EP1888895B1 - Vorrichtung zur variablen einstellung der steuerzeiten von gaswechselventilen einer brennkraftmaschine - Google Patents

Vorrichtung zur variablen einstellung der steuerzeiten von gaswechselventilen einer brennkraftmaschine Download PDF

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EP1888895B1
EP1888895B1 EP06791509A EP06791509A EP1888895B1 EP 1888895 B1 EP1888895 B1 EP 1888895B1 EP 06791509 A EP06791509 A EP 06791509A EP 06791509 A EP06791509 A EP 06791509A EP 1888895 B1 EP1888895 B1 EP 1888895B1
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EP
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pressure medium
pressure
angle limiting
output element
supply
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Lars PFÜTZENREUTER
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    • F01L2001/3445—Details relating to the hydraulic means for changing the angular relationship
    • F01L2001/34453—Locking means between driving and driven members
    • F01L2001/34476—Restrict range locking means

Definitions

  • the invention relates to a device for the variable adjustment of the timing of gas exchange valves of an internal combustion engine according to the preambles of claims 1 and 2.
  • camshafts are used to actuate the gas exchange valves.
  • Camshafts are mounted in the internal combustion engine such that cams attached to them abut cam followers, for example cup tappets, drag levers or rocker arms. If a camshaft is rotated, the cams roll on the cam followers, which in turn actuate the gas exchange valves. Due to the position and the shape of the cams thus both the opening duration and the opening amplitude but also the opening and closing times of the gas exchange valves are set.
  • valve lift and valve opening duration should be variable, up to the complete shutdown of individual cylinders.
  • concepts such as switchable cam followers or electrohydraulic or electric valve actuations are provided.
  • it has been found to be advantageous to be able to influence the opening and closing times of the gas exchange valves during operation of the internal combustion engine.
  • it is particularly desirable to be able to influence the opening or closing times of the inlet or outlet valves separately, in order, for example, to adjust a defined valve overlap in a targeted manner.
  • the attitude the opening and closing times of the gas exchange valves in dependence on the current map range of the engine for example, the current speed or the current load
  • the specific fuel consumption can be lowered, the exhaust behavior positively influenced, the engine efficiency, the maximum torque and the maximum power can be increased.
  • the described variability of the valve timing is achieved by a relative change in the phase angle of the camshaft to the crankshaft.
  • the camshaft is usually via a chain, belt, gear drive or equivalent drive concepts in drive connection with the crankshaft.
  • a device for changing the timing of an internal combustion engine hereinafter also called camshaft adjuster, mounted, which transmits the torque from the crankshaft to the camshaft.
  • this device is designed such that during operation of the internal combustion engine, the phase angle between the crankshaft and camshaft securely held and, if desired, the camshaft can be rotated in a certain angular range relative to the crankshaft.
  • each with a camshaft for the intake and the exhaust valves these can each be equipped with a camshaft adjuster.
  • the opening and closing times of the intake and exhaust valves can be shifted in time relative to one another and the valve overlaps can be adjusted in a targeted manner.
  • the seat of modern camshaft adjuster is usually located at the drive end of the camshaft.
  • the camshaft adjuster can also be arranged on an intermediate shaft, a non-rotating component or the crankshaft. It consists of a driven by the crankshaft, a fixed phase relation to this holding drive wheel, a driving connection with the camshaft standing output part and a torque transmitting from the drive wheel to the output part adjusting mechanism.
  • the drive wheel may be designed as a chain, belt or gear in the case of a not arranged on the crankshaft camshaft adjuster and is driven by means of a chain, a belt or a gear drive from the crankshaft.
  • the adjustment mechanism can be operated electrically (by means of a driven three-shaft transmission), hydraulically or pneumatically.
  • hydraulically adjustable camshaft adjusters Two preferred embodiments of hydraulically adjustable camshaft adjusters are the so-called Axialkolbenversteller and Rotationskolbenversteller.
  • the drive wheel is connected to a piston and this with the output part via helical gears in combination.
  • the piston separates a cavity formed by the driven part and the drive wheel into two pressure chambers arranged axially relative to one another. If now one pressure chamber is acted upon by pressure medium while the other pressure chamber is connected to a tank, the piston shifts in the axial direction. The axial displacement of the piston is translated by the helical gears in a relative rotation of the drive wheel to the output part and thus the camshaft to the crankshaft.
  • a second embodiment of hydraulic phaser are the so-called Rotationskolbenversteller.
  • the drive wheel is rotatably connected to a stator.
  • the stator and a rotor are arranged concentrically to each other, wherein the rotor force, form or materially connected, for example by means of a press fit, a screw or weld connection with a camshaft, an extension of the camshaft or an intermediate shaft.
  • a plurality of circumferentially spaced cavities are formed which extend radially outward from the rotor.
  • the cavities are limited pressure-tight in the axial direction by side cover.
  • a wing connected to the rotor extends, dividing each cavity into two pressure chambers.
  • camshaft adjuster sensors detect the characteristics of the engine, such as the load condition and the speed. These data are supplied to an electronic control unit, which controls the supply and the outflow of pressure medium to the various pressure chambers after comparing the data with a characteristic field of the internal combustion engine.
  • one of the two counteracting pressure chambers of one cavity is connected in hydraulic camshaft adjusters with a pressure medium pump and the other with the tank.
  • the inlet of pressure medium to a chamber in conjunction with the flow of pressure medium from the other chamber moves the pressure chambers separating piston in the axial direction, whereby in Axialkolbenverstellern on the helical gears, the camshaft is rotated relative to the crankshaft.
  • Rotationskolbenverstellern is caused by the pressurization of a chamber and the pressure relief of the other chamber, a displacement of the wing and thus directly a rotation of the camshaft to the crankshaft.
  • both pressure chambers are either connected to the pressure medium pump or separated from both the pressure medium pump and the tank.
  • the control of the pressure medium flows to and from the pressure chambers by means of a control valve, usually a 4/3-proportional valve.
  • a valve housing is provided with one connection each for the pressure chambers (working connection), a connection to the pressure medium pump and at least one connection to a tank.
  • an axially displaceable control piston is arranged within the substantially hollow cylindrical valve housing.
  • the control piston can be brought by means of an electromagnetic actuator against the spring force of a spring element axially in any position between two defined end positions.
  • the control piston is further provided with annular grooves and control edges, whereby the individual pressure chambers can be optionally connected to the pressure medium pump or the tank.
  • a position of the control piston may be provided, in which the pressure medium chambers are separated from both the pressure medium pump and the pressure medium tank.
  • camshaft adjuster need a certain period of time until the phase position can be kept safe.
  • this is due to the fact that during the stoppage of the engine pressure medium exits the pressure chambers and thus the hydraulic clamping of the piston or the wing is not guaranteed at start of the internal combustion engine.
  • the oil pump driven by the crankshaft of the internal combustion engine supplies the camshaft adjuster sufficiently with pressure medium, the phase angle of the camshaft to the crankshaft is not fixed. This results in worse starting and running properties of the internal combustion engine.
  • the piston or wings within the pressure chambers due to the reaction moments of the camshaft are adjusted unrestrained, whereby they beat against limitations in the device, causing noise and wear is caused.
  • rotational angle limiting devices are provided which mechanically couple the output element to the drive element and thus prevent a rotation of both components relative to each other.
  • Such rotation angle limiting devices are realized by a locking piston, which is arranged in a formed on the output member or the drive member recording.
  • a spring is provided which urges the locking piston in the direction of the other component.
  • a link is provided on the other component, in which the Verrieglungskolben is urged when the predetermined Verrieglungsphase is reached. It may be advantageous to lock the output element to the drive element in one of the two extreme phase positions or in an intermediate phase position.
  • one or more locking devices provided, wherein the scenes can be formed in the second case as a blind hole or as circumferentially extending groove.
  • a drive element which is in drive connection with the camshaft, is rotatably mounted on a driven element rotatably connected to a camshaft.
  • the drive element is formed with recesses open to the output element.
  • side covers are provided, which limit the device.
  • the recesses are pressure-sealed by the drive element, the output element and the side cover and thus form pressure chambers.
  • axial grooves are introduced, in which wings are arranged which extend into the recesses. The wings are designed such that they divide the pressure chambers into two oppositely acting pressure chambers.
  • a locking piston is arranged, which is acted upon by means of a spring means with a force in the direction of the output element.
  • a blind hole is formed on an outer lateral surface output element, which faces the locking piston.
  • the blind hole is arranged and designed such that in a defined phase position of the output element to the drive element of the locking piston engages in the blind hole when it is not acted upon by pressure medium.
  • the rotor is thus locked relative to the stator whereby a relative rotation is prevented.
  • Via a control line pressure medium is passed to the blind hole, whereby an end face of the locking piston is subjected to pressure medium.
  • the piston is pressed into the receptacle and allows an adjustment of the rotor relative to the stator in one direction.
  • the control line is designed separately from a device for supplying pressure medium, which pressurizes the pressure chambers with the pressure chambers. Furthermore, a switching valve is provided which controls the supply and removal of pressure medium to the control line. This switching valve is adjusted via a microprocessor and an electromagnetic actuator from a state in which pressure fluid is discharged from the blind hole in a state in which the blind hole is subjected to pressure medium.
  • the disadvantage here is the high cost, which arises because the separate control line is actuated by means of an electromagnetic actuator. In order to release the locking of the output element to the drive element only when the device is sufficiently filled with pressure medium, this state must be detected, or wait a certain period of time after the start of the internal combustion engine until the switching valve is actuated.
  • sensors In the first case, sensors must be provided which must be monitored by the ECU of the internal combustion engine, which leads to increased costs and increased control effort.
  • the lock can be released before the desired filling state of the device is reached, whereby disadvantages mentioned above occur.
  • the invention is therefore based on the object to avoid these disadvantages and thus to propose a device for variable adjustment of the timing of gas exchange valves of an internal combustion engine, in which the locking of the output element to the drive element process reliable only after reaching a desired filling state of the device, this without costly additional Components, such as electromagnetic actuators, and should be done with the least possible control effort.
  • a device for the variable adjustment of the timing of gas exchange valves of an internal combustion engine with a camshaft driving output element, driven by a crankshaft drive element a hydraulic actuator with at least two mutually acting pressure chambers and a device for supplying pressure medium for supplying and discharging pressure medium to or from the pressure chambers
  • the drive element is rotatably arranged to the output element and a phase angle between the two components by supplying and discharging pressure medium to or from the At least one rotational angle limiting device, which does not limit the phase position of the output element to the drive element in an unlocked state and limited in a locked state to a defined angular range or a defined angle, wherein the rotational angle limiting device by supplying pressure medium from the locked is transferred to the unlocked state
  • a control line for supplying and discharging pressure medium to or from the or the rotation angle limiting devices wherein the control line does not communicate with the means for supplying pressure medium niziert and a switching valve, which allows in an
  • On fault-prone power supply to the switching valve can also be dispensed with, as well as additional necessary control software in the engine control unit (ECU). Furthermore, the actuation of the switching valve process reliable means of pressure only at a time, since the device is already sufficiently pressurized with pressure medium. Furthermore, no electrical energy is needed to actuate and maintain the switching position of the switching valve.
