EP2215332B1 - Vorrichtung zur variablen einstellung der steuerzeiten von gaswechselventilen einer brennkraftmaschine - Google Patents
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- EP2215332B1 EP2215332B1 EP08852349A EP08852349A EP2215332B1 EP 2215332 B1 EP2215332 B1 EP 2215332B1 EP 08852349 A EP08852349 A EP 08852349A EP 08852349 A EP08852349 A EP 08852349A EP 2215332 B1 EP2215332 B1 EP 2215332B1
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- F01L2001/34446—Fluid accumulators for the feeding circuit
Definitions
- the invention relates to a device for the variable adjustment of the timing of gas exchange valves of an internal combustion engine with a drive element, an output element, at least one pressure chamber, a pressure medium supply device and at least one pressure accumulator, by means of the pressure medium supply means of the at least one pressure chamber pressure medium supplied or can be removed from this, wherein by pressure medium supply to or pressure medium discharge from the pressure chamber, a phase position of the output element relative to the drive element is variable, wherein the pressure accumulator has a displaceable element which is provided with a first pressure surface which limits a storage space partially, wherein the storage space is connected to the pressure medium supply means or can be connected, wherein a force accumulator acts on the displaceable element in the direction of a starting position with a force and wherein de by pressurizing s storeroom displaceable element can be moved against the force of the energy storage.
- the device usually comprises an adjusting device, which is driven by a crankshaft and transmits their torque to the camshaft.
- a hydraulic actuator is formed within the actuating device, which makes it possible to selectively influence the phase position between the crankshaft and the camshaft.
- a pressure medium supply device is provided to supply the adjusting device with pressure medium.
- Such a device is for example from the EP 1 025 343 B1 known.
- the device comprises two mutually rotatable rotors, wherein an outer rotor is in driving connection with the crankshaft and the inner rotor is rotatably connected to the camshaft.
- the device comprises a plurality of cavities, wherein each of the cavities is divided by means of a wing into two counteracting pressure chambers. By supplying pressure medium to or pressure fluid removal from the pressure chambers, the wings are moved within the pressure chambers, whereby a targeted rotation of the rotors to each other and thus the camshaft is caused to the crankshaft.
- the pressure medium inflow to, or the pressure outlet from the pressure chambers is controlled by means of a pressure medium supply device comprising a pressure medium pump, a tank, a control valve, and a plurality of pressure medium lines.
- a pressure medium line connects the pressure medium pump with the control valve.
- a further pressure medium line connects one of the working ports of the control valve with the pressure chambers.
- the pressure medium is usually taken from the lubricant circuit of the internal combustion engine.
- the pressure in the pressure medium system must exceed a certain value in each operating phase of the internal combustion engine. This is critical especially in the idling phases of the internal combustion engine, since the pressure medium pump is driven by the crankshaft and thus the system pressure increases with the speed of the internal combustion engine.
- the system pressure provided by the pressure medium pump is further dependent on the pressure medium temperature, the system pressure with increasing Temperature drops.
- the pressure medium pump must be designed so that it provides sufficient system pressure under the most adverse conditions to ensure a sufficiently fast adjustment of the phase angle of the inner rotor to the outer rotor. In order to ensure the required adjustment speed even under the most unfavorable pressure conditions, such as high pressure medium temperatures and / or low speeds, the pressure medium pump must be designed accordingly.
- pressure medium pumps are used, which are designed for the peak requirements of the adjusting device and thus are dimensioned too large during most operating phases of the internal combustion engine.
- controllable pressure medium pump can be used, which provide demand-pressure means available. In both cases, the increased effort has a negative effect on the costs, the space requirement and the fuel consumption of the internal combustion engine.
- a pressure accumulator is arranged between the pressure medium pump and the control valve, which communicates with the pressure medium supply device.
- This accumulator is filled in phases of high system pressure with pressure medium. If the system pressure drops, the accumulator automatically empties, whereby the pressure medium supply device additional pressure medium is provided. Thus, the phase adjustment of the device is supported.
- a disadvantage of this embodiment is the fact that the pressure accumulator is emptied even if the system pressure is not due to an adjustment, but due to other external circumstances, for example, by a decrease in speed drops. Thus, for a subsequent Phasenverstellvorgang lower pressure support and a lower pressure medium volume from the pressure accumulator available.
- a further disadvantage is that the maximum pressure with which the pressure accumulator can support the pressure medium supply device corresponds to the pressure which prevailed in the pressure medium supply device immediately before the phase adjustment process. Will at high temperatures and low speeds from the engine control an adjustment request addressed to the device, the pressure support of the accumulator falls lower, since the system pressure at which the pressure accumulator was filled, was low. This can result in that the adjustment process can not be carried out, or the adjustment speed is significantly reduced. Thus, an interpretation of the pressure medium pump on the peak load with the resulting disadvantages is also required in this case.
- the invention has for its object to provide a device for variable adjustment of the timing of gas exchange valves of an internal combustion engine, with a functionally reliable adjustment of the timing should be ensured at high adjustment speeds in each phase of operation of the internal combustion engine. It should also be possible to dispense with an oversizing of the pressure medium pump (design to the expected peak loads), as well as the use of variable pressure medium pumps.
- the displaceable element has a counter-pressure surface which limits a counter-pressure space at least partially, which can be displaced by pressure medium loading of the counter-pressure space, the displaceable element in the direction of the starting position.
- the displaceable element may be formed, for example, as a pressure piston, which can be moved within a pressure vessel against the force of an example designed as a spring element force accumulator.
- pressure medium supply to the reservoir increases its volume at the expense of the back pressure chamber. If the system pressure in the pressure medium supply device falls, then the force of the energy accumulator exceeds the force caused by the system pressure on the first pressure surface. Thus, the pressure piston is urged by the energy storage in an initial position in which the volume of the storage space is minimal.
- spring element As an alternative to the spring element, other forms of energy storage can be used, for example, reversibly deformable body, such as elastomers, or gas-filled bubbles.
- reversibly deformable body such as elastomers, or gas-filled bubbles.
- the pressure accumulator By increasing the pressure provided by the pressure accumulator, the pressure accumulator can intercept peak consumption, so that the pressure medium pump can be designed for normal operation of the internal combustion engine. There are no oversized or regulated pressure medium pumps needed to ensure a reliable and fast adjustment of the phase position. In addition, the adjustment speed of the adjusting device is increased. Alternatively, the adjusting device can be dimensioned smaller at the same adjustment speed. What can reduce the mass, the moment of inertia and the costs.
- the displaceable element has at least a second pressure surface, which limits a control room partially, wherein the displaceable element can be moved against the force of the energy storage by pressurizing the control chamber and wherein within the pressure accumulator a pressure medium flow of the Reservoir is prevented in the control room.
- the reservoir and the control chamber do not communicate with each other within the pressure accumulator.
- a pressurizing of the storage space displaces the displaceable element in the same direction as a pressurizing of the control chamber, advantageously of the advantageously away from the starting position of the displaceable element.
- the pressure accumulator with a displaceable element which partially isolated pressure chambers within the pressure accumulator, these two pressure chambers can be controlled separately, i. filled and / or emptied. Apart from leakage, there is no connection between the pressure chambers. For example, different pressure sources for filling the storage space and the control room can be used.
- a pressure medium connection between the reservoir and the control chamber can be provided within the pressure accumulator.
- Pressure medium which is supplied to the control room, can get over this pressure medium connection in the storage room.
- a reverse flow of pressure medium is prevented from the storage space into the control space.
- This can be realized for example via a pressure medium channel in the pressure piston or the pressure vessel of the pressure accumulator, in which a check valve is arranged.
- the filling of the storage space and the control room can be done solely by the filling of the control room. If the accumulator is emptied, the control room is switched to tank. The storage room empties into the pressure medium supply device, the control chamber depressurized into the tank. A transfer of pressure medium from the reservoir into the control chamber is prevented by the check valve.
- the control space can support the filling of the storage space.
- the control chamber is also filled with pressure medium during the filling process of the storage space.
- the control chamber can be vented against atmospheric pressure in a tank.
- the venting of the control chamber can be done faster than the emptying of the reservoir into the pressure medium supply device.
- a 1 corresponds to the surface area of the first pressure surface
- a 2 corresponds to the surface area of the second pressure surface.
- the counterpressure space can optionally be connected to a pressure source or a tank.
- control means wherein the counter-pressure space can be selectively connected by means of the control means with a tank or a pressure source.
