EP1476642B1 - Vorrichtung zur relativen drehwinkelverstellung einer nockenwelle einer brennkraftmaschine zu einem antriebsrad - Google Patents
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- EP1476642B1 EP1476642B1 EP03706369A EP03706369A EP1476642B1 EP 1476642 B1 EP1476642 B1 EP 1476642B1 EP 03706369 A EP03706369 A EP 03706369A EP 03706369 A EP03706369 A EP 03706369A EP 1476642 B1 EP1476642 B1 EP 1476642B1
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- F01L2001/34423—Details relating to the hydraulic feeding circuit
- F01L2001/34426—Oil control valves
Definitions
- the invention relates to a device for relative rotational angle adjustment of a camshaft of an internal combustion engine to a drive wheel according to the features of the preamble of claim 1.
- a camshaft adjusting device Two different embodiments of a camshaft adjusting device are described in the cited reference.
- the exhaust camshaft drives the intake camshaft via a chain drive.
- a chain tensioner By hydraulically adjusting a chain tensioner arranged between the chain drive, the rotational position of the intake camshaft can be adjusted relative to the exhaust camshaft, whereby the valve timing can be changed in the desired manner.
- a camshaft adjustment is provided, for example, to rotate the intake camshaft relative to the Nockenwellenantriebsrad.
- a left or right adjustable hydraulic piston is provided, the axial movement causes in a mechanical adjusting unit with helical teeth an adjustment of the camshaft in the direction of "early” or “late”.
- so-called vane-type camshaft adjusters are known (see, for example, US Pat. EP 1 008 729 A2 ) in which the camshaft is also adjustable relative to the camshaft drive wheel.
- Allen aforementioned embodiments of a camshaft adjustment is common that the adjustment is carried out hydraulically, leading to two different pressure chambers or pressure chambers leading hydraulic lines are provided, via which the actual control element of the camshaft adjuster with the aid of a control valve is selectively adjustable to the left or to the right.
- the cylinder charge over a large speed range can be significantly improved.
- the adjustment of the camshaft adjuster is limited because the time required for the pressurization of the hydraulic chambers oil only an oil tank, z. B. the oil sump of the engine, must be removed. The problem is that at high oil temperatures due to increased leakage in the oil supply a smaller amount of oil is available; This reduces the adjustment speed of the camshaft adjuster.
- the object of the invention is therefore to improve the hydraulic oil supply of a camshaft adjuster so that faster response and adjustment times for camshaft adjustment can be achieved.
- connection existing between the two pressure chambers takes place in particular when the oil pressure in the non-activated pressure chamber of the adjusting unit is greater than the oil pressure in the activated pressure chamber, which is supplied with oil for adjusting the camshaft via a hydraulic line.
- These Pressure conditions may be present when an additional torque acts in the adjustment direction on the camshaft; Such a co-rotating torque is generated, for example, by the closing of the valves by the transmission to the cam and camshaft and thus to the adjusting unit.
- the bypass connecting the two pressure chambers is integrated directly in the camshaft adjusting unit. It is a so-called. Vane - camshaft adjuster, in which an inner part (rotor) is rotatably connected to the camshaft and at least approximately radially extending wings, which are surrounded by a drive wheel, and a plurality of circumferentially distributed, limited by webs Cells, so that in each case two pressure chambers are formed between the wings of the inner part and the webs of the drive wheel.
- the hydraulic oil can be promoted on the shortest path from one pressure chamber to the other. This makes extremely short adjustment times feasible.
- valve bolts required to implement the bypass system integrated in the camshaft adjuster are arranged in the inner part (rotor) of the adjusting unit.
- a valve pin is simultaneously formed as an effective between the inner part and the drive wheel locking element.
- valve-monitored bypass between the two pressure chambers in the control valve is integrated.
- a simple and reliable implementation of the integrated in the magnetic control valve bypass is characterized in that two valve spools are slidably mounted on a valve rod and that the valve spools are provided with annular shoulders, which control leading to the control lines openings.
- a reversing valve which is connected via a switchable line connection with a second oil tank line, is provided in an oil tank line leading to the control valve. In this way, a controllable bypass between the two leading to the pressure chambers control lines is also made.
- the inner part of an adjusting unit 4, hereinafter referred to as rotor 2 is attached to the free end of a camshaft 6 shown only schematically.
- the rotor 2 has a central bore 8, which is continued in the camshaft 6 and to which a provided with a smaller diameter threaded bore (not shown) is connected.
- a screw 10 is guided, with the help of the rotor 2 at the camshaft 4 is fixed.
- the rotor 2 is provided in the present embodiment with three radially arranged wings 12 a to 12 c, which emanate from a hub 14 of the rotor 2.
- the rotor 2 is in the region of its wings 12a to 12c of a cellular wheel 16 which is provided with three inwardly projecting radial webs 18a to 18c.
- the stator 16 of the adjusting unit 4 forming cellular wheel 16 is limited on its camshaft 6 facing end face of a first sealing disc 20, to which a sprocket 22 for driving the camshaft 6 is connected.
- the opposite end face of the cellular wheel 16 is bounded by a second sealing disc 24, to which a cover plate 26 connects.
- Both sealing discs 20, 24 and the sprocket 22 and the cover plate 26 are rotatably and sealingly guided on the hub 14 of the rotor 2 and are connected via screw means not shown firmly together.
- the line L1 is monitored by a valve pin, hereinafter referred to as a locking pin 42, which is received in a provided in the wing 12a bore 44 recording.
- the locking bolt 42 is used in addition to the pressure oil control at the same time to lock the rotor 2 relative to the feeder 16.
- corresponding opening 46 is mounted, in which the locking bolt 42 in a locked position, the later is described in more detail engages.
- the leading to the pressure chamber 30a line L2 is also monitored by a recorded in a bore 50 of the blade 12a valve pin, hereinafter referred to as a stepped bolt 52 monitored.
- the line L2 is connected to an annular space 54 which is formed between the adjusting screw 10 for the adjusting unit 4 and the wall portion of the provided in the hub 14 and in the cam shaft 6 central bore 8, wherein the annular space 54 by the head of the screw 10 end is closed.
- the locking bolt 42 has an inner bore 56 in which a coil spring 58 is receiving.
- the coil spring 58 is supported at its one end in the blind bore as an inner bore 56 and at its other end to a plastic disc 60 from which rests against the second sealing washer 24.
- the locking bolt 42 is pressed into the provided in the first sealing washer 20 opening 46 so that the adjusting unit 4 is locked.
- an annular groove 62 is further provided, whose function will be explained later in more detail.
- the stepped bolt 52 is similar in construction to the locking bolt 42; it also has an internal bore 64 in which a coil spring 66 is received between the end of the internal bore 64 and a plastic washer 68.
- the stepped bolt 52 likewise has an annular groove 70 introduced on its outer circumference.
- a further valve pin 72 is provided to the right of the locking pin 42 in the wing 12a of the rotor 2, which receives in a bore 74 recording.
- the valve pin 72 has been shown mirrored in Figures 1b to 6b to the rotor axis.
- the actual position of the valve pin 72 is shown in FIGS. 1d to 1f.
- the valve pin 72 has on its outer circumference two annular grooves 76 and 78, whose operation is also explained in more detail later. From the annular space 54 leads a radially extending in the web 12a line L3 to the bore 74th
- two lines L4 and L5 between the pressure chamber 28a and the locking bolt 42 receiving bore 44 are provided.
- This connection (line L4,5) is monitored by the position of the locking bolt 42.
- a second, radially away from the annular space 54 line L6 also leads to the bore 74, wherein the passage is also monitored by the sliding valve pin 72.
- Another provided in the wing 12a line L7 leads from the bore 74 to an arranged in the hub 14 annular groove 80, to which also the bore 44 of the locking bolt 42 leading line L1 is connected.
- two crescent-shaped recesses 82 and 84 are formed, which, such.
