EP0995882A2 - Hydraulic variable phasing device between a driving pulley and a shaft - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur hydraulischen Drehwinkelverstellung einer Welle zu einem Antriebsrad, insbesondere der Nockenwelle einer Brennkraftmaschine, nach der Gattung des Hauptanspruches.The invention relates to a device for hydraulic rotation angle adjustment Shaft to a drive wheel, in particular the camshaft of an internal combustion engine, according to the genus of the main claim.
Eine derartige Vorrichtung ist beispielsweise aus der US-A 4,858,572 bekannt. Bei dieser gattungsgemäßen Vorrichtung ist ein Innenteil drehfest mit dem Ende der Nockenwelle verbunden, das an seiner Außenseite mehrere über den Umfang verteilte radiale Schlitze aufweist, in denen Flügelelemente radial verschieblich geführt sind. Dieses Innenteil wird von einem Zellenrad umgeben, das mehrere hydraulisch beaufschlagbare Zellen aufweist, die durch die Flügel in zwei gegeneinander auf diese einwirkende Druckräume unterteilt werden. Durch Druckbeaufschlagung dieser Druckräume kann in Abhängigkeit von der Druckdifferenz das Innenteil und damit die Nockenwelle relativ zum Zellenrad verdreht werden.Such a device is known for example from US-A 4,858,572. At this generic device is an inner part rotatably with the end of Connected camshaft, which distributed several over the circumference on its outside has radial slots in which wing elements are guided radially displaceably. This inner part is surrounded by a cellular wheel, which is hydraulic has cells that can be acted upon by the wings in two against each other acting pressure rooms are divided. By pressurizing this Depending on the pressure difference, the pressure inside the inner part and thus the Camshaft can be rotated relative to the cellular wheel.
Aus der DE 39 22 962 A1 ist weiterhin eine Vorrichtung zur hydraulischen Drehwinkelverstellung einer Nockenwelle zu ihrem Antriebsrad bekannt, bei der das Innenteil mit festen, radial verlaufenden Stegen versehen ist.From DE 39 22 962 A1 there is also a hydraulic device Angle adjustment of a camshaft to its drive wheel is known, in which the Inner part is provided with fixed, radially extending webs.
Bei diesen bekannten Vorrichtungen zur hydraulischen Drehwinkelverstellung einer Welle zu ihrem Antriebsrad sind die für die Verdrehung erforderlichen Kräfte in Abhängigkeit von der Verdrehrichtung unterschiedlich. Die erforderlichen Kräfte bei einer Verdrehung in Antriebsrichtung sind bei Vernachlässigung der durch den jeweiligen Nockenauflauf und Nockenablauf verursachten Kräfte bzw. Momente größer als die für eine Verdrehung gegen die Antriebsrichtung. Da der Hydraulikkreislauf für eine derartige Vorrichtung auf die maximal erforderliche Kraft ausgelegt ist, sind entsprechend große wirksame Druckflächen erforderlich, die ein entsprechend großes hydraulisches Schluckvolumen erfordern. Dadurch wird in Abhängigkeit von der Auslegung der Druckmittelversorgung die Verstellgeschwindigkeit begrenzt.In these known devices for hydraulic rotation angle adjustment a Shaft to its drive wheel are the forces required for the rotation in Depends on the direction of rotation. The necessary forces a twist in the drive direction are neglected by the forces or moments caused by the respective cam run-up and cam run-off larger than that for a rotation against the drive direction. Since the Hydraulic circuit for such a device to the maximum required force is designed, correspondingly large effective printing areas are required, the one require a correspondingly large hydraulic absorption volume. This will in Depending on the design of the pressure medium supply Adjustment speed limited.
Es ist demgegenüber die Aufgabe der Erfindung, eine gattungsgemäße Vorrichtung zur hydraulischen Drehwinkelverstellung einer Welle zu ihrem Antriebsrad dahingehend zu verbessern, daß bei vorgegebenem maximalen Verstelldruck eine schnellere Verstellung möglich ist und/oder eine Reduzierung des maximal erforderlichen Druckes bzw. eine Reduzierung des maximal erforderlichen Fördervolumens ermöglicht wird.In contrast, it is the object of the invention to provide a generic device for the hydraulic rotation angle adjustment of a shaft to its drive wheel to improve that at a given maximum adjustment pressure faster Adjustment is possible and / or a reduction in the maximum required Pressure or a reduction in the maximum required delivery volume is made possible.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruches gelöst. Wird das sich aus den Druckräumen und der Druckmittelzu- und Druckmittelabfuhr zusammensetzende hydraulische System der Vorrichtung dahingehend ausgelegt, daß die die Verdrehung verursachende hydraulisch verursachte Kraft für die beiden Drehrichtungen bei gleichen Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine unterschiedlich ist, kann insgesamt eine drehrichtungsbezogen optimale Auslegung dieses hydraulischen Systems erfolgen, so daß insgesamt eine schnellere Verstellung und/oder eine Reduzierung des maximal erforderlichen hydraulischen Druckes bzw. Fördervolumens möglich ist.This object is achieved with the characterizing features of Main claim solved. Will that result from the pressure rooms and the pressure medium supply and Hydraulic system of the device comprising pressure medium discharge designed in such a way that the rotation causing hydraulic force caused for the two directions of rotation under the same operating conditions Internal combustion engine is different, an overall direction of rotation can optimal design of this hydraulic system, so that a total faster adjustment and / or a reduction of the maximum required hydraulic pressure or delivery volume is possible.
