EP2041402A1 - Vorrichtung zur variablen einstellung der steuerzeiten von gaswechselventilen einer brennkraftmaschine - Google Patents

Vorrichtung zur variablen einstellung der steuerzeiten von gaswechselventilen einer brennkraftmaschine

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EP2041402A1
EP2041402A1 EP07765536A EP07765536A EP2041402A1 EP 2041402 A1 EP2041402 A1 EP 2041402A1 EP 07765536 A EP07765536 A EP 07765536A EP 07765536 A EP07765536 A EP 07765536A EP 2041402 A1 EP2041402 A1 EP 2041402A1
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EP
European Patent Office
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pressure
pressure medium
rotor
angle limiting
control
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EP07765536A
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English (en)
French (fr)
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EP2041402B1 (de
Inventor
Andreas Strauss
Michael Busse
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Schaeffler Technologies AG and Co KG
Original Assignee
Schaeffler KG
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Publication date
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Application granted granted Critical
Publication of EP2041402B1 publication Critical patent/EP2041402B1/de
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L1/00—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear
    • F01L1/34—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear characterised by the provision of means for changing the timing of the valves without changing the duration of opening and without affecting the magnitude of the valve lift
    • F01L1/344—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear characterised by the provision of means for changing the timing of the valves without changing the duration of opening and without affecting the magnitude of the valve lift changing the angular relationship between crankshaft and camshaft, e.g. using helicoidal gear
    • F01L1/3442—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear characterised by the provision of means for changing the timing of the valves without changing the duration of opening and without affecting the magnitude of the valve lift changing the angular relationship between crankshaft and camshaft, e.g. using helicoidal gear using hydraulic chambers with variable volume to transmit the rotating force
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
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    • F01L1/3442—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear characterised by the provision of means for changing the timing of the valves without changing the duration of opening and without affecting the magnitude of the valve lift changing the angular relationship between crankshaft and camshaft, e.g. using helicoidal gear using hydraulic chambers with variable volume to transmit the rotating force
    • F01L2001/34423—Details relating to the hydraulic feeding circuit
    • F01L2001/34426—Oil control valves

Definitions

  • the invention relates to a device for variably setting the timing of gas exchange valves of an internal combustion engine having an outer rotor and a rotatable inner rotor relative thereto, wherein one of the components in drive connection with the crankshaft and the other component is in driving connection with a camshaft, wherein at least one pressure chamber provided and each pressure chamber is divided into two oppositely acting pressure chambers, wherein one of the pressure chambers of each pressure chamber acts as Voreil- and the other pressure chamber as a retardation chamber, wherein by pressure medium supply to the Voreilhuntn, at the same pressure medium outflow of the retard chambers, the rotor cooperating with the camshaft relative is rotated to the cooperating with the crankshaft rotor in the direction of a maximum early position, wherein by pressure medium supply to the lag chambers, with simultaneous pressure medium discharge from the advance chambers, with the camshaft cooperating rotor relative to the cooperating with the crankshaft rotor is rotated in the direction of a maximum late position, wherein at
  • the device In modern internal combustion engines devices for variable adjustment of the timing of gas exchange valves are used to make the phase relation between the crankshaft and camshaft in a defined angular range, between a maximum early and a maximum late position variable.
  • the device is integrated in a drive train, via which torque is transmitted from the crankshaft to the camshaft.
  • This drive train can be realized for example as a belt, chain or gear drive.
  • the device comprises at least two rotors rotatable relative to one another, one rotor being in driving connection with the crankshaft and the other rotor being connected in a rotationally fixed manner to the camshaft.
  • the device comprises at least one pressure chamber, which is subdivided by means of a movable element into two counteracting pressure chambers.
  • the movable element is in operative connection with at least one of the rotors.
  • the pressure medium inflow to, or the pressure drain from the pressure chambers is controlled by means of a control unit, usually a hydraulic directional control valve (control valve).
  • the control unit is controlled by means of a regulator which, with the aid of sensors, determines the actual and desired position of the camshaft in the internal combustion engine and compares them with one another. If a difference is detected between the two positions, a signal is sent to the control unit which adapts the pressure medium flows to the pressure chambers to this signal.
  • the pressure in the pressure medium circuit of the internal combustion engine must exceed a certain value.
  • the pressure medium is usually provided by the oil pump of the internal combustion engine and the pressure provided thus increases synchronously with the speed of the internal combustion engine, below a certain speed of the oil pressure is still too low to change the phase position of the rotors targeted or keep. This may for example be the case during the starting phase of the internal combustion engine or during idling phases. During these phases, the device would make uncontrolled oscillations, resulting in increased noise emissions, increased wear, choppy running, and increased raw engine emissions.
  • mechanical locking devices can be provided which, during the critical operating phases of the internal combustion engine, couple the two rotors in a torque-proof manner with one another, wherein this coupling can be canceled by pressurizing the locking device. It has been found to be advantageous for the locking position to select a phase angle of the camshaft relative to the crankshaft, which is between the maximum early position and the maximum late position.
  • Such a device is known for example from US 2003/0121486 A1.
  • the device is designed in a rotary piston type, wherein an outer rotor is rotatably mounted on an inner rotor designed as an impeller.
  • two Drehwinkelbegrenzungsvor- directions provided, wherein a first rotation angle limiting device in the locked state allows an adjustment of the inner rotor to the outer rotor in an interval between a maximum late position and a defined center position (locking position).
  • the second rotational angle limiting device permits a rotation of the inner rotor to the outer rotor in an interval between the center position and the maximum early position.
  • Each of the rotational angle limiting devices consists of a spring-loaded locking pin, which is arranged in a receptacle of the outer rotor. Each locking pin is acted upon by a spring in the direction of the inner rotor with a force. On the inner rotor, a locking groove is formed, which faces the locking pins in certain operating positions of the devices. In these operating positions, the pins can engage in the locking groove. In this case, the respective rotation angle limiting device changes from the unlocked state.
  • Each of the rotation angle limiting devices can be transferred from the locked to the unlocked state by pressurizing the locking groove.
  • the pressure medium urges the locking pins back into their receptacle, whereby the mechanical coupling of the inner rotor to the outer rotor is canceled.
  • pressure medium is provided to one of the chambers and thus to ensure a sufficient supply of lubricant.
  • the inner rotor is hydraulically biased against the outer rotor. This can lead to jamming one of the locking pins on the edges of the locking groove, whereby a hydraulic unlocking difficult or possibly even prevented.
  • the invention has for its object to provide a device for variable adjustment of the timing of gas exchange valves of an internal combustion engine, wherein the inner rotor can be mechanically locked relative to the outer rotor in a central phase between the maximum early and the maximum late position.
  • the object is achieved in that the Verrieglungszu- state of the first rotation angle limiting device is controlled solely by the pressure prevailing in at least one of the pressure chambers and that the locking state of the second rotation angle limiting device is controlled by a separate control line, wherein the control line neither with the pressure medium channels the pressure chambers communicates.
  • the first rotational angle limiting device communicates via a connecting line with at least one of the pressure chambers or with one of the pressure medium channels.
  • the inner rotor is advantageously fixed in a locking position relative to the outer rotor.
  • the second rotational angle limiting device can restrict a phase angle of the rotor cooperating with the camshaft relative to the rotor interacting with the crankshaft to an angular range between the maximum early position and the droop position.
  • the first rotation angle limiting device in the locked state prevents the rotation of the cooperating with the Nockenwel- Ie rotor relative to the cooperating with the crankshaft rotor when taking the locking position in the direction of the maximum early position.
  • the first rotational angle limiting device in the locked state limits the phase position of the rotor cooperating with the camshaft relative to the rotor interacting with the crankshaft to an angular range between the maximum retarded position and the locked position.
  • a control valve is provided which controls the pressure medium supply to and the pressure medium discharge from the pressure medium channels and the control line.
  • control valve has two working ports, wherein the first working port communicates with the first pressure chambers and the second working port communicates with the second pressure chambers, and wherein the control line communicates on the valve side exclusively with a control port formed separately from the working ports.
  • a locking device is provided by means of which the outer rotor with the inner rotor in a locking position between a maximum early and a maximum late position is mechanically coupled.
  • two rotational angle limiting devices can be provided, wherein one of the rotational angle limiting devices in the locked state limits the relative phase position of the inner rotor to the outer rotor to a region between the maximum early and the locking position.
  • the other rotational angle limiting device allows a phase position between the locking and the maximum retarded position in the locked state.
  • this may be embodied as a locking element, wherein a locking pin of the locking element engages in the locking position in a recess adapted to the locking pin or a blind hole. This ensures that the inner rotor can be mechanically fixed relative to the outer rotor in a middle phase position.
  • Each of the rotation angle limiting devices can be transferred by pressure medium from the locked to the unlocked state.
  • the control line is separate from the Pressure medium lines and the pressure medium channels executed, which supply the pressure chambers with pressure medium.
  • one of the rotation angle limiting devices is supplied with pressure medium via at least one of the pressure chambers, the number of control positions which have to be provided on the control valve can be reduced to a minimum.
  • the number of switching points to be determined decreases, whereby the control effort during operation of the internal combustion engine drops significantly.
  • the ranges of the individual control positions of the control valve designed as a proportional valve can be increased, which in turn reduces the control effort and increases the reliability.
  • the device during the shutdown in a defined interval, which includes the Verrieglungsposition turn off.
  • the inner rotor automatically enters the locking position, wherein the mechanical connection between the rotors is produced by means of the rotation angle limiting devices.
  • both rotational angle limiting devices can be connected to the tank during the starting phase, wherein a pressure medium channel communicates neither with the tank nor with the pump.
  • an automatic unlocking of the device can be prevented.
  • the leakage oil entering via the control valve into the pressure medium lines can be sucked in by a small oscillating movement of the inner rotor relative to the outer rotor, thereby ensuring adequate supply of the device with lubricant even during the starting phase.
  • the low oscillatory movement of the inner rotor to the outer rotor results from the acting on the camshaft alternating torques in combination with a low locking clearance of the rotation angle limiting devices.
  • FIG. 1 shows very schematically an internal combustion engine
  • FIG. 2a shows a cross section through an embodiment according to the invention of a device for changing the timing of gas exchange valves of an internal combustion engine incl.
  • a connected hydraulic circuit
  • FIG. 2b shows a longitudinal section through the device from FIG. 2a along the line IIb-IIb, FIG.
  • FIG. 2c shows a cross section through the device from FIG. 2b along the line I-Ic
  • FIG. 3 shows a first control logic of a control valve of the invention
  • FIG. 4 shows a second control logic of a control valve of the device according to the invention
  • FIG. 5 is a perspective view of a control valve for the control valve for controlling the device according to the invention.
  • FIG. 6 shows a partial longitudinal section through the control valve from FIG. 5,
  • Figure 6a-6g shows a longitudinal section through the essential parts of the control valve of Figure 6 in its various control positions.
  • crankshaft 2 is in the illustrated embodiment via a respective traction drive 5 with an intake camshaft 6 and exhaust camshaft 7 in combination, with a first and a second device 10 for a relative rotation between the crankshaft 2 and the camshafts 6, 7 can provide.
  • Cams 8 of the camshafts 6, 7 actuate one or more intake gas exchange valves 9a or one or more exhaust gas exchange valves 9b.
  • it may be provided to equip only one of the camshafts 6, 7 with a device 10, or to provide only one camshaft 6, 7, which is provided with a device 10.