- the counterpressure space can be connected to the pressure medium pump of the internal combustion engine.
- the counter-pressure space can be connected to the tank of the internal combustion engine.
- the pressure source can be, for example, the pressure medium supply device or its pressure medium pump or a separate source, for example the pressure source of a servo consumer (eg the power steering).
- the pressure accumulator can be completely filled even in operating phases with low system pressure.
- the optional connection to a pressure source or the tank is via control means, for example a 3/2-way valve in the form of a switching valve (for example seat valve) or a proportional valve (for example slide valve).
- control means for example a 3/2-way valve in the form of a switching valve (for example seat valve) or a proportional valve (for example slide valve).
- two control means come into consideration, one of the control means blocks the connection pressure source -> back pressure chamber and the other control means the connection back pressure chamber -> tank or releases.
- the control means may be, for example, electromagnetically actuated hydraulic valves, such as directional control valves (for example switching or proportional valves), pilot operated check valves or the like. These control means receive from an engine control unit of the internal combustion engine control signals, according to which the counter-pressure chamber is filled or emptied, that is, whether the pressure accumulator to be filled or the emptying process to be supported.
- electromagnetically actuated hydraulic valves such as directional control valves (for example switching or proportional valves), pilot operated check valves or the like.
- control means can be provided that the hydraulic actuating device of the control means communicates with the pressure medium supply device.
- the control means will automatically be switched below a defined value. This reduces the regulatory burden considerably.
- the tank and / or the pressure medium pump of the internal combustion engine used for filling or venting the back pressure chamber so no other components are needed than already present in the internal combustion engine. Furthermore, the requirements for the seal between the pressure medium container and the pressure piston are lower, since a mixing of the pressure medium in the reservoir and the back pressure chamber is permitted. Thus, it is possible to dispense with a sealing element which acts between the pressure piston and the pressure vessel.
- a directional control valve is provided as the control means, each having a connection which is connected to the pressure source, the tank, and the counter-pressure space.
- a further connection can be provided, which is connected to the storage space or the control space.
- the pressure support of the pressure accumulator can thus be activated by simply switching one or more control means.
- the pressure medium volume is provided which is collected in the operating phase of the internal combustion engine in which the phase position is kept constant in the storage space.
- the pressure support of the accumulator can be used with each Phasenverstellvorgang.
- the control means directional valves and / or unlockable check valves
- the accumulator can fill.
- Another possibility is to switch on the pressure support of the pressure accumulator as needed. If the engine control detects that the pressure or volume flow delivered by the pressure medium pump is insufficient for phase adjustment, it releases the pressure support through the pressure accumulator. This procedure extends the times in which the accumulator can be filled and thus the performance of the pressure accumulator during pressure support.
- the pressure support of the pressure accumulator may be provided to use the pressure support of the pressure accumulator merely as a "boost" function for critical adjustment processes, which require, for example, a high volume flow or a high adjustment speed. If the engine control system detects that such a critical adjustment procedure is to be initiated, it will release the pressure support by suitably setting the control means.
- control means in one piece with a control valve which controls the pressure medium flow to and from the pressure chambers of the adjusting device.
- the maximum volume of the storage space corresponds to at least twice the volume required for a phase adjustment from a maximum late position to a maximum advance position.
- the pressure accumulator can open, for example, in the pressure medium line between the pressure medium pump and the control valve.
- the pressure accumulator opens into one of the pressure medium lines, which connects one of the working ports of the control valve with a group of pressure chambers.
- a second pressure accumulator may be provided, which opens into the pressure medium line, which connects the other working port of the control valve with the other group of pressure chambers.
- FIG. 1 an internal combustion engine 1 is sketched, wherein a seated on a crankshaft 2 piston 3 is indicated in a cylinder 4.
- the crankshaft 2 is in the illustrated embodiment, each with a traction drive 5 with an intake camshaft 6 and exhaust camshaft 7 in conjunction, wherein a first and a second device 10 for a relative rotation between the crankshaft 2 and the camshafts 6, 7 provide.
- the devices 10 each comprise a hydraulic actuator 10a, b and a pressure medium supply device 37.
- Cams 8 of the camshafts 6, 7 actuate one or more inlet gas exchange valves 9a or one or more exhaust gas exchange valves 9b.
- FIG. 3 shows a first embodiment of a device 10 according to the invention, with adjusting devices 10a, b of a pressure medium supply device 37 and a pressure accumulator 43.
- Die FIGS. 2a and 2b show an adjusting device 10a, b in longitudinal section and in cross section.
- the adjusting device 10a, b has a drive element designed as an outer rotor 22 and an output element designed as an inner rotor 23.
- the outer rotor 22 has a housing 22a and two side covers 24, 25 disposed on the axial side surfaces of the housing 22a.
- the inner rotor 23 is designed in the form of an impeller and has a substantially cylindrically designed hub member 26, extend from the outer cylindrical surface in the illustrated embodiment, five wings 27 in the radial direction outwards.
- the vanes 27 are formed separately from the inner rotor 23 and arranged in vane grooves 28 formed on the hub member 26. The vanes 27 are acted upon radially outwardly by means of winged springs 27a, which are arranged between the groove bottoms of the vane grooves 28 and the vanes 27.
- a plurality of projections 30 extend radially inwardly.
- the projections 30 are formed integrally with the peripheral wall 29.
- the outer rotor 22 is mounted by means of radially inner circumferential walls of the projections 30 relative to the inner rotor 23 rotatably mounted on this.
- a sprocket 21 is arranged, by means of which, via a chain drive, not shown, torque can be transmitted from the crankshaft 2 to the outer rotor 22.
- each projection 30, is penetrated by a fastening element 32, for example a screw, which serves for the rotationally fixed fixing of the side covers 24, 25 on the housing 22a.
- a cavity 33 is formed between each two circumferentially adjacent projections 30.
- Each of the cavities 33 is bounded circumferentially by opposing substantially radially extending boundary walls 34 of adjacent protrusions 30, axially from the side covers 24, 25, radially inwardly of the hub member 26 and radially outward of the peripheral wall 29.
- a wing 27 In each of the cavities 33 projects a wing 27, wherein the wings 27 are formed such that they rest against both the side covers 24, 25, and on the peripheral wall 29.
- Each wing 27 thus divides the respective cavity 33 into two counteracting pressure chambers 35, 36th
- the inner rotor 23 is rotatable in a defined Winkelbreich to the outer rotor 22.
- the angular range is limited in a rotational direction of the inner rotor 23 in that the wings 27 come to rest on a respective boundary wall 34 (early stop 34a) of the cavities 33.
- the angular range in the other direction of rotation is limited by the fact that the wings 27 come to rest on the other boundary walls 34 of the cavities 33, which serve as a late stop 34b.
- the phase angle of the outer rotor 22 to the inner rotor 23 can be varied.
- the phase position of the two rotors 22, 23 are kept constant to each other.
- it can be provided to pressurize none of the pressure chambers 35, 36 during phases of constant phase position with pressure medium.
- hydraulic pressure medium usually the lubricating oil of the internal combustion engine 1 is used.
- a pressure medium supply device 37 For supplying pressure medium to or removing pressure medium from the pressure chambers 35, 36, a pressure medium supply device 37 is provided, which in FIG. 3 is shown.
- the pressure medium supply device 37 comprises a pressure source, which is designed as a pressure medium pump 38, a tank 39, a control valve 40 and a plurality of pressure medium lines 41.
- the control valve 40 has an inlet port P, a tank port T and two working ports A, B on.
- one of the pressure medium line 41 connects the pressure medium pump 38 with the inlet port P, the first working port A with the first pressure chamber 35, the second working port B with the second pressure chamber 36 and the tank port T to the tank 39.
- pressure medium from the pressure medium pump 38 via the pressure medium line 41 to the inlet port P of the control valve 40 pass.
- the inlet port P is connected to the first pressure chambers 35, while the second pressure chambers 36 are connected to the tank 39.
- the inlet port P is connected to the second pressure chambers 36, while the first pressure chambers 35 are connected to the tank 39.
- the check valve 42a prevents backflow of the pressure medium from the pressure chambers 35, 36 via the control valve 40 to the pressure medium pump 38.
- the pressure peaks are based on the check valve 42a, whereby an unwanted emptying of the pressure chambers 35, 36 is effectively prevented and thus the stiffness of the torque transmission and the adjustment speed is increased.