- form a common overlap region 86 wherein both recesses 82 and 84 are respectively monitored by the locking bolt 42 and the valve pin 72.
- From the bore 74 continues to lead a line L8 to the pressure chamber 28a.
- the bore 50 receiving the stepped bolt 52 is connected to the pressure space 30a via two lines L9 and L10.
- a further valve pin 88 is provided, which is slidably received in a bore 90.
- the valve pin 90 has two annular grooves 92 and 94 extending on the outer circumference.
- the bore 90 is connected to a radially extending in the web 12 a line L11 with the annular space 54 in connection.
- the annular groove 54 is connected via a line, not shown, to an output-side terminal A of a solenoid-controlled 4/2-way valve 102.
- the annular groove 80 is connected via a line not shown with a second output-side terminal B of the solenoid valve 102.
- the solenoid valve 102 On the input side, the solenoid valve 102 has a pressure port P, which leads via a check valve 104 and an oil pump 106 to an oil tank T.
- the oil tank T is, for example, the oil pan of an internal combustion engine, in which a corresponding oil sump is formed.
- the second input side terminal of the solenoid valve 102 also leads to the oil tank T.
- FIGS. 7 to 12 A second exemplary embodiment will now be described with reference to FIGS. 7 to 12, in which the basic principle is also implemented that a bypass controlled by a valve element is provided between the two pressure chambers arranged in the adjusting unit of the camshaft adjuster.
- a bypass controlled by a valve element is provided between the two pressure chambers arranged in the adjusting unit of the camshaft adjuster.
- the hub 14 of the rotor 2 of the adjusting unit 4 in turn has radially extending wings 12a to 12d, which in cooperation with the radial webs 18a to 18d of the cellular wheel 16 and the not shown axial boundaries (sealing washers) of the adjusting unit 4 two pressure chambers 28a to 28d or 30a to 30d for adjusting the rotor 2 with respect to the cellular wheel 16 form.
- a central bore 8 is provided which communicates via radially extending bores 108a to 108d with the pressure chambers 30a to 30d.
- An annular groove 110 provided in the hub 14 communicates via radial bores 112a to 112d with the pressure chambers 28a to 28d.
- a first, only schematically illustrated control line LST1 is connected on one side with the annular groove 110, while the other side of the control line LST1 leads to an output-side terminal of a solenoid valve 114.
- a second control line LST2 is connected to the central bore 8 provided in the hub 14, while on the other side leads to a second output-side connection of the solenoid valve 114.
- the solenoid valve 114 On the input side, the solenoid valve 114 has two leading to an oil tank not shown leading lines LT1 and LT2 and a leading to an oil pump, not shown pressure line LP.
- the housing 115 of the solenoid valve 114 is a two-piece cylindrical insert 116a, 116b recording, in which in conjunction with valve spreaders 118 and 120 described in more detail below, various hydraulic passages are formed.
- a central bore is provided, in which a valve rod 122 is receiving.
- the valve rod 122 is slidably guided in the cylindrical insert 116, wherein a left and right flush stop 124 and 126 limits the axial adjustment of the valve rod 122.
- Both valve spool 118, 120 are mounted on the valve rod 122 and also guided axially displaceable on this. Both valve spools 118, 120 each have an annular shoulder 128 and 130 which, in conjunction with wall sections 132 and 134 provided in the insert part 116, limit the axial displaceability of the two valve spools 118, 120 in one direction.
- the annular shoulders 128 and 130 monitor or check openings 131, 133, which establish a connection between the pressure line LP and the control lines LST1 and LST2.
- a further stop 136 is provided for the valve slide 118, which is also formed like the two stops 124, 126 in the form of an introduced into an annular groove 137 snap ring 138.
- Both the valve spool 118 and the valve spool 120 have a throttle gap 144 and 146 which, depending on the position of the valve spool 118, 120, connects the control line LST1 or LST2 to the tank line LT1 or LT2.
- the Threshold gaps 144, 146 are in the form of an axial groove 144a, 146a and an annular groove 144b and 146b connected to the axial groove 144a, 146a.
- the valve housing 114 is laterally flanged to an electrical housing part 148 in which, in a known manner, an axially displaceable plunger 150 is accommodated, which is surrounded by a magnet and a coil.
- the plunger 150 is arranged in alignment with the valve rod 122 and can thus displace the valve rod 122 axially in dependence on the energization of the solenoid valve.
- a check valve 152 is further arranged, which is shown in Figs. 13 and 14 enlarged in a closed and in an open position.
- the valve body of the check valve 152 is formed as a spring band 154 which is fixed to a housing wall portion 156 and monitors at its free end the opening 158 of the pressure line LP.
- the check valve 152 ' has as a valve body on a plate member 160 which is pressed at a pressure-free line LP by a spring element 162 against a first valve seat 164 and thus closes the line LP.
- open Check valve 152 ' the plate member 160 is pressed against a stop surface of an insert 166 and the oil pressure line LP is released.
- FIGS. 16 and 17 A third and last embodiment is shown in FIGS. 16 and 17 and explained in more detail below.
- the two pressure chambers 28 and 30, which are again only shown schematically, in turn lead two control lines LST1 and LST2, which are connected to two outputs of a solenoid valve 168.
- the solenoid valve 168 is designed as a 4/2-way valve and therefore has two inputs, at which two leading to an oil tank T lines, hereinafter referred to as LT1 and LT2, are connected.
- a check valve 170 and an oil pump 172 are arranged in the tank line LT1.
- a pressure-controlled 3/2 - way valve hereinafter referred to as switch 174
- An output of the switch 174 is connected via a line LB, in which a further check valve 176 is arranged, with the oil tank line LT1.
- the switching position of the switch 174 takes place as a function of the applied in the oil tank lines LT1 and LT2 pressures.
- branches off from the tank line LT1 a control line LST3, which is connected to an input of the switch 174; a control line LST4 branches off from the tank line LT2 and is connected to a further input of the switch 174.
- the housing 178 of the switch 174 has a continuous transverse bore 180 to which two holes 182 and 184 extend transversely.
- the check valve 176 is integrated, wherein the bore 182 is a part of the bypass line LB, which is connected to the tank line LT1.
- the bore 184 is a part of leading to the oil tank T tank line LT2.
- a sleeve-shaped insert 186 is inserted, in whose cavity 187 is provided with an inner bore 188 sleeve-shaped valve slide 189 recording.
- the insert 186 has at its walls 4 bores 190a to d, which are opened or closed depending on the position of the valve spool 189.
- the valve spool 189 also has a transverse bore 191 and a tapered in the outer diameter portion 192, due to which an annular gap 193 is formed between the insert 186 and the valve spool 189 in this area.
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Abstract
Description
- Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur relativen Drehwinkelverstellung einer Nockenwelle einer Brennkraftmaschine zu einem Antriebsrad gemäß den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
- Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Vorrichtungen zur Nockenwellenverstellung bekannt (siehe z. B. Lehrbuch "Fachkunde Kraftfahrzeugtechnik", Verlag Europa - Lehrmittel, 26 Auflage 1999, Seite 272, 273). Zwei verschiedene Ausführungen einer Nockenwellen - Verstellvorrichtung sind in der zitierten Literaturstelle beschrieben. Bei einer ersten Ausführungsform treibt die Auslassnockenwelle über einen Kettentrieb die Einlassnockenwelle an. Durch hydraulisches Verstellen eines zwischen dem Kettentrieb angeordneten Kettenspanners kann die Drehlage der Einlassnockenwelle gegenüber der Auslassnockenwelle verstellt werden, wodurch die Ventilsteuerzeiten auf gewünschte Art und Weise verändert werden können. Bei einer zweiten Ausführungsform einer Nockenwellenverstellung ist vorgesehen, beispielsweise die Einlassnockenwelle gegenüber dem Nockenwellenantriebsrad zu verdrehen. Dazu ist ein nach links oder rechts verstellbarer Hydraulikkolben vorgesehen, dessen axiale Bewegung in einer mechanischen Verstelleinheit mit Schrägverzahnung eine Verstellung der Nockenwelle in Richtung "früh" oder "spät" bewirkt. Neben diesen beiden soeben beschriebenen Ausführungsformen sind sog. Flügelzellen - Nockenwellenversteller bekannt, (siehe z. B.