  • FIGS 2a and 2b show an embodiment of a device 10 according to the invention in transverse or in longitudinal section.
  • the device 10 has an outer rotor 22, an inner rotor 23 and two side covers 24, 25.
  • the inner rotor 23 is designed in the form of an impeller and has a substantially cylindrically designed hub member 26, extend from the outer cylindrical surface in the illustrated embodiment, five wings 27 in the radial direction outwards. In this case, the wings 27 may be integrally formed with the hub member 26.
  • a plurality of projections 30 extend radially inwardly.
  • the projections 30 are integrally formed with the peripheral wall 29.
  • the outer rotor 22 is mounted by means of radially inner circumferential walls of the projections 30 relative to the inner rotor 23 rotatably mounted on this.
  • a sprocket 21 is arranged, by means of which, via a chain drive, not shown, torque can be transmitted from the crankshaft 2 to the outer rotor 22.
  • the sprocket 21 may be formed as a separate component and rotatably connected to the inner rotor 23 or formed integrally therewith. Alternatively, a belt or gear drive can be provided.
  • Each of the side covers 24, 25 is arranged on one of the axial side surfaces of the outer rotor 22 and fixed in a rotationally fixed manner thereto.
  • an axial opening 31 is provided for this purpose, wherein each axial opening 31 is penetrated by a fastening element 32, for example a bolt or a screw, which serves for the rotationally fixed fixing of the side cover 24, 25 on the outer rotor 22.
  • a pressure space 33 is formed, which in the circumferential direction of opposite, substantially radially extending boundary walls 34 adjacent projections 30, in the axial direction of the side covers 24, 25, radially inwardly of the hub member 26 and radially outwardly bounded by the peripheral wall 29.
  • each of the pressure chambers 33 projects a wing 27, wherein the wings 27 are formed such that they abut both on the side walls 24, 25, and on the peripheral wall 29.
  • Each wing 27 thus divides the respective pressure chamber 33 into two oppositely acting pressure chambers 35, 36.
  • the outer rotor 22 is rotatably arranged in a defined Winkeibreich to the inner rotor 23.
  • the angular range is limited in a rotational direction of the outer rotor 22 in that each wing 27 at one as early stop 34 a trained boundary wall 34 of the pressure chamber 33 comes to rest.
  • the angular range in the other direction of rotation is limited by the fact that each wing 27 comes to rest on the other boundary wall 34 of the pressure chamber 33, which serves as a late stop 34b.
  • a rotation limiting device may be provided which limits the rotation angle range of the outer rotor 22 to the inner rotor 23.
  • the phase angle of the outer rotor 22 to the inner rotor 23 can be varied.
  • the phase position of the two rotors 22, 23 are kept constant to each other.
  • it can be provided to pressurize none of the pressure chambers 35, 36 during phases of constant phase position with pressure medium.
  • hydraulic pressure medium usually the lubricating oil of the internal combustion engine 1 is used.
  • a pressure medium system For pressure medium supply to or pressure medium removal from the pressure chambers 35, 36, a pressure medium system is provided which comprises a pressure medium pump, not shown, a likewise not shown tank, a control valve 37 and a plurality of pressure medium lines 38a, 38b, 38p. Pressure medium conveyed by the pressure medium pump is supplied to the control valve 38 via the third pressure medium line 38p. Depending on the control state of the control valve 37, the third pressure medium line 38p is connected to the first pressure medium line 38a, the second pressure medium line 38b or to both or none of the pressure medium lines 38a, 38b.
  • the inner rotor 23 is formed with two groups of pressure medium channels 39a, 39b, wherein each pressure medium channel 39a, 39b extends from an inner circumferential surface of a receptacle 40 of the inner rotor 23 to one of the pressure chambers 35, 36.
  • the first pressure medium line 38a communicates with the first pressure medium channels 39a.
  • the second pressure medium line 38b communicates with the second pressure medium channels 39b.
  • a pressure medium distributor may be provided, which is arranged in the receptacle 40.
  • the control valve 37 is formed as a central valve and arranged in the receptacle 40, in which case the Control valve 37, the third pressure medium line 38p connects directly to the pressure medium channels 39a, 39b.
  • the pressure medium supplied to the control valve 37 via the third pressure medium line 38p via the first pressure medium channels 39a and optionally the first pressure medium line 38a to the group of the first pressure chambers 35th directed.
  • pressure medium from the group of second pressure chambers 36 reaches the control valve 37 via the second pressure medium channels 39b and optionally the second pressure medium line 38b and is ejected into the tank.
  • the wings 27 are displaced in the direction of the early stop 34a, whereby a rotary movement of the inner rotor 23 to the outer rotor 22 in the direction of rotation of the device 10 is achieved.
  • the pressure medium supplied to the control valve 37 via the third pressure medium line 38p is conducted via the second pressure medium channels 39b and possibly the second pressure medium line 38b to the group of the second pressure chambers 36.
  • pressure medium from the group of the first pressure chambers 35 reaches the control valve 37 via the first pressure medium channels 39a and optionally the first pressure medium line 38a and is ejected into the tank.
  • the wings 27 are displaced in the direction of the late stop 34a, whereby a rotary movement of the inner rotor 23 to the outer rotor 22 opposite to the direction of rotation of the device 10 is achieved.
  • the pressure medium supply to all pressure chambers 35, 36 is either prevented or permitted.
  • the wings 27 are hydraulically clamped within the respective pressure chambers 33, and thus prevents a rotational movement of the inner rotor 23 to the outer rotor 22.
  • a locking mechanism 41 is provided which establishes a mechanical connection between the two rotors 22, 23.
  • a locking pin is arranged in one of the rotors 22, 23, while in the other rotor 22, 23 a link is formed. If the inner rotor 23 is in a defined phase position (locking position) relative to the outer rotor 22, then the locking pin can engage in the connecting link and thus produce a mechanical rotationally fixed connection between the two rotors 22, 23.
  • FIG. 2c This consists of a first and a second rotational angle limiting device 42, 43.
  • each of the rotational angle limiting devices 42, 43 consists of an axially displaceable locking pin 44, wherein each of the locking pins 44 is received in a bore of the inner rotor 23.
  • 24 two scenes 45 are formed in the form of circumferentially extending grooves in the first side wall. These are indicated in Figure 2c in the form of broken lines.
  • Each of the locking pins 44 is acted upon by means of a spring element 46 with a force in the direction of the first side cover 24. If the inner rotor 23 to the outer rotor 22 assumes a position in which a locking pin 44 faces in the axial direction of the associated link 45, this is forced into the link 45 and the respective rotational angle limiting device 42, 43 transferred from an unlocked to a locked state.
  • the link 45 of the first rotational angle limiting device 42 is designed such that the phase position of the inner rotor 23 is limited to the outer rotor 22, with locked first rotational angle limiting device 42, on a range between a maximum late and the locking position.
  • the gate 45 of the second rotational angle limiting device 43 is designed such that when locked second Drehwinkelbegrenzungsvor- direction 43, the phase angle of the inner rotor 23 to the outer rotor 22 is limited to a range between a maximum advanced position and the locking position.
  • the respective link 45 is subjected to pressure medium.
  • the respective locking pin 44 is pushed back against the force of the spring element 46 into the bore and thus eliminates the rotation angle limitation.
  • the backdrop 45 of the first rotation angle limiting device 42 which prevents the rotation of the inner rotor 23 to the outer rotor 22 at the locking position in the direction of early in the locked state via one of the first pressure chambers 35 and a connecting line 47 with pressure medium.
  • the link 45 of the second rotational angle limiting device 43 can be acted upon by the pressure medium via the control line 48 and the channel 49.
  • the control valve 37 controls both the pressure medium flows to and from the first and second pressure chambers 35, 36, as well as to and from the control line 48.
  • the control valve 37 consists of an actuating unit 50 and a hydraulic section 51.
  • the hydraulic section 51 consists of a valve housing 52 of an intermediate sleeve 53 and a control piston 54.
  • On the valve housing 52 is a first working port A, a second working port B, an inlet port P, a control port S, an axial and a radial drain port T formed.
  • the first working port A communicates with the first pressure medium line 38a.
  • the second working port B communicates with the second pressure medium line 38b.
  • the inlet connection P communicates with the third pressure medium line 38p.
  • the control terminal S communicates with the control line 48.
  • About the drain connections T can flow off pressure medium into a tank (not shown).
  • the intermediate sleeve 53 is disposed within the valve housing 52, fixed thereto.
  • a control groove 57 On the outer circumferential surface of a working groove 56, a control groove 57, five working openings 56a-e and three control openings 57a-c are formed.
  • the working groove 56 and the control groove 57 extend in the circumferential direction of the intermediate sleeve 53 in each case in a defined angular interval, wherein the two grooves 56, 57 are hydraulically separated from each other.
  • the working connections A, B and the inlet connection P are formed as radial openings in the valve housing 52, wherein the radial openings are formed exclusively in the region of the angular segment occupied by the working groove 56.
  • the control connection S is realized by means of one or more radial openings, which are formed exclusively in the region of the angular segment taken by the control groove 57.
  • the working opening 56a-e communicate on the one hand with the interior of the intermediate sleeve 53 and on the other hand with the first working port A (first working opening 56a), the inflow port P (second working port 56b), the working groove 56 (third and fourth working port 56c, d) and radial tank connection T (fifth working opening 56e).
  • the working groove 56 additionally communicates with the second working connection B.
  • the control openings 57a-c communicate on the one hand with the inner of the intermediate sleeve 53 and on the other hand with the control groove 57, which in turn communicates with the control port S.
  • the control piston 54 is designed substantially hollow cylindrical and disposed within the intermediate sleeve 53, wherein this is displaceable by the actuator 50 against the force of a spring 55 in the axial direction relative to the intermediate sleeve 53 and the valve housing 52.
  • the control piston 54 has three annular grooves 58a-c, first and second openings 59a, b.
  • the actuating unit 50 may be formed, for example, as an electrical actuating unit, wherein a magnetized armature is arranged within a coil. By energizing the coil, the armature can be moved within in the axial direction. About a push rod 50 a, this movement can be transmitted to the control piston 54.
  • the working ports A, B and the control port S can be selectively connected to the inlet port P, the drain port T or neither.
  • FIG. 3 shows a control logic of the control valve 37 shown in FIG. 5 or FIG. 6.
  • the connections of the first working connection A, of the second working connection B and of the control connection S with the pressure medium pump or the tank are shown as a function of the excitation of the actuating unit 50 or the axial deflection D of the control piston 54 within the intermediate sleeve 53.
  • the control logic can be subdivided into seven control positions. With increasing excitation of the actuating unit 50 (axial displacement of the control piston 54), the control valve 37 passes through the control positions in the order start position S1, unlock position S2, retard position, S3, first intermediate position S4, stop position S5, second intermediate position S6 and advance position S7.
  • the positions of the control piston 54 relative to the valve housing 52 and the intermediate sleeve 53 in the various control positions S1 -S7 are shown in FIGS. 6a-g.
  • the control port S (via the second working opening 56b, the first annular groove 58a, the first opening 59a, the interior of the control piston 54, the second opening 59b, the third annular groove 58c , the second control port 57b and the control groove 57) are connected to the pump.
  • the first working port A further communicates with the axial discharge port T, while the second working port B is still closed (analogous to Figure 6a).
  • the first working port A (via the second working port 56b, the first annular groove 58a and the first working port 56a) is connected to the inflow port P, while the second working port B and the control port S are closed (analogously FIG. 6e).