  • Another advantage results from the fact that the rotation angle limiting device is automatically transferred to a locked state when the system pressure supplied by a pressure medium pump falls below a value at which the device is no longer sufficiently pressurized with pressure medium and therefore the phase position of the output element to the drive element not can be kept more reliable. This can occur, for example, when the internal combustion engine is operated at idle and thus the driven by the crankshaft pressure medium pump can not build up sufficient pressure.
  • the means for supplying pressure medium comprises a control valve, a first and a second pressure medium line, wherein the control valve communicates with a pressure medium pump, the pressure medium lines to the control valve and one of the pressure chambers and the hydraulic actuating mechanism with one of the pressure medium lines.
  • a device for variably setting the timing of gas exchange valves of an internal combustion engine with a drive element driving a camshaft, driven by a crankshaft drive element wherein the two components are rotatably mounted to each other and define at least one pressure chamber, wherein in each pressure chamber a on one of the components arranged wings which divides the pressure chamber into two oppositely acting pressure chambers, two Pressure medium lines, each pressure medium line communicates with a pressure chamber or a group of pressure chambers and wherein a phase position of the output element to the drive element can be selectively held or adjusted by supplying and discharging pressure medium to or from the pressure chambers, at least one rotation angle limiting device, the phase angle of the Output element to the drive element in an unlocked state is not limited and limited in a locked state to a defined angular range or a defined angle, wherein the rotation angle limiting device is transferred and maintained by supplying pressure medium in the unlocked state, a control line and a switching valve, wherein the control line with the switching valve
  • the switching valve has a working connection, an inlet connection and a drain connection, wherein the working connection communicates with the control line and the hydraulic actuating mechanism of the switching valve, the inlet connection with a pressure medium pump and the outlet connection with a tank. This ensures that the rotation angle limiting device is held in the unlocked state, even when the pressure chambers are acted upon by the pressure medium not communicating with the actuating mechanism pressure medium line.
  • the rotational angle limiting device is formed with an output element or on the drive element formed in the first receptacle, a first piston and a first spring, wherein the first spring urging the first piston in the direction of the component on which the first link is formed.
  • the first link is designed as a blind hole or step slot with blind hole, wherein the opening of the blind hole is adapted to the dimensions of the locking piston.
  • a second rotation angle limiting device may be provided which is formed with a formed on the output element or on the drive element second receptacle and formed on the other component second gate, wherein in the second receptacle, a second piston and a second spring is received, wherein the second spring the second piston in the direction of the component urges on which the second link is formed.
  • the first link may be formed as a groove extending in the circumferential direction and the second link as a blind hole, the opening of which is adapted to the dimensions of the locking piston.
  • the first and the second link are each formed as a groove extending in the circumferential direction.
  • FIGS. 1 and 2 show a first embodiment of a device 1 for the variable adjustment of the timing of gas exchange valves of an internal combustion engine.
  • An adjusting device 1a essentially consists of a drive element 2 and an output element 3 arranged concentrically therewith.
  • a drive wheel 4 is non-rotatably connected to the drive element 2 and, in the illustrated embodiment, designed as a sprocket. Also conceivable are embodiments of the drive wheel 4 as a belt or gear.
  • the drive element 2 is rotatably mounted on the driven element 3, wherein on the inner circumferential surface of the drive element 2 in the illustrated Embodiment five circumferentially spaced recesses 5 are provided.
  • the recesses 5 are bounded in the radial direction by the drive element 2 and the driven element 3, in the circumferential direction by two side walls 6 of the drive element 2 and in the axial direction by a first and a second side cover 7, 8. Each of the recesses 5 is sealed pressure-tight manner in this way.
  • the first and the second side cover 7, 8 are rotatably connected to the drive element 2 by means of connecting elements 9, for example screws.
  • each vane groove 10 On the outer circumferential surface of the output element 3 axially extending vane grooves 10 are formed, wherein in each vane groove 10, a radially extending wing 11 is arranged. In each recess 5, a wing 11 extends, wherein the wings 11 in the radial direction on the drive element 2 and in the axial direction of the side covers 7, 8 abut. Each wing 11 divides a recess 5 in two oppositely acting pressure chambers 12, 13. In order to ensure a pressure-tight abutment of the wings 11 on the drive element 2, 11 leaf spring elements 15 are mounted between the groove bases 14 of the wing grooves 10 and the wings, which the wing 11 in Apply a force to the radial direction.
  • first and second pressure medium lines 16, 17, the first and second pressure chambers 12, 13 are connected via a control valve, not shown, with a likewise not shown pressure medium pump or a tank, also not shown.
  • an actuator 18 is formed, which allows a relative rotation of the drive element 2 with respect to the output element 3. It is provided that either all the first pressure chambers 12 are connected to the pressure medium pump and all second pressure chambers 13 to the tank or the exact opposite configuration. If the first pressure chambers 12 are connected to the pressure medium pump and the second pressure chambers 13 are connected to the tank, then the first pressure chambers 12 expand at the expense of the second pressure chambers 13. This results in a displacement of the wings 11 in the circumferential direction, in the direction indicated by the first arrow 21.
  • both pressure medium lines 16, 17 are separated from the tank and from the pressure medium pump. As a result, the current phase position is maintained.
  • a defined supply of pressure medium to both pressure chambers 12, 13 are allowed to compensate for leakage losses occurring.
  • the drive element 2 is driven by the crankshaft by means of a chain drive (not shown) acting on its drive wheel 4. Also conceivable is the drive of the drive element 2 by means of a belt or gear drive.
  • the output element 3 is non-positively, positively or materially, for example by means of press fit or by a screw connection by means of a central screw, connected to a camshaft, not shown. From the relative rotation of the output element 3 relative to the drive element 2, as a result of the supply and discharge of pressure medium to and from the pressure chambers 12, 13, resulting in a phase shift between the camshaft and crankshaft. By selective introduction and discharge of pressure medium into the pressure chambers 12, 13, the control times of the gas exchange valves of the internal combustion engine can thus be selectively varied.
  • Each of the pressure medium lines 16, 17 communicates via a, in a central bore 22 of the driven element 3, not shown, the pressure medium distributor, each having a pressure medium channel 16a, 17a, each of the pressure medium channels 16a, 17a in one of the pressure chambers 12, 13 opens.
  • Another possibility is to arrange a central valve within the central bore 22, via which the pressure medium channels 16a, 17a and thus the pressure chambers 12, 13 can be selectively connected to a pressure medium pump or a tank.
  • the substantially radially extending side walls 6 of the recesses 5 are provided with formations 23 which extend in the circumferential direction in the recesses 5.
  • the formations 23 serve as a stop for the wings 11 and ensure that the pressure chambers 12, 13 with pressure medium can be supplied, even if the output element 3 occupies one of its two extreme positions relative to the drive element 2, in which the wings 11 abut against one of the side walls 6.
  • the output element 3 is due to the alternating and drag moments, which exerts the camshaft on this uncontrolled relative to the drive element 2 moves.
  • the drag torques of the camshaft urge the driven element 3 relative to the drive element 2 in a circumferential direction, which is opposite to the direction of rotation of the drive element 2, until they abut against the side walls 6.
  • the alternating torques exerted by the camshaft on the output element 3 to a swinging oscillation of the driven element 3 and thus the wing 11 in the recesses 5, until at least one of the pressure chambers 12, 13 is completely filled with pressure medium.
  • Each rotation angle limiting device 24 consists of a cup-shaped piston 26, which is arranged in a receptacle 25 of the output element 3.
  • the piston 26 is acted upon by a spring 27 in the axial direction with a force.
  • the spring 27 is supported in the axial direction on the one side on a venting element 28 and is disposed with its axial end facing away from inside the pot-shaped executed piston 26.
  • a link 29 is formed per rotational angle limiting device 24 such that the output element 3 can be locked relative to the drive element 2 in a position corresponding to an optimum position for starting and / or idling the internal combustion engine.
  • the piston 26 are urged in insufficient supply of pressure medium of the device 1 by means of the springs 27 in the scenes 29.
  • means are provided to the piston 26 at sufficient Supply the device 1 with pressure medium in the receptacles 25 push back and thus cancel the lock.
  • it is provided to act on the scenes 29 via pressure medium channels and recesses 30, not shown, with pressure medium.
  • pressure medium urges the piston 26 against the force of the springs 27 in the receptacles 25, whereby the fixed phase relationship between the output element 3 and drive element 2 is repealed.
  • the pressure medium is passed through a control line 19 and not shown pressure medium channels in the scenes 29.
  • FIG. 2a shows an alternative embodiment of a device 1. This is substantially identical to that in FIG. 2 shown device 1 which is why the same components have been provided with the same reference numerals. Unlike the in FIG. 2 illustrated embodiment, this is provided with only one rotational angle limiting device 24.
  • FIGS. 3 to 5 show schematic representations of a device 1 with differently designed rotation angle limiting devices 24.
  • Each of the devices 1 consists of a drive element 2, on which a pressure chamber 31 is formed. Furthermore, one or more scenes 29 are formed on the drive element 2.
  • a wing 11 of the output element extends 3.
  • 3 receptacles 25 are formed on the driven element, in each of which a piston 26 is arranged, which is urged by means of a respective spring 27 in the direction of the drive element 2.
  • a device for pressure medium supply 32 is provided, via which selectively pressure medium to the pressure chambers 12, 13 can be added or discharged.
  • the device for pressure medium supply 32 consists of a control valve 33, first and second pressure medium lines 16, 17 and pressure medium channels 16a, 17a.
  • the control valve 33 is designed as a 4/3-way valve, which can be transferred via an actuator 34 in three control positions.
  • the control valve 33 is formed with two working ports A, B, an inlet port P and a drain port T.
  • the inlet connection P communicates with a pressure medium pump 35, the outlet connection T with a tank 36, the working port A via the first pressure medium line 16 and the first pressure medium channel 16a with the first pressure chamber 12 and the second working port B via the second pressure medium line 17 and the second pressure medium channel 17a with the second pressure chamber 13.
  • FIG. 3 a first embodiment of a device 1 is shown, in which only one rotational angle limiting device 24 is provided.
  • the phase position between the output element 3 and the drive element 2 can be fixed in one of the extreme positions or a middle position.
  • the gate 29 is designed as a blind hole 20, wherein the opening cross section of the blind hole 20 is adapted to the cross section of the piston 26.
  • the rotation angle limiting device 24 In order to allow a change in the phase position between the output element 3 and the drive element 2, the rotation angle limiting device 24 must be transferred to an unlocked state in which the piston 26 is pushed back as far into the receptacle 25 against the force of the spring 27, that he no longer in the Gate 29 engages.
  • the control line 19 is provided, via which the slide 29 pressure medium can be supplied.
  • a switching valve 38 is provided, which is arranged between the pressure medium pump 35 and the control line 19.
  • the switching valve 38 controls the flow of pressure medium from the pressure medium pump 35 to the control line 19 or from the control line 19 to the tank 36.
  • the switching valve 38 is formed in the illustrated embodiment as a 3/2-way valve.
