EP2118453A1 - 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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EP2118453A1
EP2118453A1 EP08708809A EP08708809A EP2118453A1 EP 2118453 A1 EP2118453 A1 EP 2118453A1 EP 08708809 A EP08708809 A EP 08708809A EP 08708809 A EP08708809 A EP 08708809A EP 2118453 A1 EP2118453 A1 EP 2118453A1
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EP
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pressure
angle limiting
pressure medium
locking
rotor
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Andreas Strauss
Michael Busse
Joachim Dietz
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Schaeffler KG
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Definitions

  • the invention relates to a device for variably adjusting the timing of gas exchange valves of an internal combustion engine having an outer rotor and a rotatably disposed relative to this inner rotor, wherein one of the components in driving connection with the crankshaft and the other component is in driving connection with a camshaft.
  • the device has at least one pressure chamber and each pressure chamber is divided into two counteracting pressure chambers. Via several pressure medium channels pressure medium can be supplied to the pressure chambers, or be discharged from these.
  • a plurality of rotation angle limiting devices are provided, wherein each rotation angle limiting device can assume an unlocked and a locked state, wherein the locking states can be adjusted by pressure medium supply to or Druckschabschreib of the respective rotation angle limiting device.
  • Each of the rotational angle limiting devices can adopt two possible locking states, namely a locked state in which a mechanical coupling is established between the rotors by the respective rotational angle limiting device, and an unlocked state in which the mechanical coupling between the rotors is controlled by the respective rotational angle limiting device - is canceled.
  • 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 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 a 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.
  • One of the pressure chambers of each pressure chamber acts as an advance chamber and the other as a retard chamber.
  • the rotor interacting with the camshaft is rotated relative to the rotor cooperating with the crankshaft in the direction of a maximum early position.
  • the rotor interacting with the camshaft is rotated relative to the rotor interacting with the crankshaft in the direction of a maximum retarded position.
  • the pressure medium inflow to or the pressure medium outflow 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 position of the camshaft in the internal combustion engine and compares it with a desired position, which is particularly dependent on the engine speed and the load condition of the internal combustion engine. 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. Since the pressure medium is usually provided by the oil pump of the internal combustion engine and the pressure provided thus increases synchronously to 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 specifically or keep , This may for example be the case during the starting phase or during the idling phase. During these phases, the device would make uncontrolled oscillations, which would lead to increased noise emissions, increased wear, rough running and increased emissions of the internal combustion engine. In order to prevent this, 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.
  • Such a device is known, for example, from US Pat. No. 6,439,181 B1, in which an outer rotor is rotatably mounted on an inner rotor designed as an impeller, wherein a plurality of pressure chambers are formed between the outer rotor and the inner rotor, which pressure chambers are subdivided into two opposing pressure chambers by means of the vanes , Furthermore, two rotational angle limiting devices are provided, wherein a rotational angle limiting device in the locked state permits a relative rotation of the rotors relative to one another over an angular range between a maximum late position. on and a defined center position (locking position) limited.
  • the other rotation angle limiting device allows in the locked state, a rotation of the inner rotor to the outer rotor in an angular range between the maximum early position and the center position. If both rotational angle limiting devices are in the locked state, then the phase angle of the inner rotor to the outer rotor is limited to the middle position (locking position). Furthermore, in this embodiment, an auxiliary control mechanism is provided, which in the locked state restricts the relative phase position of the inner rotor relative to the outer rotor to an angle range between a middle late position and the maximum early position.
  • Each of the rotational angle limiting devices can be transferred from the locked state to the unlocked state by pressurizing the respective locking depression.
  • the pressure medium urges the locking plates in their recording back, whereby the mechanical coupling of the inner rotor is canceled with the outer rotor.
  • the pressure medium is applied to the locking recesses via a connecting line with the pressure chambers.
  • the associated locking depressions of the two rotation angle limiting devices which in the locked state limit the phase position of the inner rotor to the outer rotor to the central position, supply pressure medium via one of the pressure chambers acting as lagging or as advance chambers, while those with the auxiliary control mechanism corresponding locking recess also communicates with one of the pressure chambers acting as lag chambers.
  • a disadvantage of the illustrated embodiment is the fact that the rotation angle limiting devices and the Hilfs tenuungsmecha- mechanism are controlled by the pressure prevailing in the pressure chambers.
  • the device When starting the engine, the device can be unintentionally unlocked with increasing pressure medium pressure in the pressure chambers and the phase relation between crankshaft and camshaft can be adjusted by the friction moments acting on the latter in the direction of the maximum retarded position.
  • a biasing member is required to enable at an engine start of the internal combustion engine in a maximum or in a middle late position by the action of the biasing force of the biasing member against the friction forces acting on the camshaft, an adjustment to the locking position.
  • the device only reaches the locked state with a time delay, with the inner rotor making periodic pivoting movements relative to the outer rotor due to the alternating torques acting on the camshaft from the reaction forces resulting from the actuation of the gas exchange valves.
  • the invention is based on the object, a device for variable adjustment of the timing of gas exchange valves of an internal combustion engine and a method for controlling a device for the variable adjustment of the timing of gas exchange valves of an internal combustion engine to sheep fen, wherein the inner rotor can be mechanically locked relative to the outer rotor in a middle phase position between the maximum early and the maximum retarded position.
  • a secure locking outside the normal engine operation of the engine during stop and start operations of the engine ensures and the device at any time be sufficiently supplied with lubricant.
  • a safe adjustment of the device is to be made possible in a controlled state after unlocking.
  • the object is achieved in that the locking states of at least one first and one second rotation angle limiting devices can be controlled by means of a separate control line and the locking states of at least one third rotation angle limiting device can be controlled independently of at least one first and one second rotation angle limiting device.
  • a plurality of rotational angle limiting devices are provided. Since the control line is designed separately from the pressure medium channels and pressure medium lines supplying the pressure chambers, the locking states can be adjusted independently of the pressure prevailing in the pressure chambers by supply of pressure medium to or removal of pressure medium from at least one first and one second rotation angle limiting device , Furthermore, the locking states of at least one third rotation angle limiting device can be set, for example, via the pressure prevailing in at least one of the pressure chambers independently of at least one first and one second rotation angle limiting device. In this way, at least one third rotation angle limiting device can be controlled independently of at least one first and one second rotation angle limiting device.
  • a third rotation angle limiting device By removing pressure medium via one of the pressure chambers, it is for example possible to convert a third rotation angle limiting device in the locked state or to keep in this. At the same time, a first and a second rotational angle limiting device can be converted into the unlocked state by applying pressure medium via the separate control line or be held in this. During a stopping operation of the internal combustion engine, the inner rotor can thus be turned off relative to the outer rotor in a defined angular range which contains the locking position. Furthermore, it is possible, for example, during a startup process of the internal combustion engine via the separate control line to dissipate pressure medium from the first and the second rotation angle limiting device, whereby these can be converted into the locked state or held in this. In this way, the device can be mechanically fixed during the starting phase regardless of the prevailing pressure in the pressure chambers in a middle phase position and an automatic unlocking by the increasing system pressure or an unwanted adjustment of the device can be reliably avoided.
  • At the same time, at least one of the pressure chambers can be connected to the pump via the control valve, whereby an adequate supply of the device with lubricant is ensured even during the starting phase and during the engine stop phase.
  • At least one third rotation angle limiting device can be controlled independently of at least one first and one second rotation angle limiting device via a further separate control line.
  • the locking states of at least one third rotation angle limiting device can be controlled exclusively via the pressure prevailing in at least one of the pressure chambers.
  • a third rotation angle limiting device communicates via a connecting line with at least one of the pressure chambers or with one of the pressure medium channels.
  • a first and a second rotation angle limiting device communicate by means of a separate control line, wherein the control line tion communicates with neither the pressure fluid channels nor with the pressure chambers.
  • the locking states of the third rotation angle limiting device are controlled exclusively via the pressure prevailing in one or more pressure chambers acting as retarding chambers.
  • the inner rotor is advantageously fixed in a locking position relative to the outer rotor.
  • the third rotation angle limiting device in the locked state can limit a phase position of the rotor cooperating with the camshaft relative to the rotor cooperating with the crankshaft to an angle range between the maximum advance position and the locking position.
  • the third rotational angle limiting device in the locked state can advantageously prevent the rotation of the rotor cooperating with the camshaft relative to the rotor cooperating with the crankshaft when the locking position is taken in the direction of the maximum retarded position.
  • the first rotational angle limiting device can restrict a phase angle of the rotor interacting with the camshaft relative to the rotor interacting with the crankshaft to an angular range between the maximum retarded position and the locking position.
  • the first rotational angle limiting device in the locked state prevent the rotation of the cooperating with the camshaft rotor relative to the cooperating with the crankshaft rotor when taking the locking position in the direction of a maximum early position.
  • the second rotational angle limiting device in the locked state can limit a phase position of the rotor cooperating with the camshaft relative to the rotor cooperating with the crankshaft to an angular range between the maximum advance position and the locking position.
  • the second rotational angle limiting device in the locked state prevent the rotation of the cooperating with the camshaft rotor relative to the cooperating with the crankshaft rotor when taking the locking position in the direction of a maximum late position.
  • control valve 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 the control line communicates with the valve side only with a control port formed separately from the working ports.
  • a locking mechanism is provided by means of which the outer rotor can be mechanically coupled to the inner rotor in a locking position between a maximum early and a maximum retarded position.
  • three Drehwinkelbegrenzungsvoriquesen be provided, each of which Drehwinkelbegrenzungsvortechnischen consists of a spring-loaded locking pin, which is arranged axially in a bore of the inner rotor. Each locking pin is acted upon by a spring in the direction of the outer rotor with a force.
  • On the outer rotor or on a tightly connected with this lid three locking latches are formed, which correspond to the locking pins in certain operating positions of the device. bernial.
  • the pins can axially engage in the locking cams, thereby providing mechanical coupling between the outer rotor and the inner rotor.
  • the respective rotation angle limiting device moves from the ent to the locked state.
  • the respective locking pin is covered by the cover fixedly connected to the outer rotor and can not engage in the associated link, so that the respective rotational angle limiting device is kept in the unlocked state.
  • each of the rotational angle limiting devices By pressurizing the respective locking link, each of the rotational angle limiting devices can be transferred from the locked to the unlocked state.
  • the pressure medium urges the respective locking pins back into their bore, whereby the mechanical coupling of the inner rotor to the outer rotor is canceled.
  • each of the rotation angle limiting devices two possible locking states can be set by supplying pressure medium to and removing pressure from the individual rotation angle limiting devices, namely a locked state, in which the respective locking pin faces the associated locking link and is removed from this pressure medium, so that the respective Locking pin can engage in the associated locking link, whereby a mechanical coupling is made between the rotors, and an unlocked state in which the respective locking link is acted upon with pressure medium and the respective locking pin is pushed back into the bore by the pressure medium, whereby the mechanical coupling between the rotors is canceled by the respective rotation angle limiting device.
  • one or more Drehwin- kelbegrenzungsvoriquesen be designed as a locking element, wherein in the locking position, a locking pin of the locking element engages in a recess adapted to the locking pin recess or in a locking pin adapted blind hole.
  • a first, a second and a third rotational angle limiting device are provided, wherein the first rotational angle limiting device in the locked state limits the relative phase angle of the inner rotor to the outer rotor to a range between the maximum late and locking positions, while the second rotational angle limiting device in the locked state allows a phase angle between the maximum early position and the locking position. This ensures that the inner rotor can be mechanically fixed relative to the outer rotor in a locking position in a middle phase position.
  • the third rotational angle limiting device in the locked state limits the relative phase angle of the inner rotor to the outer rotor to a region between the maximum advance position and the locking position. This ensures that during the critical operating phases outside the normal engine operation of the internal combustion engine, for example during the engine start phase or the engine stop or idle phase, in which the pressure medium pressure is too low to selectively change or maintain the phase position of the rotors, at Taking the locking position is an adjustment of the relative phase angle of the rotors to each other by acting on the camshaft friction moments in the direction of the maximum late position on the locking position is prevented.
  • Each of the rotation angle limiting devices can be transferred by pressure medium from the locked to the unlocked state.
  • the first and the second rotation angle limiting device which in the locked state communicate the relative rotation of the rotors relative to each other to a region between the maximum late and locking positions and to a region between the maximum early and locking positions, communicate with a separate one control line.
  • the third rotation angle limiting device which limits the relative rotation of the inner rotor to the outer rotor in the locked state to a range between the maximum early and the locking position communicates via a connecting line, for example via a worm groove, with at least one of the pressure chambers or the pressure medium channels.
  • control line is designed separately from the pressure medium lines and the pressure medium channels, which supply the pressure chambers with pressure medium.
  • the Verhegelungszuident the first and the second rotational angle limiting device can be controlled independently of the pressure prevailing in the pressure chambers via the separate control line and transferred to the locked or in the unlocked state or held in this. Furthermore, this ensures that the device can be adjusted in the unlocked state in both adjustment directions by changing pressure medium acting as Voreilhuntn or acting as lag chambers pressure chambers each on the locking position addition.
  • the first and second rotational angle limiting devices can be connected to the tank via the control line and via the control valve.
  • the device can be mechanically fixed independently of the pressure prevailing in the pressure chambers in a middle phase position and an automatic unlocking or unintentional adjustment of the device can be reliably prevented even with increasing system pressure.
  • At the same time, at least one of the pressure chambers can be connected to the pressure medium inlet via the control valve, whereby a sufficient supply of the device with lubricant is ensured even during the starting phase and during the engine stop phase.
  • the inner rotor By separate control of at least one Drehwinkelbegrenzungsvorrich- tion via at least one of the pressure chambers, it is also possible during the shutdown of the internal combustion engine, the inner rotor relative to the outer rotor in a defined angular range, which contains the locking position, off.
  • the locking states of the third rotation angle limiting device which in the locked state limits the relative phase position of the inner rotor to the outer rotor to a region between the maximum advance position and the locking position, control the pressure prevailing in one or more pressure chambers acting as retard chambers.
  • This also makes it possible to turn off the inner rotor relative to the outer rotor in a defined angular range between a maximum early position and the locking position during the shutdown.
  • the inner rotor automatically moves directly into the locking position, whereby a non-rotatable mechanical connection between the rotors is produced by means of the rotational angle limiting devices.