  • the second working port B and the control port S are connected to the radial discharge port T and the first working port A connected to the inlet port P (analogous to Figure 6f).
  • the control valve 37 is in the starting position S1. In this phase, the hydraulic clamping of the wings 27 is not guaranteed within the pressure chambers 33 due to low system pressure in general. For this reason, the inner rotor 23 will perform oscillatory movements in the circumferential direction relative to the outer rotor 22.
  • oscillations are caused by the alternating torques acting on the camshaft 6, 7, the oscillations occurring even in the locked state of the device 10. Their amplitude is determined by the locking game.
  • the oscillations result in a pumping action whereby residual oil present in the pressure medium channels 39a, b or the pressure medium lines 38a, b can be conveyed into the pressure chambers 35, 36.
  • pressure values can be achieved which are sufficient to convert the rotational angle limiting devices 42, 43 into the unlocked state. By connecting the first working port A and the control port S to the tank this is prevented.
  • the first pressure chambers 35, the corresponding pressure medium channels 39a, the first pressure medium line 38a and the control line 48 are emptied and thus a pressure build-up, and thus the unwanted Disentriegelung during the start phase, in the scenes 45 of the rotation angle limiting devices 42, 43 prevented.
  • the second pressure chambers 36 are not acted upon by pressure medium. This prevents the locking pin 44 of the second rotational angle limiting device 43 from being forced against the end of the link 45, which could lead to jamming. On the other hand, it is prevented that the pressure medium in the second pressure medium channels 39b can flow to the tank. This ensures that 27 small amounts of pressure medium are promoted by the oscillations of the wings in the second pressure chambers 36, whereby the device 10 is sufficiently supplied with lubricant.
  • the device 10 At the end of a defined period of time after which the starting process has ended completely or when a sufficient pressure level in the lubricant circuit is reached. run of the internal combustion engine 1 is detected, and the engine control specifies a phase change, the device 10 is in a controlled state until the pressure in the lubricant circuit falls again below a predetermined level.
  • the actuating unit 50 of the control valve 37 is energized such that it passes through the Enthegel ein S2 in the control positions S3 to S7 and is controlled depending on the specification of the phase angle by the engine control in one of these control positions S3-S7.
  • the control valve 37 assumes the control positions S3-S7 in the regulated state of the device 10. If the engine control unit specifies a shift in the phase position in the direction of later intake times, the control valve 37 is energized in such a way that it assumes the retard position S3. In this position, the first pressure chambers 35 are connected to the tank and the second pressure chambers 36 are connected to the pump. At the same time pressure medium is directed to the backdrop 45 of the second rotation angle limiting device 43.
  • the locking pin 44 of the second rotation angle limiting device 43 is held in the unlocked state, while the pressure medium is applied to the second pressure chambers 36 with simultaneous emptying of the first pressure chambers 35 to a rotation of the inner rotor 23 relative to the outer rotor 22 against the direction of rotation of the device 10 leads.
  • the control valve 37 is transferred to the holding position S5. In this position, no pressure medium exchange between the pressure chambers 35, 36 and the backdrop 45 of the second rotation angle limiting device 43 with the tank or the pressure medium pump instead.
  • the wings 27 are hydraulically in the pressure chamber 33rd clamped and the Drehwinkelbegrenzungsvorhchtitch 42, 43 held in the unlocked position.
  • control valve 37 is brought into the advance position S7. In this control position becomes the first
  • Pressure chambers 35 supplied pressure medium, while both the backdrop 45 of the second rotation angle limiting device 43 and the second
  • Pressure chambers 36 pressure medium is discharged to the tank.
  • Rotation angle limiting device 43 engage in the corresponding link 45 when they face each other.
  • one group of the pressure chamber 35, 36 is acted upon by pressure medium, while no pressure medium exchange takes place between the other group of pressure chambers 35, 36 and the pump and the tank. It is thereby achieved that the hydraulic clamping of the vanes 27 within the pressure chambers 33 is maintained during the taking of the holding position S5 or its leaving.
  • the control valve 37 is transferred to the advance position S7 and kept a defined period beyond their standstill in this.
  • pressure medium is conducted to the first pressure chambers 35, while pressure medium from the second pressure chambers 36 can flow to the tank.
  • This causes a relative rotation of the inner rotor 23 to the outer rotor 22, wherein the inner rotor 23 comes to a position between the locking position and the maximum early position.
  • the control port S and thus the gate 45 of the second rotation angle limiting device 43 are connected to the tank, whereby the second rotation angle limiting device 43 is transferred to the locked state. This ensures that the inner rotor 23 during the entire stop and the pause in operation of the internal combustion engine 1 in a position ment adjusted between the locking position and the maximum early position and then held in this.
  • the inner rotor 23 is rotated, due to the drag torques acting on the camshaft 6, 7, relative to the outer rotor 22 in the direction of the maximum retarded position.
  • This movement is stopped by the locked second rotation angle limiting device 43 at the locking position.
  • the first rotation angle limiting device 42 is also in this locked position in the locked state, whereby a mechanical fixing of the inner rotor 22 is made relative to the outer rotor 23 in the locking position.
  • this process can take place during the starting phase of the internal combustion engine 1, in which the control valve 37 assumes the starting position S1.
  • control states S3-S7 it is ensured on the basis of the control logic illustrated in FIG. 3 that when a group of pressure chambers 35, 36 is actuated, the associated rotation angle limiting device 42, 43 is in the unlocked state. Thus, a secure adjustment of the device 10 over the locking position is guaranteed.
  • FIG. 4 shows an alternative control logic to the control logic shown in FIG. 3, the only difference being that the sequence of the control positions S1-S7 are reversed.
  • the starting position S1 is taken in this embodiment at maximum energized actuator 50, while the advance position S7 is taken at non-energized actuator 50.
  • valve housing 53 intermediate sleeve
  • control groove 57 control groove 57 a first control opening

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (10) zur variablen Einstellung der Steuerzeiten von Gaswechselventilen (9a, 9b) einer Brennkraftmaschine (1) mit einem Außenrotor (22) und einem relativ zu diesem drehbar angeordneten Innenrotor (23), wobei eines der Bauteile in Antriebsverbindung mit einer Kurbelwelle (2) und das andere Bauteil in Antriebsverbindung mit einer Nockenwelle (6, 7) steht, wobei zumindest ein Druckraum (33) vorgesehen und jeder Druckraum (33) in zwei gegeneinander wirkende Druckkammern (35, 36) unterteilt ist, wobei eine der Druckkammern (35, 36) jedes Druckraums (33) als Voreil- und die andere Druckkammer (35, 36) als Nacheilkammer wirkt, wobei zumindest zwei Drehwinkelbegrenzungsvorrichtungen (42, 43) vorgesehen sind, wobei jede Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung (42, 43) einen entriegelten und einen eingeriegelten Zustand einnehmen kann, wobei der Verriegelungszustand durch Druckmittelzufuhr zu bzw. Druckmittelabfuhr von der jeweiligen Drehwinkelbegrenzungsvorrichtungen (42, 43) eingestellt werden kann.

Description

Bezeichnung der Erfindung
Vorrichtung zur variablen Einstellung der Steuerzeiten von Gaswechselventilen einer Brennkraftmaschine
Beschreibung
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur variablen Einstellung der Steuerzeiten von Gaswechselventilen einer Brennkraftmaschine mit einem Außenrotor und einem relativ zu diesem drehbar angeordneten Innenrotor, wobei eines der Bauteile in Antriebsverbindung mit der Kurbelwelle und das andere Bauteil in Antriebsverbindung mit einer Nockenwelle steht, wobei zumindest ein Druckraum vorgesehen und jeder Druckraum in zwei gegeneinander wirkende Druckkammern unterteilt ist, wobei eine der Druckkammern jedes Druckraums als Voreil- und die andere Druckkammer als Nacheilkammer wirkt, wobei durch Druckmittelzufuhr zu den Voreilkammern, bei gleichzeitigem Druckmittelabfluss von den Nacheilkammern, der mit der Nockenwelle zusammenwirkende Rotor relativ zu dem mit der Kurbelwelle zusammenwirkenden Rotor in Richtung einer maximalen Frühposition verdreht wird, wobei durch Druckmittelzufuhr zu den Nacheilkammern, bei gleichzeitigem Druckmittelabfluss von den Voreilkammern, der mit der Nockenwelle zusammenwirkende Rotor relativ zu dem mit der Kurbelwelle zusammenwirkenden Rotor in Richtung einer maximalen Spätposition verdreht wird, wobei zumindest ein erster und ein zweiter Druckmittekanal vorgesehen sind, über die den Druckkammern Druckmittel zugeführt, bzw. von diesen abgeführt werden kann, wobei zumindest zwei Drehwinkelbegrenzungs- vorrichtungen vorgesehen sind und wobei jede Drehwinkelbegrenzungsvorrich- tung einen entriegelten und einen eingeriegelten Zustand einnehmen kann, wobei der Verriegelungszustand durch Druckmittelzufuhr zu bzw. Druckmittelabfuhr von der jeweiligen Drehwinkelbegrenzungsvorrichtungen eingestellt werden kann. Hintergrund der Erfindung
In modernen Brennkraftmaschinen werden Vorrichtungen zur variablen Einstel- lung der Steuerzeiten von Gaswechselventilen eingesetzt, um die Phasenrelation zwischen Kurbelwelle und Nockenwelle in einem definierten Winkelbereich, zwischen einer maximalen Früh- und einer maximalen Spätposition, variabel gestalten zu können. Zu diesem Zweck ist die Vorrichtung in einen Antriebsstrang integriert, über welchen Drehmoment von der Kurbelwelle auf die No- ckenwelle übertragen wird. Dieser Antriebsstrang kann beispielsweise als Riemen-, Ketten- oder Zahnradtrieb realisiert sein.
Die Vorrichtung umfasst zumindest zwei gegeneinander verdrehbare Rotoren, wobei ein Rotor in Antriebsverbindung mit der Kurbelwelle steht und der andere Rotor drehfest mit der Nockenwelle verbunden ist. Die Vorrichtung umfasst zumindest einen Druckraum, welcher mittels eines bewegbaren Elementes in zwei gegeneinander wirkende Druckkammern unterteilt wird. Das bewegliche Element steht mit mindestens einem der Rotoren in Wirkverbindung. Durch Druckmittelzufuhr zu den Druckkammern bzw. Druckmittelabfuhr von den Kammern wird das bewegliche Element innerhalb des Druckraums verschoben, wodurch eine gezielte Verdrehung der Rotoren zueinander und somit der Nockenwelle zur Kurbelwelle bewirkt wird.