EP 1 008 729 A2 ) bei denen die Nockenwelle ebenfalls gegenüber dem Nockenwellen - Antriebsrad verstellbar ist. Allen zuvor genannten Ausführungen einer Nockenwellenverstellung ist gemeinsam, dass die Verstellung hydraulisch erfolgt, wobei zu zwei verschiedenen Druckräumen bzw. Druckkammern führende Hydraulikleitungen vorgesehen sind, über die das eigentliche Stellelement des Nockenwellenverstellers mit Hilfe eines Steuerventils wahlweise nach links oder nach rechts verstellbar ist. - Wie allgemein bekannt ist, kann beispielsweise mit der Nockenwellenverstellung auf der Einlassseite die Zylinderfüllung über einen großen Drehzahlbereich entscheidend verbessert werden. Dazu ist es jedoch erforderlich, dass ein derartiges hydraulisches Verstellsystem mit kurzen Verzögerungszeiten arbeitet, bzw. eine hohe Verstellgeschwindigkeit gewährleistet. Die Verstellgeschwindigkeit des Nockenwellenverstellers ist jedoch begrenzt, da das für die Druckbeaufschlagung der Hydraulikkammern erforderliche Öl erst einem Öltank, z. B. dem Ölsumpf der Brennkraftmaschine, entnommen werden muss. Problematisch ist dabei, dass bei hohen Öltemperaturen durch eine erhöhte Leckage in der Ölzuführung eine geringere Ölmenge zur Verfügung steht; damit nimmt die Verstellgeschwindigkeit des Nockenwellenverstellers ab.
- Aufgabe der Erfindung ist es daher, die hydraulische Ölversorgung eines Nockenwellenverstellers zu verbessern, damit schnellere Ansprech- bzw. Verstellzeiten zur Nockenwellenverstellung erreichbar sind.
- Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Hauptanspruchs gelöst.
- Dadurch, dass zwischen den beiden zu den Druckräumen des Nockenwellenverstellers führenden Steuerleitungen eine von einem Ventilelement steuerbare Bypassleitung vorgesehen ist, kann in bestimmten Betriebszuständen der Brennkraftmaschine das aus der nicht druckbeaufschlagten Hydraulikkammer abfließende Öl unter Umgehung des Öltanks direkt der druckbeaufschlagten Steuerleitung bzw. Druckkammer zugeführt werden. Damit kann trotz hoher Öltemperaturen die Verstellgeschwindigkeit des Nockenwellenversteller gegenüber den bekannten Systemen verbessert werden.
- Die Aktivierung der zwischen beiden Druckräumen bestehenden Verbindung erfolgt insbesondere dann, wenn der Öldruck in dem nicht aktivierten Druckraum der Verstelleinheit grösser ist, als der Öldruck im aktivierten Druckraum, der durch zur Verstellung der Nockenwelle über eine Hydraulikleitung mit Öl versorgt wird. Diese Druckverhältnisse können dann vorliegen, wenn ein zusätzliches Drehmoment in Verstellrichtung auf die Nockenwelle einwirkt; ein derartiges mitdrehendes Moment wird beispielsweise durch das Schliessen der Ventile durch die Übertragung auf Nocken und Nockenwelle und damit auf die Verstelleinheit erzeugt.
- Weitere Vorteile und vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der Beschreibung.
- In einer ersten vorteilhaften Ausführungsform, ist der beide Druckräume verbindende Bypass direkt in der Nockenwellen - Verstelleinheit integriert. Dabei handelt es sich um einen sog. Flügelzellen - Nockenwellenversteller, bei dem ein Innenteil (Rotor) drehfest mit der Nockenwelle verbunden ist und zumindest annähernd radial verlaufende Flügel aufweist, die von einem Antriebsrad umgeben sind, und mehrere über den Umfang verteilte, durch Stege begrenzte Zellen aufweist, so dass zwischen den Flügeln des Innenteils und den Stegen des Antriebsrades jeweils zwei Druckräume ausgebildet sind. Durch diese im Nockenwellenversteller integrierte Ausführungsform kann das Hydrauliköl auf kürzesten Weg vom einen Druckraum in den anderen gefördert werden. Damit sind extrem kurze Verstellzeiten umsetzbar.
- Eine besonders kompakte und leckageverlustarme Bauweise wird erreicht, wenn die zur Umsetzung des im Nockenwellenversteller integrierten Bypasssystems erforderlichen Ventilbolzen im Innenteil (Rotor) der Verstelleinheit angeordnet sind.
- In einem Flügel des Innenteils sind vier Bohrungen vorgesehen, die zur Aufnahme der Ventilbolzen dienen. Durch das Zusammenwirken der vier Ventilbolzen wird einerseits die Ölzufuhr aus dem Öltank zu den beiden Druckräumen und andererseits der Bypass zwischen den beiden Druckräumen gesteuert.
- In vorteilhafter Weise ist ein Ventilbolzen gleichzeitig als ein zwischen Innenteil und Antriebsrad wirksames Verriegelungselement ausgebildet.
- In einer zweiten vorteilhaften Ausführungsform ist der ventilüberwachte Bypass zwischen den beiden Druckräumen im Steuerventil integriert.
- Eine einfache und zuverlässige Umsetzung des im Magnet- Steuerventil integrierten Bypasses zeichnet sich dadurch aus, dass zwei Ventilschieber auf einer Ventilstange verschiebbar angeordnet sind und dass die Ventilschieber mit Ringschultern versehen sind, die zu den Steuerleitungen führende Öffnungen kontrollieren.
- In einer dritten vorteilhaften Ausführungsform ist in einer zum Steuerventil führenden Öltankleitung ein Umsteuerventil vorgesehen, das über einen schaltbaren Leitungsanschluss mit einer zweiten Öltankleitung verbunden ist. Auf diese Art und Weise ist ebenfalls ein steuerbarer Bypass zwischen den beiden zu den Druckräumen führenden Steuerleitungen hergestellt.
- Drei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der nachfolgenden Beschreibung und Zeichnung näher erläutert.
- Es zeigen:
- Fig. 1a
- ein hydraulisches Schaltschema für eine Nockenwellenverstellung nach einem ersten Ausführungsbeispiel,
- Fig. 1b
- ein erster Querschnitt durch einen Flügelzellen - Nockenwellenversteller,
- Fig. 1c
- ein zweiter Querschnitt durch den Flügelzellen - Nockenwellenversteller,
- Fig. 1d
- eine erste Innenansicht auf eine Stirnseite des Nockenwellenverstellers gemäß Pfeil X in Fig. 1b,
- Fig. 1e
- eine zweite Innenansicht auf eine Stirnseite des Nockenwellenverstellers gemäß Pfeil Y in Fig. 1c,
- Fig. 1f
- einen Querschnitt entlang der Linie If - If in Fig. 1d,
- Fig. 2a - 6f
- verschiedene Betriebszustände des Nockenwellenverstellers nach dem ersten Ausführungsbeispiel,
- Fig. 7a
- ein hydraulisches Schaltschema für eine Nockenwellenverstellung nach einem zweiten Ausführungsbeispiel,
- Fig. 7b
- eine Schnittdarstellung eines Magnetsteuerventil nach dem zweiten Ausführungsbeispiel,
- Fig. 8a - 12b
- verschiedene Betriebszustände des Nockenwellenverstellers nach dem zweiten Ausführungsbeispiel,
- Fig. 13 u. 14
- eine vergrößerte Schnittdarstellung entlang der Linie I-I in Fig. 7b eines in einer Druckleitung angeordneten Rückschlagventils in einer geschlossenen und geöffneten Stellung,
- Fig. 15
- eine Schnittdarstellung des Magnetsteuerventils mit veränderten Rückschlagventil,
- Fig. 16a
- ein hydraulisches Schaltschema für eine Nockenwellenverstellung nach einem dritten Ausführungsbeispiel,
- Fig. 16b
- eine Schnittdarstellung eines Schaltventils gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel und
- Fig. 17a+b
- ein weiterer Schaltzustand der Nockenwellenverstellung gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel.