  • a working port A1 an inlet port P1 and a discharge port T1 are formed on the switching valve 38.
  • the working port A1 communicates with the control line 19, the drain port T1 with the tank 36, and the inflow port P1 with the pressure medium pump 35.
  • a first control position of the switching valve 38 In a first control position of the switching valve 38, the in FIG. 3 is taken, the working port A1 is connected to the drain port T1. In this position, the gate 29 is kept pressure-free, whereby the piston 26 is held in the gate 29. The rotation angle limiting device 24 is in a locked state.
  • the working port A1 In a second control position of the switching valve 38, the working port A1 is connected to the inlet port P1, whereby the gate 29 pressure medium supplied and thus the piston 26 is urged out of the gate 29. In this case, the rotation angle limiting device 24 changes from the locked to the unlocked state, and the phase angle of the device 1 can be changed.
  • a check valve 37 is disposed between the pressure medium pump 35 and the control valve 33, which prevents pressure spikes, which arise within the device 1 by the reaction moments of the camshaft, to the pressure medium pump 35 propagate.
  • the inlet port P1 of the switching valve 38 is fed via a pressure medium line from the pressure medium pump 35, wherein this branch is upstream relative to the check valve 37. Unlocking the rotation angle limiting device 24 thus takes place by means of system pressure. That is, the hydraulic system for unlocking the rotation angle limiting device 24 does not communicate with the means for pressure medium supply 32 of the device 1. This has the advantage that the pressure peaks are not fed into the system for unlocking the rotation angle limiting device 24.
  • the switching valve 38 is provided with a hydraulic actuating mechanism 39, via which the switching valve 38 can be adjusted between the two control positions.
  • the actuating mechanism 39 communicates with one of the pressure medium lines 16, 17 such that the switching valve 38 is transferred to the second control position, when in this pressure medium line 16, 17, the pressure exceeds a certain value.
  • the actuating mechanism 39 communicates with the first pressure medium line 16, which in turn communicates with the working port A of the control valve 33.
  • the control valve 33 is in the position shown.
  • the pressure medium pump 35 is connected via the second pressure medium line 17 to the second pressure chamber 13. This has the consequence that the second pressure chamber 13 is filled with pressure medium.
  • control valve 33 switches to the third control position, whereby pressure medium via the first pressure medium line 16 of the first pressure chamber 12 is supplied.
  • hydraulic actuating mechanism 39 is acted upon with pressure medium, whereby the switching valve 38 is transferred to the second control position.
  • pressure fluid passes from the pressure medium pump 35 to the gate 29, with the result that the rotation angle limiting device 24 is transferred to the unlocked state.
  • both pressure chambers 12, 13 are filled with pressure medium, the device 1 is in a defined Condition and an uncontrolled oscillation of the output element 3 to the drive element 2 is prevented.
  • the working port A1 of the switching valve 38 is also connected to the operating mechanism 39. If the actuating mechanism 39 is activated for the first time via the first pressure medium line 16, both the slide 29 and the actuating mechanism 39 are supplied with pressure medium via the switching valve 38. This ensures that the switching valve 38 is kept until the breakdown of the pressure built up by the pressure medium pump 35 or until the system pressure drops below a certain value in the second control position. This is therefore a self-holding mechanism of the switching valve 38. If the second pressure medium line 17 is now connected via the control valve 33 with the pressure medium pump 35 and thus the first pressure medium line 16 to the tank 36, the switching valve 38 by this self-holding mechanism in the second control position held and thus continues to apply the gate 29 with pressure medium. This reliably prevents unintentional adjustment of the rotation angle limiting device 24.
  • the output element 3 is held relative to the drive element 2 in an optimum phase position for this operating state. If the system pressure again rises above the predetermined value, then the rotational angle limiting device 24 is automatically unlocked again and the phase position between the output element 3 and the drive element 2 can be set variably in accordance with a stored characteristic map.
  • FIGS. 4 and 5 show two further devices 1, which differ from the in FIG. 3 distinguished device 1 characterized in that two rotational angle limiting devices 24 are provided. These embodiments are particularly suitable for locking the output element 3 to the drive element 2 in a phase position between the two possible extreme positions.
  • Both scenes 29 of the rotation angle limiting devices 24 are designed as grooves.
  • the grooves are formed and arranged such that a rotational angle limiting device 24 limits the phase position between a maximum retardation of the driven element 3 to the drive element 2 and a center position, while the second rotational angle limiting device 24, the phase angle of the output element 3 to the drive element 2 between the center position and a maximum advance limited.
  • both rotational angle limiting devices 24 in the locked Condition the output member 3 is held relative to the drive member 2 in the center position.
  • one of the scenes 29 is designed as a blind hole 20 and the second link 29 as a groove.
  • the rotational angle limiting device 24 with the groove 29 designed as a guide 29 limits the phase angle of the driven element 3 to the drive element 2 to an angular range extending between a center position and either a maximum early position or a maximum late position.
  • the blind hole 20 is arranged such that this rotational angle limiting device 24 can be transferred only in the middle position in the locked state.
  • the pistons 26 may be arranged in the drive element 2 and the scenes 29 in the output element 3.
  • a radial locking direction is conceivable.
  • the in FIG. 3 illustrated embodiment with a rotation angle limiting device 24 is in a locked state, when the wing 11 abuts against one of the side walls 6 or when it assumes a defined position between the side walls 6.
  • various embodiments of the control valve 33 are conceivable.

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur variablen Einstellung der Steuerzeiten von Gaswechselventilen einer Brennkraftmaschine mit einem hydraulischen Stellantrieb (18) mit zwei gegeneinander wirkenden Druckkammern (12, 13) und einer Einrichtung zur Druckmittelversorgung (32) zum Zu- und Ableiten von Druckmittel zu bzw. von den Druckkammern (12, 13). Weiterhin weist die Vorrichtung (1) mindestens einer Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung (24) auf, die die Phasenlage des Abtriebselements (3) zum Antriebselement (2) in einem entriegelten Zustand nicht und in einem verriegelten Zustand auf einen definierten Winkelbereich oder einen definierten Winkel beschränkt, wobei die Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung (24) durch Zufuhr von Druckmittel von dem verriegelten in den entriegelten Zustand überführt wird. Es ist eine Steuerleitung (19) zum Zu- und Abführen von Druckmittel zu oder von der oder den Drehwinkelbegrenzungsvorrichtungen (24) vorgesehen, wobei die Steuerleitung (19) nicht mit der Einrichtung zur Druckmittelversorgung (32) kommuniziert. Ein Schaltventil (38) regelt die Druckmittelzufuhr zu und die Druckmittelabfuhr von der Steuerleitung (19). Das Schaltventil (38) weist einen hydraulischen Betätigungsmechanismus (39) auf, der von der Einrichtung zur Druckmittelversorgung (32) mit Druckmittel beaufschlagt wird.

Description

    Gebiet der Erfindung
  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur variablen Einstellung der Steuerzeiten von Gaswechselventilen einer Brennkraftmaschine nach den Oberbegriffen der Ansprüche 1 und 2.
  • In Brennkraftmaschinen werden zur Betätigung der Gaswechselventile Nockenwellen eingesetzt. Nockenwellen sind in der Brennkraftmaschine derart angebracht, dass auf ihnen angebrachte Nocken an Nockenfolgern, beispielsweise Tassenstößeln, Schlepphebeln oder Schwinghebeln, anliegen. Wird eine Nockenwelle in Drehung versetzt, so wälzen die Nocken auf den Nockenfolgern ab, die wiederum die Gaswechselventile betätigen. Durch die Lage und die Form der Nocken sind somit sowohl die Öffnungsdauer als auch die Öffnungsamplitude aber auch die Öffnungs- und Schließzeitpunkte der Gaswechselventile festgelegt.
  • Moderne Motorkonzepte gehen dahin, den Ventiltrieb variabel auszulegen. Einerseits sollen Ventilhub und Ventilöffnungsdauer variabel gestaltbar sein, bis hin zur kompletten Abschaltung einzelner Zylinder. Dafür sind Konzepte wie schaltbare Nockenfolger oder elektrohydraulische oder elektrische Ventilbetätigungen vorgesehen. Weiterhin hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, während des Betriebs der Brennkraftmaschine Einfluss auf die Öffnungs- und Schließzeiten der Gaswechselventile nehmen zu können. Dabei ist es insbesondere wünschenswert auf die Öffnungs- bzw. Schließzeitpunkte der Einlass- bzw. Auslassventile getrennt Einfluss nehmen zu können, um beispielsweise gezielt eine definierte Ventilüberschneidung einzustellen. Durch die Einstellung der Öffnungs- bzw. Schließzeitpunkte der Gaswechselventile in Abhängigkeit vom aktuellen Kennfeldbereich des Motors, beispielsweise von der aktuellen Drehzahl bzw. der aktuellen Last, können der spezifische Treibstoffverbrauch gesenkt, das Abgasverhalten positiv beeinflusst, der Motorwirkungsgrad, das Maximaldrehmoment und die Maximalleistung erhöht werden.
  • Die beschriebene Variabilität der Ventilsteuerzeiten wird durch eine relative Änderung der Phasenlage der Nockenwelle zur Kurbelwelle erreicht. Dabei steht die Nockenwelle meist über einen Ketten-, Riemen-, Zahnradtrieb oder gleichwirkende Antriebskonzepte in Antriebsverbindung mit der Kurbelwelle. Zwischen dem von der Kurbelwelle angetriebenen Ketten-, Riemen- oder Zahnradtrieb und der Nockenwelle ist eine Vorrichtung zur Änderung der Steuerzeiten einer Brennkraftmaschine, im folgenden auch Nockenwellenversteller genannt, angebracht, die das Drehmoment von der Kurbelwelle auf die Nockenwelle überträgt. Dabei ist diese Vorrichtung derart ausgebildet, dass während des Betriebs der Brennkraftmaschine die Phasenlage zwischen Kurbelwelle und Nockenwelle sicher gehalten und, wenn gewünscht, die Nockenwelle in einem gewissen Winkelbereich gegenüber der Kurbelwelle verdreht werden kann.
  • In Brennkraftmaschinen mit je einer Nockenwelle für die Einlass- und die Auslassventile können diese mit je einem Nockenwellenversteller ausgerüstet werden. Dadurch können die Öffnungs- und Schließzeitpunkte der Einlass- und Auslassventile zeitlich relativ zueinander verschoben und die Ventilüberschneidungen gezielt eingestellt werden.
  • Der Sitz moderner Nockenwellenversteller befindet sich meist am antriebsseitigen Ende der Nockenwelle. Der Nockenwellenversteller kann aber auch auf einer Zwischenwelle, einem nicht rotierenden Bauteil oder der Kurbelwelle angeordnet sein. Er besteht aus einem von der Kurbelwelle angetriebenen, eine feste Phasenbeziehung zu dieser haltenden Antriebsrad, einem in Antriebsverbindung mit der Nockenwelle stehenden Abtriebsteil und einem das Drehmoment vom Antriebsrad auf das Abtriebsteil übertragenden Verstellmechanismus. Das Antriebsrad kann im Fall eines nicht an der Kurbelwelle angeordneten Nockenwellenverstellers als Ketten-, Riemen- oder Zahnrad ausgeführt sein und wird mittels eines Ketten-, eines Riemen- oder eines Zahnradtriebs von der Kurbelwelle angetrieben. Der Verstellmechanismus kann elektrisch (mittels eines angetriebenen Dreiwellengetriebes), hydraulisch oder pneumatisch betrieben werden.