  • the object according to the invention is achieved by a method for controlling a device for setting the control times of gas exchange valves of an internal combustion engine, in which the locking states of at least one first and one second rotational angle limiting devices are controlled by means of a separate control line, and the locking states of at least one third rotational angle limiting device are independent - Be controlled by at least a first and a second Drehwinkelbegrenzungsvor- direction.
  • the inventively proposed method is used in particular to control the device described above for adjusting the timing of gas exchange valves of an internal combustion engine.
  • the invention provides that the first and the second rotational angle limiting device transferred by pressure fluid removal from the separate control line in the locked state or held in this and at the same time a pressure medium of the Retard chambers acting pressure chambers with simultaneous ejection of pressure medium from acting as Voreilhuntn pressure chambers takes place.
  • the device can be mechanically fixed independently of the pressure prevailing in the pressure chambers in a middle phase position and an automatic unlocking or unintentional adjustment of the device can be reliably prevented even with increasing system pressure.
  • at least one of the pressure chambers can be connected to the pressure medium inlet via the control valve, whereby an adequate supply of the device with lubricant is ensured even during the starting phase.
  • the invention provides that the first and the second rotation angle limiting device is transferred by pressurizing the separate control line in the unlocked state or held in this and at the same time a pressure medium acting as Voreilhuntn pressure chambers with simultaneous ejection of pressure medium from acting as retard chambers pressure chambers ,
  • the phase position of the cooperating with the camshaft rotor is limited relative to the cooperating with the crankshaft rotor to an angular range between the maximum early position and the locking position.
  • the locking states of the third rotation angle limiting device which limits the relative phase position of the inner rotor to the outer rotor in the locked state to a region between the maximum early position and the locking position, over the prevailing in one or more acting as retard pressure chambers pressure Taxes.
  • This makes it possible, during the shutdown of the internal combustion engine off the inner rotor relative to the outer rotor in a defined angle kel Scheme between a maximum early position and the locking position.
  • the inner rotor automatically comes directly into the locking position, wherein a non-rotatable mechanical Ver ⁇ bond is made between the rotors by means of the Drehwinkelbegrenzungsvorrichtun- gene.
  • the first and the second rotation angle limiting device are held in the unlocked state by pressure medium applied to the separate control line and an interruption of the pressure medium supply to and the pressure medium discharge from the pressure chambers takes place. This makes it possible to keep the phase position of the rotors to each other in a controlled position.
  • FIG. 1 tabular representation of the switching positions of the control valve in the individual operating states
  • FIG. 2 is a graphical representation of the pressure medium flow in dependence speed of the valve piston in the individual switching positions of the control valve
  • Figures 3 -11 are schematic representations of a cross section through one of the pressure chambers with the position of the Verstellulatels (Fig. A), a partial longitudinal section of the device with the position of the locking mechanism in individual operating conditions ( Figure b) and symbolic representations of the internal connections in the switching positions of Control valve (Fig. C),
  • FIG. 3a shows the position of the adjusting wing in the pressure chamber when the engine stops (switch position 4),
  • FIG. 4 a shows the position of the adjusting vane in the pressure chamber when the engine is at a standstill (switch position 1)
  • FIG. 5a position of the adjusting vane in the pressure chamber at engine start 1
  • FIG. 5c switching position of the control valve at engine start 1 (shift position 1)
  • FIG. 6a shows the position of the adjusting vane in the pressure chamber at engine start 2 (shift position 1)
  • FIG. 6c switching position of the control valve at engine start 2 (shift position 1)
  • FIG. 7a position of the adjusting blade in the pressure chamber at engine start 3 (shift position 1)
  • FIG. 7c switching position of the control valve at engine start 3 (shift position 1)
  • FIG. 8a position of the adjusting wing in the pressure chamber when unlocked (switch position 2)
  • FIG. 9a Position of the adjusting blade in the pressure chamber during adjustment in the direction of late (shift position 2), Figure 9b position of the locking pins with the scenes in the cover when adjusting towards late (switch position 2),
  • FIG. 9c switching position of the control valve during adjustment in the direction of late (shift position 2)
  • FIG. 10a position of the adjusting vane in the pressure chamber in the regulated position (switching position 3),
  • FIG. 10c switching position of the control valve in the regulated position (shift position 3),
  • FIG. 11 a position of the adjusting vane in the pressure chamber during adjustment in the direction of early (switch position 4),
  • FIGS 1 to 11 show very schematically and by way of example an embodiment of the invention with its essential parts in the respective operating states.
  • FIG. 3a to 11 a is a cross section through one of the pressure chambers 7 with two mutually working pressure chambers 9,10 and the respective position of the adjusting wing 6 is shown.
  • the embodiment of the invention consists of several such groups of pressure chambers 9,10, for example, five groups of pressure chambers 9,10 may be provided.
  • the outer rotor 2 is arranged rotatably in a defined angular range to the inner rotor 3.
  • the angular range is limited in a direction of rotation of the outer rotor 2 in that each vane 6 comes to rest in a maximum early position on a boundary wall 8 of the pressure chamber 7 designed as an ear stop 8a.
  • the angular range of the other direction of rotation is limited by the fact that each wing 6 comes to rest on the other boundary wall 8 of the pressure chamber 7, which serves as a late stop 8b in a maximum late position.
  • a rotation limiting device may be provided which limits the rotation angle range of the outer rotor 2 to the inner rotor 3.
  • the phase angle of the outer rotor 2 to the inner rotor 3 can be varied.
  • the phase position of the two rotors 2, 3 can be kept constant relative to one another.
  • none of the pressure chambers 9, 10 are subjected to pressure medium during phases of constant phase position.
  • the inner rotor 2 is hydraulically clamped in relation to the outer rotor 3 within the respective pressure chambers 7.
  • hydraulic pressure medium usually the lubricant of the internal combustion engine, not shown, is used.
  • a pressure medium system which comprises a pressure medium pump, not shown, a tank, also not shown, a control valve, not shown, and a plurality of pressure medium lines, not shown.
  • Fed by the pressure medium pump pressure medium is supplied via a further pressure, not shown, the control valve.
  • this pressure medium line is connected to the pressure medium lines of the pressure medium system ( Figure 1 and Figures 3c to 11 c).
  • the inner rotor 3 is formed for example with two groups of pressure fluid channels, not shown, with each pressure medium channel, for example, from a not shown receiving the inner rotor on the camshaft, not shown, to one of the pressure chambers 9, 10 extends.
  • the pressure medium channels of the inner rotor 3 communicate with respectively designed for this pressure medium lines of the pressure medium system.
  • a pressure medium distributor can be provided, which is arranged in the receptacle of the inner rotor 3.
  • the control valve is designed as a central valve and arranged in the receptacle of the inner rotor 3, in which case the control valve connects the pressure medium inlet directly to the pressure medium channels.
  • the pressure medium supplied to the control valve via the pressure medium system via pressure medium channels of the group of first pressure chambers 9 is passed.
  • pressure medium from the group of second pressure chambers 10 passes through further pressure medium channels to the control valve and is ejected into the tank.
  • the wings 6 are displaced in the direction of the early stop 8a, as a result of which a rotary movement of the inner rotor 3 to the outer rotor 2 in the direction of rotation of the device is achieved.
  • the pressure medium supplied to the control valve via the pressure medium system via pressure medium channels of the group of second pressure chambers 10 is passed.
  • pressure medium from the group of the first pressure chambers 9 reaches the control valve via further pressure medium channels and is ejected into the tank.
  • the wings 6 are displaced in the direction of the late stop 8b, whereby a rotary movement of the inner rotor 3 to the outer rotor 2 is achieved against the direction of rotation of the device.
  • the pressure medium supply to all pressure chambers 9, 10 is either prevented or permitted.
  • the wings 6 are hydraulically clamped within the respective pressure chambers 7 and thus prevents a rotational movement of the inner rotor 3 relative to the outer rotor 2.
  • a locking mechanism 11 is provided which establishes a mechanical connection between the two rotors 2, 3.
  • one locking pin 15, 16, 17 is arranged in one of the rotors 2, 3, while a locking slot 18, 19, 20 is formed in the other rotor 2, 3.
  • the respective locking pin 15, 16, 17 can engage in the associated locking slots 18, 19, 20 and thus a mechanically rotationally fixed connection between the two rotors 2, 3 produce.
  • FIGS 3b to 11 b show a partial longitudinal section through one of the side covers 4, 5 with the locking latches 18, 19, 20 and the position of the locking pins 15, 16, 17 in individual Bethebszurentn the internal combustion engine.
  • the locking mechanism 11 consists of a first, a second and a third rotation angle limiting device 13, 14, 12.
  • each of the locking pins 15, 16, 17 is acted upon by means of a spring element, not shown, with a force in the direction of the lid 4, 5.
  • the locking link 19 of the first rotational-angle limiting device 13 is restricted to a region between a maximum late position 8b and the locking position 25. If the inner rotor 3 is located in the locking position 21 relative to the outer rotor 2, then the locking pin 16 of the first rotational angle limiting device 13 bears against a stop formed in the circumferential direction by the locking link 19, thereby preventing further adjustment in the direction of earlier control times.
  • the locking link 20 of the second rotation angle limiting device 14 is designed such that when the second rotation angle limiting device 14 is locked, the phase angle of the inner rotor 3 to the outer rotor 2 is limited to an angular range between the maximum early position 8a and the locking position 21.
  • the inner rotor 3 is relative to the outer rotor 2 in the locking position 21, the locking pin 17 of the second rotation angle limiting device 14 is located on a circumferentially formed by the locking link 20 stop, thereby preventing further adjustment in the direction of later timing.
  • the locking slot 18 of the third rotational angle limiting device 12 is similarly designed such that, when the third rotational angle limiting device 12 is locked, the phase angle of the inner rotor 3 to the outer rotor 2 is limited to a range between a maximum early position 8a and the locking position 21. If the inner rotor 3 is located in the locking position 21 relative to the outer rotor 2, then the locking pin 15 lies the third rotation angle limiting device 12 at a stop formed in the circumferential direction by the locking link 18, whereby a further adjustment in the direction of later control times is prevented.
  • the locking link 18 of the third rotation angle limiting device 12 which prevents the rotation of the inner rotor 3 to the outer rotor 2 at the locking position 21 in the locked state toward late, via a connecting line, not shown, from one of the second pressure chambers acting as lag chambers 10 to supply with pressure medium.
  • the control valve not shown, controls both the pressure medium flows to and from the first and second pressure chambers 9, 10, as well as to and from the control line.
  • a first working port A communicates with the pressure medium line, over which the first
  • Pressure chambers 9 are supplied with pressure medium.
  • the second work connection B + pin B 2 communicates with the pressure medium line, via which the second pressure chambers 10 are supplied with pressure medium.
  • a control terminal pin A + pin B 1 communicates with the separate control line, via which both the link 19 of the first rotational angle limiting device 13 and the link 20 of the second rotational angle limiting device 14 can be acted upon with pressure medium.
  • the ports P and T can be connected to the oil circuit of the engine, the oil pressure of which depends on the engine speed and the oil temperature. Port T then allows the oil displaced in the device to flow back into the oil circuit of the engine.
  • the control valve can be designed as a conventional plug-in valve or as a central valve. It is also conceivable that more than 5 connections are provided on the control valve, in particular, several connections may be provided for draining the pressure medium in the tank.
  • control valve may be formed, for example, with an electrical actuating unit, via which, depending on the electrical current supply, the working ports A, B + pin B 2 and the control terminal pin A + pin B 1 either to the inlet port P, the drain port T or neither can be connected.
  • Figure 1 shows a tabular form.
  • the control valve In the switching position 1, the control valve is electrically de-energized and the device is in the locking position during engine start of the internal combustion engine.
  • the first working port chamber A and the control port Pin A + Pin B 1 are each connected to the drain port T, so that from the first pressure chambers 9 and from communicating with the control line scenes 19, 20 pressure fluid can flow into the tank.
  • the second working port chamber B + pin B 2 is connected to the supply port P, whereby the second pressure chambers 10 and the at least one of them communicating link 18 of the third Drehwin- kelbegrenzungsvorraum be acted upon with pressure medium as soon as the pressure medium pump synchronous to the engine speed provides sufficient fluid pressure.
  • the control valve is transferred to the switching position 2.
  • the working port chamber B + pin B 2 and the control port pin A + pin B 1 are connected to the inlet port P, whereby the second pressure chambers 10 and the control line pressurized and the rotational angle limiting devices 12, 13, 14 are transferred to the unlocked state .
  • the working port chamber A is connected to the drain port T, whereby pressure fluid is discharged from the first pressure chambers 9 into the tank.
  • the wings 6 are displaced in the direction of the late stop 8b and rotation of the inner rotor 3 relative to the outer rotor 2 is achieved against the direction of rotation of the device.
  • the device In the switching position 3 of the control valve, the device can be kept in a controlled angular position to keep the timing of the gas exchange valves constant. In this position, the pressure medium supply and removal to all pressure chambers 9, 10 is prevented. Apart from a compensation of the leakage in the pressure chambers 9, 10, there is no exchange of pressure medium between the pressure chambers 9, 10 via the outlet connection T with the tank or via the inlet connection P with the pressure medium pump. As a result, the wings 6 are hydraulically clamped within the respective pressure chambers 7, and thus prevents a rotary movement of the inner rotor 3 to the outer rotor 2. At the same time, the control connection Pin A + Pin B 1 is connected to the pressure medium feed port P, whereby the control line and the communicating with her scenes 19, 20 applied with pressure medium and the first and the second rotation angle limiting device 13, 14 in the unlocked state being held.
  • the control valve is transferred to the switching position 4.
  • the working port chamber A is connected to the pump P and the first pressure chambers 9 acted upon by pressure medium, while the second working port chamber B + pin B 2 is connected to the drain port T, whereby pressure medium from the second pressure chambers 10 are ejected into the tank.
  • the vanes 6 are displaced in the direction of the early stop 8a and rotation of the inner rotor 3 relative to the outer rotor 2 in the direction of rotation of the device is achieved.
  • the control port Pin A + Pin B 1 is also connected to the inlet port P, whereby the communicating with the control line scenes 19, 20 applied with pressure medium and the first and second rotation angle limiting device 13, 14 transferred to the unlocked state or held in this become.
  • each one of the groups of pressure chambers 9, 10 is connected to the pressure medium pump, a sufficient pressure medium supply of the device can be ensured even during the engine start and the engine stop or engine stoppage phases.