- Zunächst wird der konstruktive Aufbau des in den Fig. 1b bis 1f dargestellten Nockenwellenverstellers gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel beschrieben. Das Innenteil einer Verstelleinheit 4, im folgenden als Rotor 2 bezeichnet, ist am freien Ende einer nur schematisch dargestellten Nockenwelle 6 befestigt. Dazu weist der Rotor 2 eine zentrale Bohrung 8 auf, die in der Nockenwelle 6 weitergeführt ist und an die sich eine mit einem kleineren Durchmesser versehene Gewindebohrung (nicht dargestellt) anschließt. In der Bohrung 8 ist eine Schraube 10 geführt, mit deren Hilfe der Rotor 2 an der Nockenwelle 4 befestigt ist. Der Rotor 2 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel mit drei radial angeordneten Flügeln 12a bis 12c versehen, die von einer Nabe 14 des Rotors 2 ausgehen. Der Rotor 2 wird im Bereich seiner Flügel 12a bis 12c von einem Zellenrad 16 umfasst, das mit drei nach innen ragenden radialen Stegen 18a bis 18c versehen ist. Das den Stator der Verstelleinheit 4 bildende Zellenrad 16 wird auf seiner der Nockenwelle 6 zugewandten Stirnseite von einer ersten Dichtscheibe 20 begrenzt, an die sich ein Kettenrad 22 zum Antrieb der Nockenwelle 6 anschließt. Die gegenüberliegende Stirnseite des Zellenrades 16 wird von einer zweiten Dichtscheibe 24 begrenzt, an die sich eine Abdeckscheibe 26 anschließt. Beide Dichtscheiben 20, 24 sowie das Kettenrad 22 und die Abdeckscheibe 26 sind drehbeweglich und dichtend auf der Nabe 14 des Rotors 2 geführt und sind über nicht dargestellte Schraubmittel fest miteinander verbunden. Durch die Stege 18a bis 18c des Zellenrades 16 werden drei durch die beiden Dichtscheiben 20, 24 in axialer Richtung begrenzte Zellen ausgebildet, die durch die Flügel 12a bis 12c des Rotors 2 in jeweils zwei Druckräume 28a bis 28c bzw. 30a bis 30c unterteilt sind. Die Druckräume 28a bis 28c sind über einen im Kettenrad 22 integrierten Ringkanal 32 miteinander verbunden. Dazu sind in der ersten Dichtscheibe 20 drei Bohrungen 34a bis 34c vorgesehen, die in die Druckräume 28a bis 28c einmünden. Analog dazu ist in der Abdeckscheibe 26 ein zweiter Ringkanal 36 vorgesehen, der mit den Druckräumen 30a bis 30c über in der zweiten Dichtscheibe 24 angeordnete Bohrungen 38a bis 38c den Druckräumen 30a bis 30c in Verbindung steht. Die Druckölzufuhr für die Druckräume 28a bis 28c erfolgt über eine in der Nabe 14 des Rotors 2 angeordnete Bohrung, im folgenden als Leitung L1 bezeichnet, die zum Druckraum 28a führt. Die Leitung L1 wird von einem Ventilbolzen, im folgenden als Verriegelungsbolzen 42 bezeichnet, überwacht, der in einer im Flügel 12a vorgesehenen Bohrung 44 Aufnahme findet. Der Verriegelungsbolzen 42 dient neben der Druckölsteuerung gleichzeitig zur Verriegelung des Rotors 2 gegenüber dem Zellenrad 16. Dazu ist in der ersten Dichtscheibe 20 eine mit dem Durchmesser des Verrieglungsbolzens 42 korrespondierende Öffnung 46 angebracht, in der der Verriegelungsbolzen 42 in einer verriegelten Stellung, die später noch näher beschrieben wird, eingreift. Die Druckölversorgung für die Druckräume 30a bis 30c erfolgt über eine radial im Rotor 2 verlaufende Bohrung, im folgenden als Leitung L2 bezeichnet, die zum Druckraum 30a führt. Die zum Druckraum 30a führende Leitung L2 wird ebenfalls durch einen in einer Bohrung 50 des Flügels 12a aufgenommenen Ventilbolzen, im folgenden als Stufenbolzen 52 bezeichnet, überwacht. Die Leitung L2 ist mit einem Ringraum 54 verbunden, der sich zwischen der Befestigungsschraube 10 für die Verstelleinheit 4 und dem Wandungsabschnitt der in der Nabe 14 und in der Nockenwelle 6 vorgesehenen zentralen Bohrung 8 ausbildet, wobei der Ringraum 54 durch den Kopf der Schraube 10 endseitig verschlossen ist.
- Der Verriegelungsbolzen 42 weist eine Innenbohrung 56 auf, in der eine Spiralfeder 58 Aufnahme findet. Die Spiralfeder 58 stützt sich an ihrem einen Ende in der als Sacklochbohrung ausgeführten Innenbohrung 56 und an ihrem anderen Ende an einer Kunststoffscheibe 60 ab, die an der zweiten Dichtscheibe 24 anliegt. Durch die Spiralfeder 58 wird der Verriegelungsbolzen 42 in die in der ersten Dichtscheibe 20 vorgesehene Öffnung 46 gedrückt, so dass die Verstelleinheit 4 verriegelt ist. Am Außenumfang des Verriegelungsbolzens 42 ist weiterhin eine Ringnut 62 vorgesehen, deren Funktion später noch näher erläutert ist. Der Stufenbolzen 52 ist von seinem Aufbau ähnlich wie der Verriegelungsbolzen 42 ausgebildet; er weist ebenfalls eine Innenbohrung 64 auf, in der eine Spiralfeder 66 zwischen dem Ende der Innenbohrung 64 und einer Kunststoffscheibe 68 Aufnahme findet. Der Stufenbolzen 52 weist ebenfalls eine an seinem Außenumfang eingebrachte Ringnut 70 auf. Wie beispielsweise in Fig. 1d und Fig. 1f dargestellt, ist rechts neben dem Verriegelungsbolzen 42 im Flügel 12a des Rotors 2 ein weiterer Ventilbolzen 72 vorgesehen, der in einer Bohrung 74 Aufnahme findet. Für eine übersichtlichere zeichnerische Darstellung wurde der Ventilbolzen 72 in den Fig. 1b bis 6b zur Rotorachse gespiegelt dargestellt; die eigentliche Lage des Ventilbolzens 72 ist in den Fig. 1d bis 1f wiedergegeben. Der Ventilbolzen 72 weist an seinem Außenumfang zwei Ringnute 76 und 78 auf, deren Funktionsweise ebenfalls später noch näher erläutert ist. Vom Ringraum 54 führt eine radial im Steg 12a verlaufende Leitung L3 zur Bohrung 74.
- Weiterhin sind zwei Leitungen L4 und L5 zwischen dem Druckraum 28a und der den Verriegelungsbolzen 42 aufnehmenden Bohrung 44 vorgesehen. Diese Verbindung (Leitung L4,5) wird dabei durch die Stellung des Verriegelungsbolzens 42 überwacht. Eine zweite, vom Ringraum 54 radial weglaufende Leitung L6 führt ebenfalls zur Bohrung 74, wobei der Durchgang ebenfalls durch den verschiebbaren Ventilbolzen 72 überwacht ist. Eine weitere im Flügel 12a vorgesehene Leitung L7 führt von der Bohrung 74 zu einer in der Nabe 14 angeordneten Ringnut 80, an der ebenfalls die zur Bohrung 44 des Verriegelungsbolzens 42 führende Leitung L1 angeschlossen ist. Aus der beide Bohrungen 44 und 74 begrenzenden Wandung 81 sind darüber hinaus zwei sichelförmige Ausnehmungen 82 und 84 herausgebildet, die, wie z. B. in Fig. 1b dargestellt, einen gemeinsamen Überschneidungsbereich 86 bilden, wobei beide Ausnehmungen 82 und 84 jeweils durch den Verriegelungsbolzen 42 und den Ventilbolzen 72 überwacht sind. Von der Bohrung 74 führt weiterhin eine Leitung L8 zum Druckraum 28a.