Insbesondere wenn das hydraulische System der Vorrichtung so ausgelegt ist, daß die hydraulisch wirksame Gesamtfläche der Druckräume drehrichtungsbezogen unterschiedlich ist, können schnellere Verstellzeiten ermöglicht werden. Die für eine Verdrehung gegen die Antriebsdrehrichtung wirkende hydraulisch wirksame Gesamtfläche ist dabei größer ausgelegt als die für eine Verdrehung in Gegenrichtung. Dadurch wird das für die Verdrehung in Antriebsrichtung nötige Schluck- bzw. Fördervolumen gegenüber dem maximal erforderlichen Volumen deutlich verringert, so daß bei gleichbleibendem Förderdruck bzw. Fördervolumen eine schnellere Verstellung möglich ist. Bei einer Verdrehung gegen die Antriebsrichtung ist gleichzeitig das aus den zu entlastenden Druckräumen zu verdrängende Ölvolumen geringer, so daß insgesamt geringere Drosselverluste auftreten und auch dadurch eine schnellere Verstellung möglich ist.Especially when the hydraulic system of the device is designed so that the Hydraulically effective total area of the pressure rooms related to the direction of rotation is different, faster adjustment times can be made possible. The one Rotation against the direction of rotation of the hydraulically effective The total area is designed larger than that for rotation in the opposite direction. This means that the swallowing or Delivery volume significantly reduced compared to the maximum required volume, see above that with a constant delivery pressure or delivery volume a faster adjustment is possible. With a twist against the drive direction that is at the same time off the oil volume to be relieved to be displaced less so that Overall, lower throttle losses occur and this also results in faster Adjustment is possible.
Eine derartige drehrichtungsbezogen unterschiedliche Auslegung des Hydrauliksystems der Vorrichtung läßt sich auf besonders vorteilhafte Weise bei symmetrischem Aufbau der Vorrichtung erzielen, wenn mindestens ein Druckraum ständig druckentlastet ist.Such a direction of rotation different interpretation of Hydraulic system of the device can be used in a particularly advantageous manner Achieve symmetrical structure of the device if at least one pressure chamber is constantly relieved of pressure.
Der ständig druckentlastete Druckraum ist dabei auf besonders vorteilhafte Weise mit dem Ölrücklauf der Brennkraftmaschine verbunden, so daß in diesen Druckraum eindringendes Lecköl abfließen kann und es nicht zum Aufbau eines gegen die Verdrehung wirkenden Gegendruckes kommen kann.The pressure chamber, which is constantly relieved of pressure, is in a particularly advantageous manner connected to the oil return of the internal combustion engine, so that in this pressure chamber leaking oil can drain off and it does not build up against the Twisting counter pressure can come.
Eine drehrichtungsbezogen unterschiedliche Auslegung des Hydrauliksystems der Vorrichtung kann dabei auf besonders vorteilhafte Weise so ausgelegt werden, daß die Anzahl der bei Drehbewegung in jeweils eine der beiden Richtungen mit Druck beaufschlagten Druckräume unterschiedlich ist. Dabei ist die Anzahl der für eine Verdrehung gegen die Antriebsdrehrichtung mit Druck beaufschlagten Druckräume größer als die bei entsprechender Verdrehung in Gegenrichtung mit Druck beaufschlagten Druckräume. Die Größe der wirksamen Druckflächen je Druckraum kann dabei auf vorteilhafte Weise in den jeweils druckbeaufschlagten Druckräumen gleich ausgebildet sein.A different design of the hydraulic system in relation to the direction of rotation The device can be designed in a particularly advantageous manner so that the Number of times with rotation in one of the two directions with pressure pressurized pressure rooms is different. The number is for one Rotation against the direction of rotation of the pressurized pressure chambers larger than that with corresponding rotation in the opposite direction with pressure pressurized pressure rooms. The size of the effective print areas per print room can be advantageously in the pressurized pressure rooms be the same.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der Beschreibung.Further advantages and advantageous developments of the invention result from the Subclaims and the description.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der nachfolgenden Beschreibung und Zeichnung näher erläutert. Letztere zeigt in
- Fig. 1
- eine Ansicht der Verstelleinrichtung von der der Nockenwelle abgewandten Seite her gesehen und in
- Fig. 2
- einen vereinfacht dargestellten Schnitt entlang der Linie II-II nach Fig.