  • FIGS. 3c to 11c The internal connections of the terminals of the control valve in the individual switch positions is shown symbolically in FIGS. 3c to 11c.
  • the control valve is fully electrically energized after the signal from the "ignition off” motor control and transferred to the switch position 4.
  • the first work connection A and the control connection pin A + pin B become 1 or pins A + B 1 are connected to the pressure medium inlet port P.
  • the locking pin 15 can lock into the gate 18 located opposite it, which communicates with at least one of the pressure chambers 10, from which pressure medium is ejected into the tank.
  • the third rotational angle limiting device 12 is brought into the locked state and the relative rotation of the rotors relative to one another is restricted to an angular range between the maximum early position 8a and the locking position 21. In this way it is achieved that during the stop phase of the internal combustion engine machine of the inner rotor 3 relative to the outer rotor 2 in a defined angular range between the locking position 21 and the maximum early position 8a can be turned off.
  • the control valve After reaching the engine standstill ( Figures 4a, 4b and 4c), the control valve is not electrically energized and is in the switching position 1.
  • the first working port A and the control port pins A + B 1 are connected to the pressure medium outlet port T, whereby pressure medium the first pressure chambers 9 and the scenes 19, 20 can flow into the tank, while the second working port chamber B + pin B 2 is connected to the pressure medium inlet P ( Figure 4c).
  • the third rotation angle limiting device 12 which communicates with one of the second pressure chambers 10, in the locked state ( Figure 4b).
  • the locking pin 16 can engage in the link 19, whereby the second rotational angle limiting device 14 in the locked state transferred ( Figure 4b).
  • the locking pin 16 is not the associated link 19 with respect to, so that the first rotation angle limiting device 13 can not be converted into the locked state ( Figure 4b).
  • the internal combustion engine starts during the engine start phase (FIGS. 5a, 5b and 5c, 6a, 6b and 6c, 7a, 7b and 7c).
  • the control valve is in the start position (shift position 1, FIGS. 5c, 6c and 7c), which corresponds to the shift position during the engine standstill (FIG. 4c).
  • shift position 1 shift position 1
  • FIGS. 5c, 6c and 7c corresponds to the shift position during the engine standstill
  • the hydraulic clamping of the wing 6 is not guaranteed within the pressure chambers 7 due to the low system pressure in general. Due to the friction moments acting on the camshaft, the inner rotor 3 is rotated relative to the outer rotor 2 in the direction of the maximum retarded position 8b (FIG. 5a).
  • this process can already take place during the engine stop or engine standstill phase of the internal combustion engine, if the inner rotor 3 due to the friction forces acting on the camshaft and alternating torques or relaxation processes of the internal combustion engine (for example, pressure reduction in the cylinders of the internal combustion engine after their stoppage or the like) in the locking position 21 is urged and the locking pin 16 is in the locking position to the associated link 19 and the first rotational angle limiting device 13 can go into the locked state.
  • the control valve is energized low electrical and brought into the Nacheil too (switching position 2, Figure 9c).
  • the first working port A is connected to the drain port T and at the same time the second pressure chambers 10 are connected to the inlet port P, whereby the second pressure chambers 10 are acted upon by pressure medium, while pressure medium from the first pressure chambers 9 is ejected into the tank.
  • the wings 6 are displaced in the direction of the late stop 8b (FIG.
  • the wings 6 can be displaced beyond the locking position 21 in an adjustment from a late position in the direction of the maximum late position 8b, without the locking pin 16 at the stop in the direction of late in the locking lugs 19 when taking the locking position 21 comes to rest and the movement in the direction of early prevents (Figure 9b). Furthermore, from the communicating with one of the second pressure chambers 10 locking link 18 pressure fluid can flow into the tank, whereby the locking pin 15 of the third Drehwinkelbegrenzungsvor- device 12 can engage in the latter ( Figures 11 b and 11 c). In the switching position 4 large pressure medium flows are achieved at high working speeds at the working port ( Figure 2, curve 23).
  • the control valve is electrically energized in the region of the holding load ratio and is brought into the holding position (FIG. Switching position 3, Figure 10c) transferred. In this position, the pressure medium supply to and removal from all pressure chambers 9, 10 is prevented. Apart from a compensation of the leakage in the pressure chambers 9, 10, there is no exchange of pressure medium between the pressure chambers 9, 10 via the outlet connection T with the tank or via the inlet connection P with the pressure medium pump (FIG. 10c).
  • the wings 6 are hydraulically clamped within the respective pressure chambers 7, and thus prevents a rotational movement of the inner rotor 3 to the outer rotor 2 ( Figure 10a).
  • the control terminal pins A + B 1 remains connected to the inlet connection P (FIGS. 10c), whereby the slotted links 19, 20 of the first and the second rotary angle limiting devices 13, 14 are pressurized via the control line and held in the unlocked state (FIG 10b).

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (1) zur variablen Einstellung der Steuerzeiten von Gaswechselventilen einer Brennkraftmaschine mit einem Außenrotor (2) und einem relativ zu diesem drehbar angeordneten Innenrotor (3), wobei eines der Bauteile in Antriebsverbindung mit einer Kurbelwelle und das andere Bauteil in Antriebsverbindung mit einer Nockenwelle steht, mit zumindest einem Druckraum (7), wobei jeder Druckraum (7) in zwei gegeneinander wirkende Druckkammern (9, 10) unterteilt ist, mit mehreren Druckmittelkanälen, über die den Druckkammern (9, 10) Druckmittel zugeführt, bzw. von diesen abgeführt werden kann, mit mehreren Drehwinkelbegrenzungseinrichtungen (12, 13, 14), wobei jede Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung (12, 13, 14) einenentriegelten und einen eingeriegelten Zustand einnehmen kann, wobei die Verriegelungszustände durch Druckmittelzufuhr zu bzw. Druckmittelabfuhr von der jeweiligen Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung (12, 13, 14) eingestellt werden können. Weiterhin wird ein Verfahren zur Steuerung einer Vorrichtung (1) zur variablen Einstellung der Steuerzeiten von Gaswechselventilen einer Brennkraftmaschine vorgeschlagen.

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. Die Vorrichtung weist zumindest einen Druckraum auf und jeder Druckraum ist in zwei gegeneinander wirkende Druckkammern unterteilt ist. Über mehrere Druckmittelkanäle kann den Druckkammern Druckmittel zugeführt, bzw. von diesen abgeführt werden. Weiterhin sind mehrere Drehwinkelbegrenzungsvorrichtungen vorgesehen, wobei jede Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung einen entriegelten und einen eingeriegelten Zustand einnehmen kann, wobei die Verriegelungszustände durch Druckmittelzufuhr zu bzw. Druckmittelabfuhr von der jeweiligen Drehwinkelbe- grenzungsvorrichtung eingestellt werden können. Jede der Drehwinkelbegren- zungsvorrichtungen kann zwei mögliche Verriegelungszustände einnehmen, nämlich einen eingeriegelten Zustand, bei dem durch die jeweilige Drehwinkel- begrenzungsvorrichtung zwischen den Rotoren eine mechanische Kopplung hergestellt ist, und einen entriegelten Zustand, bei dem die mechanische Kopplung zwischen den Rotoren durch die jeweilige Drehwinkelbegrenzungsvorrich- tung aufgehoben ist. Hintergrund der Erfindung
In modernen Brennkraftmaschinen werden Vorrichtungen zur variablen Einstellung der Steuerzeiten von Gaswechselventilen eingesetzt, um die Phasenrela- tion 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 ein Drehmoment von der Kurbelwelle auf die Nockenwelle 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. durch Druckmittelabfuhr von den Druckkammern, wird das bewegliche Element innerhalb des Druckraums verschoben, wodurch eine gezielte Verdrehung der Rotoren zueinander und somit der Nockenwelle zur Kurbelwelle bewirkt wird.
Dabei wirkt eine der Druckkammern jedes Druckraums als Voreil- und die andere als Nacheilkammer. Durch Druckmittelzufuhr zu den Voreilkammern bei gleichzeitigem Druckmittelabfluss von den Nacheilkammern wird der mit der Nockenwelle zusammenwirkende Rotor relativ zu dem mit der Kurbelwelle zusammenwirkenden Rotor in Richtung einer maximalen Frühposition verdreht. Durch Druckmittelzufuhr zu den Nacheilkammern bei gleichzeitigem Druckmittelabfluss von den Voreilkammern wird der mit der Nockenwelle zusammenwir- kende Rotor relativ zu dem mit der Kurbelwelle zusammenwirkenden Rotor in Richtung einer maximalen Spätposition verdreht.
Der Druckmittelzufluss zu bzw. der Druckmittelabfluss 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 Istposition der Nockenwelle in der Brennkraftmaschine bestimmt und mit einer Sollposition, die insbesonde- re abhängig ist von der Motordrehzahl und dem Lastzustand der Brennkraftmaschine, vergleicht. Wird ein Unterschied zwischen beiden Positionen festgestellt, wird ein Signal an die Kontrolleinheit gesendet, 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 zu der Drehzahl der Brennkraftmaschine ansteigt, ist unterhalb einer bestimmten Drehzahl der Öl- druck noch zu gering um die Phasenlage der Rotoren gezielt zu verändern bzw. zu halten. Dies kann beispielsweise während der Startphase oder während der Leerlaufphase der Fall sein. Während dieser Phasen würde die Vorrichtung unkontrollierte Schwingungen ausführen, was zu erhöhten Geräuschemissionen, erhöhtem Verschleiß, unruhigem Lauf und erhöhten Emis- sionen der Brennkraftmaschine führen würde. 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.
Eine derartige Vorrichtung ist beispielsweise aus der US 6,439,181 B1 bekannt, bei der ein Außenrotor drehbar auf einem als Flügelrad ausgebildeten Innenrotor gelagert ist, wobei zwischen Außenrotor und Innenrotor mehrere Druckräume gebildete werden, welche mittels der Flügel jeweils in zwei gegen- einander wirkende Druckkammern unterteilt sind. Weiterhin sind zwei Drehwin- kelbegrenzungsvorrichtungen vorgesehen, wobei eine Drehwinkelbegren- zungsvorrichtung in eingeriegeltem Zustand eine relative Verdrehung der Rotoren zueinander auf einen Winkelbereich zwischen einer maximalen Spätpositi- on und einer definierten Mittenposition (Verriegelungsposition) beschränkt. Die andere Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung erlaubt in eingeriegeltem Zustand eine Verdrehung des Innenrotors zum Außenrotor in einen Winkelbereich zwischen der maximalen Frühposition und der Mittenposition. Befinden sich beide Drehwinkelbegrenzungsvorrichtungen in eingeriegeltem Zustand, so ist die Phasenlage des Innenrotors zum Außenrotor auf die Mittenposition (Verriegelungsposition) beschränkt. Des Weiteren ist in dieser Ausführungsform ein Hilfssteuerungsmechanismus vorgesehen, der in eingeriegeltem Zustand die relative Phasenlage des Innenrotors gegenüber dem Außenrotor auf einen Winkelbereich zwischen einer mittleren Spätposition und der maximalen Frühposition beschränkt.
In der Verriegelungsstellung greift jeweils ein mit einer Kraft in Richtung des Innenrotors in einer Aufnahme des Außenrotors angeordnete Verriegelungs- platte jeweils in eine an dem Innenrotor gegenüberstehend ausgebildete Verriegelungsvertiefung ein, wodurch die jeweilige Drehwinkelbegrenzungsvorrich- tung vom ent- in den eingeriegelten Zustand übergeht. Jede der Drehwinkelbe- grenzungsvorrichtungen kann durch Druckmittelbeaufschlagung der jeweiligen Verriegelungsvertiefung vom eingeriegelten in den entriegelten Zustand über- führt werden. Dabei drängt das Druckmittel die Verriegelungsplatten in deren Aufnahme zurück, wodurch die mechanische Kopplung des Innenrotors mit dem Außenrotor aufgehoben wird.
Die Druckmittelbeaufschlagung der Verriegelungsvertiefungen erfolgt jeweils über eine Verbindungsleitung mit den Druckkammern. Dabei werden die zugehörigen Verriegelungsvertiefungen der beiden Drehwinkelbegrenzungsvorrich- tungen, die im eingeriegelten Zustand die Phasenlage des Innenrotors zum Außenrotor auf die Mittenposition beschränken, jeweils über eine der als Nacheil- bzw. als Voreilkammern wirkenden Druckkammern mit Druckmittel ver- sorgt, während die mit dem Hilfssteuerungsmechanismus korrespondierende Verriegelungsvertiefung ebenfalls mit einer der als Nacheilkammern wirkenden Druckkammern kommuniziert. Nachteilig an der dargestellten Ausführungsform wirkt sich der Umstand aus, dass die Drehwinkelbegrenzungsvorrichtungen und der Hilfssteuerungsmecha- nismus über den in den Druckkammern herrschenden Druck gesteuert werden. Bei einem Motorstart kann mit steigendem Druckmitteldruck in den Druckkam- mern die Vorrichtung ungewollt entriegelt und die Phasenrelation zwischen Kurbelwelle und Nockenwelle durch die auf letztere wirkenden Reibmomente in Richtung der maximalen Spätposition verstellt werden. Des Weiteren ist bei dieser Ausführungsform ein Vorspannbauteil erforderlich, um bei einem Motorstart der Brennkraftmaschine in einer maximalen oder in einer mittleren Spät- position durch die Wirkung der Vorspannkraft des Vorspannbauteils entgegen der auf die Nockenwelle wirkenden Reibmomente eine Verstellung in die Verriegelungsposition zu ermöglichen. Dabei gelangt die Vorrichtung erst zeitlich verzögert in den verriegelten Zustand, wobei der Innenrotor gegenüber dem Außenrotor aufgrund der auf die Nockenwelle wirkenden Wechseldrehmomen- te aus den Reaktionskräften aus der Betätigung der Gaswechselventile periodische Schwenkbewegungen ausführt. Dies führt zu erhöhten Geräuschemissionen, erhöhtem Verschleiß, unruhigem Lauf und erhöhten Emissionen der Brennkraftmaschine. Ferner ist in dieser Ausführungsform vorgesehen, während der Stopp- und Startphasen der Brennkraftmaschine sämtliche Druckkammern und sämtliche Verriegelungsvertiefungen mit einem Tank zu verbinden, was zu einer Mangelversorgung der Vorrichtung mit Schmiermittel und damit zu erhöhtem Verschleiß führt. Dieser Umstand wirkt sich weiterhin dadurch nachteilig aus, dass vor einer Verstellung der Vorrichtung die entleerten Druckkammern mit Druck- mittel gefüllt werden müssen und der Verstellvorgang somit zeitlich verzögert wird.