- Die den Stufenbolzen 52 aufnehmende Bohrung 50 steht über zwei Leitungen L9 und L10 mit dem Druckraum 30a in Verbindung. Im Steg 12a ist ein weiterer Ventilbolzen 88 vorgesehen, der in einer Bohrung 90 verschiebbar aufgenommen ist. Der Ventilbolzen 90 weist zwei am Außenumfang verlaufende Ringnuten 92 und 94 auf. Die Bohrung 90 steht mit einer radial im Steg 12a verlaufenden Leitung L11 mit dem Ringraum 54 in Verbindung. In dem zwischen den beiden Bohrungen 50 und 90 ausgebildeten Wandungssteg 96 sind wiederum zwei von den Bohrungen 50 bzw. 90 ausgehende sichelförmige Ausnehmungen 98 und 100 eingebracht, die sich in einem gemeinsamen Bereich 101 überschneiden; damit stehen beide Bohrungen 50 und 90 miteinander in Verbindung, wobei der Bereich 101 durch den Stufenbolzen 52 und den Ventilbolzen 88 überwacht ist. Von der Bohrung 90 wegführende Leitungen L12 und L13 münden in eine axial in der Nabe 14 verlaufende Leitung L14 ein, die wiederum mit der Ringnut 80 verbunden ist. Eine Leitung L15 verbindet die Bohrung 90 mit dem Druckraum 30a.
- Die Ringnut 54 ist über eine nicht näher dargestellte Leitung mit einem ausgangsseitigen Anschluss A eines magnetgesteuerten 4/2 - Wegeventils 102 verbunden. Die Ringnut 80 ist über eine nicht weiter dargestellte Leitung mit einem zweiten ausgangsseitigen Anschluss B des Magnetventils 102 verbunden. Eingangsseitig weist das Magnetventil 102 einen Druckanschluss P auf, der über ein Rückschlagventil 104 und eine Ölpumpe 106 zu einem Öltank T führt. Der Öltank T ist beispielsweise die Ölwanne einer Brennkraftmaschine, in der ein entsprechender Ölsumpf ausgebildet ist. Der zweite eingangsseitige Anschluss des Magnetventils 102 führt ebenfalls zum Öltank T.
- Der Vorgang zur Änderung der Ventilsteuerzeiten einer Brennkraftmaschine mit Hilfe der Verstelleinheit 4 wird nun im nachfolgenden anhand der einzelnen Figuren näher erläutert.
- Fig. 1
Das Magnetventil 102 ist unbestromt, so dass das von der Ölpumpe 106 geförderte Öl über den Ausgang A, die Ringnut 54, die Leitung L2 zum Stufenbolzen 52 gelangt. Durch den am Stufenbolzen 52 anliegenden Öldruck wird der Stufenbolzen 52 nach links verschoben und die zum Druckraum 28a führende Leitung L9 ist freigegeben. Vom Druckraum 28a wird das Öl über den Ringkanal 32 auf die anderen beiden Druckräume 28b und 28c verteilt. Da Leitung L15 über Leitung L9 ebenfalls vom Öl beaufschlagt ist, wird der Ventilbolzen 88 ebenfalls von rechts nach links bewegt (siehe Fig. 1f). Der Verriegelungsbolzen 42 befindet sich in seiner rechten Endlageposition und ist damit in der Bohrung 46 eingerastet. - Fig. 2
Das Magnetventil 102 wird nunmehr bestromt und damit der Verstellvorgang in Richtung des in Fig. 2a dargestellten Pfeiles eingeleitet. Über den Ausgang B des Magnetventils 102 fließt der Ölstrom über die Ringnut 80, die Leitung L1 zum Verriegelungsbolzen 42 und hebt diesen gegen die Federkraft an bzw. wird von rechts nach links bewegt. Über die Leitung L4 wird nunmehr die Kammer 30a mit Öldruck versorgt. Über die Ringnut 36 wird das Öl auch auf die beiden anderen Druckräume 30b und 30c verteilt. Der Ventilbolzen 72 wird über den in der Leitung L8 anliegenden Druck von links nach rechts bewegt; der Ventilbolzen 88 wird ebenfalls über die Leitung L13 mit Öldruck beaufschlagt, so dass auch dieser von links nach rechts bewegt wird. Da der Stufenbolzen 52 in dieser Schaltstellung des Magnetventils 102 nicht mehr vom Öldruck beaufschlagt ist, wird er durch die Feder 66 von rechts nach links verschoben. Das in den Druckräumen 28a bis 28c befindliche Öl wird aufgrund der Verstellbewegung des Rotors 2 über die Leitung L9, den Stufenbolzen 52, den Ventilbolzen 88, den Überschneidungsbereich 101 der beiden Ausnehmungen 98 und 100, den Ventilbolzen 88 und die Leitung L11 in den Öltank T zurückgeführt. - Fig. 3
Der Betriebszustand ist der gleiche wie in Fig. 2 dargestellt, d. h. die Druckräume 30a bis 30c werden mit Drucköl beaufschlagt. Im Unterschied zu dem in Fig. 2 beschriebenen Zustand wirken beim Schließen der Ein- oder Auslaßventile Ventilfederkräfte auf den ablaufenden Nocken, so daß ein in die Verstellrichtung wirkendes Moment, im folgenden als mitdrehendes Moment bezeichnet, auf den an der Nockenwelle 6 befestigten Rotor 2 der Verstelleinheit 4 übertragen wird. Dadurch wird der Öldruck in den Druckräumen 28a bis 28c grösser als in den Druckräumen 30a bis 30c bzw. der Druck in der Pumpenleitung ist in diesem Moment kleiner als in den Druckräumen 28a bis 28c. Der Ventilbolzen 88 wird über die Leitung L15 mit den in den Druckräumen 28a bis 28c anliegenden Öldruck beaufschlagt; damit von rechts nach links bewegt, so dass der aus den Druckräumen 28a bis 28c verdrängte Ölstrom über die Leitungen L12, L1 und L4 direkt wieder den Druckräumen 30a bis 30c unter Umgehung des Öltanks T zugeführt wird. Um ein Abfließen dieses Ölstroms in Richtung Ölpumpe 106 zu verhindern, ist das dem Magnetventil 102 vorgeschaltete Rückschlagventil 104 geschlossen. Durch die direkte Rückführung des Ölteilstroms in die Druckräume 30a bis 30c kann die Verstellgeschwindigkeit der Nockenwellen - Verstelleinheit 4 erhöht werden. - Fig. 4
Es wird angenommen, dass die Verstelleinheit 4 seine maximale Verstellposition erreicht hat und nunmehr in die ursprüngliche Startposition zurückgeführt werden soll. Dazu wird das Magnetventils 102 nicht mehr bestromt, so dass der Druckeingang P des Magnetventils 102 wieder auf den druckseitigen Ausgang A umschaltet. Der Stufenbolzen 52 wird über den in der Leitung L2 anliegenden Druck entgegen der Feder 66 in seine obere Endlage, d. h. von links nach rechts gedrückt und gibt damit den Durchgang zu den Druckräumen 28a bis 28c frei. Der Verriegelungsbolzen 42 bewegt sich durch die Federkraft der Feder 58 in eine Zwischenposition, die durch sein Aufliegen auf der ettenradseitigen Dichtscheibe 20 bestimmt ist. Der Ventilbolzen 72 wird ebenfalls von rechts nach links bewegt, so dass das aus den Druckräumen 30a bis 30c verdrängte Öl über die Leitung L4, den Verriegelungsbolzen 42, den Überschneidungsbereich 86 der beiden Bohrungen 44 und 74, den Ventilbolzen 72 und die Leitung L12 in den Öltank T zurückfließt. - Fig. 5