  • Zwei bevorzugte Ausführungsformen hydraulisch verstellbarer Nockenwellenverstellern stellen die so genannten Axialkolbenversteller und Rotationskolbenversteller dar.
  • Bei den Axialkolbenverstellern steht das Antriebsrad mit einem Kolben und dieser mit dem Abtriebsteil jeweils über Schrägverzahnungen in Verbindung. Der Kolben trennt einen durch das Abtriebsteil und das Antriebsrad gebildeten Hohlraum in zwei axial zueinander angeordnete Druckkammern. Wird nun die eine Druckkammer mit Druckmittel beaufschlagt, während die andere Druckkammer mit einem Tank verbunden wird, so verschiebt sich der Kolben in axialer Richtung. Die axiale Verschiebung des Kolbens wird durch die Schrägverzahnungen in eine relative Verdrehung des Antriebsrades zum Abtriebsteil und damit der Nockenwelle zur Kurbelwelle übersetzt.
  • Eine zweite Ausführungsform hydraulischer Nockenwellenversteller sind die so genannten Rotationskolbenversteller. In diesen ist das Antriebsrad drehfest mit einem Stator verbunden. Der Stator und ein Rotor sind konzentrisch zueinander angeordnet, wobei der Rotor kraft-, form- oder stoff schlüssig, beispielsweise mittels eines Presssitzes, einer Schraub- oder Schweißverbindung mit einer Nockenwelle, einer Verlängerung der Nockenwelle oder einer Zwischenwelle verbunden ist. Im Stator sind mehrere, in Umfangsrichtung beabstandete Hohlräume ausgebildet, die sich ausgehend vom Rotor radial nach außen erstrecken. Die Hohlräume sind in axialer Richtung durch Seitendeckel druckdicht begrenzt. In jeden dieser Hohlräume erstreckt sich ein mit dem Rotor verbundener Flügel, der jeden Hohlraum in zwei Druckkammern teilt. Durch gezieltes Verbinden der einzelnen Druckkammern mit einer Druckmittelpumpe bzw. mit einem Tank kann die Phase der Nockenwelle relativ zur Kurbelwelle eingestellt bzw. gehalten werden.
  • Zur Steuerung des Nockenwellenverstellers erfassen Sensoren die Kenndaten des Motors, wie beispielsweise den Lastzustand und die Drehzahl. Diese Daten werden einer elektronischen Kontrolleinheit zugeführt, die nach Vergleich der Daten mit einem Kenndatenfeld der Brennkraftmaschine den Zu- und den Abfluss von Druckmittel zu den verschiedenen Druckkammern steuert.
  • Um die Phasenlage der Nockenwelle gegenüber der Kurbelwelle zu verstellen wird in hydraulischen Nockenwellenverstellern eine der zwei gegeneinander wirkenden Druckkammern eines Hohlraums mit einer Druckmittelpumpe und die andere mit dem Tank verbunden. Der Zulauf von Druckmittel zur einen Kammer in Verbindung mit dem Ablauf von Druckmittel von der anderen Kammer verschiebt den die Druckkammern trennenden Kolben in axiale Richtung, wodurch in Axialkolbenverstellern über die Schrägverzahnungen die Nockenwelle relativ zur Kurbelwelle verdreht wird. In Rotationskolbenverstellern wird durch die Druckbeaufschlagung der einen Kammer und die Druckentlastung der anderen Kammer eine Verschiebung des Flügels und damit direkt eine Verdrehung der Nockenwelle zur Kurbelwelle bewirkt. Um die Phasenlage zu halten werden beide Druckkammern entweder mit der Druckmittelpumpe verbunden oder sowohl von der Druckmittelpumpe als auch vom Tank getrennt.
  • Die Steuerung der Druckmittelströme zu bzw. von den Druckkammern erfolgt mittels eines Steuerventils, meist ein 4/3-Proportionalventil. Ein Ventilgehäuse ist mit je einem Anschluss für die Druckkammern (Arbeitsanschluss), einem Anschluss zur Druckmittelpumpe und mindestens einem Anschluss zu einem Tank versehen. Innerhalb des im Wesentlichen hohlzylindrisch ausgeführten Ventilgehäuses ist ein axial verschiebbarer Steuerkolben angeordnet. Der Steuerkolben kann mittels eines elektromagnetischen Stellgliedes entgegen der Federkraft eines Federelements axial in jede Position zwischen zwei definierte Endstellungen gebracht werden. Der Steuerkolben ist weiterhin mit Ringnuten und Steuerkanten versehen, wodurch die einzelnen Druckkammern wahlweise mit der Druckmittelpumpe oder dem Tank verbunden werden können. Ebenso kann eine Stellung des Steuerkolbens vorgesehen sein, in der die Druckmittelkammern sowohl von der Druckmittelpumpe als auch vom Druckmitteltank getrennt sind.
  • Während der Startphase der Brennkraftmaschine benötigen Nockenwellenversteller einen gewissen Zeitraum, bis die Phasenlage sicher gehalten werden kann. Im Falle hydraulischer Nockenwellenversteller ist dies dadurch bedingt, dass während des Stillstands der Brennkraftmaschine Druckmittel aus den Druckkammern austritt und somit bei Start der Brennkraftmaschine die hydraulische Einspannung des Kolbens bzw. des Flügels nicht gewährleistet ist. Bis die von der Kurbelwelle angetriebene Ölpumpe der Brennkraftmaschine den Nockenwellenversteller ausreichend mit Druckmittel versorgt, ist die Phasenlage der Nockenwelle zur Kurbelwelle nicht festgelegt. Daraus resultieren schlechtere Start- und Laufeigenschaften der Brennkraftmaschine. Weiterhin werden der Kolben oder die Flügel innerhalb der Druckräume auf Grund der Reaktionsmomente der Nockenwelle ungebremst verstellt, wodurch diese gegen Begrenzungen in der Vorrichtung schlagen, wodurch Geräusche entstehen und Verschleiß hervorgerufen wird.
  • Dem wird dadurch entgegengewirkt, dass Drehwinkelbegrenzungsvorrichtungen vorgesehen sind, welche das Abtriebselement mechanisch mit dem Antriebselement koppeln und damit eine Verdrehung beider Bauteile zueinander verhindern. Derartige Drehwinkelbegrenzungsvorrichtungen werden durch einen Verriegelungskolben realisiert, welcher in einer an dem Abtriebselement oder dem Antriebselement ausgebildeten Aufnahme angeordnet ist. Weiterhin ist eine Feder vorgesehen, welche den Verriegelungskolben in Richtung des anderen Bauteils drängt. Weiterhin ist am anderen Bauteil eine Kulisse vorgesehen, in welche der Verrieglungskolben gedrängt wird, wenn die vorbestimmte Verrieglungsphase erreicht ist.
    Dabei kann es vorteilhaft sein, das Abtriebselement zum Antriebselement in einer der beiden extremalen Phasenlagen oder in einer dazwischen liegenden Phasenlage zu verriegeln. Je nach Anwendung sind eine oder mehrere Verriegelungsvorrichtungen vorgesehen, wobei die Kulissen im zweiten Fall als Sackloch oder als sich in Umfangsrichtung erstreckende Nut ausgebildet sein können.
  • In der DE 698 17 413 T2 ist eine derartige Vorrichtung dargestellt. Dabei handelt es sich um eine Vorrichtung in Rotationskolbenbauart. Ein in Antriebsverbindung mit der Nockenwelle stehendes Antriebselement ist drehbar auf einem drehfest mit einer Nockenwelle verbundenen Abtriebselement gelagert. Das Antriebselement ist mit zum Abtriebselement offenen Ausnehmungen ausgebildet. In axialer Richtung der Vorrichtung sind Seitendeckel vorgesehen, welche die Vorrichtung begrenzen. Die Ausnehmungen sind durch das Antriebselement, das Abtriebselement und die Seitendeckel druckdicht abgeschlossen und bilden somit Druckräume. In die Außenmantelfläche des Abtriebselements sind axiale Nuten eingebracht, in welchen Flügel angeordnet sind welche sich in die Ausnehmungen erstrecken. Die Flügel sind derart ausgebildet, dass sie die Druckräume in jeweils zwei gegeneinander wirkende Druckkammern teilen. Durch Zu- bzw. Ableiten von Druckmittel zu bzw. von den Druckkammern kann die Phasenlage der Nockenwelle relativ zur Kurbelwelle wahlweise gehalten oder verstellt werden.
  • In dem Antriebselement ist ein Verriegelungskolben angeordnet, welcher mittels eines Federmittels mit einer Kraft in Richtung Abtriebselement beaufschlagt wird. An einer äußeren Mantelfläche Abtriebselements, welche dem Verriegelungskolben zugewandt ist, ist ein Sackloch ausgebildet. Das Sackloch ist derart angeordnet und ausgebildet, dass in einer definierten Phasenlage des Abtriebselements zum Antriebselement der Verriegelungskolben in das Sackloch eingreift, wenn dieses nicht mit Druckmittel beaufschlagt wird. Der Rotor ist somit relativ zum Stator verriegelt wodurch eine Relativverdrehung verhindert wird. Über eine Steuerleitung wird Druckmittel zum Sackloch geführt, wodurch eine Stirnfläche des Verriegelungskolbens mit Druckmittel beaufschlagt wird. Dadurch wird der Kolben in die Aufnahme gedrückt und eine Verstellung des Rotors relativ zum Stator in eine Richtung ermöglicht. Die Steuerleitung ist separat zu einer Einrichtung zur Druckmittelversorgung ausgeführt, die die Druckkammern mit Druckmittel beaufschlagt. Des Weiteren ist ein Schaltventil vorgesehen, welches die Zu- bzw. Abfuhr von Druckmittel zur Steuerleitung steuert. Dieses Schaltventil wird über einen Mikroprozessor und einer elektromagnetischen Stelleinheit von einem Zustand, in der Druckmittel vom Sackloch abgeleitet wird, in einen Zustand verstellt in der das Sackloch mit Druckmittel beaufschlagt wird.
  • Nachteilig wirkt sich hier der hohe Aufwand aus, der dadurch erwächst, dass die separate Steuerleitung mittels einer elektromagnetischen Stelleinheit betätigt wird. Um die Verriegelung des Abtriebselement zum Antriebselement erst zu lösen, wenn die Vorrichtung ausreichend mit Druckmittel befüllt ist, muss dieser Zustand detektiert werden, oder eine gewisse Zeitspanne nach dem Start der Brennkraftmaschine abgewartet werden, bis das Schaltventil betätigt wird. Im ersten Fall müssen Sensoren vorgesehen sein, welche von der ECU der Brennkraftmaschine überwacht werden müssen, was zu erhöhten Kosten und einem erhöhten Regelaufwand führt. Im zweiten Fall kann die Verriegelung gelöst werden, bevor der gewünschte Befüllungszustand der Vorrichtung erreicht ist, wodurch oben erwähnte Nachteile auftreten.