Zusammenfassung der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Vorrichtung zur variablen Einstellung der Steuerzeiten von Gaswechselventilen einer Brennkraftmaschine und ein Verfahren zur Steuerung einer Vorrichtung zur variablen Einstellung der Steuerzeiten von Gaswechselventilen einer Brennkraftmaschine zu schaf- fen, wobei der Innenrotor relativ zum Außenrotor in einer mittleren Phasenlage zwischen der maximalen Früh- und der maximalen Spätposition mechanisch verriegelt werden kann. Dabei soll ein sicheres Verriegeln, außerhalb des normalen Motorbetriebs der Brennkraftmaschine bei Stopp- und Startvorgängen der Brennkraftmaschine gewährleistet und die Vorrichtung jederzeit ausreichend mit Schmiermittel versorgt sein. Weiterhin soll nach einer Entriegelung ein sicheres Verstellen der Vorrichtung in einen geregelten Zustand ermöglicht werden.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass die Verriegelungszu- stände zumindest einer ersten und einer zweiten Drehwinkelbegrenzungsvor- richtungen mittels einer separaten Steuerleitung steuerbar sind und die Verrie- gelungszustände zumindest einer dritten Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung unabhängig von zumindest einer ersten und einer zweiten Drehwinkelbegren- zungsvorrichtung steuerbar sind.
Erfindungsgemäß sind mehrer Drehwinkelbegrenzungsvorrichtungen vorgesehen. Da die Steuerleitung separat zu den die Druckkammern versorgenden Druckmittelkanäle und Druckmittelleitungen ausgeführt ist, können die Verrie- gelungszustände durch Druckmittelzufuhr zu bzw. Druckmittelabfuhr von zu- mindest einer ersten und einer zweiten Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung über die separate Steuerleitung unabhängig von dem in den Druckkammern herrschenden Druck eingestellt werden. Weiterhin können die Verriegelungs- zustände von zumindest einer dritten Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung beispielsweise über den in zumindest einer der Druckkammern herrschenden Druck unabhängig von zumindest einer ersten und einer zweiten Drehwinkel- begrenzungsvorrichtung eingestellt werden. Auf diese Weise ist zumindest eine dritte Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung unabhängig von zumindest einer ersten und einer zweiten Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung steuerbar. Durch Druckmittelabfuhr über eine der Druckkammern ist es beispielsweise möglich, eine dritte Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung in den eingeriegelten Zustand zu überführen oder in diesem zu halten. Gleichzeitig können eine erste und eine zweite Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung durch Druckmittelbeaufschlagung über die separate Steuerleitung in den entriegelten Zustand überführt oder in diesem gehalten werden. Während eines Abstellvorgangs der Brenn- kraftmaschine kann so der Innenrotor relativ zum Außenrotor in einem definierten Winkelbereich, der die Verriegelungsposition enthält, abgestellt werden. Des Weiteren ist es möglich, beispielsweise während eines Startvorgangs der Brennkraftmaschine über die separate Steuerleitung Druckmittel von der ersten und der zweiten Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung abzuführen, wodurch diese in den eingeriegelten Zustand überführt oder in diesem gehalten werden können. Auf diese Weise kann die Vorrichtung während der Startphase unabhängig von dem in den Druckkammern herrschenden Druck in einer mittleren Phasenlage mechanisch fixiert und ein selbsttätiges Entriegeln durch den ansteigenden Systemdruck bzw. eine ungewollte Verstellung der Vorrichtung sicher vermieden werden.
Gleichzeitig kann über das Steuerventil zumindest eine der Druckkammern mit der Pumpe verbunden werden, wodurch eine ausreichende Versorgung der Vorrichtung mit Schmiermittel selbst während der Startphase und während der Motorstoppphase gewährleistet ist.
Denkbar ist auch, dass zumindest eine dritte Drehwinkelbegrenzungsvorrich- tung über eine weitere separate Steuerleitung unabhängig von zumindest einer ersten und einer zweiten Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung steuerbar ist.
In einer Konkretisierung der Erfindung sind die Verriegelungszustände zumindest einer dritten Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung ausschließlich über den in zumindest einer der Druckkammern herrschenden Druck steuerbar.
In einer bevorzugten Variante der Erfindung ist vorgesehen, dass zum Ansteuern der Verriegelungszustände eine dritte Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung über eine Verbindungsleitung mit zumindest einer der Druckkammern oder mit einem der Druckmittelkanäle kommuniziert.
Vorteilhafterweise kann dabei vorgesehen sein, dass zum Ansteuern der Verriegelungszustände eine erste und eine zweite Drehwinkelbegrenzungsvorrich- tung mittels einer separaten Steuerleitung kommunizieren, wobei die Steuerlei- tung weder mit den Druckmittelkanälen noch mit den Druckkammern kommuniziert.
In einer weiteren Konkretisierung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Verriegelungszustände der dritten Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung ausschließlich über den in einer oder mehreren als Nacheilkammern wirkenden Druckkammern herrschenden Druck gesteuert werden.
Vorteilhafterweise ist bei eingeriegelter erste und zweiter Drehwinkelbegren- zungsvorrichtung der Innenrotor relativ zum Außenrotor in einer Verriegelungsposition fixiert.
Weiterhin kann erfindungsgemäß die dritte Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung in eingeriegeltem Zustand eine Phasenlage des mit der Nockenwelle zusam- menwirkenden Rotors relativ zu dem mit der Kurbelwelle zusammenwirkenden Rotor auf einen Winkelbereich zwischen der maximalen Frühposition und der Verriegelungsposition beschränken.
Dabei kann vorteilhafterweise die dritte Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung in eingeriegeltem Zustand die Drehung des mit der Nockenwelle zusammenwir- kenden Rotors relativ zu dem mit der Kurbelwelle zusammenwirkenden Rotor bei Einnahme der Verriegelungsposition in Richtung der maximalen Spätposition verhindern.
Des Weiteren kann die erste Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung in eingerie- geltem Zustand eine Phasenlage des mit der Nockenwelle zusammenwirkenden Rotor relativ zu dem mit der Kurbelwelle zusammenwirkenden Rotor auf einen Winkelbereich zwischen der maximalen Spätposition und der Verriegelungsposition beschränken.
Dabei kann vorteilhafterweise die erste Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung in eingeriegeltem Zustand die Drehung des mit der Nockenwelle zusammenwirkenden Rotors relativ zu dem mit der Kurbelwelle zusammenwirkenden Rotor bei Einnahme der Verriegelungsposition in Richtung einer maximalen Frühposition verhindern. Ferner kann die zweite Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung in eingeriegeltem Zustand eine Phasenlage des mit der Nockenwelle zusammenwirkenden Rotors relativ zu dem mit der Kurbelwelle zusammenwirkenden Rotors auf einen Winkelbereich zwischen der maximalen Frühposition und der Verriegelungsposition beschränken.
Dabei kann vorteilhafterweise die zweite Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung in eingeriegeltem Zustand die Drehung des mit der Nockenwelle zusammenwirkenden Rotors relativ zu dem mit der Kurbelwelle zusammenwirkenden Rotor bei Einnahme der Verriegelungsposition in Richtung einer maximalen Spätposition verhindern.
Weiterhin ist vorteilhafterweise 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 die Steuerleitung ventilseitig ausschließlich mit einem separat zu den Arbeitsanschlüssen ausgebildeten Steueranschluss kommuniziert.
In der erfindungsgemäßen Ausführungsform der Vorrichtung ist ein Verriegelungsmechanismus vorgesehen, mittels dessen der Außenrotor mit dem Innen- rotor in einer Verriegelungsposition zwischen einer maximalen Früh- und einer maximalen Spätposition mechanisch koppelbar ist. Vorteilhafterweise können drei Drehwinkelbegrenzungsvorrichtungen vorgesehen sein, wobei jede dieser Drehwinkelbegrenzungsvorrichtungen aus einem federbeaufschlagten Verriegelungsstift besteht, welcher axial in einer Bohrung des Innenrotors angeordnet ist. Jeder Verriegelungsstift wird mittels einer Feder in Richtung des Außenrotors mit einer Kraft beaufschlagt. An dem Außenrotor oder an einem mit diesem festverbundenen Deckel sind drei Verriegelungskulissen ausgebildet, die den Verriegelungsstiften in bestimmten Betriebspositionen der Vorrichtung gegenü- berstehen. In diesen Betriebspositionen können die Stifte in die Verriegelungskulissen axial eingreifen, wodurch eine mechanische Kopplung zwischen dem Außenrotor und dem Innenrotor herbeigeführt wird. Dabei geht die jeweilige Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung vom ent- in den eingeriegelten Zustand über. In anderen Betriebspositionen, in denen der jeweilige Verriegelungsstift der zugehörigen Verriegelungskulisse nicht gegenübersteht, wird der jeweilige Verriegelungsstift durch den mit dem Außenrotor fest verbundenen Deckel ü- berdeckt und kann nicht in die zugehörige Kulisse eingreifen, so dass die jeweilige Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung in entriegeltem Zustand gehalten wird.
Durch Druckmittelbeaufschlagung der jeweiligen Verriegelungskulisse kann jede der Drehwinkelbegrenzungsvorrichtungen vom eingeriegelten in den entriegelten Zustand überführt werden. Dabei drängt das Druckmittel die jeweili- gen Verriegelungsstifte in deren Bohrung zurück, wodurch die mechanische Kopplung des Innenrotors mit dem Außenrotor aufgehoben wird. Bei jeder der Drehwinkelbegrenzungsvorrichtungen können durch Druckmittelzufuhr zu bzw. Druckmittelabfuhr von den einzelnen Drehwinkelbegrenzungs- vorrichtungen zwei mögliche Verriegelungszustände eingestellt werden, näm- lieh ein eingeriegelter Zustand, bei dem der jeweilige Verriegelungsstift der zugehörigen Verriegelungskulisse gegenübersteht und von dieser Druckmittel abgeführt wird, so dass der jeweilige Verriegelungsstift in die zugehörige Verriegelungskulisse eingreifen kann, wodurch zwischen den Rotoren eine mechanische Kopplung hergestellt wird, und ein entriegelter Zustand, bei dem die jeweilige Verriegelungskulisse mit Druckmittel beaufschlagt wird und der jeweilige Verriegelungsstift in die Bohrung durch das Druckmittel zurückgedrängt wird, wodurch die mechanische Kopplung zwischen den Rotoren durch die jeweilige Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung aufgehoben wird.
In einer alternativen Ausgestaltung kann eine oder können mehrere Drehwin- kelbegrenzungsvorrichtungen als Verriegelungselement ausgeführt sein, wobei in der Verriegelungsposition ein Verriegelungsstift des Verriegelungselements in eine dem Verriegelungsstift angepasste Aussparung oder in ein dem Verriegelungsstift angepasstes Sackloch eingreift.
Vorteilhafterweise sind in einer bevorzugten Variante der Erfindung eine erste, eine zweite und eine dritte Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung vorgesehen, wobei die erste Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung in eingeriegeltem Zustand die relative Phasenlage des Innenrotors zum Außenrotor auf einen Bereich zwischen der maximalen Spät- und der Verriegelungsposition beschränkt, während die zweite Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung in eingeriegeltem Zustand eine Phasenlage zwischen der maximalen Frühposition und der Verriegelungsposition zulässt. Somit ist sichergestellt, dass der Innenrotor relativ zum Außenrotor in einer Verriegelungsposition in einer mittleren Phasenlage mechanisch fixiert werden kann.
Weiterhin beschränkt die dritte Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung in eingeriegeltem Zustand die relative Phasenlage des Innenrotors zum Außenrotor auf einen Bereich zwischen der maximalen Frühposition und der Verriegelungsposition. Dadurch wird erreicht, dass während der kritischen Betriebsphasen außerhalb des normalen Motorbetriebs der Brennkraftmaschine, beispielweise während der Motorstartphase oder der Motorstopp- bzw. Leerlaufphase, in denen der Druckmitteldruck zu gering ist, um die Phasenlage der Rotoren gezielt zu verändern bzw. zu halten, bei Einnahme der Verriegelungsposition eine Verstellung der relativen Phasenlage der Rotoren zueinander durch die auf die Nockenwelle wirkenden Reibmomente in Richtung der maximalen Spätposition über die Verriegelungsposition hinaus verhindert wird.
Jede der Drehwinkelbegrenzungsvorrichtungen kann durch Druckmittelbeaufschlagung von dem eingeriegelten in den entriegelten Zustand überführt werden. Dabei kommunizieren die erste und die zweite Drehwinkelbegrenzungs- Vorrichtung, die in eingeriegeltem Zustand die relative Rotation der Rotoren zueinander auf einen Bereich zwischen der maximalen Spät- und der Verriegelungsposition bzw. auf einen Bereich zwischen der maximalen Früh- und der Verriegelungsposition beschränken, mit einer separaten Steuerleitung. Die dritte Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung, die in eingeriegeltem Zustand die relative Drehung des Innenrotors zum Außenrotor auf einen Bereich zwischen der maximalen Früh- und der Verriegelungsposition beschränkt, kommuniziert über eine Verbindungsleitung, beispielsweise über eine Wurmnut, mit zumin- dest einer der Druckkammern oder der Druckmittelkanäle.
Vorteilhafterweise ist die Steuerleitung separat zu den Druckmittelleitungen und den Druckmittelkanälen ausgeführt, die die Druckkammern mit Druckmittel versorgen. Somit können die Verhegelungszustände der ersten und der zwei- ten Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung unabhängig von den in den Druckkammern herrschenden Drücken über die separate Steuerleitung angesteuert und in den eingeriegelten oder in den entriegelten Zustand überführt oder in diesem gehalten werden. Weiterhin ist dadurch sichergestellt, dass die Vorrichtung in entriegeltem Zustand in beiden Verstellrichtungen durch wechselnde Druckmittelbeaufschlagung der als Voreilkammern bzw. der als Nacheilkammern wirkenden Druckkammern jeweils über die Verriegelungsposition hinaus verstellt werden kann.