Analog zu dem in Fig. 3 beschriebenen Betriebszustand steigt durch das Aufaddieren des Momentes in Bewegungsrichtung der Verstelleinheit 4 der Druck in den Druckräumen 30a bis 30c und übersteigt damit den in den Druckräumen 28a bis 28c anliegenden Öldruck. Der in den Druckräumen 30a bis 30c herrschende Öldruck wird über die Leitung L8 auf den Ventilbolzen 72 übertragen, der sich dadurch von links nach rechts bewegt und somit den Durchgang des aus den Druckräumen 30a bis 30c abfliessenden Ölstroms über die Leitung L4, den Verriegelungsbolzen 42, den Überschneidungsbereich 86 und die Leitung L6 zur Druckleitung freigibt, so dass dieser Ölstrom über die Leitung L2 und den Stufenbolzen 52 unter Umgehung des Öltanks T direkt wieder den druckbeaufschlagten Druckräumen 28a bis 28c zugeführt werden kann. Um ein Abfließen dieses Ölstroms in Richtung Ölpumpe 106 zu verhindern, schließt das Rückschlagventil 104. Durch die direkte Zuführung des aus den Druckräumen 30a bis 30c abfließenden Öls in die druckführenden Räume 28a bis 28c kann wiederum die Verstellgeschwindigkeit der Verstelleinheit 4 erhöht werden. - Fig. 6
Die Verstelleinheit 4 hat nunmehr die ursprüngliche Startposition (siehe Fig. 1) wieder erreicht. Der Verriegelungsbolzen 42 wird von der Feder 58 in die Verriegelungsbohrung 46 gedrückt. - Anhand der Fig. 7 bis 12 wird nunmehr ein zweites Ausführungsbeispiel beschrieben, bei dem ebenfalls das Grundprinzip umgesetzt ist, dass zwischen den beiden in der Verstelleinheit des Nockenwellenverstellers angeordneten Druckräumen ein durch ein Ventilelement gesteuerter Bypass vorgesehen ist. Im zweiten Ausführungsbeispiel werden daher in der Zeichnung nur noch die für die Erklärung der Funktionsweise erforderlichen Merkmale der Verstelleinheit 4 des Nockenwellenverstellers dargestellt und beschrieben, wobei zum ersten Ausführungsbeispiel gleiche bzw. ähnliche Bauteile mit denselben Bezugszeichen versehen sind.
- Die Nabe 14 des Rotors 2 der Verstelleinheit 4 weist wiederum radial verlaufende Flügel 12a bis 12d auf, die im Zusammenwirken mit den radialen Stegen 18a bis 18d des Zellenrades 16 sowie den nicht näher dargestellten axialen Begrenzungen (Dichtscheiben) der Verstelleinheit 4 zwei Druckräume 28a bis 28d bzw. 30a bis 30d zur Verstellung des Rotors 2 gegenüber dem Zellenrad 16 ausbilden. In der Nabe 14 des Rotors 2 ist wiederum eine zentrale Bohrung 8 vorgesehen, die über radial verlaufende Bohrungen 108a bis 108d mit den Druckräumen 30a bis 30d in Verbindung steht. Eine in der Nabe 14 vorgesehene Ringnut 110 steht über radiale Bohrungen 112a bis 112d mit den Druckräumen 28a bis 28d in Verbindung. Eine erste, nur schematisch dargestellte Steuerleitung LST1 ist auf der einen Seite mit der Ringnut 110 verbunden, während die andere Seite der Steuerleitung LST1 zu einem ausgangsseitigen Anschluss eines Magnetventils 114 führt. Eine zweite Steuerleitung LST2 ist mit der in der Nabe 14 vorgesehenen zentralen Bohrung 8 verbunden, während sie auf der anderen Seite zu einem zweiten ausgangsseitigen Anschluss des Magnetventils 114 führt.
- Im folgenden wird der Aufbau des Magnetventils 114 näher erläutert. Eingangsseitig weist das Magnetventil 114 zwei zu einem nicht dargestellten Öltank führende Leitungen LT1 und LT2 sowie eine zu einer nicht dargestellten Ölpumpe führende Druckleitung LP auf. Im Gehäuse 115 des Magnetventils 114 findet ein zweiteiliger zylinderförmiger Einsatz 116a, 116b Aufnahme, in dem im Zusammenwirken mit im folgenden noch näher beschriebenen Ventilschiebern 118 und 120 verschiedene hydraulische Durchgänge ausgebildet sind. Im zylinderförmigen Einsatz 116 ist eine zentrale Bohrung vorgesehen, in der eine Ventilstange 122 Aufnahme findet. Die Ventilstange 122 ist verschiebbar im zylinderförmigen Einsatz 116 geführt, wobei ein links- und rechtsbündiger Anschlag 124 und 126 die axiale Verstellmöglichkeit der Ventilstange 122 begrenzt. Beide Ventilschieber 118, 120 sind auf der Ventilstange 122 gelagert und ebenfalls axial verschieblich auf dieser geführt. Beide Ventilschieber 118, 120 weisen jeweils eine Ringschulter 128 und 130 auf, die im Zusammenhang mit im Einsatzteil 116 vorgesehenen Wandungsabschnitten 132 und 134 die axiale Verschiebbarkeit der beiden Ventilschieber 118, 120 in jeweils eine Richtung begrenzen. Die Ringschultern 128 und 130 überwachen bzw. kontrollieren dabei Öffnungen 131, 133, die eine Verbindung zwischen der Druckleitung LP und den Steuerleitungen LST1 und LST2 herstellen. An der Ventilstange 122 ist ein weiterer Anschlag 136 für den Ventilschieber 118 vorgesehen, der ebenfalls wie die beiden Anschläge 124, 126 in Form eines in einer Ringnut 137 eingebrachten Sprengringes 138 ausgebildet ist. Zwischen dem Sprengring 138 und dem gehäuseseitigen Ende des zylinderförmigen Einsatzes 116 findet weiterhin koaxial zur Ventilstange 122 eine Spiralfeder 140 Aufnahme, die wie in Fig. 7b dargestellt, im unbestromten Zustand des Magnetventils 114 den Ventilschieber 118 in die dargestellte Position drückt; der Anschlag 124 begrenzt diese Stellposition. Zwischen den beiden Ringschultern 128, 130 der Ventilschieber 118, 120 stützt sich eine zweite Spiralfeder 142 ab, die den Ventilschieber 120 in die in Fig. 7b dargestellte Position verschiebt, der Wandungsabschnitt 134 des zylinderförmigen Einsatzes 116 dient dabei als Anschlag. Sowohl der Ventilschieber 118 als auch der Ventilschieber 120 weisen einen Drosselspalt 144 und 146 auf, der in Abhängigkeit von der Position der Ventilschieber 118, 120 die Steuerleitung LST1 bzw. LST2 mit der Tankleitung LT1 bzw. LT2 verbindet. Die Drosselspalte 144, 146 sind dabei in Form einer Axialnut 144a, 146a und einer mit der Axialnut 144a, 146a verbundene Ringnut 144b und 146b ausgebildet.
- Das Ventilgehäuse 114 ist seitlich an einem elektrischen Gehäuseteil 148 angeflanscht, in dem auf bekannte Art und Weise ein axial verschiebbarer Stößel 150 Aufnahme findet, der von einem Magneten und einer Spule umgeben ist. Der Stößel 150 ist fluchtend zur Ventilstange 122 angeordnet und kann somit in Abhängigkeit von der Bestromung des Magnetventils die Ventilstange 122 axial verschieben.