    • Zusammenfassung der Erfindung
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde diese geschilderten Nachteile zu vermeiden und somit eine Vorrichtung zur variablen Einstellung der Steuerzeiten von Gaswechselventilen einer Brennkraftmaschine vorzuschlagen, in der die Verriegelung des Abtriebselement zum Antriebselement prozesssicher erst nach Erreichen eines Sollbefüllungszustandes der Vorrichtung erfolgt, wobei dieses ohne kostenintensive zusätzliche Bauteile, wie elektromagnetische Stelleinheiten, und mit dem geringst möglichen Regelaufwand erfolgen soll.
  • In einer ersten Ausführungsform einer Vorrichtung zur variablen Einstellung der Steuerzeiten von Gaswechselventilen einer Brennkraftmaschine mit einem eine Nockenwelle antreibenden Abtriebselement, einem von einer Kurbelwelle angetriebenen Antriebselement, einem hydraulischen Stellantrieb mit zumindest zwei gegeneinander wirkenden Druckkammern und einer Einrichtung zur Druckmittelversorgung zum Zu- und Ableiten von Druckmittel zu bzw. von den Druckkammern, wobei das Antriebselement drehbar zum Abtriebselement angeordnet ist und eine Phasenlage zwischen den beiden Bauteilen durch Zu- und Ableiten von Druckmittel zu bzw. von den Druckkammer wahlweise gehalten oder verstellt werden kann, mindestens einer Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung, die die Phasenlage des Abtriebselements zum Antriebselement in einem entriegelten Zustand nicht beschränkt und in einem verriegelten Zustand auf einen definierten Winkelbereich oder eine definierten Winkel beschränkt, wobei die Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung durch Zufuhr von Druckmittel von dem verriegelten in den entriegelten Zustand überführt wird, einer Steuerleitung zum Zu- und Abführen von Druckmittel zu oder von der oder den Drehwinkelbegrenzungsvorrichtungen, wobei die Steuerleitung nicht mit der Einrichtung zur Druckmittelversorgung kommuniziert und einem Schaltventil, das in einem betätigten Zustand die Druckmittelzufuhr zu und in einem unbetätigten Zustand die Druckmittelabfuhr von der Steuerleitung ermöglicht, wird die Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das Schaltventil einen hydraulischen Betätigungsmechanismus aufweist, der von der Einrichtung zur Druckmittelversorgung mit Druckmittel beaufschlagt wird.
    Durch diese Ausbildung der Vorrichtung wird ein kosten- und regelungsintensiver elektromagnetischer Betätigungsmechanismus vermieden. Auf defektanfällige Stromzuführungen zu dem Schaltventil kann ebenso verzichtet werden, wie auf zusätzlich notwendige Regelsoftware in der Motorsteuerung (ECU). Weiterhin erfolgt die Betätigung des Schaltventils prozesssicher mittels Druckmittel erst zu einem Zeitpunkt, da die Vorrichtung bereits ausreichend mit Druckmittel beaufschlagt ist. Des Weiteren wird keine elektrische Energie zum Betätigen und Halten der Schaltstellung des Schaltventils benötigt.
    Ein weiterer Vorteil ergibt sich daraus, dass die Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung automatisch in einen verriegelten Zustand überführt wird, wenn der von einer Druckmittelpumpe gelieferte Systemdruck unter einen Wert fällt, bei dem die Vorrichtung nicht mehr ausreichend mit Druckmittel beaufschlagt wird und deshalb die Phasenlage des Abtriebselement zum Antriebselement nicht mehr funktionssicher gehalten werden kann. Dies kann beispielsweise auftreten, wenn die Brennkraftmaschine im Leerlauf betrieben wird und somit die von der Kurbelwelle angetrieben Druckmittelpumpe keinen ausreichenden Druck aufbauen kann.
  • Dabei kann vorgesehen sein, dass die Einrichtung zur Druckmittelversorgung ein Steuerventil, eine erste und eine zweite Druckmittelleitung aufweist, wobei das Steuerventil mit einer Druckmittelpumpe, die Druckmittelleitungen mit dem Steuerventil und jeweils einer der Druckkammern und der hydraulische Betätigungsmechanismus mit einer der Druckmittelleitungen kommuniziert.
  • Durch diese Maßnahmen kann durch eine einfache Startstrategie die Befüllung beider Druckkammern vor Betätigung des Schaltventils gewährleistet werden. Zu diesem Zweck werden nach dem Start der Brennkraftmaschine zunächst diejenigen Druckkammern oder diejenige Druckkammer mit Druckmittel beaufschlagt, welche von der Druckmittelleitung versorgt wird, welche nicht mit dem Betätigungsmechanismus kommuniziert. In einem darauf folgenden Schritt wird die andere Druckmittelleitung, und damit die andere Gruppe von Druckkammern oder die andere Druckkammer, mit Druckmittel beaufschlagt. Dies führt zu einer Betätigung des Schaltventils und somit zu einer Entriegelung der Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung. Da zu diesem Zeitpunkt aber bereits alle Druckkammern der Vorrichtung mit Druckmittel versorgt sind befindet sich der Stellantrieb in einem eingespannten Zustand. Die von der Nockenwelle auf das Abtriebselement ausgeübten Reaktionsmomente können nicht zu einer unkontrollierten Schwenkbewegung führen. Dadurch wird der Verschleiß der Vorrichtung minimiert und eine sonst übliche Geräuschentwicklung vermieden.
  • In einer weiteren Ausführungsform einer Vorrichtung zur variablen Einstellung der Steuerzeiten von Gaswechselventilen einer Brennkraftmaschine mit einem eine Nockenwelle antreibenden Abtriebselement, einem von einer Kurbelwelle angetriebenen Antriebselement, wobei die die beiden Bauteile zueinander drehbar montiert sind und mindestens einen Druckraum definieren, wobei sich in jeden Druckraum ein an einem der Bauteile angeordneter Flügel erstreckt der den Druckraum in zwei gegeneinander wirkende Druckkammern teilt, zwei Druckmittelleitungen, wobei jede Druckmittelleitung mit einer Druckkammer oder einer Gruppe von Druckkammern kommuniziert und wobei eine Phasenlage des Abtriebselements zum Antriebselement durch Zu- und Ableiten von Druckmittel zu bzw. von den Druckkammern wahlweise gehalten oder verstellt werden kann, mindestens einer Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung, die die Phasenlage des Abtriebselements zum Antriebselement in einem entriegelten Zustand nicht beschränkt und in einem verriegelten Zustand auf einen definierten Winkelbereich oder einen definierten Winkel beschränkt, wobei die Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung durch Zufuhr von Druckmittel in den entriegelten Zustand überführt und gehalten wird, einer Steuerleitung und einem Schaltventil, wobei die Steuerleitung mit dem Schaltventil und der oder den Drehwinkelbegrenzungsvorrichtungen kommuniziert und wobei das Schaltventil in einem betätigten Zustand die Druckmittelzufuhr zu und in einem unbetätigten Zustand die Druckmittelabfuhr von der Steuerleitung ermöglicht, wird die Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das Schaltventil einen hydraulischen Betätigungsmechanismus aufweist und der Betätigungsmechanismus mit mindestens einer der Druckmittelleitungen kommuniziert.
    In dieser Ausführungsform werden die gleichen Vorteile erreicht, wie in der ersten Ausführungsform.
  • In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Schaltventil einen Arbeitsanschluss einen Zulaufanschluss und einen Ablaufanschluss aufweist, wobei der Arbeitsanschluss mit der Steuerleitung und dem hydraulischen Betätigungsmechanismus des Schaltventils, der Zulaufanschluss mit einer Druckmittelpumpe und der Ablaufanschluss mit einem Tank kommuniziert.
    Dadurch ist gewährleistet, dass die Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung auch dann in dem entriegelten Zustand gehalten wird, wenn die Druckkammern über die nicht mit dem Betätigungsmechanismus kommunizierende Druckmittelleitung mit Druckmittel beaufschlagt wird.
  • In einer Konkretisierung der Erfindung ist die Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung mit einer am Abtriebselement oder am Antriebselement ausgebildeten ersten Aufnahme und einer an dem anderen Bauteil ausgebildeten ersten Kulisse ausgebildet, wobei in der ersten Aufnahme ein erster Kolben und eine erste Feder aufgenommen ist, wobei die erste Feder den ersten Kolben in Richtung des Bauteils drängt an dem die erste Kulisse ausgebildet ist.
    Dabei ist die die erste Kulisse als Sackloch oder Stufenkulisse mit Sackloch ausgebildet, wobei die Öffnung des Sacklochs den Abmessungen des Verriegelungskolbens angepasst ist.
  • Weiterhin kann eine zweite Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung vorgesehen sein, die mit einer am Abtriebselement oder am Antriebselement ausgebildeten zweiten Aufnahme und einer an dem anderen Bauteil ausgebildeten zweiten Kulisse ausgebildet ist, wobei in der zweiten Aufnahme ein zweiter Kolben und eine zweite Feder aufgenommen ist, wobei die zweite Feder den zweiten Kolben in Richtung des Bauteils drängt an dem die zweite Kulisse ausgebildet ist. Dabei kann die erste Kulisse als eine sich in Umfangsrichtung erstreckende Nut und die zweite Kulisse als Sackloch ausgebildet sein, dessen Öffnung den Abmessungen des Verriegelungskolbens angepasst ist.
    Alternativ ist vorgesehen, dass die erste und die zweite Kulisse je als eine sich in Umfangsrichtung erstreckende Nut ausgebildet sind.
    Diese vorgeschlagenen Ausführungen der Drehwinkelbegrenzungsvorrichtungen sind bestimmten Verriegelungspositionen angepasst, wobei eine Verriegelung der Phasenlage des Abtriebselements zum Antriebselement in einer der Extremstellungen oder einer dazwischen liegenden Stellung realisiert werden kann.
    • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und aus den Zeichnungen, in der Ausführungsbeispiele der Erfindung vereinfacht dargestellt sind. Es zeigen:
    • Figur 1
    einen Längsschnitt durch eine hydraulische Stellvorrichtung,
    Figur 2
    einen Querschnitt durch eine hydraulische Stellvorrichtung nach Figur 1,
    Figur 2a
    einen Querschnitt durch eine zweite Ausführungsform einer hydraulische Stellvorrichtung,
    Figur 3
    eine Prinzipskizze des Druckmittelkreislaufs einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einer Stellvorrichtung nach Figur 2a.
    Figur 4
    eine Prinzipskizze des Druckmittelkreislaufs einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einer Stellvorrichtung nach Figur 2.
    Figur 5
    eine Prinzipskizze des Druckmittelkreislaufs einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einer Stellvorrichtung nach Figur 2 in einer weiteren Ausführungsform der Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung.