- the adjustment speed of the adjusting devices 10a, b is dependent on the pressure provided, or the provided pressure medium volume flow of the pressure medium pump 38.
- the provided pressure, or the pressure fluid flow provided are in turn dependent on a variety of factors, such as the speed of the internal combustion engine 1 and the Fluid temperature.
- the pressure medium pump 38 In order to ensure the required adjustment speed even in the most unfavorable conditions, such as high pressure medium temperatures and or low speeds, the pressure medium pump 38 must be designed accordingly.
- pressure medium pumps 38 are used, which are designed for the peak requirements of the actuating device 10a, b and are thus dimensioned too large during most operating phases of the internal combustion engine 1.
- controllable pressure medium pumps 38 can be used which provide pressure medium as needed. In both cases, the increased expense has a negative effect on the cost and fuel consumption of the internal combustion engine 1.
- a pressure accumulator 43 is provided in the device 10 according to the invention.
- the pressure accumulator 43 comprises a displaceable element designed as a pressure piston 45, which can be displaced within a pressure vessel 44 against the force of an energy accumulator.
- the energy accumulator is a spring element 46 executed.
- other types of energy stores are also conceivable, for example suitably shaped elastomer bodies or gas-filled bubbles.
- the pressure piston 45 has two pressure surfaces 47, 48. Together with the pressure vessel 44, the first pressure surface 47 delimits a reservoir 49, the first pressure surface 47 delimiting the reservoir 49 in the direction of displacement of the pressure piston 45.
- the pressure vessel 44 and the pressure piston 45 define a control chamber 50, the second pressure surface 48 also delimits the control chamber 50 in the direction of displacement of the pressure piston 45.
- the pressure piston 45 and the pressure vessel 44 are formed such that within the pressure accumulator 43, there is no connection between the two pressure chambers 49 and 50. Apart from leakage, no pressure medium exchange between these pressure chambers 49, 50 takes place in this embodiment.
- the pressure surfaces 47, 48 are arranged offset to one another in the displacement direction of the pressure piston 45, wherein the first pressure surface 47 in the plane which is pierced perpendicularly by the displacement direction of the pressure piston 45, surrounded by the second pressure surface 48.
- the first pressure surface 47 is circular and the second pressure surface 48 is annular.
- the spring element 46 is supported, on the one hand, on the side of the pressure piston 45 facing away from the pressure chambers 49, 50 and, on the other hand, on the side of the pressure vessel 44 facing away from the pressure chambers 49, 50.
- the spring element 46 is mounted with bias in the pressure accumulator 43, so that the volume of the pressure chambers 49, 50 is minimal at low system pressure. In this initial position of the pressure piston 45 is located on the spring element 46 facing away from the pressure vessel 44 at.
- the area of the pressure vessel 44 facing away from the pressure surfaces 47, 48 is designed as a pressure space (counterpressure space 58).
- the surface of the pressure piston 45 facing the counter-pressure chamber 58 acts as a counterpressure surface 59.
- a force acts on the pressure piston 45 via the counterpressure surface 59, which force is directed parallel to the force of the spring element 46.
- the counter-pressure surface 59 is formed flat, which is oriented perpendicular to the direction of movement of the pressure piston 45.
- the counter-pressure surface 59 has further functional elements, so that it deviates from the planar shape.
- holders for the spring element 46 could be formed on the counter-pressure surface 59.
- the storage space 49 is connected by means of a supply line 51 to the pressure medium supply device 37.
- the supply line 51 opens on the one hand downstream of the check valve 42a in the pressure medium supply means 37 and on the other hand via a connection 56 in the reservoir 49.
- a check valve 42c is arranged, which allows a flow of pressure medium from the reservoir 49 to the pressure medium supply means 37 and prevents an opposite pressure medium flow , It is thereby achieved that in the adjusting devices 10a, b generated pressure peaks can not penetrate up to the reservoir 49 of the pressure accumulator 43, but are supported on the check valve 42c. Thus, the hydraulic rigidity of the device 10 is increased.
- the control chamber 50 can optionally be connected to a tank 39 or by means of a control line 52 to a pressure source.
- a pressure source in the illustrated embodiment serves as a pressure source, the pressure medium pump 38 of the pressure medium supply device 37. It is also conceivable that another source of pressure, such as the pressure medium pump 38 of a servo load, eg. The power steering, is used. In this case, that will be done by the Control chamber 50 outflowing pressure fluid is not directed into the tank 39 of the lubricating oil circuit of the internal combustion engine 1, but to the corresponding tank 39 of the servo consumer.
- a further check valve 42 b is provided, which prevents a backflow of pressure medium from the control chamber 50 to the pressure medium supply device 37.
- a control means 60 in the form of a directional control valve 53 is provided.
- the directional control valve 53 is designed as a 4/2-way valve and has a pressure port P 1 , two working ports A 1 , B 1 and a tank port T 1 .
- the pressure port P 1 is connected to the pressure source, in the illustrated embodiment via the control line 52 to the pressure medium supply means 37.
- the third working port A 1 is connected to the control chamber 50, the fourth working port B 1 to the counter-pressure chamber 58 and the tank port T 1 to the tank 39. In a first control position of the directional valve 53, the third working port A 1 is connected to the pressure port P 1, while the fourth working port B 1 communicates with the tank port T. 1
- the third working port A 1 is connected to the tank port T 1, while the pressure port P 1 communicates with the fourth working port B1.
- the control line leads to the directional control valve 53 via a second connection 56 in the control chamber 50. Furthermore, a connecting line 55 is provided which connects the control line 52 to the supply line 51.
- the connecting line 55 opens on the one hand between the check valve 42c and the first terminal 56 of the storage space 49 in the supply line 51 and on the other hand between the directional control valve 53 and the second port 56 of the control chamber 50 in the control line 52.
- a further check valve 42d is arranged in the connecting line 55 , which allows a flow of pressure medium from the control line 52 to the supply line 51 and prevents an opposing flow of pressure medium.
- the control valve 40 is in the second (middle) position and the directional control valve 53 is in the first position. Consequently, no pressure fluid flows to or from the actuator 10a.
- a pressure medium flow from that of the pressure medium supply device 37 via the supply line 51 to the reservoir 49 is prevented by the check valve 42d.
- the control chamber 50 is acted upon by pressure medium.
- pressure medium passes through the control line 52, the connecting line 55 and the supply line 51 into the reservoir 49.
- the counter-pressure chamber 58 is connected via the directional control valve 53 to the tank 39.
- the introduced into the reservoir 49 and the control chamber 50 pressure medium acts on the first and second pressure surface 47, 48, whereby the pressure piston 45 is displaced in the direction of the stops 54 against the force of the spring element 46, so that the volume of both the control chamber 50th and the storage space 49 increases.
- the back pressure chamber 58 is vented into the tank 39. If a phase angle adjustment is requested by the engine control unit, the control valve 40 is transferred into its first or third position.
- pressure medium passes from the pressure medium pump 38 to the first and second pressure chambers 35, 36, whereby a phase adjustment by the actuator 10a, b is caused.
- the first directional control valve 53 is transferred into its second control position.
- the control chamber 50 In this control position, the control chamber 50 is connected to a tank 39.
- the under pressure in the control chamber 50 pressure medium is thus connected to atmospheric pressure, whereby a rapid draining of the control chamber 50 takes place.
- the storage space 49 is emptied into the pressure medium supply device 37. If the pressure fluid emptying of the control chamber 50 so fast that the pressure piston 45 is supported exclusively on the first pressure surface 47 relative to the reservoir 49, the entire force of the spring element 46 acts only on the reservoir 49.
- p p sys ⁇ A 1 + A 2 A 1 plus the pressure generated by the filling of the back pressure chamber 58.
- p sys corresponds to the system pressure of the pressure medium supply device 37, which was present at the beginning of the emptying of the pressure accumulator 43.
- the check valve 42a is arranged in the pressure medium line 41 upstream of the supply line 51, it is ensured that the total pressure p and the entire volume of the reservoir 49 of the actuator 10a is available and not drained into the oil gallery of the internal combustion engine 1.
- the current system pressure is available, but by a factor of 1 + A 2 / A 1 increased pressure.
- pressure medium from the control line 52 is passed into the counter-pressure chamber 58.
- This acts on the counter-pressure surface 59 of the pressure piston 45 with a force which acts in the same direction as that of the spring element 46.
- the pressure in the reservoir 49 is additionally increased.