Da die Steuerleitung unabhängig von den die Vorrichtung versorgenden Druckmittelleitungen ausgebildet ist, können während der Startphase der Brennkraftmaschine die erste und zweite Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung über die Steuerleitung und über das Steuerventil mit dem Tank verbunden werden. Auf diese Weise kann die Vorrichtung unabhängig von dem in den Druckkammern herrschenden Druck in einer mittleren Phasenlage mechanisch fixiert und ein selbsttätiges Entriegeln bzw. ein ungewolltes Verstellen der Vorrichtung auch bei ansteigendem Systemdruck sicher unterbunden werden.
Gleichzeitig kann über das Steuerventil zumindest eine der Druckkammern mit dem Druckmittelzulauf verbunden werden, wodurch eine ausreichende Versor- gung der Vorrichtung mit Schmiermittel selbst während der Startphase und während der Motorstoppphase gewährleistet ist.
Durch separate Ansteuerung zumindest einer Drehwinkelbegrenzungsvorrich- tung über zumindest eine der Druckkammern ist es weiterhin möglich, während des Abstellvorgangs der Brennkraftmaschine den Innenrotor relativ zum Außenrotor in einem definierten Winkelbereich, welcher die Verriegelungsposition enthält, abzustellen. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Verriegelungszustände der dritten Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung, die in eingeriegeltem Zustand die relative Phasenlage des Innenrotors zum Außenrotor auf einen Bereich zwischen der maximalen Frühposition und der Verriegelungsposition beschränkt, über den in einer oder mehreren als Nacheilkammern wirkenden Druckkammern herrschenden Druck zu steuern. Hierdurch ist es weiterhin möglich, während des Abstellvorgangs den Innenrotor relativ zum Außenrotor in einem definierten Winkelbereich zwischen einer maximalen Frühposition und der Verriegelungsposition abzustellen. Bereits während des Abstellvorgangs oder alternativ während des Neustarts der Brennkraftmaschine gelangt der Innenrotor automa- tisch unmittelbar in die Verriegelungsposition, wobei eine drehfeste mechanische Verbindung zwischen den Rotoren mittels der Drehwinkelbegrenzungs- vorrichtungen hergestellt wird.
Alternativ wird die erfindungsgemäße Aufgabe durch ein Verfahren zur Steue- rung einer Vorrichtung zur Einstellung der Steuerzeiten von Gaswechselventilen einer Brennkraftmaschine gelöst, bei dem die Verriegelungszustände zumindest einer ersten und einer zweiten Drehwinkelbegrenzungsvorrichtungen mittels einer separaten Steuerleitung gesteuert werden, und die Verriegelungszustände zumindest einer dritten Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung unabhän- gig von zumindest einer ersten und einer zweiten Drehwinkelbegrenzungsvor- richtung gesteuert werden. Das erfindungsgemäß vorgeschlagene Verfahren dient insbesondere der Steuerung der vorbeschriebenen Vorrichtung zur Einstellung der Steuerzeiten von Gaswechselventilen einer Brennkraftmaschine.
Vorteilhafterweise ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die erste und die zweite Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung durch Druckmittelabfuhr aus der separate Steuerleitung in den eingeriegelten Zustand überführt oder in diesem gehalten werden und gleichzeitig eine Druckmittelbeaufschlagung der als Nacheilkammern wirkenden Druckkammern unter gleichzeitigem Ausstoß von Druckmittel aus den als Voreilkammern wirkenden Druckkammern erfolgt. Auf diese Weise kann die Vorrichtung während der Startphase der Brennkraftmaschine unabhängig von dem in den Druckkammern herrschenden Druck in ei- ner mittleren Phasenlage mechanisch fixiert und ein selbsttätiges Entriegeln bzw. ein ungewolltes Verstellen der Vorrichtung auch bei ansteigendem Systemdruck sicher unterbunden werden. Gleichzeitig kann über das Steuerventil zumindest eine der Druckkammern mit dem Druckmittelzulauf verbunden werden, wodurch eine ausreichende Versorgung der Vorrichtung mit Schmiermittel selbst während der Startphase gewährleistet ist.
In weiterhin vorteilhafterweise ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die erste und die zweite Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung durch Druckmittelbeaufschlagung der separaten Steuerleitung in den entriegelten Zustand überführt oder in diesem gehalten werden und gleichzeitig eine Druckmittelbeaufschlagung der als Voreilkammern wirkenden Druckkammern unter gleichzeitigem Ausstoß von Druckmittel aus den als Nacheilkammern wirkenden Druckkammern erfolgt. Vorteilhafterweise kann dabei vorgesehen sein, dass die Phasenlage des mit der Nockenwelle zusammenwirkenden Rotors relativ zu dem mit der Kurbelwelle zusammenwirkenden Rotors auf einen Winkelbereich zwischen der maximalen Frühposition und der Verriegelungsposition beschränkt wird. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Verriegelungszustände der dritten Drehwinkel- begrenzungsvorrichtung, die in eingeriegeltem Zustand die relative Phasenlage des Innenrotors zum Außenrotor auf einen Bereich zwischen der maximalen Frühposition und der Verriegelungsposition beschränkt, über den in einer oder mehreren als Nacheilkammern wirkenden Druckkammern herrschenden Druck zu steuern. Hierdurch ist es möglich, während des Abstellvorgangs der Brennkraftmaschine den Innenrotor relativ zum Außenrotor in einem definierten Win- kelbereich zwischen einer maximalen Frühposition und der Verriegelungsposition abzustellen. Bereits während des Abstellvorgangs oder alternativ während des Neustarts der Brennkraftmaschine gelangt der Innenrotor automatisch unmittelbar in die Verriegelungsposition, wobei eine drehfeste mechanische Ver- bindung zwischen den Rotoren mittels der Drehwinkelbegrenzungsvorrichtun- gen hergestellt wird.
Erfindungsgemäß ist auch vorgesehen sein, dass die erste und die zweite Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung durch Druckmittelbeaufschlagung der se- paraten Steuerleitung in den entriegelten Zustand überführt oder in diesem gehalten werden und gleichzeitig eine Druckmittelbeaufschlagung der als Nacheilkammern wirkenden Druckkammern unter gleichzeitigem Ausstoß von Druckmittel aus den als Voreilkammern wirkenden Druckkammern erfolgt. Dadurch wird sichergestellt, dass die Vorrichtung unabhängig von dem in den Druckkammern herrschenden Druck in entriegeltem Zustand gehalten und in beide Verstellrichtungen durch wechselnde Druckmittelbeaufschlagung der als Voreilkammern bzw. der als Nacheilkammern wirkenden Druckkammern jeweils in eine geregelte Position über die Verriegelungsposition hinaus verstellt werden kann.
In weiterhin vorteilhafterweise ist vorgesehen, dass die erste und die zweite Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung durch Druckmittelbeaufschlagung der separaten Steuerleitung in entriegeltem Zustand gehalten werden und eine Unterbrechung der Druckmittelzufuhr zu und der Druckmittelabfuhr von den Druckkammern erfolgt. Hierdurch ist es möglich, die Phasenlage der Rotoren zueinander in einer geregelten Position zu halten.
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 Tabellarische Darstellung der Schaltstellungen des Steuerventils in den einzelnen Betriebszuständen,
Figur 2 eine graphische Darstellung des Druckmittelstroms in Abhängig- keit von dem Ventilkolbenhub in den einzelnen Schaltstellungen des Steuerventils
Figuren 3 -11 schematische Darstellungen eines Querschnitts durch einen der Druckräume mit der Stellung des Verstellflügels (Fig. a), eines Teillängsschnitts der Vorrichtung mit der Stellung des Verriegelungsmechanismus in einzelnen Betriebszuständen (Fig. b) und symbolische Darstellungen der internen Verbindungen in den Schaltstellungen des Steuerventils (Fig. c),
Figur 3a: Stellung des Verstellflügels im Druckraum bei Motorstopp (Schaltstellung 4),
Figur 3b Stellung der Verriegelungsstifte mit den Kulissen im Deckel bei Motorstopp (Schaltstellung 4),
Figur 3c Schaltstellung des Steuerventils bei Motorstopp (Schaltstellung 4),
Figur 4a Stellung des Verstellflügels im Druckraum bei Motorstillstand (Schaltstellung 1 ),
Figur 4b Stellung der Verriegelungsstifte mit den Kulissen im Deckel bei
Motorstillstand (Schaltstellung 1 ),
Figur 4c Schaltstellung des Steuerventils bei Motorstillstand (Schaltstellung 1 ),
Figur 5a , Stellung des Verstellflügels im Druckraum bei Motorstart 1
(Schaltstellung 1 ), Figur 5b Stellung der Verriegelungsstifte mit den Kulissen im Deckel bei Motorstart 1 (Schaltstellung 1 ),
Figur 5c Schaltstellung des Steuerventils bei Motorstart 1 (Schaltstellung 1 ),
Figur 6a Stellung des Verstellflügels im Druckraum bei Motorstart 2 (Schaltstellung 1 ),
Figur 6b Stellung der Verriegelungsstifte mit den Kulissen im Deckel bei Motorstart 2 (Schaltstellung 1 ),
Figur 6c Schaltstellung des Steuerventils bei Motorstart 2 (Schaltstellung 1 ),
Figur 7a Stellung des Verstellflügels im Druckraum bei Motorstart 3 (Schaltstellung 1 ),
Figur 7b Stellung der Verriegelungsstifte mit den Kulissen im Deckel bei Motorstart 3 (Schaltstellung 1 ),
Figur 7c Schaltstellung des Steuerventils bei Motorstart 3 (Schaltstellung 1 ),
Figur 8a Stellung des Verstellflügels im Druckraum bei Entriegelung (Schaltstellung 2),
Figur 8b Stellung der Verriegelungsstifte mit den Kulissen im Deckel bei Entriegelung (Schaltstellung 2),
Figur 8c Schaltstellung des Steuerventils bei Entriegelung (Schaltstellung
2),
Figur 9a Stellung des Verstellflügels im Druckraum bei Verstellung in Richtung Spät (Schaltstellung 2), Figur 9b Stellung der Verriegelungsstifte mit den Kulissen im Deckel bei Verstellung in Richtung Spät (Schaltstellung 2),
Figur 9c Schaltstellung des Steuerventils bei Verstellung in Richtung Spät (Schaltstellung 2),
Figur 10a Stellung des Verstellflügels im Druckraum bei geregelter Position (Schaltstellung 3),
Figur 10b Stellung der Verriegelungsstifte mit den Kulissen im Deckel bei geregelter Position (Schaltstellung 3),
Figur 10c Schaltstellung des Steuerventils bei geregelter Position (Schaltstellung 3),
Figur 11 a Stellung des Verstellflügels im Druckraum bei Verstellung in Richtung Früh (Schaltstellung 4),
Figur 11 b Stellung der Verriegelungsstifte mit den Kulissen im Deckel bei Verstellung in Richtung Früh (Schaltstellung 4),
Figur 11 c Schaltstellung des Steuerventils bei Verstellung in Richtung Früh (Schaltstellung 4).
Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
Die Figuren 1 bis 11 zeigen sehr schematisch und beispielhaft eine Ausführungsform der Erfindung mit ihren wesentlichen Teilen in den jeweiligen Be- triebszuständen.
In den Figuren 3a bis 11 a ist ein Querschnitt durch einen der Druckräume 7 mit zwei gegeneinander arbeitenden Druckkammern 9,10 und der jeweiligen Stellung des Verstellflügels 6 dargestellt. Die erfindungsgemäße Ausführungsform besteht aus mehreren solcher Gruppen von Druckkammern 9,10, beispielsweise können fünf Gruppen von Druckkammern 9,10 vorgesehen sein.
Der Außenrotor 2 ist in einem definierten Winkelbereich drehbar zum Innenrotor 3 angeordnet. Der Winkelbereich wird in einer Drehrichtung des Außenro- tors 2 dadurch begrenzt, dass jeder Flügel 6 in einer maximalen Frühposition an einer als Frühanschlag 8a ausgebildeten Begrenzungswand 8 des Druckraums 7 zum Anliegen kommt. Analog wird der Winkelbereich der anderen Drehrichtung dadurch begrenzt, dass jeder Flügel 6 an der anderen Begrenzungswand 8 des Druckraums 7, die in einer maximalen Spätposition als Spät- anschlag 8b dient, zum Anliegen kommt. Alternativ kann eine Rotationsbegren- zungsvorrichtung vorgesehen sein, die den Drehwinkelbereich des Außenrotors 2 zum Innenrotor 3 begrenzt.
Durch Druckmittelbeaufschlagung einer Gruppe von Druckkammern 9,10 und Druckentlastung der anderen Gruppe kann die Phasenlage des Außenrotors 2 zum Innenrotor 3 variiert werden. Durch Druckmittelbeaufschlagung beider Gruppen von Druckkammern 9,10 kann die Phasenlage der beiden Rotoren 2,3 zueinander konstant gehalten werden. Alternativ kann vorgesehen sein, keine der Druckkammern 9,10 während Phasen konstanter Phasenlage mit Druckmittel zu beaufschlagen. In den beiden zuletzt beschriebenen Einstellungen ist der Innenrotor 2 gegenüber dem Außenrotor 3 innerhalb der jeweiligen Druckräume 7 hydraulisch eingespannt. Als hydraulisches Druckmittel wird üblicherweise das Schmiermittel der nicht dargestellten Brennkraftmaschine verwendet.
Zur Druckmittelzufuhr zu bzw. Druckmittelabfuhr von den Druckkammern 9,10 ist ein Druckmittelsystem vorgesehen, welches eine nicht dargestellte Druckmittelpumpe, einen ebenfalls nicht dargestellten Tank, ein nicht dargestelltes Steuerventil und mehrere nicht dargestellte Druckmittelleitungen umfasst. Von der Druckmittelpumpe gefördertes Druckmittel wird über eine weitere nicht dargestellte Druckmittelleitung dem Steuerventil zugeführt. Je nach Steuerzustand des Steuerventils wird diese Druckmittelleitung mit den Druckmittelleitungen des Druckmittelsystems verbunden (Figur 1 und Figuren 3c bis 11 c). Der Innenrotor 3 ist beispielweise mit zwei Gruppen von nicht dargestellten Druckmittelkanälen ausgebildet, wobei sich jeder Druckmittelkanal beispielsweise von einer nicht dargestellten Aufnahme des Innenrotors an der nicht dargestellten Nockenwelle zu einer der Druckkammern 9, 10 erstreckt. Die Druckmittelkanäle des Innenrotors 3 kommunizieren mit jeweils hiefür ausgebildeten Druckmittelleitungen des Druckmittelsystems. Zu diesem Zweck kann insbesondere ein Druckmittelverteiler vorgesehen sein, welcher in der Aufnahme des Innenrotors 3 angeordnet ist. In einer alternativen Ausführungsform ist das Steuerventil als Zentralventil ausgebildet und in der Aufnahme des Innen- rotors 3 angeordnet, wobei in diesem Fall das Steuerventil den Druckmittelzulauf direkt mit den Druckmittelkanälen verbindet.