    Ausführliche Beschreibung der Zeichnung
  • Die Figuren 1 und 2 zeigen eine erste Ausführungsform einer Vorrichtung 1 zur variablen Einstellung der Steuerzeiten von Gaswechselventilen einer Brennkraftmaschine. Eine Stellvorrichtung 1a besteht im Wesentlichen aus einem Antriebselement 2 und einem konzentrisch dazu angeordneten Abtriebselement 3. Ein Antriebsrad 4 ist drehfest mit dem Antriebselement 2 verbunden und in der dargestellten Ausführungsform als Kettenrad ausgebildet. Ebenso denkbar sind Ausführungsformen des Antriebsrads 4 als Riemen- oder Zahnrad. Das Antriebselement 2 ist drehbar auf dem Abtriebselement 3 gelagert, wobei an der Innenmantelfläche des Antriebselements 2 in der dargestellten Ausführungsform fünf in Umfangsrichtung beabstandete Ausnehmungen 5 vorgesehen sind. Die Ausnehmungen 5 werden in radialer Richtung vom Antriebselement 2 und dem Abtriebselement 3, in Umfangsrichtung von zwei Seitenwänden 6 des Antriebselements 2 und in axialer Richtung durch einen ersten und einen zweiten Seitendeckel 7, 8 begrenzt. Jede der Ausnehmungen 5 ist auf diese Weise druckdicht verschlossen. Der erste und der zweite Seitendeckel 7, 8 sind mit dem Antriebselement 2 mittels Verbindungselementen 9, beispielsweise Schrauben, drehfest verbunden.
  • An der Außenmantelfläche des Abtriebselements 3 sind axial verlaufende Flügelnuten 10 ausgebildet, wobei in jeder Flügelnut 10 ein sich radial erstreckender Flügel 11 angeordnet ist. In jede Ausnehmung 5 erstreckt sich ein Flügel 11, wobei die Flügel 11 in radialer Richtung am Antriebselement 2 und in axialer Richtung an den Seitendeckeln 7, 8 anliegen. Jeder Flügel 11 unterteilt eine Ausnehmung 5 in zwei gegeneinander wirkende Druckkammern 12, 13. Um ein druckdichtes Anliegen der Flügel 11 am Antriebselement 2 zu gewährleisten, sind zwischen den Nutgründen 14 der Flügelnuten 10 und den Flügeln 11 Blattfederelemente 15 angebracht, die den Flügel 11 in radialer Richtung mit einer Kraft beaufschlagen.
  • Mittels ersten und zweiten Druckmittelleitungen 16, 17 können die ersten und zweiten Druckkammern 12, 13 über ein nicht dargestelltes Steuerventil mit einer ebenfalls nicht dargestellten Druckmittelpumpe oder einem ebenfalls nicht dargestellten Tank verbunden werden. Dadurch wird ein Stellantrieb 18 ausgebildet, der eine Relativverdrehung des Antriebselements 2 gegenüber dem Abtriebselement 3 ermöglicht. Dabei ist vorgesehen, dass entweder alle ersten Druckkammern 12 mit der Druckmittelpumpe und alle zweiten Druckkammern 13 mit dem Tank verbunden werden bzw. die genau entgegen gesetzte Konfiguration. Werden die ersten Druckkammern 12 mit der Druckmittelpumpe und die zweiten Druckkammern 13 mit dem Tank verbunden, so dehnen sich die ersten Druckkammern 12 auf Kosten der zweiten Druckkammern 13 aus. Daraus resultiert eine Verschiebung der Flügel 11 in Umfangsrichtung, in der durch den ersten Pfeil 21 dargestellten Richtung. Durch das Verschieben der Flügel 11 wird das Abtriebselement 3 relativ zum Antriebselement 2 verdreht. In einer weiteren Steuerstellung des Steuerventils werden beide Druckmittelleitungen 16, 17 vom Tank und von der Druckmittelpumpe getrennt. Dadurch wird die aktuelle Phasenlage gehalten. Alternativ kann eine definierte Zufuhr von Druckmittel zu beiden Druckkammern 12, 13 zugelassen werden, um auftretende Leckageverluste auszugleichen.
  • Das Antriebselement 2 wird in der dargestellten Ausführungsform mittels eines an seinem Antriebsrad 4 angreifenden, nicht dargestellten Kettentriebs von der Kurbelwelle angetrieben. Ebenso denkbar ist der Antrieb des Antriebselements 2 mittels eines Riemen- oder Zahnradtriebs. Das Abtriebselement 3 ist kraft-, form- oder stoffschlüssig, beispielsweise mittels Presssitz oder durch eine Schraubverbindung mittels einer Zentralschraube, mit einer nicht dargestellten Nockenwelle verbunden. Aus der Relativverdrehung des Abtriebselements 3 relativ zum Antriebselement 2, als Folge des Zu- bzw. Ableitens von Druckmittel zu bzw. aus den Druckkammern 12, 13, resultiert eine Phasenverschiebung zwischen Nockenwelle und Kurbelwelle. Durch gezieltes Ein- bzw. Ableiten von Druckmittel in die Druckkammern 12, 13 können somit die Steuerzeiten der Gaswechselventile der Brennkraftmaschine gezielt variiert werden.
  • Jede der Druckmittelleitungen 16, 17 kommuniziert über einen, in einer Zentralbohrung 22 des Abtriebselements 3 angeordneten, nicht dargestellten Druckmittelverteiler, mit jeweils einem Druckmittelkanal 16a, 17a, wobei jeder der Druckmittelkanäle 16a, 17a in eine der Druckkammern 12, 13 mündet. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, innerhalb der Zentralbohrung 22 ein Zentralventil anzuordnen, über welches die Druckmittelkanäle 16a, 17a und somit die Druckkammern 12, 13 gezielt mit einer Druckmittelpumpe bzw. einem Tank verbunden werden können.
  • Die im Wesentlichen radial verlaufenden Seitenwände 6 der Ausnehmungen 5 sind mit Ausformungen 23 versehen, die in Umfangsrichtung in die Ausnehmungen 5 hineinreichen. Die Ausformungen 23 dienen als Anschlag für die Flügel 11 und gewährleisten, dass die Druckkammern 12, 13 mit Druckmittel versorgt werden können, selbst wenn das Abtriebselement 3 eine seiner beiden Extremstellungen relativ zum Antriebselement 2 einnimmt, in denen die Flügel 11 an einer der Seitenwände 6 anliegen.
  • Bei ungenügender Druckmittelversorgung der Vorrichtung 1, beispielsweise während der Startphase der Brennkraftmaschine oder im Leerlauf, wird das Abtriebselement 3 aufgrund der Wechsel- und Schleppmomente, die die Nockenwelle auf dieses ausübt, unkontrolliert relativ zum Antriebselement 2 bewegt. In einer ersten Phase drängen die Schleppmomente der Nockenwelle das Abtriebselement 3 relativ zum Antriebselement 2 in eine Umfangsrichtung, die entgegengesetzt zur Drehrichtung des Antriebselements 2 liegt, bis diese an den Seitenwänden 6 anschlagen. Im Folgenden führen die Wechselmomente, die die Nockenwelle auf das Abtriebselement 3 ausübt zu einem Hin- und Herschwingen des Abtriebselements 3 und damit der Flügel 11 in den Ausnehmungen 5, bis zumindest eine der Druckkammern 12, 13 vollständig mit Druckmittel befüllt ist. Dies führt zu höherem Verschleiß und zu Geräuschentwicklungen in der Vorrichtung 1.
    Um dies zu verhindern sind in der Vorrichtung 1 zwei Drehwinkelbegrenzungsvorrichtungen 24 vorgesehen. Jede Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung 24 besteht aus einem topfförmigen Kolben 26, welcher in einer Aufnahme 25 des Abtriebselements 3 angeordnet ist. Der Kolben 26 wird durch eine Feder 27 in axialer Richtung mit einer Kraft beaufschlagt. Die Feder 27 stützt sich in axialer Richtung auf der einen Seite an einem Entlüftungselement 28 ab und ist mit ihrem davon abgewandten axialen Ende innerhalb des topfförmig ausgeführten Kolbens 26 angeordnet.
  • Im ersten Seitendeckel 7 ist pro Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung 24 eine Kulisse 29 derart ausgebildet, dass das Abtriebselement 3 relativ zum Antriebselement 2 in einer Position verriegelt werden kann, die einer optimalen Position für den Start und / oder den Leerlauf der Brennkraftmaschine entspricht. In dieser Stellung werden die Kolben 26 bei ungenügender Druckmittelversorgung der Vorrichtung 1 mittels der Federn 27 in die Kulissen 29 gedrängt. Weiterhin sind Mittel vorgesehen, um die Kolben 26 bei ausreichender Versorgung der Vorrichtung 1 mit Druckmittel in die Aufnahmen 25 zurückzudrängen und damit die Verriegelung aufzuheben. In der dargestellten Ausführungsform ist vorgesehen, die Kulissen 29 über nicht dargestellte Druckmittelkanäle und Aussparungen 30 mit Druckmittel zu beaufschlagen. Das in die Kulissen 29 geleitete Druckmittel drängt die Kolben 26 gegen die Kraft der Federn 27 in die Aufnahmen 25 zurück, wodurch der feste Phasenbezug zwischen Abtriebselement 3 und Antriebselement 2 aufgehoben wird. Das Druckmittel wird über eine Steuerleitung 19 und nicht dargestellte Druckmittelkanäle in die Kulissen 29 geleitet.
  • Figur 2a zeigt eine alternative Ausführungsform einer Vorrichtung 1. Diese ist im Wesentlichen identisch zu der in Figur 2 dargestellten Vorrichtung 1 weshalb gleiche Bauteile mir den gleichen Bezugszahlen versehen wurden.
    Im Unterschied zu der in Figur 2 dargestellten Ausführungsform ist diese mit nur einer Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung 24 versehen.
  • Die Figuren 3 bis 5 zeigen schematische Darstellungen einer Vorrichtung 1 mit unterschiedlich ausgeführten Drehwinkelbegrenzungsvorrichtungen 24. Jede der Vorrichtungen 1 besteht aus einem Antriebselement 2, an welchem ein Druckraum 31 ausgebildet ist. Weiterhin sind an dem Antriebselement 2 eine oder mehrere Kulissen 29 ausgebildet. In den Druckraum 31 erstreckt sich ein Flügel 11 des Abtriebselements 3. Weiterhin sind an dem Abtriebselement 3 Aufnahmen 25 ausgebildet, in denen jeweils ein Kolben 26 angeordnet ist, welcher mittels jeweils einer Feder 27 in Richtung des Antriebselements 2 gedrängt wird.
  • Durch Zuführen von Druckmittel zu den Druckkammern 12, 13 kann der Flügel 11, bei entriegelten Drehwinkelbegrenzungsvorrichtungen 24, innerhalb des Druckraums 31 wahlweise verschoben oder in einer bestimmten Stellung gehalten werden, wodurch die Phasenlage des Abtriebselements 3 zum Antriebselement 2 und damit die Phasenlage der Nockenwelle zur Kurbelwelle variiert oder gehalten werden kann.