Der Druckmittelzufluss zu, bzw. der Druckabfluss von den Druckkammern wird mittels einer Kontrolleinheit, in der Regel einem hydraulischen Wegeventil (Steuerventil), gesteuert. Die Kontrolleinheit wiederum wird mittels eines Reglers gesteuert, welcher mit Hilfe von Sensoren die Ist- und Sollposition der Nockenwelle in der Brennkraftmaschine bestimmt und miteinander vergleicht. Wird ein Unterschied zwischen beiden Positionen festgestellt, wird ein Signal an die Kontrolleinheit gesandt, welche die Druckmittelströme zu den Druckkammern diesem Signal anpasst. Um die Funktion der Vorrichtung zu gewährleisten, muss der Druck im Druckmittelkreislauf der Brennkraftmaschine einen bestimmten Wert übersteigen. Da das Druckmittel in der Regel von der Ölpumpe der Brennkraftmaschine bereitgestellt wird und der bereitgestellte Druck somit synchron zur Drehzahl der Brennkraftmaschine ansteigt, ist unterhalb einer bestimmten Drehzahl der Öldruck noch zu gering um die Phasenlage der Rotoren gezielt zu verändern bzw. zu halten. Dies kann beispielsweise während der Startphase der Brennkraftmaschine oder während Leerlaufphasen der Fall sein. Während dieser Phasen würde die Vorrichtung unkontrollierte Schwingungen ausführen, was zu erhöhten Geräuschemissionen, erhöhten Verschleiß, unruhigeren Lauf und erhöhten Rohemissionen der Brennkraftmaschine führt. Um dies zu verhindern können mechanische Verriegelungseinrichtungen vorgesehen sein, die während der kritischen Betriebsphasen der Brennkraftmaschine die beiden Rotoren drehfest miteinander koppeln, wobei diese Koppelung durch Druckmittelbeaufschlagung der Verriegelungseinrichtung aufgehoben werden kann. Dabei hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, für die Verriegelungsposition eine Phasenlage der Nockenwelle relativ zur Kurbelwelle zu wählen, die zwischen der maximalen Frühposition und der maximalen Spätposition liegt.
Eine derartige Vorrichtung ist beispielsweise aus der US 2003/0121486 A1 bekannt. In dieser Ausführungsform ist die Vorrichtung in Rotationskolbenbauart ausgeführt, wobei ein Außenrotor drehbar auf einem als Flügelrad ausgebildeten Innenrotor gelagert ist. Des Weiteren sind zwei Drehwinkelbegrenzungsvor- richtungen vorgesehen, wobei eine erste Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung im eingeriegelten Zustand eine Verstellung des Innenrotors zum Außenrotor in einem Intervall zwischen einer maximalen Spätposition und einer definierten Mittenposition (Verriegelungsposition) erlaubt. Die zweite Drehwinkelbegren- zungsvorrichtung erlaubt im eingeriegelten Zustand eine Verdrehung des Innenrotors zum Außenrotor in einem Intervall zwischen der Mittenposition und der maximalen Frühposition. Befinden sich beide Drehwinkelbegrenzungen im eingeriegelten Zustand so ist die Phasenlage des Innenrotors zum Außenrotor auf die Mittenposition beschränkt. Jede der Drehwinkelbegrenzungsvorrichtungen besteht aus einem federbeaufschlagtem Verriegelungsstift, welcher in einer Aufnahme des Außenrotors angeordnet ist. Jeder Verriegelungsstift wird mittels einer Feder in Richtung des Innenrotors mit einer Kraft beaufschlagt. An dem Innenrotor ist eine Verriege- lungsnut ausgebildet, die den Verriegelungsstiften in bestimmten Betriebspositionen der Vorrichtungen gegenübersteht. In diesen Betriebspositionen können die Stifte in die Verriegelungsnut eingreifen. Dabei geht die jeweilige Drehwin- kelbegrenzungsvorrichtung vom ent- in den eingeriegelten Zustand über.
Jede der Drehwinkelbegrenzungsvorrichtungen kann durch Druckmittelbeaufschlagung der Verriegelungsnut vom eingeriegelten in den entriegelten Zustand überführt werden. In diesem Fall drängt das Druckmittel die Verriegelungsstifte in deren Aufnahme zurück, wodurch die mechanische Kopplung des Innenrotors zum Außenrotor aufgehoben wird.
Die Druckmittelbeaufschlagung der Druckkammern und der Verriegelungsnut erfolgt mittels eines Steuerventils, wobei an dem Steuerventil unter anderem zwei Arbeitsanschlüsse, die mit den Druckkammern kommunizieren, und ein Steueranschluss, welcher mit der Verriegelungsnut kommuniziert, ausgebildet sind. Nachteilig an der dargestellten Ausführungsform wirkt sich der Umstand aus, dass beide Drehwinkelbegrenzungsvorrichtungen mittels ein und derselben Steuerleitung vom eingeriegelten in den entriegelten Zustand überführt werden. Während eines Verstellvorgangs müssen in dieser Ausführungsform beide Drehwinkelbegrenzungsvorrichtungen entriegelt sein, also mit Druckmittel be- aufschlagt werden, während den Druckkammern wechselseitig Druckmittel zu-, bzw. von diesen abgeführt wird. Dies führt zu einer aufwändigen Steuerlogik des Steuerventils. Zum einen sind eine Vielzahl von Steuerstellungen nötig, wobei die Schaltpunkte zwischen den Steuerstellungen während des Betriebs der Brennkraftmaschine, auf Grund von betriebsbedingt auftretenden Variatio- nen, beispielsweise in Folge von Temperaturänderungen, ständig neu bestimmt werden müssen. Des Weiteren erfordert die Einstellung der einzelnen Steuerzustände eine höhere Präzision des Reglersystems, da der dem Ventil zuzuführende Strom, auf Grund der Vielzahl von Steuerstellung, in eng begrenzten Stromwertintervallen zu liegen hat. Somit fallen eine Vielzahl von Rechen- und Datenverarbeitungsoperationen an, wodurch hohe Anforderungen an die Steuerelektronik gestellt werden. Des Weiteren leidet die Phasentreue der Vorrichtung, da bereits kleinere Abweichungen im Regelkreis dazu führen, dass ein ungewollter Steuerzustand eingestellt wird.
Des Weiteren ist in dieser Ausführungsform vorgesehen, während der Startphase der Brennkraftmaschine alle Druckkammern und die Verriegelungsnut mit einem Tank zu verbinden, was zu einer Mangelversorgung der Vorrichtung mit Schmiermittel und damit zu erhöhtem Verschleiß führt.
Alternativ ist in einer weiteren Ausführungsform vorgesehen Druckmittel einer der Kammern zuzuführen und damit eine ausreichende Schmiermittelversorgung zu gewährleisten. Jedoch wird in dieser Ausführungsform der Innenrotor gegenüber dem Außenrotor hydraulisch vorgespannt. Dies kann zu einem Ver- klemmen eines der Verriegelungsstifte an den Rändern der Verriegelungsnut führen, wodurch ein hydraulisches Entriegeln erschwert oder gegebenenfalls sogar verhindert wird.
Aufgabe der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine Vorrichtung zur variablen Einstellung der Steuerzeiten von Gaswechselventilen einer Brennkraftmaschine zu schaffen, wobei der Innenrotor relativ zum Außenrotor in einer mittleren Phasenlage zwischen der maximalen Früh- und der maximalen Spätposition me- chanisch verriegelt werden kann. Dabei soll ein sicheres Verriegeln beim Stopp der Brennkraftmaschine oder zumindest während deren Startvorgang gewährleistet sein, ungewollte Selbstentriegelung vermieden werden, die Vorrichtung jederzeit ausreichend mit Schmiermittel versorgt und ein sicheres Verstellen über die Verriegelungsposition hinaus gewährleistet sein, wobei die einzelnen Steuerzustände des Steuerventils leicht zu ermitteln und einzuhalten sein sollen. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass der Verrieglungszu- stand der ersten Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung ausschließlich über den in zumindest einer der Druckkammern herrschenden Druck gesteuert wird und dass der Verriegelungszustand der zweiten Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung mittels einer separaten Steuerleitung gesteuert wird, wobei die Steuerleitung weder mit den Druckmittelkanälen noch mit den Druckkammern kommuniziert.
In einer Konkretisierung der Erfindung ist vorgesehen, dass die erste Drehwin- kelbegrenzungsvorrichtung über eine Verbindungsleitung mit zumindest einer der Druckkammern oder mit einem der Druckmittelkanäle kommuniziert.
Dabei kann vorgesehen sein, den Verrieglungszustand der ersten Drehwinkel- begrenzungsvorrichtung ausschließlich über den in einer oder mehreren Voreil- kammern herrschenden Druck zu steuern.
Vorteilhafterweise ist bei eingeriegelter erster und zweiter Drehwinkelbegren- zungsvorrichtung der Innenrotor relativ zum Außenrotor in einer Verriegelungsposition fixiert.
Dabei kann die zweite Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung im eingeriegelten Zustand eine Phasenlage des mit der Nockenwelle zusammenwirkenden Rotors relativ zu dem mit der Kurbelwelle zusammenwirkenden Rotor auf einen Winkelbereich zwischen der maximalen Frühposition und der Verheglungsposition beschränken.
Des Weiteren kann vorgesehen sein, dass die erste Drehwinkelbegrenzungs- vorrichtung in dem eingeriegelten Zustand die Drehung des mit der Nockenwel- Ie zusammenwirkenden Rotors relativ zu dem mit der Kurbelwelle zusammenwirkenden Rotor bei Einnahme der Verriegelungsposition in Richtung der maximalen Frühposition verhindert.
In einer Konkretisierung ist vorgesehen, dass die erste Drehwinkelbegren- zungsvorrichtung im eingeriegelten Zustand die Phasenlage des mit der No- ckenwelle zusammenwirkenden Rotors relativ zu dem mit der Kurbelwelle zusammenwirkenden Rotor auf einen Winkelbereich zwischen der maximalen Spätposition und der Verrieglungsposition beschränkt. Vorteilhafterweise ist ein Steuerventil vorgesehen, das die Druckmittelzufuhr zu und den Druckmittelabfluss von den Druckmittelkanälen und der Steuerleitung steuert.
Dabei weist das Steuerventil zwei Arbeitsanschlüsse auf, wobei der erste Ar- beitsanschluss mit den ersten Druckkammern und der zweite Arbeitsanschluss mit den zweiten Druckkammern kommuniziert und wobei die Steuerleitung ven- tilseitig ausschließlich mit einem separat zu den Arbeitsanschlüssen ausgebildeten Steueranschluss kommuniziert.
In der erfindungsgemäßen Ausführungsform der Vorrichtung ist eine Verriegelungsvorrichtung vorgesehen, mittels derer der Außenrotor mit dem Innenrotor in einer Verriegelungsposition zwischen einer maximalen Früh- und einer maximalen Spätposition mechanisch koppelbar ist. Vorteilhafterweise können zwei Drehwinkelbegrenzungsvorrichtungen vorgesehen sein, wobei eine der Dreh- winkelbegrenzungsvorrichtungen im eingeriegelten Zustand die relative Phasenlage des Innenrotors zum Außenrotor auf einen Bereich zwischen der maximalen Früh- und der Verriegelungsposition beschränkt. Die andere Drehwin- kelbegrenzungsvorrichtung lässt im eingeriegelten Zustand eine Phasenlage zwischen der Verriegelungs- und der maximalen Spätposition zu. Alternativ dazu kann diese als Verriegelungselement ausgeführt sein, wobei ein Verriegelungsstift des Verriegelungselements in der Verriegelungsposition in eine dem Verriegelungsstift angepasste Aussparung oder ein Sackloch eingreift. Somit ist sichergestellt, dass der Innenrotor relativ zum Außenrotor in einer mittleren Phasenlage mechanisch fixiert werden kann.