- In der Druckleitung LP ist weiterhin ein Rückschlagventil 152 angeordnet, das in den Fig. 13 und 14 vergrößert in einer geschlossenen und in einer geöffneten Stellung dargestellt ist. Der Ventilkörper des Rückschlagventils 152 ist als Federband 154 ausgebildet, das an einem Gehäusewandabschnitt 156 befestigt ist und an seinem freien Ende die Öffnung 158 der Druckleitung LP überwacht.
- Die Funktionsweise des zweiten Ausführungsbeispieles wird nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert:
- Fig. 7a, 7b
Das Magnetventil 114 ist unbestromt; über die Druckleitung LP, die von der Ringschulter 128 des Ventilschiebers 118 freigegebene Öffnung 131 und die Steuerleitung LST1 werden die Druckräume 28a bis 28d mit Öl beaufschlagt. Der Rotor 2 der Verstelleinheit 4 wird in die in Fig. 7a dargestellte Pfeilrichtung bewegt. Das aus den Druckräumen 30a bis 30d verdrängte Öl wird über die Steuerleitung LST2 und den Drosselspalt 146 sowie über die Öltankleitung LT2 zum Öltank T zurückgeführt. - Fig. 8a, 8b
In Richtung der Verstellbewegung wird, wie bereits im ersten Ausführungsbeispiel ausführlich beschrieben, über die Nocken der Nockenwelle auf den Rotor 2 ein mitdrehendes Moment übertragen, aufgrund dessen der Öldruck in den Druckräumen 30a bis 30d den Öldruck in Druckräumen 28a bis 28d übersteigt. Der in den Druckräumen 30 herrschende Öldruck wird über die Steuerleitung LST2 auf den Ventilschieber 120 übertragen; über die Ringschulter 130 und entgegen der Kraft der Feder 142 wird der Ventilschieber 120 in die in Fig. 8b dargestellte Position verschoben. Damit sind beide von den Ringschultern 128, 130 überwachte Öffnungen 131 und 133 freigegeben, so dass das Öl über die Leitung LB direkt wieder der zu den Druckräumen 28 führenden Steuerleitung LST1 zugeführt werden kann. Die Drosselspalte 144 und 146 sind verschlossen, so dass kein Öl über die Öltankleitungen LT1 und LT2 abfließen kann. Das in der Druckleitung LP angeordnete Rückschlagventil 152 ist ebenfalls gesperrt. - Fig. 9a, 9b
Über die Steuerleitung LST1 werden weiterhin die Druckräume 28a bis 28d mit Öl beaufschlagt, jedoch bewirkt ein gegen die Verstellbewegung wirkendes Moment (gegendrehendes Moment), dass der Druck in den Druckräumen 28a bis 28d größer ist als der Druck in der Zufuhrleitung LP. In diesem Betriebszustand findet keine Verstellung statt und das Rückschlagventil 152 nimmt zur Abstützfunktion die geschlossene Stellung ein. Die Steuerleitung LST2 ist drucklos, da über den Drosselspalt 146 die Verbindung zur Tankleitung LT2 geöffnet ist. - Fig. 10a, 10b
Die Verstelleinheit 4 hat seine maximale Verstellposition erreicht und wird nunmehr in Richtung der ursprünglichen Startposition zurückverstellt. Dazu wird das Magnetventil 114 bestromt, so dass das Drucköl über die Druckleitung LP und die Steuerleitung LST2 in die Druckräume 30a bis 30d gelangt. Damit wird der Rotor 2 der Verstelleinheit 4 in die dargestellte Pfeilrichtung verstellt. Das aus den Druckräumen 28a bis 28d verdrängte Drucköl wird über die Steuerleitung LST1 und über den geöffneten Drosselspalt 144 in die Öltankleitung LT1 und damit zum Öltank T zurückgeführt. - Fig. 11a, 11b
Zur Verstellbewegung wird wiederum über ein mitdrehendes Moment aufaddiert, so dass der in den Druckräumen 28a bis 28d anliegende Druck den Druck in der Druckleitung LP übersteigt. Damit wird der Ventilschieber 118 entgegen der Kraft der Feder 142 über seine Ringschulter 128 in die in Fig. 11b dargestellte Position verschoben. Damit sind wieder beide durch die Ringschultern 128, 130 der Ventilschieber 118, 120 kontrollierte Öffnungen 131 und 133 freigegeben und die beiden Öltankleitungen LT1 und LT2 sind aufgrund der geschlossenen Drosselspalte 144, 146 von den Steuerleitungen LST1 und LST2 getrennt. Damit kann das aus den Druckräumen 28a bis 28d abströmende Öl über die Leitung LB direkt der Steuerleitung LST2 und damit unter Umgehung des Öltanks T den Druckräumen 30a bis 30d zugeführt werden. Das Rückschlagventil 152 ist in diesem Betriebszustand geschlossen. - Fig. 12a, 12b
Der Rotor 2 der Verstelleinheit 4 soll weiter in Richtung der ursprünglichen Startposition verstellt werden; jedoch kehren sich aufgrund eines gegendrehenden Momentes (verursacht durch das Öffnen der Ein- oder Auslassventile über den auflaufenden Nocken entgegen der Ventilfederkraft) die Druckverhältnisse dergestalt um, dass der Druck in den Druckräumen 30a bis 30d den Druck in der Druckleitung LP übersteigt. In diesem Fall findet keine Verstellbewegung statt; das Rückschlagventil 152 wird zur Abstützfunktion geschlossen, während die Steuerleitung LST1 drucklos ist, da der zur Tankleitung LT1 führende Drosselspalt 144 geöffnet ist. Am Ende des Verstellvorgangs hat die Verstelleinheit wieder die ursprüngliche Startposition erreicht. - Das in Fig. 15 dargestellte Magnetventil 114', das eine entsprechend Fig. 7b dargestellte Position einnimmt, unterscheidet sich gegenüber dem Magnetventil 114 lediglich dadurch, dass in der Druckleitung LP ein Rückschlagventil 152' in abgeänderter Form integriert ist. Das Rückschlagventil 152' weist als Ventilkörper ein Plattenelement 160 auf, das bei druckloser Leitung LP durch ein Federelement 162 gegen ein ersten Ventilsitz 164 gedrückt wird und damit die Leitung LP verschließt. Bei geöffnetem Rückschlagventil 152' wird das Plattenelement 160 gegen eine Anschlagfläche eines Einsatzes 166 gedrückt und die Öldruckleitung LP ist freigegeben.
- Ein drittes und letztes Ausführungsbeispiels ist in den Fig. 16 und 17 dargestellt und nachfolgend näher erläutert. Der Einfachheit halber ist in den Fig. 16 und 17 nur noch eine Verstellrichtung dargestellt und erläutert, die sich dadurch unterscheiden, dass gemäß Fig. 17 durch das mitdrehende Moment eine zusätzliche Verstellkraft in Richtung der Verstellbewegung erzeugt wird. Zu den beiden wiederum nur schematisch dargestellten Druckräumen 28 und 30 führen wiederum zwei Steuerleitungen LST1 und LST2, die an zwei Ausgängen eines Magnetventils 168 angeschlossen sind. Das Magnetventil 168 ist als 4/2 - Wegeventil ausgebildet und weist daher zwei Eingänge auf, an denen zwei zu einem Öltank T führende Leitungen, im folgenden als LT1 und LT2 bezeichnet, angeschlossen sind. In der Tankleitung LT1 ist wiederum ein Rückschlagventil 170 sowie eine Ölpumpe 172 angeordnet. In der Tankleitung LT2 ist ein druckgesteuertes 3/2 - Wegeventil, im folgenden als Weiche 174 bezeichnet, angeordnet. Ein Ausgang der Weiche 174 ist über eine Leitung LB, in dem ein weiteres Rückschlagventil 176 angeordnet ist, mit der Öltankleitung LT1 verbunden. Die Schaltstellung der Weiche 174 erfolgt in Abhängigkeit von den in den Öltankleitungen LT1 und LT2 anliegenden Drücken. Dazu zweigt von der Tankleitung LT1 eine Steuerleitung LST3 ab, die mit einem Eingang der Weiche 174 verbunden ist; eine Steuerleitung LST4 zweigt von der Tankleitung LT2 ab und ist mit einem weiteren Eingang der Weiche 174 verbunden.