- the pressure medium supply device 37 can thus learn by adjusting the second control position on the first directional control valve 53, a pressure support, which is above the conventional pressure accumulator.
- the adjustment speed of the adjusting device 10a can be increased significantly with the same dimensioning or the adjusting device 10a can be made smaller at the same adjustment speed without having to accept the disadvantages of an oversized or regulated pressure medium pump 38.
- a 1 corresponds to the surface area of the first pressure surface 47
- a 2 corresponds to the surface area of the second pressure surface 48
- p max to the system pressure occurring maximally during the filling phase
- D corresponds to the spring constant of the spring element 46. The maximum displacement is limited by the stops 54.
- one or more further control devices 10b, 10c can also be controlled by the pressure medium supply device 37 via further pressure medium lines 41 and further control valves 40.
- the further adjusting device 10 b can also benefit from the pressure accumulator 43.
- the branch leading to this adjusting device 10b lies downstream of the check valve 42a.
- the branch to the further actuator 10c in the flow direction in front of the check valve 42a is to be arranged.
- the check valve 42b and / or the entire pressure medium line 41, in which the check valve 42a is arranged, between the orifice points of the pressure accumulator 43 could be omitted.
- FIG. 4 shows a further embodiment of the invention an apparatus 10.
- the pressure piston 45 of the accumulator 43 separates in this embodiment, the pressure vessel 44 in a reservoir 49 and the back pressure chamber 58, wherein no control chamber 50 is provided.
- the pantry 49 is limited in the direction of displacement of the pressure piston 45 of the first pressure surface 47 and the back pressure chamber 58 of the reaction surface 59.
- the storage space 49 can be acted upon by the supply line 51 with pressure medium from the pressure medium supply device 37.
- the control line 52 the counter-pressure space 58 can be connected to a pressure source.
- the control line opens into the pressure medium supply means 37.
- the control line 52 is thus connected to the pressure medium pump 38 of the internal combustion engine 1.
- other pressure sources such as the pressure medium pump of a servo load can be used.
- the directional control valve 53 has a pressure port P 1 , a working port B 1 and a tank port T 1 .
- the pressure port P 1 is connected to the pressure medium pump 38, the working port B 1 to the back pressure chamber 58 and the tank port T 1 to the tank 39.
- the working port B 1 is connected to the tank port T 1, while the pressure port P 1 with any of the other terminals B 1, T communicates. 1
- the directional control valve 53 is in this control position, the back pressure chamber 58 is connected to the tank 39.
- the working port B 1 is connected to the pressure port P 1, while the tank port T 1 with any of the other terminals B 1, P 1 communicates. If the directional control valve 53 is in this control position, then the counter-pressure chamber 58 is acted upon by the pressure medium pump 38 with pressure medium.
- the directional control valve 53 is in the first control position. Pressure medium is supplied to the reservoir 49. As a result, the pressure piston 45 is displaced against the force of the spring element 46. The volume of the storage space 49 increases at the expense of the volume of the counter-pressure space 58.
- the directional control valve In the pressure assist phases, the directional control valve is in the second control position. In this position, the counter-pressure chamber 58 pressure medium is supplied, which acts on the counter-pressure surface 59. The resulting Pressure force increases the force exerted by the spring element 46 on the pressure piston 45 force. Thus, the support pressure provided from the accumulator 43 from the reservoir 49 is increased.
- FIG. 5 a further embodiment of a device according to the invention is shown. This essentially corresponds to the one in FIG. 4 illustrated embodiment.
- a check valve 42b, c in the supply line 51 and the control line 52 is arranged.
- the directional control valve is designed as a 4/2-way valve, wherein the additional working port A 1 is connected to the reservoir 49.
- the additional working port A 1 is connected to the pressure port P 1 .
- the working port A 1 communicates with none of the other ports B 1 , P 1 , T 1 .
- Pressure medium can reach in this embodiment of the pressure medium pump 38 via the control line 52 and the directional control valve 53 into the reservoir 49, as long as the directional control valve is in the first control position. At the same time the back pressure chamber 58 is vented to the tank 39.
- the directional control valve 53 is in the second control position, the working port A 1 is closed and the counter-pressure chamber 58 is acted upon by the pressure medium pump 38 with pressure medium. At the same time, the storage space 49 empties into the pressure medium supply device 37.
- the check valve 42c shields the accumulator 43 against pressure peaks, which arise in the adjusting devices 10a, b.
- the pressure accumulator 43 opens into the pressure medium line 41, which connects the pressure medium pump 38 with the control valve or valves 40.
- the pressure accumulator 43 opens into the pressure medium lines 41, which connects the control valve or valves 40 to the actuating devices 10a, b.
- the pressure accumulator 43 can also be used in other vehicle applications, for example in switchable cam followers or in applications in automated transmissions.
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Description
- Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur variablen Einstellung der Steuerzeiten von Gaswechselventilen einer Brennkraftmaschine mit einem Antriebselement, einem Abtriebselement, zumindest einer Druckkammer, einer Druckmittelversorgungseinrichtung und zumindest einem Druckspeicher, wobei mittels der Druckmittelversorgungseinrichtung der mindestens einen Druckkammer Druckmittel zugeführt oder von dieser abgeführt werden kann, wobei durch Druckmittelzufuhr zu bzw. Druckmittelabfluss von der Druckkammer eine Phasenlage des Abtriebselements relativ zum Antriebselement veränderbar ist, wobei der Druckspeicher ein verlagerbares Element aufweist, das mit einer ersten Druckfläche versehen ist, die einen Vorratsraum teilweise begrenzt, wobei der Vorratsraum mit der Druckmittelversorgungseinrichtung verbunden ist oder verbunden werden kann, wobei ein Kraftspeicher das verlagerbare Element in Richtung einer Ausgangsstellung mit einer Kraft beaufschlagt und wobei durch Druckbeaufschlagung des Vorratsraums das verlagerbare Element gegen die Kraft des Kraftspeichers verschoben werden kann.
- In modernen Brennkraftmaschinen werden Vorrichtungen zur variablen Einstellung der Steuerzeiten von Gaswechselventilen eingesetzt, um die Phasenrelation zwischen Kurbelwelle und Nockenwelle in einem definierten Winkelbereich, zwischen einer maximalen Früh- und einer maximalen Spätposition, variabel gestalten zu können. Die Vorrichtung umfasst üblicherweise eine Stelleinrichtung, die von einer Kurbelwelle angetrieben wird und deren Drehmoment auf die Nockenwelle überträgt. Dabei ist innerhalb der Stelleinrichtung ein hydraulischer Stellantrieb ausgebildet, der es ermöglicht die Phasenlage zwischen Kurbelwelle und Nockenwelle gezielt zu beeinflussen. Zur Versorgung der Stelleinrichtung mit Druckmittel ist eine Druckmittelversorgungseinrichtung vorgesehen.
- Eine derartige Vorrichtung ist beispielsweise aus der
EP 1 025 343 B1 bekannt. Die Vorrichtung umfasst zwei gegeneinander verdrehbare Rotoren, wobei ein Außenrotor in Antriebsverbindung mit der Kurbelwelle steht und der Innenrotor drehfest mit der Nockenwelle verbunden ist. Die Vorrichtung umfasst mehrere Hohlräume, wobei jeder der Hohlräume mittels eines Flügels in zwei gegeneinander wirkende Druckkammern unterteilt wird. Durch Druckmittelzufuhr zu bzw. Druckmittelabfuhr von den Druckkammern werden die Flügel innerhalb der Druckräume verschoben, wodurch eine gezielte Verdrehung der Rotoren zueinander und somit der Nockenwelle zur Kurbelwelle bewirkt wird. - Der Druckmittelzufluss zu, bzw. der Druckabfluss von den Druckkammern wird mittels einer Druckmittelversorgungseinrichtung gesteuert, die eine Druckmittelpumpe, einen Tank, ein Steuerventil, und mehrere Druckmittelleitungen umfasst. Dabei verbindet eine Druckmittelleitung die Druckmittelpumpe mit dem Steuerventil. Jeweils eine weitere Druckmittelleitung verbindet einen der Arbeitsanschlüsse des Steuerventils mit den Druckkammern. Das Druckmittel wird üblicherweise dem Schmiermittelkreislauf der Brennkraftmaschine entnommen.