Jede der Drehwinkelbegrenzungsvorrichtungen kann durch Druckmittelbeaufschlagung von dem eingeriegelten in den entriegelten Zustand überführt werden. Dabei kommuniziert die Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung, die die relative Rotation des Innenrotors zum Außenrotor im eingeriegelten Zustand auf einen Bereich zwischen der maximalen Früh- und der Verriegelungsposition beschränkt, mit einer Steuerleitung, wobei die andere Drehwinkelbegrenzungs- vorrichtung, beispielsweise über eine Wurmnut, mit zumindest einer der Druckkammern kommuniziert. Vorteilhafterweise ist die Steuerleitung separat zu den Druckmittelleitungen und den Druckmittelkanälen ausgeführt, die die Druckkammern mit Druckmittel versorgen. Somit können die Verhegelungszustände der Drehwinkelbegrenzungsvorrichtungen unabhängig voneinander eingestellt werden. Da eine der Drehwinkelbegrenzungsvorrichtungen über zumindest eine der Druckkammern mit Druckmittel versorgt wird, kann die Anzahl an Steuerstellungen, die am Steuerventil vorgesehen werden müssen, auf ein Minimum reduziert werden. Somit sinkt die Anzahl der zu ermittelnden Schaltpunkte, wodurch der Regelaufwand während des Betriebs der Brennkraftmaschine signifikant sinkt. Des Weiteren können die Bereiche der einzelnen Steuerstellungen des als Proportionalventil ausgeführten Steuerventils vergrößert werden, wodurch wiederum der Regelaufwand sinkt und die Funktionssicherheit vergrößert wird.
Durch die separate Ansteuerung einer der Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung über eine Steuerleitung ist es weiterhin möglich die Vorrichtung während des Abstellvorgangs in einem definierten Intervall, welches die Verrieglungsposition beinhaltet, abzustellen. Bereits während des Abstellvorgangs oder alternativ während des Neustarts der Brennkraftmaschine gelangt der Innenrotor automatisch in die Verriegelungsposition, wobei die mechanische Verbindung zwischen den Rotoren mittels der Drehwinkelbegrenzungsvorrichtungen hergestellt wird.
Da die Steuerleitung unabhängig von den die Vorrichtung versorgenden Druckmittelleitungen ausgebildet ist, können während der Startphase beide Drehwinkelbegrenzungsvorrichtungen mit dem Tank verbunden werden, wobei ein Druckmittelkanal weder mit dem Tank noch mit der Pumpe kommuniziert. So kann ein selbsttätiges Entriegeln der Vorrichtung unterbunden werden. Gleichzeitig kann das über das Steuerventil in die Druckmittelleitungen eintretende Leckageöl, durch eine geringe oszillierende Bewegung des Innenrotors relativ zum Außenrotor, angesaugt werden, wodurch eine ausreichende Ver- sorgung der Vorrichtung mit Schmiermittel selbst während der Startphase gewährleistet ist. Die geringe oszillatorische Bewegung des Innenrotors zum Außenrotor resultiert aus den auf die Nockenwelle wirkenden Wechselmomenten in Kombination mit einem geringen Verriegelungsspiels der Drehwinkelbegren- zungsvorrichtungen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und aus den Zeichnungen in denen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung vereinfacht dargestellt ist. Es zeigen:
Figur 1 nur sehr schematisch eine Brennkraftmaschine,
Figur 2a einen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Ausführungsform einer Vorrichtung zur Veränderung der Steuerzeiten von Gaswechselventilen einer Brennkraftmaschine incl. einem ange- schlossenen Hydraulikkreislauf,
Figur 2b einen Längsschnitt durch die Vorrichtung aus Figur 2a entlang der Linie Il b-ll b,
Figur 2c einen Querschnitt durch die Vorrichtung aus Figur 2b entlang der Linie I Ic-I Ic,
Figur 3 eine erste Steuerlogik eines Steuerventils der erfindungsgemäßen
Vorrichtung,
Figur 4 eine zweite Steuerlogik eines Steuerventils der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
Figur 5 ein Steuerventil zur Steuerventil zur Steuerung der erfindungsge- mäßen Vorrichtung in perspektivischer Ansicht,
Figur 6 einen Teillängsschnitt durch das Steuerventil aus Figur 5, Figur 6a-6g einen Längsschnitt durch die wesentlichen Teile des Steuerventils aus Figur 6 in dessen verschiedenen Steuerstellungen.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
In Figur 1 ist eine Brennkraftmaschine 1 skizziert, wobei ein auf einer Kurbelwelle 2 sitzender Kolben 3 in einem Zylinder 4 angedeutet ist. Die Kurbelwelle 2 steht in der dargestellten Ausführungsform über je einen Zugmitteltrieb 5 mit einer Einlassnockenwelle 6 bzw. Auslassnockenwelle 7 in Verbindung, wobei eine erste und eine zweite Vorrichtung 10 für eine Relativdrehung zwischen Kurbelwelle 2 und den Nockenwellen 6, 7 sorgen können. Nocken 8 der Nockenwellen 6, 7 betätigen ein oder mehrere Einlassgaswechselventile 9a bzw. ein oder mehrere Auslassgaswechselventile 9b. Ebenso kann vorgesehen sein nur eine der Nockenwellen 6, 7 mit einer Vorrichtung 10 auszustatten, oder nur eine Nockenwelle 6, 7 vorzusehen, welche mit einer Vorrichtung 10 versehen ist.
Die Figuren 2a und 2b zeigen eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 im Quer- bzw. im Längsschnitt. Die Vorrichtung 10 weist einen Außenrotor 22, einen Innenrotor 23 und zwei Seitendeckel 24, 25 auf. Der Innenrotor 23 ist in Form eines Flügelrades ausgeführt und weist ein im Wesentlichen zylindrisch ausgeführtes Nabenelement 26 auf, von dessen äußerer zylindrischer Mantelfläche sich in der dargestellten Ausführungsform fünf Flügel 27 in radialer Richtung nach außen erstrecken. Dabei können die Flügel 27 einteilig mit dem Nabenelement 26 ausgebildet sein. Alternativ können die Flügel 27, wie in Figur 2a dargestellt, separat ausgebildet und in, an dem Nabenelement 26 ausgebildeten, axial verlaufenden Flügelnuten 28 angeordnet sein, wobei die Flügel 27 mittels nicht dargestellter, zwischen den Nutgründen der Flügelnuten 28 und den Flügeln 27 angeordneten Federelementen radial nach außen mit einer Kraft beaufschlagt werden.
Ausgehend von einer äußeren Umfangswand 29 des Außenrotors 22 erstrecken sich mehrere Vorsprünge 30 radial nach innen. In der dargestellten Aus- führungsform sind die Vorsprünge 30 einteilig mit der Umfangswand 29 ausgebildet. Denkbar sind aber auch Ausführungsformen, in denen anstatt der Vorsprünge 30 Flügel vorgesehen sind, die an der Umfangswand 29 angebracht sind und sich radial nach innen erstrecken. Der Außenrotor 22 ist mittels radial innen liegender Umfangswände der Vorsprünge 30 relativ zu dem Innenrotor 23 drehbar auf diesem gelagert.
An einer äußeren Mantelfläche der Umfangswand 29 ist ein Kettenrad 21 angeordnet, mittels welchem über einen nicht dargestellten Kettentrieb Drehmoment von der Kurbelwelle 2 auf den Außenrotor 22 übertragen werden kann. Das Kettenrad 21 kann als separates Bauteil ausgebildet und drehfest mit dem Innenrotor 23 verbunden oder einteilig mit diesem ausgebildet sein. Alternativ kann auch ein Riemen- oder Zahnradtrieb vorgesehen sein.
Je einer der Seitendeckel 24, 25 ist an einer der axialen Seitenflächen des Au- ßenrotors 22 angeordnet und drehfest an diesem fixiert. In jedem der Vorsprünge 30 ist zu diesem Zweck eine Axialöffnung 31 vorgesehen, wobei jede Axialöffnung 31 von einem Befestigungselement 32, beispielsweise einem Bolzen oder einer Schraube, durchgriffen wird, welches zur drehfesten Fixierung der Seitendeckel 24, 25 an dem Außenrotor 22 dient. Innerhalb der Vorrichtung 10 ist zwischen jeweils zwei in Umfangsrichtung benachbarten Vorsprüngen 30 ein Druckraum 33 ausgebildet, der in Umfangsrichtung von gegenüberliegenden, im Wesentlichen radial verlaufenden Begrenzungswänden 34 benachbarter Vorsprünge 30, in axialer Richtung von den Seitendeckeln 24, 25, radial nach innen von dem Nabenelement 26 und radial nach außen von der Umfangswand 29 begrenzt wird. In jeden der Druckräume 33 ragt ein Flügel 27, wobei die Flügel 27 derart ausgebildet sind, dass diese sowohl an den Seitenwänden 24, 25, als auch an der Umfangswand 29 anliegen. Jeder Flügel 27 teilt somit den jeweiligen Druckraum 33 in zwei gegeneinander wirkende Druckkammern 35, 36.
Der Außenrotor 22 ist in einem definierten Winkeibreich drehbar zu dem Innenrotor 23 angeordnet. Der Winkelbereich wird in einer Drehrichtung des Außenrotors 22 dadurch begrenzt, dass jeder Flügel 27 an einer als Frühanschlag 34a ausgebildeter Begrenzungswand 34 des Druckraums 33 zum Anliegen kommt. Analog wird der Winkelbereich in der anderen Drehrichtung dadurch begrenzt, dass jeder Flügel 27 an der anderen Begrenzungswand 34 des Druckraums 33, die als Spätanschlag 34b dient, zum Anliegen kommt. Alternativ kann eine Ro- tationsbegrenzungsvorrichtung vorgesehen sein, die den Drehwinkelbereich des Außenrotors 22 zum Innenrotor 23 begrenzt.
Durch Druckbeaufschlagung einer Gruppe von Druckkammern 35, 36 und Druckentlastung der anderen Gruppe kann die Phasenlage des Außenrotors 22 zum Innenrotor 23 variiert werden. Durch Druckbeaufschlagung beider Gruppen von Druckkammern 35, 36 kann die Phasenlage der beiden Rotoren 22, 23 zueinander konstant gehalten werden. Alternativ kann vorgesehen sein, keine der Druckkammern 35, 36 während Phasen konstanter Phasenlage mit Druckmittel zu beaufschlagen. Als hydraulisches Druckmittel wird üblicherweise das Schmieröl der Brennkraftmaschine 1 verwendet.
Zur Druckmittelzufuhr zu bzw. Druckmittelabfuhr von den Druckkammern 35, 36 ist ein Druckmittelsystem vorgesehen, welches eine nicht dargestellte Druckmittelpumpe, einen ebenfalls nicht dargestellten Tank, ein Steuerventil 37 und mehrere Druckmittelleitungen 38a, 38b, 38p umfasst. Von der Druckmittelpum- pe gefördertes Druckmittel wird über die dritte Druckmittelleitung 38p dem Steuerventil 38 zugeführt. Je nach Steuerzustand des Steuerventils 37 wird die dritte Druckmittelleitung 38p mit der ersten Druckmittelleitung 38a, der zweiten Druckmittelleitung 38b oder mit beiden bzw. keiner der Druckmittelleitungen 38a, 38b verbunden. Der Innenrotor 23 ist mit zwei Gruppen von Druckmittelkanälen 39a, 39b ausgebildet, wobei sich jeder Druckmittelkanal 39a, 39b von einer Innenmantelfläche einer Aufnahme 40 des Innenrotors 23 zu einer der Druckkammern 35, 36 erstreckt. Die erste Druckmittelleitung 38a kommuniziert mit den ersten Druckmittelkanälen 39a. Die zweite Druckmittelleitung 38b kommuniziert mit den zweiten Druckmittelkanälen 39b. Zu diesem Zweck kann beispielsweise ein Druckmittelverteiler vorgesehen sein, welcher in der Aufnahme 40 angeordnet ist. In einer alternativen Ausführungsform ist das Steuerventil 37 als Zentralventil ausgebildet und in der Aufnahme 40 angeordnet, wobei in diesem Fall das Steuerventil 37 die dritte Druckmittelleitung 38p direkt mit den Druckmittelkanälen 39a, 39b verbindet.