Um die Steuerzeiten (Öffnungs- und Schließzeitpunkte) der Gaswechselventile der Brennkraftmaschine in Richtung früh zu verschieben, wird das dem Steuer- ventil über das Druckmittelsystem zugeführte Druckmittel über Druckmittel ka- näle der Gruppe der ersten Druckkammern 9 geleitet. Gleichzeitig gelangt Druckmittel aus der Gruppe der zweiten Druckkammern 10 über weitere Druckmittelkanäle zum Steuerventil und wird in den Tank ausgestoßen. Dadurch werden die Flügel 6 in Richtung des Frühanschlags 8a verschoben, wo- durch eine rotative Bewegung des Innenrotors 3 zum Außenrotor 2 in Drehrichtung der Vorrichtung erreicht wird.
Um die Steuerzeiten der Gaswechselventile der Brennkraftmaschine in Richtung spät zu verschieben, wird das dem Steuerventil über das Druckmittelsystem zugeführte Druckmittel über Druckmittelkanäle der Gruppe der zweiten Druckkammern 10 geleitet. Gleichzeitig gelangt Druckmittel aus der Gruppe der ersten Druckkammern 9 über weitere Druckmittelkanäle zum Steuerventil und wird in den Tank ausgestoßen. Dadurch werden die Flügel 6 in Richtung des Spätanschlags 8b verschoben, wodurch eine rotative Bewegung des Innenrotors 3 zum Außenrotor 2 entgegen der Drehrichtung der Vorrichtung erreicht wird.
Um die Steuerzeiten konstant zu halten, wird die Druckmittelzufuhr zu sämtlichen Druckkammern 9, 10 entweder unterbunden oder zugelassen. Dadurch werden die Flügel 6 innerhalb der jeweiligen Druckräume 7 hydraulisch eingespannt und somit eine rotative Bewegung des Innenrotors 3 relativ zum Außenrotor 2 verhindert.
Während des Starts der Brennkraftmaschine oder während der Leerlaufphasen kann die Druckmittelversorgung der Vorrichtung nicht ausreichen, um die hydraulische Einspannung der Flügel 6 innerhalb der Druckräume 7 zu gewährleisten. Um ein unkontrolliertes Schwingen des Innenrotors 3 relativ zum Außenrotor 3 zu verhindern, ist ein Verriegelungsmechanismus 11 vorgesehen, der eine mechanische Verbindung zwischen den beiden Rotoren 2, 3 herstellt. Da- bei ist in einem der Rotoren 2,3 ein Verriegelungsstift 15, 16, 17 angeordnet, während in dem anderen Rotor 2, 3 eine Verriegelungskulisse 18, 19, 20 ausgebildet ist. Befindet sich der Innenrotor 3 in einer definierten Phasenlage (Verriegelungsposition 21 ) zum Außenrotor 3, so kann der jeweilige Verriegelungsstift 15, 16, 17 in die zugehörige Verriegelungskulissen 18, 19, 20 eingreifen und somit eine mechanisch drehfeste Verbindung zwischen den beiden Rotoren 2, 3 herstellen.
Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt, die Verriegelungsposition so zu wählen, dass die Flügel 6 im verriegelten Zustand der Vorrichtung sich in einer Position zwischen dem Frühanschlag 8a und dem Spätanschlag 8b befinden. Ein derartiger Verriegelungsmechanismus ist in den Figuren 3b bis 11 b dargestellt. Diese zeigen einen Teillängsschnitt durch einen der Seitendeckel 4, 5 mit den Verriegelungskulissen 18, 19, 20 und der Stellung der Verriegelungsstifte 15, 16, 17 in einzelnen Bethebszuständen der Brennkraftmaschine. Je einer der Seitendeckel 4, 5 ist an einer der axialen Seitenflächen des Außenro- tors 2 angeordnet und drehfest mit diesem verbunden. Der Verriegelungsmechanismus 11 besteht aus einer ersten, einer zweiten und einer dritten Dreh- winkelbegrenzungsvorrichtung 13, 14, 12. In der dargestellten Ausführungsform besteht jede der Drehwinkelbegrenzungsvorrichtungen 12, 13, 14 aus einem axial verschiebbaren Verriegelungsstift 15, 16, 17, wobei jeder der Ver- riegelungsstifte 15, 16, 17 in einer nicht dargestellten axialen Bohrung des Innenrotors 3 aufgenommen ist. Des Weiteren sind in dem Deckel 4, 5 drei Ku- lissen 18, 19, 20 in Form von in Umfangsrichtung verlaufenden Nuten ausgebildet. Jeder der Verriegelungsstifte 15, 16, 17 wird mittels eines nicht dargestellten Federelements mit einer Kraft in Richtung des Deckels 4, 5 beaufschlagt. Nimmt der Innenrotor 3 zum Außenrotor 2 eine Position ein, in der ein Verriegelungsstift 15, 16, 17 in axialer Richtung der zugehörigen Verriegelungskulisse 18, 19, 20 gegenübersteht, so wird dieser in die Verriegelungskulisse 18, 19, 20 gedrängt und die jeweilige Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung 12, 13, 14 von einem entriegelten in einen eingeriegelten Zustand überführt.
Dabei ist die Verriegelungskulisse 19 der ersten Drehwinkelbegrenzungsvor- richtung 13 auf einen Bereich zwischen einer maximalen Spätposition 8b und der Verriegelungsposition 25 beschränkt. Befindet sich der Innenrotor 3 relativ zum Außenrotor 2 in der Verriegelungsposition 21 , so liegt der Verriegelungsstift 16 der ersten Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung 13 an einem in Umfangsrichtung durch die Verriegelungskulisse 19 ausgebildeten Anschlag an, wo- durch ein weiteres Verstellen in Richtung früherer Steuerzeiten verhindert wird.
Analog ist die Verriegelungskulisse 20 der zweiten Drehwinkelbegrenzungsvor- richtung 14 derart ausgelegt, dass bei eingeriegelter zweiter Drehwinkelbe- grenzungsvorrichtung 14 die Phasenlage des Innenrotors 3 zum Außenrotor 2 auf einen Winkelbereich zwischen der maximalen Frühposition 8a und der Ver- riegelungsposition 21 beschränkt ist. Befindet sich der Innenrotor 3 relativ zum Außenrotor 2 in der Verriegelungsposition 21 , so liegt der Verriegelungsstift 17 der zweiten Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung 14 an einem in Umfangsrichtung durch die Verriegelungskulisse 20 ausgebildeten Anschlag an, wodurch ein weiteres Verstellen in Richtung späterer Steuerzeiten verhindert wird.
Die Verriegelungskulisse 18 der dritten Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung 12 ist in ähnlicher Weise derart ausgelegt, dass bei eingeriegelter dritter Drehwin- kelbegrenzungsvorrichtung 12 die Phasenlage des Innenrotors 3 zum Außenrotor 2 auf einen Bereich zwischen einer maximalen Frühposition 8a und der Verriegelungsposition 21 beschränkt. Befindet sich der Innenrotor 3 relativ zum Außenrotor 2 in der Verriegelungsposition 21 , so liegt der Verriegelungsstift 15 der dritten Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung 12 an einem in Umfangsrichtung durch die Verriegelungskulisse 18 ausgebildeten Anschlag an, wodurch ein weiteres Verstellen in Richtung späterer Steuerzeiten verhindert wird.
Um die Drehwinkelbegrenzungsvorrichtungen 12, 13, 14 von dem eingeriegel- ten in den entriegelten Zustand zu überführen, ist vorgesehen, dass die jeweilige Verriegelungskulisse 18, 19, 20 mit Druckmittel beaufschlagt wird. Dadurch wird der jeweilige Verriegelungsstift 15, 16, 17 entgegen der Kraft des Federelements in die Bohrung am Innenrotor 3 zurückgedrängt und somit die Drehwinkelbegrenzung aufgehoben.
In der dargestellten Ausführungsform ist des Weiteren vorgesehen, die Verriegelungskulisse 19 der ersten Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung 13 und die Verriegelungskulisse 20 der zweiten Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung 14, die jeweils in eingeriegeltem Zustand die Drehung des Innenrotors 3 zum Außenrotor 2 auf einen Winkelbereich zwischen der maximalen Spätposition 8b und der Verriegelungsposition 21 bzw. zwischen der maximalen Frühposition 8a und der Verriegelungsposition 21 beschränken, über eine nicht dargestellte Steuerleitung mit Druckmittel zu versorgen.
Weiterhin ist in dem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel vorgesehen, die Verriegelungskulisse 18 der dritten Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung 12, welche im eingeriegelten Zustand die Drehung des Innenrotors 3 zum Außenrotor 2 an der Verriegelungsposition 21 in Richtung Spät verhindert, über eine nicht dargestellte Verbindungsleitung aus einer der als Nacheilkammern wirkenden zweiten Druckkammern 10 mit Druckmittel zu versorgen. Dabei ist vorgesehen, dass das nicht dargestellte Steuerventil sowohl die Druckmittelströme zu und von den ersten und zweiten Druckkammern 9, 10, als auch zu und von der Steuerleitung regelt.
Drei Anschlüsse verbinden das Steuerventil mit der Vorrichtung. Ein erster Ar- beitsanschluss A kommuniziert mit der Druckmittelleitung, über die die ersten
Druckkammern 9 mit Druckmittel versorgt werden. Der zweite Arbeitsanschluss B + Pin B2 kommuniziert mit der Druckmittelleitung, über die die zweiten Druckkammern 10 mit Druckmittel versorgt werden. Ein Steueranschluss Pin A + Pin B1 kommuniziert mit der separaten Steuerleitung, über die sowohl die Kulisse 19 der ersten Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung 13 als auch die Kulisse 20 der zweiten Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung 14 mit Druckmittel beaufschlagt werden kann. Ein Zulaufanschluss P für die nicht dargestellte Druckmittelpumpe stellt der Vorrichtung permanent einen Druckmittelstrom zur Verfügung. Über einen Ablaufanschluss T kann das Druckmittel in einen nicht dargestellten Tank abfließen. Die Anschlüsse P und T können mit dem Ölkreislauf des Motors verbunden werden, wobei dessen Öldruck von der Motordrehzahl und der Öltemperatur abhängig ist. Der Anschluss T ermöglicht dann ein Zurückfließen des in der Vorrichtung verdrängten Öls in den Ölkreislauf des Motors.
Das Steuerventil kann als konventionelles Einsteckventil oder auch als Zentralventil ausgeführt sein. Es ist auch denkbar, dass an dem Steuerventil mehr als 5 Anschlüsse vorgesehen sind, insbesondere können auch mehrere Anschlüsse zum Abfließen des Druckmittels in den Tank vorgesehen sein.
Weiterhin kann das Steuerventil beispielsweise mit einer elektrischen Stelleinheit ausgebildet sein, über die in Abhängigkeit der elektrischen Bestromung die Arbeitsanschlüsse A, B + Pin B2 und der Steueranschluss Pin A + Pin B1 wahlweise mit dem Zulaufanschluss P, dem Ablaufanschluss T oder keinem von beiden verbunden werden können.
Die einzelnen Schaltstellungen eines derartigen Steuerventils in einzelnen Betriebszuständen der Brennkraftmaschine zeigt Figur 1 in tabellarischer Form. In der Schaltstellung 1 ist das Steuerventil elektrisch unbestromt und die Vorrichtung befindet sich in der Verriegelungsstellung während des Motorstarts der Brennkraftmaschine. Der erste Arbeitsanschluss Kammer A und der Steueranschluss Pin A + Pin B1 sind jeweils auf den Ablaufanschluss T geschaltet, so dass aus den ersten Druckkammern 9 und aus den mit der Steuerleitung kommunizierenden Kulissen 19, 20 Druckmittel in den Tank abfließen kann. Gleichzeitig wird der zweite Arbeitsanschluss Kammer B + Pin B2 mit dem Zu- laufanschluss P verbunden, wodurch die zweiten Druckkammern 10 und die mit zumindest einer von diesen kommunizierende Kulisse 18 der dritten Drehwin- kelbegrenzungsvorrichtung mit Druckmittel beaufschlagt werden, sobald die Druckmittelpumpe synchron zur Motordrehzahl einen ausreichenden Druckmitteldruck zur Verfügung stellt.
Zur Entriegelung der Vorrichtung und einer Verstellung in Richtung späterer Steuerzeiten der Gaswechselventile wird das Steuerventil in die Schaltstellung 2 überführt. Dabei werden der Arbeitsanschluss Kammer B + Pin B2 und der Steueranschluss Pin A + Pin B1 mit dem Zulaufanschluss P verbunden, wodurch die zweiten Druckkammern 10 und die Steuerleitung mit Druckmittel beaufschlagt und die Drehwinkelbegrenzungsvorrichtungen 12, 13, 14 in den entriegelte Zustand überführt werden. Gleichzeitig wird der Arbeitsanschluss Kammer A mit dem Ablaufanschluss T verbunden ist, wodurch Druckmittel aus den ersten Druckkammern 9 in den Tank ausgestoßen werden. Als Folge werden die Flügel 6 in Richtung des Spätanschlags 8b verschoben und eine Drehung des Innenrotors 3 relativ zum Außenrotor 2 entgegen der Drehrichtung der Vorrichtung erreicht.
In der Schaltstellung 3 des Steuerventils kann die Vorrichtung in einer geregelten Winkelposition gehalten werden, um die Steuerzeiten der Gaswechselventile konstant zu halten. In dieser Stellung wird die Druckmittelzu- und -abfuhr zu sämtlichen Druckkammern 9, 10 unterbunden. Es findet bis auf einen Lecka- geausgleich in den Druckkammern 9, 10 kein Druckmittelaustausch zwischen den Druckkammern 9, 10 über den Ablaufanschluss T mit dem Tank oder über den Zulaufanschluss P mit der Druckmittelpumpe statt. Dadurch werden die Flügel 6 innerhalb der jeweiligen Druckräume 7 hydraulisch eingespannt, und somit eine rotative Bewegung des Innenrotors 3 zum Außenrotor 2 verhindert. Gleichzeitig wird der Steueranschluss Pin A + Pin B1 mit dem Druckmittelzu- laufanschluss P verbunden, wodurch die Steuerleitung und die mit ihr kommunizierenden Kulissen 19, 20 mit Druckmittel beaufschlagt und die erste und die zweite Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung 13, 14 in entriegeltem Zustand gehalten werden.