- Um die Funktion der Vorrichtung zu gewährleisten, muss der Druck im Druckmittelsystem in jeder Betriebsphase der Brennkraftmaschine einen bestimmten Wert übersteigen. Dies ist besonders in den Leerlaufphasen der Brennkraftmaschine kritisch, da die Druckmittelpumpe von der Kurbelwelle angetrieben wird und somit der Systemdruck mit der Drehzahl der Brennkraftmaschine ansteigt. Der von der Druckmittelpumpe bereitgestellte Systemdruck ist weiterhin von der Druckmitteltemperatur abhängig, wobei der Systemdruck bei steigender Temperatur sinkt. Somit muss die Druckmittelpumpe derart ausgelegt werden, dass diese unter den ungünstigsten Bedingungen ausreichend Systemdruck zur Verfügung stellt, um eine ausreichend schnelle Verstellung der Phasenlage des Innenrotors zum Außenrotor zu gewährleisten. Um die geforderte Verstellgeschwindigkeit selbst bei ungünstigsten Druckverhältnissen, wie beispielsweise hohe Druckmitteltemperaturen und/oder niedrigen Drehzahlen zu gewährleisten, muss die Druckmittelpumpe dementsprechend ausgelegt werden. Dies führt dazu, dass Druckmittelpumpen Einsatz finden, die auf die Spitzenanforderungen der Stelleinrichtung ausgelegt sind und somit während der meisten Betriebsphasen der Brennkraftmaschine zu groß dimensioniert sind. Alternativ können regelbare Druckmittelpumpe Einsatz finden, die bedarfsgerecht Druckmittel zur Verfügung stellen. In beiden Fällen wirkt sich der erhöhte Aufwand negativ auf die Kosten, den Bauraumbedarf und den Kraftstoffverbrauch der Brennkraftmaschine aus.
- In der
US 5,775,279 A eine weitere derartige Vorrichtung offenbart. In dieser Ausführungsform ist zwischen der Druckmittelpumpe und dem Steuerventil ein Druckspeicher angeordnet, der mit der Druckmittelversorgungseinrichtung kommuniziert. Dieser Druckspeicher wird in Phasen hohen Systemdrucks mit Druckmittel befüllt. Fällt der Systemdruck ab, so entleert sich der Druckspeicher automatisch, wodurch der Druckmittelversorgungseinrichtung zusätzliches Druckmittel zur Verfügung gestellt wird. Somit wird die Phasenverstellung der Vorrichtung unterstützt. - Nachteilig an dieser Ausführungsform ist der Umstand, dass der Druckspeicher auch dann entleert wird, wenn der Systemdruck nicht aufgrund eines Verstellvorgangs, sondern aufgrund anderer äußerer Umstände, beispielsweise durch ein Absinken der Drehzahl, abfällt. Somit stehen für einen sich anschließenden Phasenverstellvorgang eine geringere Druckunterstützung und ein geringeres Druckmittelvolumen aus dem Druckspeicher zur Verfügung.
- Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass der maximale Druck, mit dem der Druckspeicher die Druckmittelversorgungseinrichtung unterstützen kann, dem Druck entspricht, der unmittelbar vor dem Phasenverstellvorgang in der Druckmittelversorgungseinrichtung vorgeherrscht hat. Wird bei hohen Temperaturen und niedrigen Drehzahlen von der Motorsteuerung eine Verstellanforderung an die Vorrichtung gerichtet, so fällt die Druckunterstützung des Druckspeichers geringer aus, da der Systemdruck, mit dem der Druckspeicher gefüllt wurde, gering war. Dies kann dazu führen, dass der Verstellvorgang nicht durchgeführt werden kann, bzw. die Verstellgeschwindigkeit erheblich reduziert wird. Somit ist auch in diesem Fall eine Auslegung der Druckmittelpumpe auf die Spitzenlast mit den daraus resultierenden Nachteilen erforderlich.
- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine Vorrichtung zur variablen Einstellung der Steuerzeiten von Gaswechselventilen einer Brennkraftmaschine zu schaffen, wobei ein funktionssicheres Einstellen der Steuerzeiten bei hohen Verstellgeschwindigkeiten in jeder Betriebsphase der Brennkraftmaschine sichergestellt werden soll. Dabei soll auf eine Überdimensionierung der Druckmittelpumpe (Auslegung auf die zu erwarteten Spitzenlasten) ebenso verzichtet werden können, wie auf die Verwendung variabler Druckmittelpumpen.
- Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das verlagerbare Element eine Gegendruckfläche aufweist, die einen Gegendruckraum zumindest teilweise begrenzt, wobei durch Druckmittelbeaufschlagung des Gegendruckraums das verlagerbare Element Richtung der Ausgangsstellung verlagert werden kann.
- Das verlagerbare Element kann beispielsweise als Druckkolben ausgebildet sein, welcher innerhalb eines Druckbehälters gegen die Kraft eines beispielsweise als Federelement ausgebildeten Kraftspeichers verschoben werden kann. Bei Druckmittelzufuhr zu dem Vorratsraum vergrößert sich dessen Volumen auf Kosten des Gegendruckraums. Sinkt der Systemdruck in der Druckmittelversorgungseinrichtung, so übersteigt die Kraft des Kraftspeichers die durch den Systemdruck hervorgerufene Kraft auf die erste Druckfläche. Somit wird der Druckkolben durch den Kraftspeicher in eine Ausgangsstellung gedrängt, in der das Volumen des Vorratsraums minimal ist.
- Alternativ zu dem Federelement können auch andere Formen von Kraftspeichern Einsatz finden, beispielsweise reversibel deformierbare Körper, beispielsweise aus Elastomeren, oder gasbefüllte Blasen.
- Wird der Gegendruckraum in den Betriebsphasen der Brennkraftmaschine mit Druckmittel beaufschlagt, in denen der Druckspeicher Druckmittel an die Druckmittelversorgungseinrichtung abgeben soll, so wirkt auf das verlagerbare Element neben der Kraft des Kraftspeichers eine weitere Kraft, die dieses in Richtung der Ausgangsstellung drängt. Diese zusätzliche Kraft resultiert aus dem Druck in der Gegendruckkammer, der auf die Gegendruckfläche wirkt. Für deren Betrag F gilt: F=pAG, wobei p dem auf die Gegendruckfläche wirkenden Druck und AG dem Flächeninhalt der Gegendruckfläche entspricht.
- Durch die Erhöhung des vom Druckspeicher bereitgestellten Drucks, kann der Druckspeicher Spitzenverbräuche abfangen, so dass die Druckmittelpumpe auf den Normalbetrieb der Brennkraftmaschine ausgelegt werden kann. Es sind keine überdimensionierten oder geregelten Druckmittelpumpen nötig, um ein funktionssicheres und schnelles Verstellen der Phasenlage zu gewährleisten. Zusätzlich wird die Verstellgeschwindigkeit der Stelleinrichtung erhöht. Alternativ kann bei gleicher Verstellgeschwindigkeit die Stelleinrichtung kleiner dimensioniert werden. Wodurch die Masse, das Massenträgheitsmoment und die Kosten gesenkt werden können.
- In einer Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das verlagerbare Element mindestens eine zweite Druckfläche aufweist, die einen Steuerraum teilweise begrenzt, wobei durch Druckbeaufschlagung des Steuerraums das verlagerbare Element gegen die Kraft des Kraftspeichers verschoben werden kann und wobei innerhalb des Druckspeichers ein Druckmittelfluss von dem Vorratsraum in den Steuerraum unterbunden ist. Darüber hinaus kann vorgesehen sein, dass der Vorratsraum und der Steuerraum innerhalb des Druckspeichers nicht miteinander kommunizieren. Vorteilhafterweise verlagert eine Druckmittelbeaufschlagung des Vorratsraums das verlagerbare Element in die gleiche Richtung, wie eine Druckmittelbeaufschlagung des Steuerraums, vorteilhafterweise von der vorteilhafterweise von der Ausgangsstellung des verlagerbaren Elementes weg.
- Durch die Ausbildung des Druckspeichers mit einem verlagerbaren Element, welches voneinander isolierte Druckräume innerhalb des Druckspeichers teilweise begrenzt, können diese beiden Druckräume getrennt voneinander angesteuert, d.h. befüllt und/oder entleert, werden. Abgesehen von Leckage besteht keine Verbindung zwischen den Druckräumen. So können beispielsweise unterschiedliche Druckquellen zum Befüllen des Vorratsraums und des Steuerraums verwendet werden.