- Fig. 1
- a view of the adjusting device seen from the side facing away from the camshaft and in
- Fig. 2
- a simplified section along the line II-II of FIG.
In der Zeichnung ist mit 1 die Nockenwelle einer Brennkraftmaschine dargestellt, an
deren freien Ende das Innenteil 2 einer Verstellvorrichtung 3 drehfest angeordnet ist.
Dieses Innenteil 2 ist in diesem Ausführungsbeispiel mit vier radial angeordneten
Stegen 4a bis 4d versehen. Das Innenteil wird von einem Zellenrad 5 umfaßt, das auf
nicht näher dargestellte Weise mit der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine verbunden
ist und demzufolge als Antriebsrad wirkt. Das Zellenrad 5 ist mit vier nach innen
ragenden radialen Stegen 6a bis 6d versehen, zwischen denen vier Zellen ausgebildet
sind, die durch die Stege des Innenteils in jeweils zwei Druckräume 7a bis 7d bzw. 8a
bis 8d unterteilt sind. Diese Druckräume sind so ausgebildet, daß die gesamte, radiale
Stirnfläche der Stege 4a bis 4d in beide Verstellrichtungen gleich ist. Die Druckräume
7a bis 7d sind jeweils über eine radiale Bohrung 9a bis 9d im Innenteil 2 mit einer
Ringnut 10 an der Nockenwelle 1 verbunden. Die Druckräume 8a bis 8c sind über
radiale Bohrungen 11a bis 11c im Innenteil 2 mit einer zweiten Ringnut 12 in der
Nockenwelle 1 verbunden. Die radialen Bohrungen 9a bis 9d und 11a bis 11c sind
jeweils so angeordnet, daß sie im Fußbereich der Stege 4a bis 4d in die
entsprechenden Druckräume münden. Die beiden Ringnuten 10 und 12 sind jeweils
mit einem in der Nockenwelle 1 verlaufenden Druckkanal 13 bzw. 14 verbunden. Diese
Druckkanäle 13 und 14 sind auf an sich bekannte Weise über ein Nockenwellenlager
15 mit jeweils einer Steuerleitung 16 bzw. 17 verbunden. Die beiden Steuerleitungen
16 und 17 sind mit einem beispielsweise als 4/3-Wegeventil ausgebildeten
Steuerventil 18 verbunden. Dieses Steuerventil 18 ist darüber hinaus mit einer
Druckmittelpumpe 19 und einem Öltank 20 verbunden.In the drawing, 1 shows the camshaft of an internal combustion engine
the free end of which the
In diesem Ausführungsbeispiel wird die Nockenwelle 1 bzw. das Zellenrad 5 über eine
Endloskette von der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine angetrieben. Ein derartiger
Steuerkettentrieb ist üblicherweise im Inneren der Brennkraftmaschine angeordnet
bzw. gekapselt, so daß eine Schmierung des Kettentriebes ohne Austritt von Öl an die
Umgebung möglich ist.In this embodiment, the
Es ist jedoch ohne weiteres möglich, den Antrieb der Nockenwelle bzw. des Zellenrades 5 über einen Zahnriemen zu bewirken, so daß dieser Steuertrieb üblicherweise an der Stirnseite der Brennkraftmaschine außerhalb des eigentlichen Maschinengehäuses angeordnet ist, und eine Schmierung nicht erforderlich bzw. nicht vorgesehen ist.However, it is easily possible to drive the camshaft or To effect cellular wheel 5 via a toothed belt, so that this timing drive usually on the front side of the internal combustion engine outside of the actual one Machine housing is arranged, and lubrication is not required or not is provided.