Um die Steuerzeiten (Öffnungs- und Schließzeitpunkte) der Gaswechselventile 9a, 9b in Richtung früh zu verschieben, wird das dem Steuerventil 37 über die dritte Druckmittelleitung 38p zugeführte Druckmittel über die ersten Druckmittelkanäle 39a und gegebenenfalls die erste Druckmittelleitung 38a zu der Gruppe der ersten Druckkammern 35 geleitet. Gleichzeitig gelangt Druckmittel aus der Gruppe der zweiten Druckkammern 36 über die zweiten Druckmittelkanäle 39b und gegebenenfalls die zweite Druckmittelleitung 38b zum Steuerventil 37 und wird in den Tank ausgestoßen. Dadurch werden die Flügel 27 in Richtung des Frühanschlags 34a verschoben, wodurch eine rotative Bewegung des Innenrotors 23 zum Außenrotor 22 in Drehrichtung der Vorrichtung 10 erreicht wird. Um die Steuerzeiten der Gaswechselventile 9a, 9b in Richtung spät zu ver- schieben, wird das dem Steuerventil 37 über die dritte Druckmittelleitung 38p zugeführte Druckmittel über die zweiten Druckmittelkanäle 39b und gegebenenfalls die zweite Druckmittelleitung 38b zu der Gruppe der zweiten Druckkammern 36 geleitet. Gleichzeitig gelangt Druckmittel aus der Gruppe der ersten Druckkammern 35 über die ersten Druckmittelkanäle 39a und gegebenenfalls die erste Druckmittelleitung 38a zum Steuerventil 37 und wird in den Tank ausgestoßen. Dadurch werden die Flügel 27 in Richtung des Spätanschlags 34a verschoben, wodurch eine rotative Bewegung des Innenrotors 23 zum Außenrotor 22 entgegen der Drehrichtung der Vorrichtung 10 erreicht wird. Um die Steuerzeiten konstant zu halten wird die Druckmittelzufuhr zu sämtli- chen Druckkammern 35, 36 entweder unterbunden oder zugelassen. Dadurch werden die Flügel 27 innerhalb der jeweiligen Druckräume 33 hydraulisch eingespannt, und somit eine rotative Bewegung des Innenrotors 23 zum Außenrotor 22 verhindert.
Während des Starts der Brennkraftmaschine 1 oder während Leerlaufphasen kann die Druckmittelversorgung der Vorrichtung 10 nicht ausreichen um die hydraulische Einspannung der Flügel 27 innerhalb der Druckräume 33 zu gewährleisten. Um ein unkontrolliertes Schwingen des Innenrotors 23 zum Außen- rotor 22 zu verhindern ist ein Verriegelungsmechanismus 41 vorgesehen, der eine mechanische Verbindung zwischen den beiden Rotoren 22, 23 herstellt. Dabei ist in einem der Rotoren 22, 23 ein Verriegelungsstift angeordnet, während in dem anderen Rotor 22, 23 eine Kulisse ausgebildet ist. Befindet sich der Innenrotor 23 in einer definierten Phasenlage (Verriegelungsposition) zum Außenrotor 22, so kann der Verriegelungsstift in die Kulisse eingreifen und somit eine mechanische drehfeste Verbindung zwischen den beiden Rotoren 22, 23 herstellen. Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt die Verriegelungsposition so zu wäh- len, dass die Flügel 27 im verriegelten Zustand der Vorrichtung 10 sich in einer Position zwischen dem Frühanschlag 34a und dem Spätanschlag 34b befinden. Ein derartiger Verriegelungsmechanismus 41 ist in Figur 2c dargestellt. Diese besteht aus einer ersten und einer zweiten Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung 42, 43. In der dargestellten Ausführungsform besteht jede der Drehwinkelbe- grenzungsvorrichtungen 42, 43 aus einem axial verschiebbaren Verriegelungsstift 44, wobei jeder der Verriegelungsstifte 44 in einer Bohrung des Innenrotors 23 aufgenommen ist. Des Weiteren sind in der ersten Seitenwand 24 zwei Kulissen 45 in Form von in Umfangsrichtung verlaufenden Nuten ausgebildet. Diese sind in Figur 2c in Form von unterbrochenen Linien angedeutet. Jeder der Verriegelungsstifte 44 wird mittels eines Federelements 46 mit einer Kraft in Richtung des ersten Seitendeckels 24 beaufschlagt. Nimmt der Innenrotor 23 zum Außenrotor 22 eine Position ein, in der ein Verriegelungsstift 44 in axialer Richtung der zugehörigen Kulisse 45 gegenübersteht, so wird dieser in die Kulisse 45 gedrängt und die jeweilige Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung 42, 43 von einem entriegelten in einen eingeriegelten Zustand überführt. Dabei ist die Kulisse 45 der ersten Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung 42 derart ausgeführt, dass die Phasenlage des Innenrotors 23 zum Außenrotor 22, bei eingeriegelter erster Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung 42, auf einem Bereich zwischen einer maximalen Spät- und der Verriegelungsposition beschränkt ist. Befindet sich der Innenrotor 23 relativ zum Außenrotor 22 in der Verriegelungsposition, so liegt der Verriegelungsstift 44 der ersten Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung 42 an einem in Umfangsrichtung durch die Kulisse 45 ausgebildeten Anschlag an, wodurch ein weiteres Verstellen in Richtung früherer Steuerzeiten verhindert wird.
Analog ist die Kulisse 45 der zweiten Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung 43 derart ausgelegt, dass bei eingeriegelter zweiter Drehwinkelbegrenzungsvor- richtung 43 die Phasenlage des Innenrotors 23 zum Außenrotor 22 auf einen Bereich zwischen einer maximalen Frühposition und der Verriegelungsposition beschränkt ist.
Um die Drehwinkelbegrenzungsvorrichtungen 42, 43 von dem eingeriegelten in den entriegelten Zustand zu überführen ist vorgesehen, dass die jeweilige Kulisse 45 mit Druckmittel beaufschlagt wird. Dadurch wird der jeweilige Verriegelungsstift 44 entgegen der Kraft des Federelements 46 in die Bohrung zurückgedrängt und somit die Drehwinkelbegrenzung aufgehoben. In der dargestellten Ausführungsform ist vorgesehen, die Kulisse 45 der ersten Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung 42, welche im eingeriegelten Zustand die Drehung des Innenrotors 23 zum Außenrotor 22 an der Verriegelungsposition in Richtung Früh verhindert, über eine der ersten Druckkammern 35 und eine Verbindungsleitung 47 mit Druckmittel zu versorgen. Die Kulisse 45 der zweiten Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung 43 kann über die Steuerleitung 48 und den Kanal 49 mit Druckmittel beaufschlagt werden. Dabei ist vorgesehen, dass das Steuerventil 37 sowohl die Druckmittelströme zu und von den ersten und zweiten Druckkammern 35, 36, als auch zu und von der Steuerleitung 48 regelt.
Ein derartiges Steuerventil 37 ist in den Figuren 5 und 6 dargestellt. Das Steu- erventil 37 besteht aus einer Stelleinheit 50 und einem Hydraulikabschnitt 51. Der Hydraulikabschnitt 51 besteht aus einem Ventilgehäuse 52 einer Zwischenhülse 53 und einem Steuerkolben 54. An dem Ventilgehäuse 52 ist ein erster Arbeitsanschluss A, ein zweiter Arbeitsanschluss B, ein Zulaufanschluss P, ein Steueranschluss S, ein axialer und ein radialer Ablaufanschluss T ausgebildet. Der erste Arbeitsanschluss A kommuniziert mit der ersten Druckmittelleitung 38a. Der zweite Arbeitsanschluss B kommuniziert mit der zweiten Druckmittelleitung 38b. Der Zulaufanschluss P kommuniziert mit der dritten Druckmittelleitung 38p. Der Steueranschluss S kommuniziert mit der Steuerleitung 48. Über die Ablaufanschlüsse T kann Druckmittel in einen nicht dargestellten Tank abfließen.
Die Zwischenhülse 53 ist innerhalb des Ventilgehäuses 52, ortsfest zu diesem angeordnet. An deren Außenmantelfläche sind eine Arbeitsnut 56, eine Steuernut 57, fünf Arbeitsöffnungen 56a-e und drei Steueröffnungen 57a-c ausgebildet. Die Arbeitsnut 56 und die Steuernut 57 erstrecken sich in Umfangshchtung der Zwischenhülse 53 in jeweils einem definierten Winkelintervall, wobei die beiden Nuten 56, 57 hydraulisch voneinander getrennt sind. Die Arbeitsan- Schlüsse A, B und der Zulaufanschluss P sind als Radialöffnungen im Ventilgehäuse 52 ausgebildet, wobei die Radialöffnungen ausschließlich im Bereich des von der Arbeitsnut 56 eingenommenen Winkelsegments ausgebildet sind. Gleichermaßen ist der Steueranschluss S mittels einer oder mehrerer Radialöffnungen realisiert, die ausschließlich im Bereich des von der Steuernut 57 einge- nommenen Winkelsegments ausgebildet sind.
Die Arbeitsöffnung 56a-e kommunizieren einerseits mit dem Inneren der Zwischenhülse 53 und andererseits mit dem ersten Arbeitsanschluss A (erste Arbeitsöffnung 56a), dem Zulaufanschluss P (zweite Arbeitsöffnung 56b), der Arbeitsnut 56 (dritte und vierte Arbeitsöffnung 56c,d) bzw. dem radialen Tankan- Schluss T (fünfte Arbeitsöffnung 56e). Die Arbeitsnut 56 kommuniziert zusätzlich mit dem zweiten Arbeitsanschluss B. Weiterhin kann vorgesehen sein weitere Nuten in der Außenmantelfläche der Zwischenhülse 53 auszubilden, welche die erste, die zweite oder die fünfte Arbeitsöffnung 56 a,b,e mit dem jeweiligen Anschluss A, P, T verbindet. Die Steueröffnungen 57a-c kommunizieren einerseits mit dem inneren der Zwischenhülse 53 und andererseits mit der Steuernut 57, die wiederum mit dem Steueranschluss S kommuniziert.
Der Steuerkolben 54 ist im Wesentlichen hohlzylindrisch ausgeführt und inner- halb der Zwischenhülse 53 angeordnet, wobei dieser durch die Stelleinheit 50 entgegen der Kraft einer Feder 55 in axialer Richtung relativ zu der Zwischenhülse 53 und dem Ventilgehäuse 52 verschiebbar ist. Der Steuerkolben 54 weist drei Ringnuten 58a-c, erste und zweite Öffnungen 59a,b auf. Die Stelleinheit 50 kann beispielsweise als elektrische Stelleinheit ausgebildet sein, wobei ein magnetisierter Anker innerhalb einer Spule angeordnet ist. Durch Bestromen der Spule kann der Anker innerhalb in axialer Richtung ver- schoben werden. Über eine Stößelstange 50a kann diese Bewegung auf den Steuerkolben 54 übertragen werden.