- Alternativ kann auch eine Druckmittelverbindung zwischen dem Vorratsraum und dem Steuerraum innerhalb des Druckspeichers vorgesehen sein. Druckmittel welches dem Steuerraum zugeführt wird, kann über diese Druckmittelverbindung in den Vorratsraum gelangen. Dabei ist aber zu gewährleisten, dass ein umgekehrter Druckmittelfluss, von dem Vorratsraum in den Steuerraum unterbunden wird. Dies kann beispielsweise über einen Druckmittelkanal in dem Druckkolben oder dem Druckbehälter des Druckspeichers realisiert werden, in dem ein Rückschlagventil angeordnet ist. In diesem Fall kann die Befüllung des Vorratsraums und des Steuerraums alleine durch die Befüllung des Steuerraums erfolgen. Soll der Druckspeicher entleert werden, so wird der Steuerraum auf Tank geschalten. Der Vorratsraum entleert sich in die Druckmittelversorgungseinrichtung, der Steuerraum drucklos in den Tank. Ein Übertritt von Druckmittel von dem Vorratsraum in den Steuerraum wird durch das Rückschlagventil verhindert.
- Ist vorgesehen, dass eine Druckmittelbeaufschlagung des Vorratsraums das verlagerbare Element in die gleiche Richtung verlagert, wie eine Druckmittelbeaufschlagung des Steuerraums, so kann der Steuerraum das Befüllen des Vorratsraums unterstützen. Zu diesem Zweck wird der Steuerraum während des Befüllvorgangs des Vorratsraums ebenfalls mit Druckmittel befüllt. Dadurch wirkt auf beide Druckflächen des Druckkolben eine Kraft auf diesen, wodurch in dem Kraftspeicher eine höhere Kraft gespeichert wird (das Federelement stärker komprimiert wird). Erhält der befüllte Druckspeicher von der Motorsteuerung den Befehl den Phasenverstellvorgang zu unterstützen, so kann der Steuerraum unabhängig vom Vorratsraum entleert werden. Das heißt, während der Vorratsraum in die Druckmittelversorgungseinrichtung entleert wird, und damit der Phasenverstellvorgang unterstützt, kann der Steuerraum gegen Atmosphärendruck in einen Tank entlüftet werden. Durch geeignete Auslegung kann die Entlüftung des Steuerraums schneller erfolgen als die Entleerung des Vorratsraums in die Druckmittelversorgungseinrichtung. Somit wirkt die gesamte Kraft, die in dem Kraftspeicher gespeichert wurde, über die erste Druckfläche auf den Vorratsraum. Als Folge kann der der Druck bei Beginn des Unterstützungsvorgangs um bis zu einem Faktor von
ansteigen, abhängig von der Last, die in diesem Zeitpunkt auf den Kraftspeicher wirkt. Dabei entspricht A1 dem Flächeninhalt der ersten Druckfläche und A2 dem Flächeninhalt der zweiten Druckfläche. Wird als Kraftspeicher beispielsweise ein Federelement eingesetzt, so steigt der Druck bei Beginn des Unterstützungsvorgangs um den vollen Faktor - In einer Weiterbildung der Erfindung kann der Gegendruckraum wahlweise mit einer Druckquelle oder einem Tank verbunden werden.
- Es können Steuermittel vorgesehen sei, wobei der Gegendruckraum mittels der Steuermittel wahlweise mit einem Tank oder einer Druckquelle verbunden werden kann.
- Dabei kann der Gegendruckraum mit der Druckmittelpumpe der Brennkraftmaschine verbunden werden. Der Gegendruckraum kann mit dem Tank der Brennkraftmaschine verbunden werden.
- Die Druckquelle kann beispielsweise die Druckmittelversorgungseinrichtung bzw. deren Druckmittelpumpe oder eine dazu separate Quelle, beispielsweise die Druckquelle eines Servoverbrauchers (bspw. der Servolenkung) sein. Im zweiten Fall kann auch in Betriebsphasen mit niedrigem Systemdruck der Druckspeicher vollständig befüllt werden. Die wahlweise Verbindung mit einer Druckquelle bzw. dem Tank wird über Steuermittel, beispielsweise ein 3/2-Wegeventil in Form eines Schaltventils (bspw. Sitzventil) oder eines Proportionalventils (bspw. Schieberventils), hergestellt. Alternativ kommen auch zwei Steuermittel in betracht, wobei eines der Steuermittel die Verbindung Druckquelle -> Gegendruckraum und das andere Steuermittel die Verbindung Gegendruckraum -> Tank sperrt bzw. freigibt. Die Steuermittel können beispielsweise elektromagnetisch betätigte Hydraulikventile, wie Wegeventile (bspw. Schalt- oder Proportionalventile), entsperrbare Rückschlagventile oder dergleichen sein. Diese Steuermittel erhalten von einem Motorsteuergerät der Brennkraftmaschine Steuersignale, gemäß derer der Gegendruckraum befüllt oder entleert wird, d.h. ob der Druckspeicher befüllt oder der Entleervorgang unterstützt werden soll.
- Ebenso denkbar ist der Einsatz von hydraulisch betätigten Steuermitteln. Dabei kann vorgesehen sein, dass die hydraulische Betätigungseinrichtung der Steuermittel mit der Druckmittelversorgungseinrichtung kommuniziert. So werden die Steuermittel bei Absinken des Drucks in der Druckmittelversorgungseinrichtung unter einen definierten Wert automatisch geschalten werden. Dadurch verringert sich der Regelaufwand erheblich.
- Wird der Tank und oder die Druckmittelpumpe der Brennkraftmaschine zum Befüllen bzw. Entlüften des Gegendruckraums genutzt, so sind keine weiteren Komponenten nötig, als die ohnehin schon in der Brennkraftmaschine vorhandenen. Des Weiteren sind die Anforderungen an die Dichtung zwischen Druckmittelbehälter und Druckkolben niedriger, da eine Vermischung des Druckmittels in dem Vorratsraum und dem Gegendruckraum zulässig ist. Somit kann auf ein Dichtelement, welches zwischen dem Druckkolben und dem Druckbehälter wirkt, verzichtet werden.
- Des Weiteren kann vorgesehen sein, dass als Steuermittel ein Wegeventil vorgesehen ist, das je einen Anschluss aufweist, der mit der Druckquelle, dem Tank, und dem Gegendruckraum verbunden ist. In einer Weiterbildung der Erfindung kann ein weiterer Anschluss vorgesehen sein, der mit dem Vorratsraum oder dem Steuerraum verbunden ist.
- Die Druckunterstützung des Druckspeichers kann also durch einfaches Schalten von einem oder mehreren Steuermittel aktiviert werden. Dabei wird das Druckmittelvolumen bereitgestellt, welches in den Betriebsphasen der Brennkraftmaschine, in denen die Phasenlage konstant gehalten wird, in dem Vorratsraum gesammelt wird.
- Die Druckunterstützung des Druckspeichers kann bei jedem Phasenverstellvorgang genutzt werden. Zu diesem Zweck werden immer dann die Steuermittel (Wegeventile und/oder entsperrbare Rückschlagventile) in die Position gebracht, in der der Vorratsraum entleert wird, wenn eine Phasenverstellung angefordert wird. In den Betriebsphasen zwischen den Phasenverstellanforderungen kann sich der Druckspeicher befüllen.
- Eine weitere Möglichkeit besteht darin, die Druckunterstützung des Druckspeichers bedarfsabhängig zuzuschalten. Detektiert die Motorsteuerung, dass der von der Druckmittelpumpe gelieferte Druck oder Volumenstrom für die Phasenverstellung nicht ausreicht, so gibt sie die Druckunterstützung durch den Druckspeicher frei. Dieses Vorgehen verlängert die Zeiten, in denen der Druckspeicher befüllt werden kann und somit die Performance des Druckspeichers während der Druckunterstützung.
- Alternativ kann vorgesehen sein die Druckunterstützung des Druckspeichers lediglich als "boost"-Funktion für kritische Verstellvorgänge zu nutzen, die beispielsweise einen hohen Volumenstrom oder eine hohe Verstellgeschwindigkeit benötigen. Detektiert die Motorsteuerung, dass ein derartiger kritischer Verstellvorgang eingeleitet werden soll, so schaltet diese die Druckunterstützung durch geeignete Einstellung der Steuermittel frei.
- Ebenso denkbar ist es die Steuermittel einteilig mit einem Steuerventil auszubilden, welches den Druckmittelfluss zu und von den Druckkammern der Stelleinrichtung steuert.