Um die Vorrichtung in Richtung früherer Steuerzeiten der Gaswechselventile zu verstellen, wird das Steuerventil in die Schaltstellung 4 überführt. Dabei wird der Arbeitsanschluss Kammer A mit der Pumpe P verbunden und die ersten Druckkammern 9 mit Druckmittel beaufschlagt, während der zweite Arbeitsanschluss Kammer B + Pin B2 auf den Ablaufanschluss T geschaltet wird, wodurch Druckmittel aus den zweiten Druckkammern 10 in den Tank ausgestoßen werden. Dadurch werden die Flügel 6 in Richtung des Frühanschlags 8a ver- schoben und eine Drehung des Innenrotors 3 relativ zum Außenrotor 2 in Drehrichtung der Vorrichtung erreicht. Gleichzeitig wird der Steueranschluss Pin A + Pin B1 ebenfalls mit dem Zulaufanschluss P verbunden, wodurch die mit der Steuerleitung kommunizierenden Kulissen 19, 20 mit Druckmittel beaufschlagt und die erste und zweite Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung 13, 14 in den ent- riegelten Zustand überführt oder in diesem gehalten werden.
Da in den Schaltstellungen 1 und 4 jeweils eine der Gruppen von Druckkammern 9, 10 mit der Druckmittelpumpe verbunden ist, kann eine ausreichende Druckmittelversorgung der Vorrichtung auch während der Motorstart- und der Motorstopp- bzw. Motorstillstandsphasen gewährleistet werden.
Die Figur 2 zeigt in einem Diagramm in vereinfachter Darstellung den graphischen Verlauf des Druckmittelstroms an den Arbeitsanschlüssen Kammer A (Kurve 23) bzw. Kammer B + Pin B2 (Kurve 22) und am Steueranschluss Pin A + Pin B1 (Kurve 24) in Abhängigkeit vom Ventilkolbenhub in den einzelnen Schaltstellungen des Steuerventils. In den Schaltstellungen 2 und 4 werden große Druckmittelströme an dem Arbeitsanschluss B + Pin B2 bzw. an dem Arbeitsanschluss A mit hohen Verstellgeschwindigkeiten erreicht (Kurven 22 und 23).
Der in Figur 2 dargestellte Verlauf ist auch auf eine Vorrichtung, bei der das Steuerventil als Zentralventil ausgebildet ist, übertragbar. In dieser Ausgestaltung ist eine ausreichende Schmiermittelversorgung der Vorrichtung unmittel- bar über das Zentralventil sichergestellt, so dass in der Schaltstellung 1 der zweite Arbeitsanschluss Kammer B + Pin B2 auf den Tank geschaltet werden kann. Der Verlauf einer solchen möglichen Variante ist in der Kurve 25 dargestellt.
Die internen Verbindungen der Anschlüsse des Steuerventils in den einzelnen Schaltstellungen ist in den Figuren 3c bis 11 c symbolisch dargestellt.
Während der Motorstoppphase der Brennkraftmaschine (Figuren 3a, 3b und 3c) wird das Steuerventil nach dem Signal von der Motorsteuerung „Zündung aus" voll elektrisch bestromt und in die Schaltstellung 4 überführt. Dabei wird der erste Arbeitsanschluss A und der Steueranschluss Pin A + Pin B1 bzw. Pins A + B1 mit der Druckmittelzulaufanschluss P verbunden (Figur 3c). Dadurch werden die ersten Druckkammern 9 und die Verriegelungskulissen 19, 20 der ersten und der zweiten Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung 13, 14 mit Druckmittel beaufschlagt, wodurch letztere in den entriegelten Zustand überführt oder in diesem gehalten werden (Figur 3b), solange die Druckmittelpumpe synchron zur Motordrehzahl der Brennkraftmaschine einen ausreichenden Druckmitteldruck bereitstellt. Gleichzeitig wird der zweite Arbeitsanschluss B + Pin B2 mit dem Druckmittelablaufanschluss T verbunden, so dass Druckmittel aus den zweiten Druckkammern 10 zum Tank abfließen kann (Figur 3c). Dies bewirkt eine Relativdrehung des Innenrotors 3 zum Außenrotor 2 in Richtung der maximalen Frühposition 8a und entspricht einer Verstellung der Vorrichtung in Richtung früherer Steuerzeiten der Gaswechselventile (vgl. unten), wo- bei der Innenrotor 3 in eine Stellung zwischen der Verriegelungsposition 21 und der maximalen Frühposition 8a gelangt (Figur 3a). Gleichzeitig kann der Verriegelungsstift 15 in die ihm gegenüber befindliche Kulisse 18 einriegeln, die mit zumindest einer der Druckkammern 10 kommuniziert, aus denen Druckmittel in den Tank ausgestoßen wird ist. Dadurch wird die dritte Drehwin- kelbegrenzungsvorrichtung 12 in den eingeriegelten Zustand überführt und die relative Drehung der Rotoren zueinander auf einen Winkelbereich zwischen der maximalen Frühposition 8a und der Verriegelungsposition 21 beschränkt. Auf diese Weise wird erreicht, dass während der Stoppphase der Brennkraft- maschine der Innenrotor 3 relativ zum Außenrotor 2 in einem definierten Winkelbereich zwischen der Verriegelungsposition 21 und der maximalen Frühposition 8a abgestellt werden kann.
Nach dem Erreichen des Motorstillstandes (Figuren 4a, 4b und 4c) ist das Steuerventil nicht elektrisch bestromt und befindet sich in der Schaltstellung 1. Dabei werden der erste Arbeitsanschluss A und der Steueranschluss Pins A + B1 mit dem Druckmittelablaufanschluss T verbunden, wodurch Druckmittel aus den ersten Druckkammern 9 und den Kulissen 19, 20 in den Tank abfließen kann, während der zweite Arbeitsanschluss Kammer B + Pin B2 auf den Druckmittelzulauf P geschaltet wird (Figur 4c). Aufgrund des fehlenden Systemdrucks befindet sich die dritte Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung 12, die mit einer der zweiten Druckkammern 10 kommuniziert, in eingeriegeltem Zustand (Figur 4b). Gleichzeitig kann der Verriegelungsstift 16 in die Kulisse 19 eingreifen, wodurch die zweite Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung 14 in den eingeriegelten Zustand überführt (Figur 4b). Dagegen befindet sich der Verriegelungsstift 16 nicht der zugehörigen Kulisse 19 gegenüber, so dass die erste Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung 13 nicht in den eingeriegelten Zustand überführt werden kann (Figur 4b).
Aus dieser Winkelposition heraus startet die Brennkraftmaschine während der Motorstartphase (Figuren 5a, 5b und 5c; 6a, 6b und 6c; 7a, 7b und 7c ). Dabei befindet sich das Steuerventil in der Startstellung (Schaltstellung 1 , Figuren 5c, 6c und 7c), die der Schaltstellung während des Motorstillstands (Figur 4c) ent- spricht. In dieser Phase ist die hydraulische Einspannung der Flügel 6 innerhalb der Druckräume 7 wegen des zu geringen Systemdrucks im Allgemeinen nicht gewährleistet. Aufgrund der auf die Nockenwelle wirkenden Reibmomente, wird der Innenrotor 3, relativ zum Außenrotor 2 in Richtung der maximalen Spätposition 8b verdreht (Figur 5a). Diese Bewegung wird durch die eingerie- gelte dritte und die eingeriegelte zweite Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung 12, 14 bei Einnahme der Verriegelungsposition 21 , in der die Verriegelungsstifte 15, 17 am Anschlag der jeweiligen Kulissen 18, 20 in Richtung spät zum Anliegen kommen (Figur 5b), gestoppt. Hierdurch gelangt der Innenrotor 3 unmittel- bar nach dem Neustart der Brennkraftmaschine automatisch in die Verriegelungsposition 21. Da der Steueranschluss Pin A + Pin B1 mit dem Tank verbunden ist, wird Druckmittel aus der Steuerleitung in den Tank abgeführt (Figur 5c). Der Verriegelungsstift 17, der sich in der Verriegelungsstellung der mit der Steuerleitung kommunizierenden Kulisse 20 gegenüber befindet, riegelt in diese ein und kommt am Anschlag der Kulisse 20 in Richtung spät zum Anliegen (Figur 5b). Sobald der Verriegelungsstift 16 der ersten Drehwinkelbegren- zungsvorrichtung 13 der zugehörigen Kulisse 19 gegenübersteht, kann er in diese eingreifen (Figur 6b). Durch die eingeriegelte erste und zweite Drehwin- kelbegrenzungsvorrichtung 13, 14 wird eine mechanische Festsetzung des Innenrotors 3 relativ zum Außenrotor 2 in der Verriegelungsposition 21 hergestellt (Figuren 6a und 6b).
Alternativ kann dieser Vorgang auch schon während der Motorstopp- oder Motorstillstandsphase der Brennkraftmaschine erfolgen, wenn der Innenrotor 3 aufgrund der auf die Nockenwelle wirkenden Reibmomente und Wechseldrehmomente oder Relaxationsvorgänge der Brennkraftmaschine (beispielsweise Druckabbau in den Zylindern der Brennkraftmaschine nach deren Stillstand oder ähnliches) in die Verriegelungsposition 21 gedrängt wird und sich der Verriegelungsstift 16 in der Verriegelungsstellung zu der zugehörigen Kulisse 19 befindet und die erste Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung 13 in den eingeriegelten Zustand übergehen kann.
Mit steigendem Systemdruck während der Motorstartphase werden die zweiten Druckkammern 10 und die mit einer von diesen in Verbindung stehende Ver- riegelungskulisse 18 mit Druckmittel beaufschlagt (Figur 7c), wodurch die dritte Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung 12 in den entriegelten Zustand überführt wird (Figur 7b). Da während des gesamten Startvorgangs der Steueranschluss Pins A + B1 mit dem Ablaufanschluss T verbunden ist (Figuren 5c, 6c und 7c), wird Druckmittel aus den Kulissen 19, 20 in den Tank abgeführt und die erste und die zweite Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung 13, 14 in eingeriegeltem Zustand gehalten (Figuren 7a und 7b). Hierdurch kann die Vorrichtung während des Startvorgangs der Brennkraftmaschine in der Verriegelungsposition 21 mechanisch fixiert und eine selbsttätige Entriegelung bzw, ungewollte Ver- Stellung der Vorrichtung bei einem ansteigenden Systemdruck sicher vermieden werden.
Zur Entriegelung der Vorrichtung (Figuren 8a, 8b und 8c) wird das Steuerventil gering elektrisch bestromt und in die Schaltstellung 2 geschaltet, wobei der Steueranschluss Pins A + B1 mit dem Zulaufanschluss P verbunden wird (Figur 8c). Dadurch wird die Steuerleitung und die mit dieser kommunizierenden Kulissen 19, 20 mit Druckmittel beaufschlagt und die erste und die zweite Dreh- winkelbegrenzungsvorrichtung 13, 14 in den entriegelten Zustand überführt (Figur 8b). Auf diese Weise wird die mechanische Fixierung des Innenrotors 3 gegenüber dem Außenrotor 2 in der Verriegelungsposition 21 gelöst und die Vorrichtung kann aus dieser Position heraus in eine geregelte Position sowohl in Richtung spät als auch in Richtung früh verstellt werden (Figur 8a).
Um die Steuerzeiten der Gaswechselventile der Brennkraftmaschine nach einer Entriegelung in Richtung spät zu verstellen (Figuren 9a, 9b, 9c), wird das Steuerventil gering elektrisch bestromt und in die Nacheilstellung gebracht (Schaltstellung 2, Figur 9c). Dabei wird der erste Arbeitsanschluss A mit dem Ablaufanschluss T verbunden und gleichzeitig die zweiten Druckkammern 10 auf den Zulaufanschluss P geschaltet, wodurch die zweiten Druckkammern 10 mit Druckmittel beaufschlagt werden, während Druckmittel aus den ersten Druckkammern 9 in den Tank ausgestoßen wird. Als Folge werden die Flügel 6 in Richtung des Spätanschlags 8b verschoben (Figur 9a), wodurch eine rotati- ve Bewegung des Innenrotors 3 relativ zum Außenrotor 2 entgegen der Dreh- richtung der Vorrichtung in Richtung der maximalen Spätposition 8b erreicht wird (Figur 9a). Gleichzeitig sind in dieser Stellung die mit den zweiten Druckkammern 10 kommunizierende Verriegelungskulisse 18 und die mit der Steuerleitung kommunizierende Kulissen 20 mit Druckmittel beaufschlagt (Figur 9c), wodurch die dritte und die zweite Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung 12, 14 in entriegeltem Zustand gehalten werden (Figur 9b). Hierdurch wird sichergestellt, dass die Flügel 6 bei einer Verstellung aus einer Frühposition in Richtung der maximalen Spätposition 8b über die Verriegelungsposition 21 hinaus verschoben werden können, ohne dass die Verriegelungsstifte 15, 17 der dritten und der zweiten Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung 12, 14 an den jeweiligen Anschlägen in Richtung spät in den Verriegelungskulissen 18, 20 bei Einnahme der Verriegelungsposition 21 zum Anliegen kommen und die Bewegung in Richtung spät verhindern (Figur 9b). Da die mit der Steuerleitung kommunizie- rende Verriegelungskulisse 19 mit Druckmittel beaufschlagt ist, kann der Verriegelungsstift 16 der ersten Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung 13 in entriegeltem Zustand gehalten werden (Figuren 11 b und 11 c). In der Schaltstellung 2 werden an dem Arbeitsanschluss B + Pin B große Druckmittelströme mit hohen Verstellgeschwindigkeiten erreicht (Figur 2, Kurve 22).