- Bevor die Funktionsweise dieses dritten Ausführungsbeispiels zur Nockenwellenverstellung näher beschrieben wird, ist im folgenden kurz der innere Aufbau der Weiche 174 beschrieben. Das Gehäuse 178 der Weiche 174 weist eine durchgehende Querbohrung 180 auf, zu der zwei Bohrungen 182 und 184 quer verlaufen. In der Bohrung 182 ist das Rückschlagventil 176 integriert, wobei die Bohrung 182 einen Teil der Bypassleitung LB darstellt, die mit der Tankleitung LT1 verbunden ist. Die Bohrung 184 stellt ein Teil der zum Öltank T führenden Tankleitung LT2 dar. In die Querbohrung 180 ist ein hülsenförmiger Einsatz 186 eingesetzt, in dessen Hohlraum 187 ein mit einer Innenbohrung 188 versehener hülsenförmiger Ventilschieber 189 Aufnahme findet. Der Einsatz 186 weist an seinen Wandungen 4 Bohrungen 190a bis d auf, die in Abhängigkeit von der Lage des Ventilschiebers 189 geöffnet bzw. geschlossen sind. Der Ventilschieber 189 weist darüber hinaus eine Querbohrung 191 sowie einen im Außendurchmesser verjüngten Abschnitt 192 auf, aufgrund dessen zwischen dem Einsatz 186 und dem Ventilschieber 189 in diesem Bereich ein Ringspalt 193 ausgebildet ist.
- Das dritte Ausführungsbeispiel funktioniert wie folgt:
- Fig. 16a, 16b
Ist das Magnetventil 168 unbestromt, so wird der von der Pumpe 172 geförderte Ölstrom über die Tankleitung LT1 und die Steuerleitung LST1 den Druckräumen 28 zugeführt. Das in den Druckräumen 30 befindliche Öl fließt über die Steuerleitung LST2 und die Weiche 174 in die Tankleitung LT2 und damit in den Öltank T ab. Wie in Fig. 16b erkennbar, nimmt aufgrund des an der Stirnseite 189a des Ventilschiebers 189 anliegenden Drucks der Ventilschieber 189 seine linke Anschlagposition ein, so dass das Öl über die Bohrungen 190a, 191 sowie 190d zum Öltank abströmen kann. - Fig. 17a, 17b
Wird nunmehr zusätzlich zur Verstellbewegung aufgrund eines mitdrehenden Momentes ein zusätzliches Verstellmoment auf den Rotor 2 der Verstelleinheit 4 aufgebracht, so übersteigt der in den Druckräumen 30 anliegende Druck den in den Druckräumen 28 und damit in der Tankleitung LT1 anliegenden Druck. Der Druck in den Druckräumen 30 wird über die Steuerleitung LST4 in die Bohrung 188 des Ventilschiebers 189 übertragen, so dass der Ventilschieber 189 von seiner linken Anschlagposition in die rechte Anschlagposition überführt wird. Damit ist über die Bohrungen 190a und 190c der Durchgang zur Bypassleitung LB freigegeben; das Rückschlagventil 176 öffnet und der aus den Druckräumen 30 abgeführte Ölstrom kann über die Bypassleitung LB unter Umgehung des Öltanks T direkt der Tankleitung LT1 und damit den Druckräumen 28 wieder zugeführt werden. - Die soeben beschriebene Funktionsweise der Weiche 174 findet auch bei bestromten Magnetventil 168 bei gleichzeitiger Verstellrichtungsumkehr der Verstelleinheit 4 Anwendung.
Claims (11)
- Vorrichtung zur relativen Drehwinkelverstellung einer Nockenwelle zur Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine, mit einem hydraulisch beaufschlagbaren Stellelement (2), durch dessen Stellbewegung direkt oder indirekt die Phasenlage der Nockenwelle veränderbar ist, wobei das Stellelement (2) von zwei Druckräumen (28a bis 28d bzw. 30a bis 30d) begrenzt ist, die durch Steuerleitungen (L4, L9, LST1, LST2) hydraulisch beaufschlagbar bzw. entlastbar sind, sowie mit einem Steuerventil (102, 114, 168), das in Abhängigkeit vom Betriebszustand der Brennkraftmaschine den durch eine Ölpumpe (106, 172) aus einem Ölvorratsbehälter (T) geförderten Ölstrom über eine erste Steuerleitung zu einem ersten Druckraum (28a bis 28d bzw. 30a bis 30d) fördert, während das Öl aus einem zweiten Druckraum (30a bis 30d bzw. 28a bis 28d) über eine zweite Steuerleitung zum Ölvorratsbehälter (T) zurückgeführt wird, und umgekehrt, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den beiden Druckräumen (28a bis 28d bzw. 30a bis 30d) mindestens ein gesteuerter Bypass (L6, L12, LB) vorgesehen ist.
- Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der durch mindestens ein Ventilelement kontrollierbare Bypass (L6, L12) im Stellelement (2) integriert ist, wobei das Stellelement als ein drehfest mit der Nockenwelle (6) verbundenes Innenteil (4) ausgebildet ist, das zumindest annähernd radial verlaufende Stege oder Flügel (12a bis 12d) aufweist, und das von einem angetriebenen Zellenrad (16) umgeben ist, das mehrere über den Umfang verteilte, durch Stege (18a bis 18d) begrenzte Zellen aufweist, die von den darin winkelbeweglich geführten Stegen oder Flügeln (12a bis 12d) des Innenteils (2) in jeweils zwei Druckräume (28a bis 28d bzw. 30a bis 30d) unterteilt sind.
- Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass im Innenteil (2) vier Bohrungen (44, 50, 74, 90) vorgesehen sind, in denen die Ölzufuhr zu den beiden Druckräumen (28a bis 28d bzw. 30a bis 30d) sowie den Bypass (L6, L12) zwischen beiden Druckräumen (28a bis 28d bzw. 30a bis 30d) überwachende Ventilbolzen (42, 52, 72, 88) verschiebbar angeordnet sind.
- Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein die Ölzufuhr zum Druckraum (28a bis 28d) kontrollierender Ventilbolzen (42) gleichzeitig als ein zwischen Innenteil (2) und Zellenrad (16) wirksames Verriegelungselement ausgebildet ist, das mit mindestens einem Gegenelement (20) im jeweils anderen der beiden Bauteile Zellenrad (16) oder Innenteil (2) zusammenwirkt.
- Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass alle vier Bohrungen (44, 50, 74, 90) in einem Flügel (12a) des Innenteils (2) angeordnet sind.
- Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Bypass (LB) in dem die Druckölzufuhr zu den Druckräumen steuernden Ventil (114) integriert ist.
- Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass im Magnetventil (114) zwei mit jeweils einer Ringschulter (128, 130) versehene Ventilschieber (118, 120) angeordnet sind, wobei die Ringschultern (128, 130) zu den Steuerleitungen (LST1, LST2) führende Öffnungen (131, 133) kontrollieren.
- Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass im Magnetventil (114) ein Rückschlagventil (152) integriert ist, das mit einer zur Ölpumpe ( ) führenden Druckleitung (LP) verbunden ist.
- Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkörper des Rückschlagventils (152) als Federband (154) ausgebildet ist.
- Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in einer zum Steuerventil (168) führenden Öltankleitung (LT2) ein Umsteuerventil (174) vorgesehen ist, das über eine Leitung (LB) mit einer zweiten Öltankleitung (LT1) verbunden ist.
- Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Umsteuerventil (174) als druckgesteuertes 3/2 - Wegeventil ausgebildet ist.
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