- Vorteilhafterweise entspricht das maximale Volumen des Vorratsraums zumindest dem zweifachen des Volumens der für eine Phasenverstellung von einermaximalen Spätstellung zu einer maximalen Frühstellung benötigt wird.
- Der Druckspeicher kann beispielsweise in die Druckmittelleitung zwischen der Druckmittelpumpe und dem Steuerventil münden.
- Alternativ kann vorgesehen sein, dass der Druckspeicher in eine der Druckmittelleitungen mündet, die einen der Arbeitsanschlüsse des Steuerventils mit einer Gruppe von Druckkammern verbindet. Zusätzlich kann in dieser Ausführungsform ein zweiter Druckspeicher vorgesehen sein, der in die Druckmittelleitung mündet, die den anderen Arbeitsanschluss des Steuerventils mit der anderen Gruppe von Druckkammern verbindet.
- Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und aus den Zeichnungen in denen Ausführungsbeispiele der Erfindung vereinfacht dargestellt sind. Es zeigen:
- Figur 1
- nur sehr schematisch eine Brennkraftmaschine,
- Figur 2a
- einen Längsschnitt durch die Stelleinrichtung
- Figur 2b
- einen Querschnitt durch eine Stelleinrichtung,
- Figur 3
- eine erste erfindungsgemäße Ausführungsform einer Vorrichtung,
- Figur 4
- eine zweite erfindungsgemäße Ausführungsform einer Vorrich- tung,
- Figur 5
- eine dritte erfindungsgemäße Ausführungsform einer Vorrichtung.
- In
Figur 1 ist eine Brennkraftmaschine 1 skizziert, wobei ein auf einer Kurbelwelle 2 sitzender Kolben 3 in einem Zylinder 4 angedeutet ist. Die Kurbelwelle 2 steht in der dargestellten Ausführungsform über je einen Zugmitteltrieb 5 mit einer Einlassnockenwelle 6 bzw. Auslassnockenwelle 7 in Verbindung, wobei eine erste und eine zweite Vorrichtung 10 für eine Relativdrehung zwischen Kurbelwelle 2 und den Nockenwellen 6, 7 sorgen können. Die Vorrichtungen 10 umfassen jeweils eine hydraulische Stelleinrichtung 10a,b und eine Druckmittelversorgungseinrichtung 37. Nocken 8 der Nockenwellen 6, 7 betätigen ein oder mehrere Einlassgaswechselventile 9a bzw. ein oder mehrere Auslassgaswechselventile 9b. Ebenso kann vorgesehen sein nur eine der Nockenwellen 6, 7 mit einer Vorrichtung 10 auszustatten, oder nur eine Nockenwelle 6, 7 vorzusehen, welche mit einer Vorrichtung 10 versehen ist. -
Figur 3 zeigt eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 10, mit Stelleinrichtungen 10a,b einer Druckmittelversorgungseinrichtung 37 und einem Druckspeicher 43. DieFiguren 2a und 2b zeigen eine Stelleinrichtung 10a,b im Längsschnitt bzw. im Querschnitt. - Die Stelleinrichtung 10a,b weist ein als Außenrotor 22 ausgebildetes Antriebselement und ein als Innenrotor 23 ausgebildetes Abtriebselement auf. Der Außenrotor 22 weist ein Gehäuse 22a und zwei Seitendeckel 24, 25 auf, die an den axialen Seitenflächen des Gehäuses 22a angeordnet sind. Der Innenrotor 23 ist in Form eines Flügelrades ausgeführt und weist ein im Wesentlichen zylindrisch ausgeführtes Nabenelement 26 auf, von dessen äußerer zylindrischer Mantelfläche sich in der dargestellten Ausführungsform fünf Flügel 27 in radialer Richtung nach außen erstrecken. Die Flügel 27 sind separat zum Innenrotor 23 ausgebildet und in Flügelnuten 28 angeordnet, die an dem Nabenelement 26 ausgebildeten sind. Die Flügel 27 werden mittels Flügelfedern 27a, die zwischen den Nutgründen der Flügelnuten 28 und den Flügeln 27 angeordnet sind, radial nach außen mit einer Kraft beaufschlagt.
- Ausgehend von einer äußeren Umfangswand 29 des Gehäuses 22a erstrecken sich mehrere Vorsprünge 30 radial nach innen. In der dargestellten Ausführungsform sind die Vorsprünge 30 einteilig mit der Umfangswand 29 ausgebildet. Der Außenrotor 22 ist mittels radial innen liegender Umfangswände der Vorsprünge 30 relativ zu dem Innenrotor 23 drehbar auf diesem gelagert.
- An einer äußeren Mantelfläche der Umfangswand 29 ist ein Kettenrad 21 angeordnet, mittels welchem über einen nicht dargestellten Kettentrieb Drehmoment von der Kurbelwelle 2 auf den Außenrotor 22 übertragen werden kann.
- Je einer der Seitendeckel 24, 25 ist an einer der axialen Seitenflächen des Gehäuses 22a angeordnet und drehfest an diesem fixiert. Zu diesem Zweck ist in jedem Vorsprung 30 eine Axialöffnung vorgesehen, die von einem Befestigungselement 32, beispielsweise einer Schraube, durchgriffen wird, welches zur drehfesten Fixierung der Seitendeckel 24, 25 an dem Gehäuse 22a dient.
- Innerhalb der Stelleinrichtung 10a,b ist zwischen jeweils zwei in Umfangsrichtung benachbarten Vorsprüngen 30 ein Hohlraum 33 ausgebildet. Jeder der Hohlräume 33 wird in Umfangsrichtung von gegenüberliegenden, im Wesentlichen radial verlaufenden Begrenzungswänden 34 benachbarter Vorsprünge 30, in axialer Richtung von den Seitendeckeln 24, 25, radial nach innen von dem Nabenelement 26 und radial nach außen von der Umfangswand 29 begrenzt. In jeden der Hohlräume 33 ragt ein Flügel 27, wobei die Flügel 27 derart ausgebildet sind, dass diese sowohl an den Seitendeckeln 24, 25, als auch an der Umfangswand 29 anliegen. Jeder Flügel 27 teilt somit den jeweiligen Hohlraum 33 in zwei gegeneinander wirkende Druckkammern 35, 36.
- Der Innenrotor 23 ist in einem definierten Winkelbreich drehbar zu dem Außenrotor 22. Der Winkelbereich wird in einer Drehrichtung des Innenrotors 23 dadurch begrenzt, dass die Flügel 27 an je einer korrespondierenden Begrenzungswand 34 (Frühanschlag 34a) der Hohlräume 33 zum Anliegen kommen. Analog wird der Winkelbereich in der anderen Drehrichtung dadurch begrenzt, dass die Flügel 27 an den anderen Begrenzungswänden 34 der Hohlräume 33, die als Spätanschlag 34b dienen, zum Anliegen kommen.
- Durch Druckbeaufschlagung einer Gruppe von Druckkammern 35, 36 und Druckentlastung der anderen Gruppe kann die Phasenlage des Außenrotors 22 zum Innenrotor 23 variiert werden. Durch Druckbeaufschlagung beider Gruppen von Druckkammern 35, 36 kann die Phasenlage der beiden Rotoren 22, 23 zueinander konstant gehalten werden. Alternativ kann vorgesehen sein, keine der Druckkammern 35, 36 während Phasen konstanter Phasenlage mit Druckmittel zu beaufschlagen. Als hydraulisches Druckmittel wird üblicherweise das Schmieröl der Brennkraftmaschine 1 verwendet.
- Zur Druckmittelzufuhr zu bzw. Druckmittelabfuhr von den Druckkammern 35, 36 ist eine Druckmittelversorgungseinrichtung 37 vorgesehen, die in
Figur 3 dargestellt ist. Die Druckmittelversorgungseinrichtung 37 umfasst eine Druckquelle, die als Druckmittelpumpe 38 ausgeführt ist, einen Tank 39, ein Steuerventil 40 und mehrere Druckmittelleitungen 41. Das Steuerventil 40 weist einen Zulaufanschluss P, einen Tankanschluss T und zwei Arbeitsanschlüsse A, B auf. Jeweils eine der Druckmittelleitung 41 verbindet die Druckmittelpumpe 38 mit dem Zulaufanschluss P, den ersten Arbeitsanschluss A mit der ersten Druckkammer 35, den zweiten Arbeitsanschluss B mit der zweiten Druckkammer 36 und den Tankanschluss T mit dem Tank 39. Somit kann Druckmittel von der Druckmittelpumpe 38 über die Druckmittelleitung 41 zu dem Zulaufanschluss P des Steuerventils 40 gelangen. - In einer ersten Stellung des Steuerventils 40 ist der Zulaufanschluss P mit den ersten Druckkammern 35 verbunden, während die zweiten Druckkammern 36 mit dem Tank 39 verbunden sind.