  • Weiterhin ist eine Einrichtung zur Druckmittelversorgung 32 vorgesehen, über welche gezielt Druckmittel zu den Druckkammern 12, 13 zu- bzw. abgeleitet werden kann. Die Einrichtung zur Druckmittelversorgung 32 besteht aus einem Steuerventil 33, ersten und zweiten Druckmittelleitungen 16, 17 und Druckmittelkanälen 16a, 17a. Das Steuerventil 33 ist als 4/3-Wegeventil ausgeführt, welches über eine Betätigungsvorrichtung 34 in drei Steuerstellungen überführt werden kann. Das Steuerventil 33 ist mit zwei Arbeitsanschlüssen A, B, einem Zulaufanschluss P und einem Ablaufanschluss T ausgebildet. Der Zulaufanschluss P kommuniziert mit einer Druckmittelpumpe 35, der Ablaufanschluss T mit einem Tank 36, der Arbeitsanschluss A über die erste Druckmittelleitung 16 und den ersten Druckmittelkanal 16a mit der ersten Druckkammer 12 und der zweite Arbeitsanschluss B über die zweite Druckmittelleitung 17 und den zweiten Druckmittelkanal 17a mit der zweiten Druckkammer 13.
  • In Figur 3 ist eine erste Ausführungsform einer Vorrichtung 1 dargestellt, in der nur eine Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung 24 vorgesehen ist. Mit dieser Art von Vorrichtung 1 kann die Phasenlage zwischen dem Abtriebselement 3 und dem Antriebselement 2 in einer der Extremalstellungen oder einer mittleren Stellung fixiert werden. Dabei ist die Kulisse 29 als Sackloch 20 ausgeführt, wobei der Öffnungsquerschnitt des Sacklochs 20 dem Querschnitt des Kolbens 26 angepasst ist. Greift der Kolben 26, wie in Figur 3 dargestellt, in die Kulisse 29 ein, so ist das Abtriebselement 3 mechanisch mit dem Antriebselement 2 verbunden und somit deren relative Phasenlage auf einen definierten Wert fixiert. Dies entspricht einem verriegelten Zustand der Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung 24.
  • Um eine Änderung der Phasenlage zwischen dem Abtriebselement 3 und dem Antriebselement 2 zuzulassen muss die Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung 24 in einen entriegelten Zustand überführt werden, in dem der Kolben 26 soweit in die Aufnahme 25 gegen die Kraft der Feder 27 zurückgedrängt ist, dass er nicht mehr in die Kulisse 29 eingreift. Zu diesem Zweck ist die Steuerleitung 19 vorgesehen, über die der Kulisse 29 Druckmittel zugeführt werden kann.
  • Um eine gezielte Ent- oder Verriegelung der Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung 24 zu erreichen, ist ein Schaltventil 38 vorgesehen, welches zwischen der Druckmittelpumpe 35 und der Steuerleitung 19 angeordnet ist. Das Schaltventil 38 steuert den Druckmittelfluss von der Druckmittelpumpe 35 zu der Steuerleitung 19 bzw. von der Steuerleitung 19 zum Tank 36.
  • Das Schaltventil 38 ist in der dargestellten Ausführungsform als 3/2-Wegeventil ausgebildet. Dabei sind an dem Schaltventil 38 ein Arbeitsanschluss A1, ein Zulaufanschluss P1 und ein Ablaufanschluss T1 ausgebildet. Der Arbeitsanschluss A1 kommuniziert mit der Steuerleitung 19, der Ablaufanschluss T1 mit dem Tank 36 und der Zulaufanschluss P1 mit der Druckmittelpumpe 35.
  • In einer ersten Steuerstellung des Schaltventils 38, die in Figur 3 eingenommen wird, ist der Arbeitsanschluss A1 mit dem Ablaufanschluss T1 verbunden. In dieser Stellung wird die Kulisse 29 druckfrei gehalten, wodurch der Kolben 26 in der Kulisse 29 gehalten wird. Die Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung 24 befindet sich in einem verriegelten Zustand.
    In einer zweiten Steuerstellung des Schaltventils 38 ist der Arbeitsanschluss A1 mit dem Zulaufanschluss P1 verbunden, wodurch der Kulisse 29 Druckmittel zugeleitet und somit der Kolben 26 aus der Kulisse 29 gedrängt wird. In diesem Fall wechselt die Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung 24 von dem verriegelten in den entriegelten Zustand, und die Phasenlage der Vorrichtung 1 kann verändert werden.
  • In der dargestellten Ausführungsform ist zwischen der Druckmittelpumpe 35 und dem Steuerventil 33 ein Rückschlagventil 37 angeordnet, welches verhindert, dass sich Druckspitzen, welche innerhalb der Vorrichtung 1 durch die Reaktionsmomente der Nockenwelle entstehen, bis zur Druckmittelpumpe 35 ausbreiten. Der Zulaufanschluss P1 des Schaltventils 38 wird über eine Druckmittelleitung von der Druckmittelpumpe 35 gespeist, wobei diese Verzweigung stromaufwärts relativ zum Rückschlagventil 37 liegt. Das Entriegeln der Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung 24 erfolgt also mittels Systemdruck. D.h. das hydraulische System zum Entriegeln der Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung 24 kommuniziert nicht mit der Einrichtung zur Druckmittelversorgung 32 der Vorrichtung 1. Dies hat den Vorteil, dass die Druckspitzen nicht in das System zum Entriegeln der Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung 24 eingespeist werden. Dadurch wird verhindert, dass es auf Grund der Druckspitzen zu ungewollten Entriegelungsvorgängen der Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung 24 kommt.
    Neben den Druckspitzen ruft das Reaktionsmoment der Nockenwelle Druckschwankungen in dem hydraulischen System der Vorrichtung 1 hervor. Durch die Abkopplung der Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung 24 von diesen Druckschwankungen, wird ungewolltes Ent- und Verriegeln der Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung 24 vermieden.
  • Das Schaltventil 38 ist mit einem hydraulischen Betätigungsmechanismus 39 versehen, über den das Schaltventil 38 zwischen den beiden Steuerstellungen verstellt werden kann. Der Betätigungsmechanismus 39 kommuniziert mit einer der Druckmittelleitungen 16, 17 derart, dass das Schaltventil 38 in die zweite Steuerstellung überführt wird, wenn in dieser Druckmittelleitung 16, 17 der Druck einen bestimmten Wert übersteigt.
    In der dargestellten Ausführungsform kommuniziert der Betätigungsmechanismus 39 mit der ersten Druckmittelleitung 16, welche wiederum mit dem Arbeitsanschluss A des Steuerventils 33 kommuniziert. Nach dem Starten der Brennkraftmaschine befindet sich das Steuerventil 33 in der dargestellten Position. Die Druckmittelpumpe 35 ist über die zweite Druckmittelleitung 17 mit der zweiten Druckkammer 13 verbunden. Dies hat zur Folge, dass die zweite Druckkammer 13 mit Druckmittel befüllt wird. Nach einer gewissen Zeit schaltet das Steuerventil 33 in die dritte Steuerstellung, wodurch Druckmittel über die erste Druckmittelleitung 16 der ersten Druckkammer 12 zugeführt wird. Gleichzeitig wird der hydraulische Betätigungsmechanismus 39 mit Druckmittel beaufschlagt, wodurch das Schaltventil 38 in die zweite Steuerstellung überführt wird. Dadurch gelangt Druckmittel von der Druckmittelpumpe 35 zur Kulisse 29, was zur Folge hat, dass die Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung 24 in den entriegelten Zustand überführt wird. Da nun aber bereits beide Druckkammern 12, 13 mit Druckmittel befüllt sind, befindet sich die Vorrichtung 1 in einem definierten Zustand und ein unkontrolliertes Schwingen des Abtriebselements 3 zum Antriebselement 2 wird verhindert.
  • Durch dieses Verfahren während des Starts der Brennkraftmaschine ist gewährleistet, dass die Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung 24 erst zu einem Zeitpunkt in den entriegelten Zustand überführt wird, zu dem bereits beide Druckkammern 12, 13 mit Druckmittel befüllt sind. Der Flügel 11 des Abtriebselements 3 ist also hydraulisch relativ zum Antriebselement 2 eingespannt, wodurch sich dieser in einer definierten Phasenlage befindet, ein Anschlagen der Flügel 11 an den Seitenwänden 6 ausgeschlossen ist und damit keine Geräuschentwicklung stattfindet und kein erhöhter Verschleiß zu befürchten ist.
  • Weiterhin ist der Arbeitsanschluss A1 des Schaltventils 38 ebenfalls mit dem Betätigungsmechanismus 39 verbunden. Wird der Betätigungsmechanismus 39 über die erste Druckmittelleitung 16 erstmalig aktiviert, so wird sowohl der Kulisse 29 als auch dem Betätigungsmechanismus 39 über das Schaltventil 38 Druckmittel zugeführt. Dadurch ist gewährleistet, dass das Schaltventil 38 bis zum Zusammenbrechen des von der Druckmittelpumpe 35 aufgebauten Drucks oder bis zum Absinken des Systemdrucks unter einen gewissen Wert in der zweiten Steuerstellung gehalten wird. Es handelt sich hierbei also um einen Selbsthaltemechanismus des Schaltventils 38. Wird nun über das Steuerventil 33 die zweite Druckmittelleitung 17 mit der Druckmittelpumpe 35 und somit die erste Druckmittelleitung 16 mit dem Tank 36 verbunden, so wird das Schaltventil 38 durch diesen Selbsthaltemechanismus in der zweiten Steuerstellung gehalten und damit weiterhin die Kulisse 29 mit Druckmittel beaufschlagt. Dies verhindert funktionssicher ein ungewolltes Einregeln der Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung 24.
  • Im Vergleich zu der im Stand der Technik offenbarten Ausführungsform mit einem elektromagnetischen Betätigungsmechanismus ist hier keine Art von Steuerung des Schaltventils 38 notwendig. In dem Moment, in dem der von der Druckmittelpumpe 35 gelieferte Systemdruck einen vorbestimmten Wert überschreitet, wird die Kulisse 29 mit Druckmittel beaufschlagt, bis der Systemdruck den vorgegebenen Wert wieder unterschreitet. Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass der hydraulische Betätigungsmechanismus 39 im Vergleich zu dem elektromagnetischen kostengünstig hergestellt werden kann, weniger anfällig gegenüber Defekten ist und nicht von einer ECU gesteuert werden muss. Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass das Schaltventil 38 automatisch in die erste Steuerstellung überführt wird, wenn der Systemdruck unterhalb eines bestimmten Wertes fällt, in der die Vorrichtung 1 nicht mehr funktionssicher betrieben werden kann. Dies kann beispielsweise auftreten, wenn die Brennkraftmaschine im Leerlauf betrieben wird. In diesem Fall wird die Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung 24 in den verriegelten Zustand überführt. Dadurch wird eine ungewollte Geräuschentwicklung vermieden und Verschleiß vorgebeugt. Weiterhin wird das Abtriebselement 3 relativ zum Antriebselement 2 in einer für diesen Betriebszustand optimaler Phasenlage gehalten.
    Steigt der Systemdruck wieder über den vorgegebenen Wert, so wird die Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung 24 wiederum automatisch entriegelt und die Phasenlage zwischen Abtriebselement 3 und Antriebselement 2 kann entsprechend einem hinterlegten Kennfeld variabel eingestellt werden.
