber (22) is connected by means of an inner space (64) surrounded by the pipe (61) to a second bore (55) in the camshaft (1) connected to the oil circuit.
- A device according to Claim 12, characterized in that the change-over valve (46) is arranged parallel to an oil-supplying duct (45) of the oil circuit and comprises annular spaces (71, 72) connected in the first or second position (S1 or S2 respectively) by first or second pipes (50 or 51 respectively) to the first or second bore (54 or 55 respectively).
- A device according to Claim 13, characterized in that return valves (49) are arranged between the duct (45) and the annular spaces (71, 72).
- A device according to one or more of the preceding Claims, characterized in that downstream of the change-over valve (46) the duct (45) opens into a pressure-reducing valve (47) connected by way of a lubrication circuit (5) to bearings (4) of the camshaft (1).
- A device according to one or more of the preceding Claims, characterized in that up-stream of the change-over valve (46) the duct (45) has a branching (43) connected to a pump (40), the change-over valve (46), a control valve (44) and the lubrication circuit (5) of the crankshaft (6) of the internal-combustion engine.
- A device according to one or more of the preceding Claims, characterized in that the control valve (44) moves the change-over valve (46) from one position (S1 or S2 respectively) into the other position (S2 or S1 respectively) as a function of input signals of a control device (70).
- A device according to one or more of the preceding Claims, having at least two cam-shafts, characterized in that a change-over valve (46) with a return valve (49) and a duct (45) with a pressure-reducing valve (47) are associated with each camshaft.
- A device according to Claim 12, characterized in that the recess (60) has a first diameter (D1) from the end (3) along an axis (N) to behind the first bore (54), a smaller second diameter (D2) between the bores (54, 55) and a still smaller third diameter (D3) from that point to behind the second bore (55).
- A device according to Claim 12, characterized in that the first and second bores (54 and 55) are formed inside a special bearing point (52) of the camshaft (1).
- A device according to Claim 12, characterized in that the first bore (54) opens into a groove (88) in a first bearing (4) of the camshaft (1), and the second bore (55) opens into a groove (88) of a second bearing (4) situated adjacent to the first.
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