Soll eine Verschiebung der Phasenlage in Richtung früherer Steuerzeiten der Gaswechselventile der Brennkraftmaschine erfolgen (Figuren 11 a, 11 b, 11 c), wird das Steuerventil voll elektrisch bestromt und in die Voreilstellung (Schalt- Stellung 4, Figur 11 c) gebracht. In dieser Steuerstellung sind die ersten Druckkammern 9 über den ersten Arbeitsanschluss A mit dem Zulaufanschluss P verbunden und werden mit Druckmittel beaufschlagt, während aus den zweiten Druckkammern 10 über den zweiten Arbeitsanschluss B + Pin B2 und den Druckmittelablaufanschluss T Druckmittel zum Tank abfließen kann (Figur 11 c). Gleichzeitig wird Druckmittel über den Steueranschluss Pins A + B1 und über die Steuerleitung zu der Verriegelungskulissen 19, 20 der ersten und zweiten Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung 13, 14 geleitet (Figur 11 c), wodurch diese ebenfalls in entriegeltem Zustand gehalten werden (Figur 11 b). Die Druckmittelbeaufschlagung der ersten Druckkammern 9 bei gleichzeitiger Ent- leerung der zweiten Druckkammern 10 führt zu einer Verdrehung des Innenrotors 3 relativ zum Außenrotor in Drehrichtung der Vorrichtung in Richtung der maximalen Frühposition 8a (Figur 11 a). Da die erste Drehwinkelbegrenzungs- vorrichtung 13 während des Verstellvorgangs in entriegeltem Zustand gehalten wird, können die Flügel 6 bei einer Verstellung aus einer Spätposition in Rich- tung der maximalen Spätposition 8b über die Verriegelungsposition 21 hinaus verschoben werden, ohne dass der Verriegelungsstift 16 an dem Anschlag in Richtung spät in der Verriegelungskulissen 19 bei Einnahme der Verriegelungsposition 21 zum Anliegen kommt und die Bewegung in Richtung früh ver- hindert (Figur 9b). Weiterhin kann aus der mit einer der zweiten Druckkammern 10 kommunizierenden Verriegelungskulisse 18 Druckmittel in den Tank abfließen, wodurch der Verriegelungsstift 15 der dritten Drehwinkelbegrenzungsvor- richtung 12 in letztere eingreifen kann (Figuren 11 b und 11 c). In der Schaltstellung 4 werden an dem Arbeitsanschluss A große Druckmittelströme mit hohen Verstellgeschwindigkeiten erreicht (Figur 2, Kurve 23).
Soll die Phasenlage des Innenrotors 3 relativ zum Außenrotor 2 in einer geregelten Winkelposition gehalten werden (Figuren 10a, 10b, 10c), um die Steu- erzeiten der Gaswechselventile konstant zu halten, wird das Steuerventil im Bereich des Haltelastverhältnisses elektrisch bestromt und in die Haltestellung (Schaltstellung 3, Figur 10c) überführt. In dieser Stellung wird die Druckmittelzufuhr zu und -abfuhr von sämtlichen Druckkammern 9, 10 unterbunden. Es findet bis auf einen Leckageausgleich in den Druckkammern 9, 10 kein Druckmittelaustausch zwischen den Druckkammern 9, 10 über den Ab- laufanschluss T mit dem Tank oder über den Zulaufanschluss P mit der Druckmittelpumpe statt (Figur 10c). Dadurch werden die Flügel 6 innerhalb der jeweiligen Druckräume 7 hydraulisch eingespannt, und somit eine rotative Bewegung des Innenrotors 3 zum Außenrotor 2 verhindert (Figur 10a). Dabei bleibt der Steueranschluss Pins A + B1 mit dem Zulaufanschluss P verbunden (Figuren 10c), wodurch die Kulissen 19, 20 der ersten und der zweiten Dreh- winkelbegrenzungsvorrichtung 13, 14 über die Steuerleitung mit Druckmittel beaufschlagt und in entriegeltem Zustand gehalten werden (Figur 10b).
Bezugszeichen
1 Vorrichtung
2 Außenrotor
3 Innenrotor
4 Seitendeckel
5 Seitendeckel
6 Flügel
7 Druckraum
8 Begrenzungswand
8a Frühanschlag
8b Spätanschlag
9 erste Druckkammer
10 zweite Druckkammer
11 Verriegelungsmechanismus
12 Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung
13 Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung
14 Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung
15 Verriegelungsstift
16 Verriegelungsstift
17 Verriegelungsstift
18 Kulisse
19 Kulisse
20 Kulisse
21 Verriegelungsposition
22 Kurve
23 Kurve
24 Kurve
25 Kurve A erster Arbeitsanschluss
B + Pin B2 zweiter Arbeitsanschluss
Pin A + Pin B1 Steueranschluss T Ablaufanschluss
P Zulaufanschluss

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung (1 ) zur variablen Einstellung der Steuerzeiten von Gaswechselventilen einer Brennkraftmaschine mit - einem Außenrotor (2) und einem relativ zu diesem drehbar angeordneten Innenrotor (3), wobei eines der Bauteile in Antriebsverbindung mit einer Kurbelwelle und das andere Bauteil in Antriebsverbindung mit einer Nockenwelle steht, zumindest einem Druckraum (7), wobei jeder Druckraum (7) in zwei gegeneinander wirkende Druckkammern (9, 10) unterteilt ist, mehreren Druckmittelkanälen, über die den Druckkammern (9, 10) Druckmittel zugeführt, bzw. von diesen abgeführt werden kann, mehreren Drehwinkelbegrenzungseinrichtungen (12, 13, 14), wobei jede Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung (12, 13, 14) einen entriegelten und einen eingeriegelten Zustand einnehmen kann, wobei die Verrie- gelungszustände durch Druckmittelzufuhr zu bzw. Druckmittelabfuhr von den jeweiligen Drehwinkelbegrenzungsvorrichtungen (12, 13, 14) eingestellt werden können, dadurch gekennzeichnet, dass die Verriegelungszustände zumindest einer ersten und einer zweiten Drehwinkelbegrenzungsvorrichtungen (13, 14) mittels einer separaten
Steuerleitung steuerbar sind, und die Verriegelungszustände zumindest einer dritten Drehwinkelbegren- zungsvorrichtung (12) unabhängig von zumindest einer ersten und einer zweiten Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung steuerbar sind.
2. Vorrichtung (1 ) nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Verriegelungszustände zumindest einer dritten Drehwinkelbegrenzungsvor- richtung (12) ausschließlich über den in zumindest einer der Druckkammern (9, 10) herrschenden Druck steuerbar sind.
3. Vorrichtung (1 ) nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, dass zum Ansteuern der Verhegelungszustände eine dritte Drehwinkelbegren- zungsvorrichtung (12) über eine Verbindungsleitung mit zumindest einer der Druckkammern (9, 10) oder mit einem der Druckmittelkanäle kommuniziert.
4. Vorrichtung (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, dass zum Ansteuern der Verhegelungszustände eine erste und eine zweite Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung (13, 14) mit einer separaten Steu- erleitung verbunden sind, wobei die Steuerleitung weder mit den Druckmittelkanälen noch mit den Druckkammern (9, 10) kommuniziert.
5. Vorrichtung (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 3 dadurch gekennzeich- net, dass die Verhegelungszustände der dritten Drehwinkelbegrenzungs- vorrichtung (12) ausschließlich über den in einer oder mehreren als Nacheilkammern wirkenden Druckkammern (9, 10) herrschenden Druck steuerbar sind.
6. Vorrichtung (1 ) nach einem der Ansprüche 1 oder 4 dadurch gekennzeichnet, dass bei eingeriegelter erster und zweiter Drehwinkelbegren- zungsvorrichtung (13, 14) der Innenrotor (3) relativ zum Außenrotor (2) in einer Verriegelungsposition (21 ) fixiert ist.
7. Vorrichtung (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 3 oder 6 dadurch gekennzeichnet, dass die dritte Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung (12) in eingeriegeltem Zustand eine Phasenlage des mit der Nockenwelle zusammenwirkenden Rotors (2, 3) relativ zu dem mit der Kurbelwelle zusammenwirkenden Rotor (2, 3) auf einen Winkelbereich zwischen einer maximalen Frühposition und der Verriegelungsposition (21 ) beschränkt.
8. Vorrichtung (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 3 oder 6 dadurch ge- kennzeichnet, dass die dritte Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung (12) in eingeriegeltem Zustand die Drehung des mit der Nockenwelle zusammenwirkenden Rotors (2, 3) relativ zu dem mit der Kurbelwelle zusammenwirkenden Rotor (2, 3) bei Einnahme der Verriegelungsposition (21 ) in Rich- tung einer maximalen Spätposition verhindert.
9. Vorrichtung (1 ) nach einem der Ansprüche 1 , 4 oder 6 dadurch gekennzeichnet, dass die erste Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung (13) in eingeriegeltem Zustand eine Phasenlage des mit der Nockenwelle zusammen- wirkenden Rotors (2, 3) relativ zu dem mit der Kurbelwelle zusammenwirkenden Rotors (2, 3) auf einen Winkelbereich zwischen der maximalen Spätposition und der Verriegelungsposition (21 ) beschränkt.
10. Vorrichtung (1 ) nach einem der Ansprüche 1 , 4, oder 9 dadurch gekenn- zeichnet, dass die erste Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung (12) in eingeriegeltem Zustand die Drehung des mit der Nockenwelle zusammenwirkenden Rotors (2, 3) relativ zu dem mit der Kurbelwelle zusammenwirkenden Rotor (2, 3) bei Einnahme der Verriegelungsposition (21 ) in Richtung einer maximalen Frühposition verhindert.
11. Vorrichtung (1 ) nach einem der Ansprüche 1 , 4 oder 6 dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung (14) in eingeriegeltem Zustand eine Phasenlage des mit der Nockenwelle zusammenwirkenden Rotors (2, 3) relativ zu dem mit der Kurbelwelle zusammen- wirkenden Rotor (2, 3) auf einen Winkelbereich zwischen der maximalen
Frühposition und der Verriegelungsposition (21 ) beschränkt.
12. Vorrichtung (1 ) nach einem der Ansprüche 1 , 4 oder 6 dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung (14) in ein- gehegeltem Zustand die Drehung des mit der Nockenwelle zusammenwirkenden Rotors (2, 3) relativ zu dem mit der Kurbelwelle zusammenwirkenden Rotor (2, 3) bei Einnahme der Verriegelungsposition (21 ) in Richtung einer maximalen Spätposition verhindert.
13. Vorrichtung (1 ) nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass ein Steuerventil vorgesehen ist, das die Druckmittelzufuhr zu und den Druckmit- telabfluss von den Druckmittelkanälen und der Steuerleitung steuert.
14. Vorrichtung (1 ) nach Anspruch 1 oder 13 dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerventil zwei Arbeitsanschlüsse (A, B + B2) aufweist, wobei der erste Arbeitsanschluss (A) mit den ersten Druckkammern (9) und der zweite Arbeitsanschluss (B + B2) mit den zweiten Druckkammern (10) kommuni- ziert und wobei die Steuerleitung ventilseitig ausschließlich mit einem separat zu den Arbeitsanschlüssen (A, B + B2) ausgebildeten Steueran- schluss (Pin A + Pin B1) kommuniziert.
15. Verfahren zur Steuerung einer Vorrichtung (1 ) zur Einstellung der Steuer- zeiten von Gaswechselventilen einer Brennkraftmaschine, mit einem Außenrotor (2), der relativ drehbar zu einem Innenrotor (3) angeordnet ist, mit zumindest einem Druckraum (7), wobei jeder Druckraum (7) in zwei gegeneinander wirkende Druckkammern (9, 10) unterteilt ist und mehrere Dreh- winkelbegrenzungsvorrichtungen (12, 13, 14) vorgesehen sind, wobei jede Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung (12, 13, 14) in einen entriegelten oder einen eingeriegelten Zustand überführt wird, wobei die Verriegelungszu- stände durch Druckmittelzufuhr zu bzw. Druckmittelabfuhr von den jeweiligen Drehwinkelbegrenzungsvorrichtungen (12, 13, 14) eingestellt werden, dadurch gekennzeichnet, dass - die Verriegelungszustände zumindest einer ersten und einer zweiten
Drehwinkelbegrenzungsvorrichtungen (13, 14) mittels einer separaten Steuerleitung gesteuert werden, und die Verriegelungszustände zumindest einer dritten Drehwinkelbegren- zungsvorrichtung (12) unabhängig von zumindest einer ersten und ei- ner zweiten Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung gesteuert werden.
16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und die zweite Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung (13, 14) durch Druckmit- telabfuhr aus der separate Steuerleitung in den eingeriegelten Zustand ü- berführt oder in diesem gehalten werden und gleichzeitig eine Druckmittel- beaufschlagung der als Nacheilkammern wirkenden Druckkammern (9, 10) unter gleichzeitigem Ausstoß von Druckmittel aus den als Voreilkammern wirkenden Druckkammern (9, 10) erfolgt.
17. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und die zweite Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung (13, 14) durch Druckmittelbeaufschlagung der separaten Steuerleitung in den entriegelten Zustand überführt oder in diesem gehalten werden und gleichzeitig eine Druckmittelbeaufschlagung der als Voreilkammern wirkenden Druckkammern (9, 10) unter gleichzeitigem Ausstoß von Druckmittel aus den als Nacheilkammern wirkenden Druckkammern (9, 10) erfolgt.
18. Verfahren nach Anspruch 15, 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Phasenlage des mit der Nockenwelle zusammenwirkenden Rotors (2, 3) relativ zu dem mit der Kurbelwelle zusammenwirkenden Rotors (2, 3) auf einen Winkelbereich zwischen der maximalen Frühposition und der Verriegelungsposition (21 ) beschränkt wird.
19. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und die zweite Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung (13, 14) durch Druckmittelbeaufschlagung der separaten Steuerleitung in den entriegelten Zustand überführt oder in diesem gehalten werden und gleichzeitig eine Druckmit- telbeaufschlagung der als Nacheilkammern wirkenden Druckkammern (9,
10) unter gleichzeitigem Ausstoß von Druckmittel aus den als Voreilkammern wirkenden Druckkammern (9, 10) erfolgt.
20. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und die zweite Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung (13, 14) durch Druckmittelbeaufschlagung der separaten Steuerleitung in entriegeltem Zustand gehalten werden und eine Unterbrechung der Druckmittelzufuhr zu und der Druckmittelabfuhr von den Druckkammern (9, 10) erfolgt.
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