Durch axiales Verschieben des Steuerkolbens 54 innerhalb der Zwischenhülse 53 können die Arbeitsanschlüsse A, B und der Steueranschluss S wahlweise mit dem Zulaufanschluss P, dem Ablaufanschluss T oder keinem von beiden verbunden werden.
In Figur 3 ist eine Steuerlogik des in Figur 5 bzw. Figur 6 dargestellten Steuerventils 37 dargestellt. Dabei sind die Verbindungen des ersten Arbeitsanschlus- ses A, des zweiten Arbeitsanschlusses B und des Steueranschlusses S mit der Druckmittelpumpe bzw. dem Tank in Abhängigkeit von der Erregung der Stelleinheit 50 bzw. der axialen Auslenkung D des Steuerkolbens 54 innerhalb der Zwischenhülse 53 dargestellt. Die Steuerlogik lässt sich in sieben Steuerstellungen unterteilen. Dabei durchläuft das Steuerventil 37 mit zunehmender Erre- gung der Stelleinheit 50 (axialer Verschiebung des Steuerkolbens 54) die Steuerstellungen in der Reihenfolge Startstellung S1 , Entriegelstellung S2, Nacheilstellung, S3, erste Zwischenstellung S4, Haltestellung S5, zweite Zwischenstellung S6 und Voreilstellung S7. Die Stellungen des Steuerkolbens 54 relativ zum Ventilgehäuse 52 bzw. der Zwischenhülse 53 in den verschiedenen Steuerstel- lungen S1 -S7 sind in den Figuren 6a-g dargestellt.
In der Startstellung S1 (Figur 6a), die das Steuerventil 37 bei unerregter Stelleinheit 50 einnimmt, ist der erste Arbeitsanschluss A (über die erste Arbeitsöffnung 56a) und der Steueranschluss S (über die erste Steueröffnung 57a) mit dem axialen Ablaufanschluss T verbunden. Somit wird Druckmittel aus den ersten Druckkammern 35, und damit aus der ersten Drehwinkelbegrenzungsvor- richtung 42, und von der zweiten Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung 43 zum Tank abgeführt. Der zweite Arbeitsanschluss B ist verschlossen (weder mit dem Zu- noch mit dem Ablaufanschluss P, T verbunden).
Beim Übergang von der Startstellung S1 zu einer Enthegelstellung S2 (Figur 6b) wird der Steueranschluss S (über die zweite Arbeitsöffnung 56b, die erste Ringnut 58a, die erste Öffnung 59a, das Innere des Steuerkolbens 54, die zweite Öffnung 59b, die dritte Ringnut 58c, die zweite Steueröffnung 57b und die Steuernut 57) mit der Pumpe verbunden. Der erste Arbeitsanschluss A kommuniziert weiterhin mit dem axialen Ablaufanschluss T, während der zweite Arbeitsanschluss B weiterhin verschlossen ist (analog zu Figur 6a). In der sich daran anschließenden Nacheilstellung S3 (Figur 6c) ist der zweite Arbeitsanschluss B (über die zweite Arbeitsöffnung 56b, die zweite Ringnut 58b, die dritte Arbeitsöffnung 56c und die Arbeitsnut 56), sowie der Steueranschluss S mit dem Zulaufanschluss P verbunden (analog Figur 6b), wobei der erste Arbeitsanschluss A mit dem axialen Ablaufanschluss T verbunden ist (a- nalog Figur 6a).
In der ersten Zwischenstellung S4 (Figur 6d) ist der erste Arbeitsanschluss A verschlossen, während der zweite Arbeitsanschluss B und der Steueranschluss S mit dem Zulaufanschluss P verbunden sind (analog Figur 6c). In der Haltestellung S5 (Figur 6e) sind beide Arbeitsanschlüsse A, B und der Steueranschluss S verschlossen.
In der zweiten Zwischenstellung S6 (Figur 6f) ist der erste Arbeitsanschluss A (über die zweite Arbeitsöffnung 56b, die erste Ringnut 58a und die erste Arbeitsöffnung 56a) mit dem Zulaufanschluss P verbunden, während der zweite Arbeitsanschluss B und der Steueranschluss S verschlossen sind (analog Figur 6e).
In der sich daran anschließenden Voreilstellung S7 (Figur 6g) ist der zweite Arbeitsanschluss B, sowie der Steueranschluss S (über die vierte Arbeitsöffnung 56d bzw. die dritte Steueröffnung 57c, das Innere der Zwischenhülse 53 und die fünften Arbeitsöffnung 56e), mit dem radialen Ablaufanschluss T und der erste Arbeitsanschluss A mit dem Zulaufanschluss P verbunden (analog Figur 6f). Während der Startphase der Brennkraftmaschine 1 befindet sich das Steuerventil 37 in der Startstellung S1. In dieser Phase ist die hydraulische Einspannung der Flügel 27 innerhalb der Druckräume 33 auf Grund zu geringen Systemdrucks im Allgemeinen nicht gewährleistet. Aus diesem Grund wird der In- nenrotor 23 gegenüber dem Außenrotor 22 oszillatorische Bewegungen in Um- fangsrichtung durchführen. Diese Oszillationen werden durch die auf die Nockenwelle 6, 7 wirkenden Wechselmomente hervorgerufen, wobei die Oszillationen selbst im verriegelten Zustand der Vorrichtung 10 auftreten. Dabei ist deren Amplitude durch das Verriegelungsspiel bestimmt. Die Oszillationen haben eine Pumpwirkung zur Folge, wodurch in den Druckmittelkanälen 39a,b bzw. den Druckmittelleitungen 38a,b vorhandenes Restöl in die Druckkammern 35, 36 gefördert werden kann. Dabei können innerhalb der Vorrichtung 10 Druckwerte erreicht werden, die ausreichen um die Drehwinkelbegrenzungsvorrich- tungen 42, 43 in den entriegelten Zustand zu überführen. Durch die Verbindung des ersten Arbeitsanschlusses A und des Steueranschlusses S mit dem Tank wird dies verhindert. Die ersten Druckkammern 35, die korrespondierenden Druckmittelkanäle 39a, die erste Druckmittelleitung 38a und die Steuerleitung 48 werden entleert und somit ein Druckaufbau, und damit die ungewollte Selbstentriegelung während der Startphase, in den Kulissen 45 der Drehwinkelbegrenzungsvorrichtungen 42, 43 verhindert.
Da in der Startstellung S1 der zweite Arbeitsanschluss B verschlossen ist, werden die zweiten Druckkammern 36 nicht mit Druckmittel beaufschlagt. Dadurch wird verhindert, dass der Verriegelungsstift 44 der zweiten Drehwinkelbegren- zungsvorrichtung 43 gegen das Ende der Kulisse 45 gedrängt wird, was zu einem Verklemmen führen könnte. Andererseits wird verhindert, dass das Druckmittel in den zweiten Druckmittelkanälen 39b zum Tank abfließen kann. So ist sichergestellt, dass durch die Oszillationen der Flügel 27 geringe Mengen von Druckmittel in die zweiten Druckkammern 36 gefördert werden, wodurch die Vorrichtung 10 ausreichend mit Schmiermittel versorgt wird.
Nach Ablauf einer definierten Zeitspanne, nach der der Startvorgang vollständig beendet ist, oder wenn ein ausreichendes Druckniveau im Schmiermittelkreis- lauf der Brennkraftmaschine 1 detektiert wird, und die Motorsteuerung eine Phasenänderung vorgibt, geht die Vorrichtung 10 in einen geregelten Zustand über, bis der Druck in dem Schmiermittelkreislauf wieder unter ein vorgegebenes Niveau fällt. Zu diesem Zweck wird die Stelleinheit 50 des Steuerventils 37 derart bestromt, dass dieses über die Enthegelstellung S2 in die Steuerstellungen S3 bis S7 gelangt und je nach Vorgabe des Phasenwinkels durch die Motorsteuerung in eine dieser Steuerstellungen S3-S7 geregelt wird.
Während das Steuerventil 37 die Enthegelstellung S2 einnimmt, wird im Unter- schied zur Startstellung S1 der Steueranschluss S mit Druckmittel beaufschlagt und somit die zweite Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung 43 in den entriegelten Zustand überführt. Dabei wird keine der Druckkammern 35, 36 mit Druck beaufschlagt, wodurch ein Verklemmen des Verriegelungsstiftes 44 der zweiten Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung 43 in dessen Kulisse 45 verhindert wird.
Abhängig von den aktuellen Soll- bzw. Istwerten der Phasenlage nimmt das Steuerventil 37 im geregelten Zustand der Vorrichtung 10 die Steuerstellungen S3-S7 ein. Wird vom Motorsteuergerät eine Verschiebung der Phasenlage in Richtung späterer Einlasszeiten vorgegeben, so wird das Steuerventil 37 derart bestromt, dass dieses die Nacheilstellung S3 einnimmt. In dieser Stellung sind die ersten Druckkammern 35 mit dem Tank und die zweiten Druckkammern 36 mit der Pumpe verbunden. Gleichzeitig wird Druckmittel zur Kulisse 45 der zweiten Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung 43 geleitet. Der Verriegelungsstift 44 der zweiten Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung 43 wird im entriegelten Zu- stand gehalten, während die Druckmittelbeaufschlagung der zweiten Druckkammern 36 bei gleichzeitiger Entleerung der ersten Druckkammern 35 zu einer Verdrehung des Innenrotors 23 relativ zum Außenrotor 22 entgegen der Drehrichtung der Vorrichtung 10 führt. Gibt das Motorsteuergerät vor die Phasenlage des Innenrotors 23 relativ zum Außenrotor 22 zu halten, so wird das Steuerventil 37 in die Haltestellung S5 überführt. In dieser Stellung findet kein Druckmittelaustausch zwischen den Druckkammern 35, 36 und der Kulisse 45 der zweiten Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung 43 mit dem Tank oder der Druckmittelpumpe statt. Die Flügel 27 werden hydraulisch im Druckraum 33 eingespannt und die Drehwinkelbegrenzungsvorhchtungen 42, 43 in der entriegelten Lage gehalten.
Gibt das Motorsteuergerät frühere Steuerzeiten vor, so wird das Steuerventil 37 in die Voreilstellung S7 gebracht. In dieser Steuerstellung wird den ersten
Druckkammern 35 Druckmittel zugeführt, während sowohl von der Kulisse 45 der zweiten Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung 43 als auch von den zweiten
Druckkammern 36 Druckmittel zum Tank abgeführt wird. Als Folge wird eine
Relativverdrehung des Innenrotors 23 zum Außenrotor 22 in Drehrichtung der Vorrichtung 10 bewirkt. Zusätzlich kann der Verriegelungsstift 44 der zweiten
Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung 43 in die korrespondierende Kulisse 45 eingreifen, wenn sich diese gegenüberstehen.
In den Zwischenstellungen S4 und S6 wird jeweils eine Gruppe der Druckkam- mer 35, 36 mit Druckmittel beaufschlagt, während kein Druckmittelaustausch zwischen der anderen Gruppe von Druckkammern 35, 36 und der Pumpe und dem Tank stattfindet. Dadurch wird erreicht, dass während der Einnahme der Haltestellung S5 bzw. deren Verlassen die hydraulische Einspannung der Flügel 27 innerhalb der Druckräume 33 erhalten bleibt.