  • Die Figuren 4 und 5 zeigen zwei weitere Vorrichtungen 1, die sich von der in Figur 3 gezeigten Vorrichtung 1 dadurch unterscheiden, dass zwei Drehwinkelbegrenzungsvorrichtungen 24 vorgesehen sind. Diese Ausführungsformen eignen sich besonders für Verriegelung des Abtriebselements 3 zum Antriebselement 2 in einer Phasenlage zwischen den beiden möglichen Extremalstellungen.
  • In Figur 4 sind beide Kulissen 29 der Drehwinkelbegrenzungsvorrichtungen 24 als Nuten ausgeführt. Dabei sind die Nuten derart ausgebildet und angeordnet, dass eine Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung 24 die Phasenlage zwischen einer maximalen Spätverstellung des Abtriebselements 3 zum Antriebselement 2 und einer Mittenposition beschränkt, während die zweite Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung 24 die Phasenlage des Abtriebselements 3 zum Antriebselement 2 zwischen der Mittenposition und einer maximalen Frühverstellung beschränkt. Sind beide Drehwinkelbegrenzungsvorrichtungen 24 im verriegelten Zustand, so wird das Abtriebselement 3 relativ zum Antriebselement 2 in der Mittenposition gehalten.
  • In Figur 5 ist eine der Kulissen 29 als Sackloch 20 und die zweite Kulisse 29 als Nut ausgeführt. Dabei begrenzt die Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung 24 mit der als Nut ausgeführten Kulisse 29 die Phasenlage des Abtriebselements 3 zum Antriebselement 2 auf einen Winkelbereich, der sich zwischen einer Mittenposition und entweder einer maximalen Frühstellung oder einer maximalen Spätstellung erstreckt. Das Sackloch 20 ist derart angeordnet, dass diese Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung 24 nur in der Mittenposition in den verriegelten Zustand überführt werden kann.
  • Neben den offenbarten Ausführungsformen sind natürlich viele Abwandlungen der Erfindung denkbar. Beispielsweise können die Kolben 26 in dem Antriebselement 2 und die Kulissen 29 in dem Abtriebselement 3 angeordnet sein. Weiterhin ist statt einer axialen Verriegelungsrichtung eine radiale Verriegelungsrichtung denkbar. Ebenso denkbar ist, dass die in Figur 3 dargestellte Ausführungsform mit einer Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung 24 sich in einem verriegelten Zustand befindet, wenn der Flügel 11 an einer der Seitenwände 6 anliegt oder wenn er eine definierte Position zwischen den Seitenwänden 6 einnimmt. Weiterhin sind verschiedene Ausführungsformen des Steuerventils 33 (beispielsweise als 4/4- oder 4/5-Wegeventil) denkbar. Ebenso sind mehrere Ausführungsformen der Kolben 26, beispielsweise als Stifte, Platten und dergleichen, denkbar.
    • Bezugszeichen
    • 1
    Vorrichtung
    1a
    Stellvorrichtung
    2
    Antriebselement
    3
    Abtriebselement
    4
    Antriebsrad
    5
    Ausnehmungen
    6
    Seitenwand
    7
    erster Seitendeckel
    8
    zweiter Seitendeckel
    9
    Verbindungselement
    10
    Flügelnut
    11
    Flügel
    12
    erste Druckkammer
    13
    zweite Druckkammer
    14
    Nutgrund
    15
    Blattfederelement
    16
    erste Druckmittelleitung
    16a
    erster Druckmittelkanal
    17
    zweite Druckmittelleitung
    17a
    zweiter Druckmittelkanal
    18
    Stellantrieb
    19
    Steuerleitung
    20
    Sackloch
    21
    erster Pfeil
    22
    Zentralbohrung
    23
    Ausformungen
    24
    Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung
    25
    Aufnahme
    26
    Kolben
    27
    Feder
    28
    Entlüftungselement
    29
    Kulisse
    30
    Aussparung
    31
    Druckraum
    32
    Einrichtung zur Druckmittelversorgung
    33
    Steuerventil
    34
    Betätigungsvorrichtung
    35
    Druckmittelpumpe
    36
    Tank
    37
    Rückschlagventil
    38
    Schaltventil
    39
    Betätigungsmechanismus
    P, P1
    Zulaufanschluss
    T, T1
    Ablaufanschluss
    A, A1
    erster Arbeitsanschluss
    B
    zweiter Arbeitsanschluss

Claims (9)

  1. Vorrichtung (1) zum variablen Einstellung der Steuerzeiten von Gaswechselventilen einer Brennkraftmaschine mit
    - einem eine Nockenwelle antreibenden Abtriebselement (3),
    - einem von einer Kurbelwelle angetriebenen Antriebselement (2),
    - einem hydraulischen Stellantrieb (18) mit zumindest zwei gegeneinander wirkenden Druckkammern (12, 13) und
    - einer Einrichtung zur Druckmittelversorgung (32) zum Zu- und Ableiten von Druckmittel zu bzw. von den Druckkammern (12, 13),
    - wobei das Antriebselement (2) drehbar zum Abtriebselement (3) angeordnet ist und eine Phasenlage zwischen den beiden Bauteilen durch Zu- und Ableiten von Druckmittel zu bzw. von den Druckkammern (12, 13) wahlweise gehalten oder verstellt werden kann,
    - mindestens einer Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung (24), die die Phasenlage des Abtriebselements (3) zum Antriebselement (2) in einem entriegelten Zustand nicht beschränkt und in einem verriegelten Zustand auf einen definierten Winkelbereich oder einen definierten Winkel beschränkt,
    - wobei die Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung (24) durch Zufuhr von Druckmittel von dem verriegelten in den entriegelten Zustand überführt wird,
    - einer Steuerleitung (19) zum Zu- und Abführen von Druckmittel zu oder von der oder den Drehwinkelbegrenzungsvorrichtungen (24), wobei die Steuerleitung (19) nicht mit der Einrichtung zur Druckmittelversorgung (32) kommuniziert und
    - einem Schaltventil (38), das in einem betätigten Zustand die Druckmittelzufuhr zu und in einem unbetätigten Zustand die Druckmittelabfuhr von der Steuerleitung (19) ermöglicht, dadurch gekennzeichnet, dass
    - das Schaltventil (38) einen hydraulischen Betätigungsmechanismus (39) aufweist,
    - der von der Einrichtung zur Druckmittelversorgung (32) mit Druckmittel beaufschlagt wird.
  2. Vorrichtung (1) (1) zur variablen Einstellung der Steuerzeiten von Gaswechselventilen einer Brennkraftmaschine mit
    - einem eine Nockenwelle antreibenden Abtriebselement (3),
    - einem von einer Kurbelwelle angetriebenen Antriebselement (2),
    - wobei die die beiden Bauteile zueinander drehbar montiert sind und
    - mindestens einen Druckraum (31) definieren, wobei sich in jeden Druckraum ein an einem der Bauteile angeordneter Flügel (11) erstreckt der den Druckraum (31) in zwei gegeneinander wirkende Druckkammern (12, 13) teilt,
    - zwei Druckmittelleitungen (16, 17), wobei jede Druckmittelleitung (16, 17) mit einer Druckkammer (12, 13) oder Gruppe von Druckkammern (12, 13) kommuniziert und wobei eine Phasenlage des Abtriebselements (3) zum Antriebselement (2) durch Zu- und Ableiten von Druckmittel zu bzw. von den Druckkammern (12, 13) wahlweise gehalten oder verstellt werden kann,
    - mindestens einer Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung (24), die die Phasenlage des Abtriebselements (3) zum Antriebselement (2) in einem entriegelten Zustand nicht beschränkt und in einem verriegelten Zustand auf einen definierten Winkelbereich oder einen definierten Winkel beschränkt, wobei die Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung (24) durch Zufuhr von Druckmittel in den entriegelten Zustand überführt und gehalten wird,
    - einer Steuerleitung (19) und einem Schaltventil (38),
    - wobei die Steuerleitung (19) mit dem Schaltventil (38) und der oder den Drehwinkelbegrenzungsvorrichtungen (24) kommuniziert und
    - wobei das Schaltventil (38) in einem betätigten Zustand die Druckmittelzufuhr zu und in einem unbetätigten Zustand die Druckmittelabfuhr von der Steuerleitung (19) ermöglicht, dadurch gekennzeichnet, dass
    - das Schaltventil (38) einen hydraulischen Betätigungsmechanismus (39) aufweist und
    - der Betätigungsmechanismus (39) mit mindestens einer der Druckmittelleitungen (16, 17) kommuniziert.
  3. Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zur Druckmittelversorgung (32) ein Steuerventil (33), eine erste und eine zweite Druckmittelleitung (16, 17) aufweist, wobei das Steuerventil (33) mit einer Druckmittelpumpe (35), die Druckmittelleitungen (16, 17) mit dem Steuerventil (33) und jeweils einer der Druckkammern (12, 13) und der hydraulische Betätigungsmechanismus (38) mit einer der Druckmittelleitungen (16, 17) kommuniziert.
  4. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltventil (38) einen Arbeitsanschluss (A1) einen Zulaufanschluss (P1) und einen Ablaufanschluss (T1) aufweist, wobei der Arbeitsanschluss (A1) mit der Steuerleitung (19) und dem hydraulischen Betätigungsmechanismus (38) des Schaltventils (38), der Zulaufanschluss (P1) mit einer Druckmittelpumpe (35) und der Ablaufanschluss (T1) mit einem Tank (36) kommuniziert.
  5. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung (24) mit einer am Abtriebselement (3) oder am Antriebselement (2) ausgebildeten ersten Aufnahme (25) und einer an dem anderen Bauteil ausgebildeten ersten Kulisse (29) ausgebildet ist, wobei in der ersten Aufnahme (25) ein erster Kolben (26) und eine erste Feder (27) aufgenommen ist, wobei die erste Feder (27) den ersten Kolben (26) in Richtung des Bauteils drängt an dem die erste Kulisse (30) ausgebildet ist.
  6. Vorrichtung (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine zweite Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung (24) vorgesehen ist, die mit einer am Abtriebselement (3) oder am Antriebselement (2) ausgebildeten zweiten Aufnahme (25) und einer an dem anderen Bauteil ausgebildeten zweiten Kulisse (30) ausgebildet ist, wobei in der zweiten Aufnahme (25) ein zweiter Kolben (26) und eine zweite Feder (27) aufgenommen ist, wobei die zweite Feder (27) den zweiten Kolben (26) in Richtung des Bauteils drängt an dem die zweite Kulisse (30) ausgebildet ist.
  7. Vorrichtung (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Kulisse (30) als Sackloch (20) ausgebildet ist, dessen Öffnung den Abmessungen des Kolbens (26) angepasst ist.
  8. Vorrichtung (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Kulisse (30) als eine sich in Umfangsrichtung erstreckende Nut und die zweite Kulisse (30) als Sackloch (20) ausgebildet ist, dessen Öffnung den Abmessungen des Kolbens (26) angepasst ist.
  9. Vorrichtung (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und die zweite Kulisse (30) je als eine sich in Umfangsrichtung erstreckende Nut ausgebildet sind.
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