Im hier dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Druckraum 8d über eine radiale
Bohrung 21 mit dem Außenumfang des Zellenrades 5 verbunden. Durch diese radiale
Bohrung 21 kann sich das im Druckraum 8d infolge von Leckverlusten über die
Dichtspalte an den Stegen 4a und 6d im Druckraum ansammelnde Öl ständig
abfließen, so daß der Druckraum 8d ständig druckentlastet ist.In the exemplary embodiment shown here, the
Ist aufgrund der Einbaulage der Verstellvorrichtung bzw. aufgrund der Antriebsart der
Nockenwelle ein derartiger Ölabfluß nach außen nicht möglich, kann der Druckraum 8d
ohne weiteres über das Innenteil 2 druckentlastet werden. Dabei kann beispielsweise
eine radiale Bohrung im Innenteil mit einem weiteren Druckkanal in der Nockenwelle
verbunden werden, der beispielsweise mit dem Innenraum des nicht dargestellten
Zylinderkopfes und dem darin befindlichen Ölrücklauf verbunden ist.Is due to the installation position of the adjustment device or due to the type of drive
Such an oil drain to the outside of the camshaft is not possible, the
In der in Fig. 1 dargestellten Schaltstellung II (Neutralstellung) des Steuerventils 18
sind die Anschlüsse an die beiden Steuerleitungen 16 und 17, die Druckmittelpumpe
19 und der Öltank 20 jeweils einseitig verschlossen. In dieser Schaltstellung ist die
Verstellvorrichtung hydraulisch eingespannt und behält die jeweilige relative
Lagezuordnung von Innenrad und Zellenrad bei. Die Antriebsdrehrichtung der
Nockenwelle 1 bzw. des Zellenrades 5 ist bei der in Fig. 1 dargestellten Ausbildung
und Ansicht der Verstellvorrichtung im Uhrzeigersinn ausgelegt. In the switching position II (neutral position) of the
In der Schaltstellung I des Steuerventils 18 sind die Druckräume 7a bis 7d über die
Bohrungen 9a bis 9d, die Ringnut 10, den Druckkanal 14 und die Druckleitung 17 mit
der Druckmittelpumpe 19 verbunden und entsprechend mit Druck beaufschlagt.
Gleichzeitig sind die Druckräume 8a bis 8c über die Bohrungen 11a bis 11c, die
Ringnut 12, den Druckkanal 13 und die Druckleitung 16 mit dem Öltank 20 verbunden
und somit entlastet. Der Druckraum 8d ist gleichzeitig über die Bohrung 21 ständig
druckentlastet. Das Innenteil 2 wird durch die Druckbeaufschlagung der Druckräume
7a bis 7d bei der in Fig. 1 gewählten Blickrichtung im Gegenuhrzeigersinn zum
Zellenrad 5 verdreht. Die Verdrehung des Innenteils relativ zum Zellenrad erfolgt also
gegen die Antriebsdrehrichtung. Durch diese Verdrehung wird gleichzeitig das in den
Druckräumen 8a bis 8c befindliche Druckmittel zusätzlich zum Öltank 20 verdrängt.In the switching position I of the
In der Schaltstellung III des Steuerventils 18 sind dagegen die Druckräume 8a bis 8c
mit der Druckmittelpumpe und die Druckräume 7a bis 7d mit dem Öltank 20 über die
zuvor beschriebenen Leitungsverbindungen verbunden. Durch die
Druckbeaufschlagung der Druckräume 8a bis 8c wird das Innenteil 2 relativ zum
Zellenrad im Uhrzeigersinn verdreht. Gleichzeitig wird das in den Druckräumen 7a bis
7d befindliche Druckmittel zum Öltank 20 verdrängt. Bei der Verdrehung des Innenteils
relativ zum Zellenrad in Antriebsdrehrichtung werden in diesem Ausführungsbeispiel
nur drei Druckräume mit Druck beaufschlagt, deren wirksame hydraulische Fläche so
ausgelegt ist, daß in allen Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine eine
ausreichend schnelle Verstellung möglich ist. Durch die Reduzierung der mit Druck zu
beaufschlagenden Druckräume bei dieser Verstellrichtung ist aufgrund des
verringerten Schluckvolumens der zu beaufschlagenden Druckräume eine sehr
schnelle Verstellung möglich.In the switching position III of the
Wird bei diesem Ausführungsbeispiel das Innenrad gegen die Antriebsdrehrichtung
relativ zum Zellenrad verdreht, werden vier Druckräume mit Druck beaufschlagt.
Gleichzeitig muß aus drei Druckräumen das darin befindliche Druckmittel verdrängt
werden. Der vierte nicht mit Druck beaufschlagte Druckraum 8d ist gleichzeitig ständig
über die Bohrung 21 druckentlastet. Durch die Reduzierung der Anzahl der
Druckräume, aus denen Druckmittel zu verdrängen ist, ist eine deutliche Reduzierung
des hydraulischen Widerstandes bzw. der bei der Verdrängung auftretenden
Drosselwiderstände möglich, so daß insgesamt eine sehr schnelle und verlustarme
Verstellung möglich ist.In this embodiment, the inner wheel against the direction of rotation
rotated relative to the cell wheel, four pressure chambers are pressurized.
At the same time, the pressure medium located in it must be displaced from three pressure chambers
become. The
Claims (6)
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DE3922962A1 (en) * | 1989-07-12 | 1991-01-17 | Audi Ag | IC-engine camshaft angle adjuster - has camshaft vanes movable in chambers of timing wheel, the movement controlled by hydraulic pressure against action of spring |
EP0807747A1 (en) * | 1996-05-15 | 1997-11-19 | Aisin Seiki Kabushiki Kaisha | Valve timing control device |
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- 1999-08-23 EP EP99116481A patent/EP0995882A3/en not_active Withdrawn
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