Während der Stoppphase der Brennkraftmaschine 1 wird das Steuerventil 37 in die Voreilstellung S7 überführt und eine definierte Zeitspanne über deren Stillstand hinaus in dieser gehalten. Dadurch wird Druckmittel zu den ersten Druckkammern 35 geleitet, während Druckmittel aus den zweiten Druckkammern 36 zum Tank abfließen kann. Dies bewirkt eine Relativverdrehung des Innenrotors 23 zum Außenrotor 22, wobei der Innenrotor 23 in eine Stellung zwischen der Verriegelungsposition und der maximalen Frühposition gelangt. Gleichzeitig wird der Steueranschluss S und damit die Kulisse 45 der zweiten Drehwinkel- begrenzungsvorrichtung 43 mit dem Tank verbunden, wodurch die zweite Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung 43 in den eingeriegelten Zustand überführt wird. Dadurch ist gewährleistet, dass der Innenrotor 23 während des gesamten Stoppvorgangs und der Betriebspause der Brennkraftmaschine 1 in eine Stel- lung zwischen der Verriegelungsposition und der maximalen Frühposition verstellt und anschließend in dieser gehalten wird.
In der letzten Phase des Motorstopps, in der die Vorrichtung 10 nicht mehr ausreichend mit Druckmittel versorgt wird, wird der Innenrotor 23, aufgrund der auf die Nockenwelle 6, 7 wirkenden Schleppmomente, relativ zum Außenrotor 22 in Richtung der maximalen Spätposition verdreht. Diese Bewegung wird durch die eingeriegelte zweite Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung 43 an der Verriegelungsposition gestoppt. Aufgrund des fehlenden Systemdrucks wird die erste Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung 42 in dieser Position ebenfalls in den einge- riegelten Zustand überführt, wodurch eine mechanische Festsetzung des Innenrotors 22 relativ zum Außenrotor 23 in der Verriegelungsposition hergestellt ist. Alternativ dazu kann dieser Vorgang während der Startphase der Brennkraftmaschine 1 erfolgen, in der das Steuerventil 37 die Startstellung S1 einnimmt. In dieser Stellung werden die ersten Druckkammern 35 und die mit dieser ver- bundenen Kulisse 45 der ersten Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung 42 mit dem Tank verbunden. Der Innenrotor 22 wird auf Grund der auf die Nockenwelle 6, 7 wirkenden Schleppmomente in die Verriegelungsposition gedrängt, in der die erste Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung 42 in den eingeriegelten Zustand ü- bergehen kann.
Während des geregelten Betriebs der Vorrichtung 10 (Steuerzustände S3-S7) ist aufgrund der in Figur 3 dargestellten Steuerlogik gewährleistet, dass sich bei Beaufschlagung einer Gruppe von Druckkammern 35, 36 die zugehörige Dreh- winkelbegrenzungsvorrichtung 42, 43 im entriegelten Zustand befindet. Somit ist ein sicheres Verstellen der Vorrichtung 10 über die Verriegelungsposition hinaus gewährleistet.
Durch die getrennte Ansteuerung der Drehwinkelbegrenzungsvorrichtungen 42, 43 existiert nur eine geringe Zahl von Umschaltpunkten in der Steuerlogik, die in dem Motorsteuergerät abgelegt sind oder von diesem ermittelt werden müssen. Gleichzeitig vergrößern sich die Bereiche der einzelnen Steuerstellungen S1 -S7, wodurch die Regelung des Steuerventils 37 erheblich vereinfacht und die Fehleranfälligkeit verringert wird. Figur 4 zeigt eine zu der in Figur 3 gezeigten Steuerlogik alternative Steuerlogik, wobei der einzige Unterschied darin besteht, dass die Reihenfolge der Steuerstellungen S1 -S7 vertauscht sind. Die Startstellung S1 wird in dieser Ausführung bei maximal erregter Stelleinheit 50 eingenommen, während die Voreilstellung S7 bei nicht erregter Stelleinheit 50 eingenommen wird.
Bezugszeichen
1 Brennkraftmaschine
2 Kurbelwelle
3 Kolben
4 Zylinder
5 Zugmitteltrieb
6 Einlassnockenwelle
7 Auslassnockenwelle
8 Nocken
9a Einlassgaswechselventil
9b Auslassgaswechselventil
10 Vorrichtung
21 Kettenrad
22 Außenrotor
23 Innenrotor
24 Seitendeckel
25 Seitendeckel
26 Nabenelement
27 Flügel
28 Flügelnuten
29 Umfangswand
30 Vorsprung
31 Axialöffnung
32 Befestigungselement
33 Druckraum
34 Begrenzungswand
34a Frühanschlag
34b Spätanschlag
35 erste Druckkammer
36 zweite Druckkammer
37 Steuerventil 38b erste Druckmittelleitung
38a zweite Druckmittelleitung
38p dritte Druckmittelleitung
39b erster Druckmittelkanal 39a zweiter Druckmittelkanal
40 Aufnahme
41 Verriegelungsmechanismus
42 Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung
43 Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung 44 Verriegelungsstift
45 Kulisse
46 Federelement
47 Verbindungsleitung
48 Steuerleitung 49 Kanal
50 Stelleinheit 50a Stößelstange
51 Hydraulikabschnitt
52 Ventilgehäuse 53 Zwischenhülse
54 Steuerkolben
55 Feder
56 Arbeitsnut
56a erste Arbeitsöffnung 56b zweite Arbeitsöffnung
56c dritte Arbeitsöffnung
56d vierte Arbeitsöffnung
56e fünfte Arbeitsöffnung
57 Steuernut 57a erste Steueröffnung
57b zweite Steueröffnung
57c dritte Steueröffnung
58a erste Ringnut 58b zweite Ringnut
58c dritte Ringnut
59a erste Öffnung
59b zweite Öffnung
A erster Arbeitsanschluss
B zweiter Arbeitsanschluss
P Zulaufanschluss
T Ablaufanschluss
S Steueranschluss
D Auslenkung
S1 Startstellung
S2 Enthegelstellung
S3 Nacheilstellung
S4 erste Zwischenstellung
S5 Haltestellung
S6 zweite Zwischenstellung
S7 Voreilstellung

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung (10) zur variablen Einstellung der Steuerzeiten von Gaswechselventilen (9a, 9b) einer Brennkraftmaschine (1 ) mit • einem Außenrotor (22) und einem relativ zu diesem drehbar angeordneten Innenrotor (23), wobei eines der Bauteile in Antriebsverbindung mit einer Kurbelwelle (2) und das andere Bauteil in Antriebsverbindung mit einer Nockenwelle (6, 7) steht,
• wobei zumindest ein Druckraum (33) vorgesehen und jeder Druckraum (33) in zwei gegeneinander wirkende Druckkammern (35, 36) unterteilt ist,
• wobei eine der Druckkammern (35, 36) jedes Druckraums (33) als Voreil- und die andere Druckkammer (35, 36) als Nacheilkammer wirkt,
• wobei durch Druckmittelzufuhr zu den Voreilkammern, bei gleichzeitigem Druckmittelabfluss von den Nacheilkammern, der mit der Nockenwelle
(6, 7) zusammenwirkende Rotor (22, 23) relativ zu dem mit der Kurbelwelle (2) zusammenwirkenden Rotor (22, 23) in Richtung einer maximalen Frühposition verdreht wird,
• wobei durch Druckmittelzufuhr zu den Nacheilkammern, bei gleichzeiti- gern Druckmittelabfluss von den Voreilkammern, der mit der Nockenwelle (6, 7) zusammenwirkende Rotor (22, 23) relativ zu dem mit der Kurbelwelle (2) zusammenwirkenden Rotor (22, 23) in Richtung einer maximalen Spätposition verdreht wird,
• wobei zumindest ein erster und ein zweiter Druckmittekanal (39a, 39b) vorgesehen sind, über die den Druckkammern (35, 36) Druckmittel zugeführt, bzw. von diesen abgeführt werden kann,
• wobei zumindest zwei Drehwinkelbegrenzungsvorrichtungen (42, 43) vorgesehen sind,
• wobei jede Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung (42, 43) einen entriegel- ten und einen eingeriegelten Zustand einnehmen kann, wobei der Verriegelungszustand durch Druckmittelzufuhr zu bzw. Druckmittelabfuhr von der jeweiligen Drehwinkelbegrenzungsvorrichtungen (42, 43) eingestellt werden kann, dadurch gekennzeichnet, dass
• der Verheglungszustand der ersten Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung (42) ausschließlich über den in zumindest einer der Druckkammern (35, 36) herrschenden Druck gesteuert wird und
• dass der Verriegelungszustand der zweiten Drehwinkelbegrenzungsvor- richtung (43) mittels einer separaten Steuerleitung (48) gesteuert wird,
• wobei die Steuerleitung (48) weder mit den Druckmittelkanälen (39a, 39b) noch mit den Druckkammern (35, 36) kommuniziert.
2. Vorrichtung (10) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die erste Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung (42) über eine Verbindungsleitung (47) mit zumindest einer der Druckkammern (35, 36) oder mit einem der Druckmittelkanäle (39a, 39b) kommuniziert.
3. Vorrichtung (10) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Ver- rieglungszustand der ersten Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung (42) ausschließlich über den in einer oder mehreren Voreilkammern herrschenden Druck gesteuert wird.
4. Vorrichtung (10) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass bei eingeriegelter erster und zweiter Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung (42, 43) der Innenrotor (23) relativ zum Außenrotor (22) in einer Verriegelungsposition fixiert ist.
5. Vorrichtung (10) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung (43) im eingeriegelten Zustand eine Phasenlage des mit der Nockenwelle (6, 7) zusammenwirkenden Rotors (22, 23) relativ zu dem mit der Kurbelwelle (2) zusammenwirkenden Ro- tor (22, 23) auf einen Winkelbereich zwischen der maximalen Frühposition und der Verrieglungsposition beschränkt.
6. Vorrichtung (10) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung (42) in dem eingeriegelten Zustand die Drehung des mit der Nockenwelle (6, 7) zusammenwirkenden Rotors (22, 23) relativ zu dem mit der Kurbelwelle (2) zusammenwirkenden Rotor (22, 23) bei Einnahme der Verriegelungsposition in Richtung der maximalen Frühposition verhindert.
7. Vorrichtung (10) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung (42) im eingeriegelten Zustand die Phasenlage des mit der Nockenwelle (6, 7) zusammenwirkenden Rotors
(22, 23) relativ zu dem mit der Kurbelwelle (2) zusammenwirkenden Rotor (22, 23) auf einen Winkelbereich zwischen der maximalen Spätposition und der Verheglungsposition beschränkt.
8. Vorrichtung (10) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass ein Steuerventil (37) vorgesehen ist, das die Druckmittelzufuhr zu und den Druckmittelabfluss von den Druckmittelkanälen (39a, 39b) und der Steuerleitung (48) steuert.
9. Vorrichtung (10) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerventil (37) zwei Arbeitsanschlüsse (A, B) aufweist, wobei der erste Arbeitsanschluss (A) mit den ersten Druckkammern (35) und der zweite Ar- beitsanschluss (B) mit den zweiten Druckkammern (36) kommuniziert und wobei die Steuerleitung (48) ventilseitig ausschließlich mit einem separat zu den Arbeitsanschlüssen (A, B) ausgebildeten Steueranschluss (S) kommuniziert.
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