- In einer zweiten Stellung des Steuerventils 40 ist vorgesehen, dass keine der Druckkammern 35, 36 mit dem Tank 39 und dem Zulaufanschluss P kommuniziert.
- In einer dritten Stellung des Steuerventils 40 ist der Zulaufanschluss P mit den zweiten Druckkammern 36 verbunden, während die ersten Druckkammern 35 mit dem Tank 39 verbunden sind.
- Während des Betriebs der Brennkraftmaschine 1 wirkt auf die Nockenwelle 6, 7 ein Wechselmoment, welches durch das Abwälzen der Nocken 8 auf Nockenfolgern hervorgerufen wird. Dabei wirkt die Kraft von Ventilfedern bis zur vollständigen Öffnung des Gaswechselventils bremsend auf die Nockenwelle 6, 7 ein. Anschließend wird die Nockenwelle 6, 7 durch die Kraft der Ventilfedern beschleunigt. Als Konsequenz werden innerhalb der Stelleinrichtung 10a,b Druckspitzen erzeugt, die dazu führen, dass die mit dem Zulaufanschluss P verbundene Druckkammern 35, 36 gegen die Druckmittelpumpe 38 entleert werden, was zu einer erheblichen Verringerung der Verstellgeschwindigkeit führt. Um dies zu verhindern ist in der Druckmittelleitung 41, die die Druckmittelpumpe 38 mit dem Steuerventil 40 verbindet, ein Rückschlagventil 42a vorgesehen. Das Rückschlagventil 42a verhindert ein Zurückströmen des Druckmittels von den Druckkammern 35, 36 über das Steuerventil 40 zur Druckmittelpumpe 38. Die Druckspitzen stützen sich auf dem Rückschlagventil 42a ab, wodurch eine ungewollte Entleerung der Druckkammern 35, 36 effektiv verhindert wird und somit die Steifigkeit der Momentübertragung und die Verstellgeschwindigkeit erhöht wird.
- Die Verstellgeschwindigkeit der Stelleinrichtungen 10a,b ist abhängig von dem bereitgestellten Druck, bzw. dem bereitgestellten Druckmittelvolumenstrom der Druckmittelpumpe 38. Der bereitgestellte Druck, bzw. der bereitgestellte Druckmittelvolumenstrom sind ihrerseits von einer Vielzahl von Faktoren abhängig, beispielsweise von der Drehzahl der Brennkraftmaschine 1 und der Druckmitteltemperatur. Um die geforderte Verstellgeschwindigkeit selbst bei ungünstigsten Verhältnissen, wie beispielsweise hohe Druckmitteltemperaturen und oder niedrigen Drehzahlen zu gewährleisten, muss die Druckmittelpumpe 38 dementsprechend ausgelegt werden. Dies führt dazu, dass Druckmittelpumpen 38 Einsatz finden, die auf die Spitzenanforderungen der Stelleinrichtung 10a,b ausgelegt sind und somit während der meisten Betriebsphasen der Brennkraftmaschine 1 zu groß dimensioniert sind. Alternativ können auch regelbare Druckmittelpumpen 38 Einsatz finden, die bedarfsgerecht Druckmittel zur Verfügung stellen. In beiden Fällen wirkt sich der erhöhte Aufwand negativ auf die Kosten und den Kraftstoffverbrauch der Brennkraftmaschine 1 aus.
- Um diese Nachteile zu vermeiden, ist in der erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 ein Druckspeicher 43 vorgesehen. Der Druckspeicher 43 umfasst ein als Druckkolben 45 ausgeführtes verlagerbares Element, welches innerhalb eines Druckbehälters 44 gegen die Kraft eines Kraftspeichers verschoben werden kann. In der dargestellten Ausführungsform ist der Kraftspeicher als Federelement 46 ausgeführt. Denkbar sind allerdings auch andere Arten von Kraftspeichern, wie beispielsweise geeignet geformte Elastomerkörper oder gasbefüllte Blasen.
- Der Druckkolben 45 weist zwei Druckflächen 47, 48 auf. Gemeinsam mit dem Druckbehälter 44 begrenzt die erste Druckfläche 47 einen Vorratsraum 49, wobei die erste Druckfläche 47 den Vorratsraum 49 in Verlagerungsrichtung des Druckkolbens 45 begrenzt. Der Druckbehälter 44 und der Druckkolben 45 begrenzen einen Steuerraum 50, wobei die zweite Druckfläche 48 den Steuerraum 50 ebenfalls in Verlagerungsrichtung des Druckkolbens 45 begrenzt. Dabei sind der Druckkolben 45 und der Druckbehälter 44 derart ausgebildet, dass innerhalb des Druckspeichers 43 keine Verbindung zwischen den beiden Druckräumen 49 und 50 besteht. Abgesehen von Leckage findet in dieser Ausführungsform kein Druckmittelaustausch zwischen diesen Druckräumen 49, 50 statt. In der dargestellten Ausführungsform sind die Druckflächen 47, 48 in der Verlagerungsrichtung des Druckkolbens 45 zueinander versetzt angeordnet, wobei die erste Druckfläche 47 in der Ebene, die von der Verlagerungsrichtung des Druckkolbens 45 senkrecht durchstoßen wird, von der zweiten Druckfläche 48 umschlossen ist. Die erste Druckfläche 47 ist kreisförmig und die zweite Druckfläche 48 ringförmig ausgebildet. Durch Druckmittelbeaufschlagung der Druckräume 49, 50 wird der Druckkolben 45 gegen die Kraft des Federelements 46 verlagert, wodurch das Volumen der Druckräume 49, 50 ansteigt. Der Weg, den der Druckkolben 45 gegen das Federelement 46 verlagert werden kann, wird durch Anschläge 54 begrenzt, die innerhalb des Druckbehälters 44 ausgebildet sind. Die Anschläge 54 sind derart angeordnet, dass eine Verbindung des Vorratsraums 49 mit dem Steuerraum 50 verhindert wird.
- Das Federelement 46 stützt sich einerseits an der den Druckräumen 49, 50 abgewandten Seite des Druckkolbens 45 und andererseits an der den Druckräumen 49, 50 abgewandten Seite des Druckbehälters 44 ab. Dabei ist das Federelement 46 mit Vorspannung in dem Druckspeicher 43 montiert, so dass das Volumen der Druckräume 49, 50 bei niedrigem Systemdruck minimal ist. In dieser Ausgangsstellung liegt der Druckkolben 45 an dessen dem Federelement 46 abgewandten Seite an dem Druckbehälter 44 an.
- Der den Druckflächen 47, 48 abgewandte Bereich des Druckbehälters 44 ist als Druckraum (Gegendruckraum 58) ausgebildet. Dabei wirkt die dem Gegendruckraum 58 zugewandte Fläche des Druckkolbens 45 als Gegendruckfläche 59. Durch Druckmittelbeaufschlagung des Gegendruckraums 58 wirkt über die Gegendruckfläche 59 eine Kraft auf den Druckkolben 45, die parallel zu der Kraft des Federelements 46 gerichtet ist. In der dargestellten Ausführungsform ist die Gegendruckfläche 59 eben ausgebildet, wobei diese senkrecht zur Bewegungsrichtung des Druckkolbens 45 orientiert ist. Ebenso denkbar sind angestellte Flächen oder dass die Gegendruckfläche 59 weitere Funktionselemente aufweist, so dass diese von der ebenen Form abweicht. So könnten beispielsweise Halterungen für das Federelement 46 an der Gegendruckfläche 59 ausgebildet sein.
- Der Vorratsraum 49 ist mittels einer Vorratsleitung 51 mit der Druckmittelversorgungseinrichtung 37 verbunden. Die Vorratsleitung 51 mündet einerseits stromabwärts des Rückschlagventils 42a in die Druckmittelversorgungseinrichtung 37 und andererseits über einen Anschluss 56 in den Vorratsraum 49. In der Vorratsleitung ist ein Rückschlagventil 42c angeordnet, welches einen Druckmittelfluss von dem Vorratsraum 49 zu der Druckmittelversorgungseinrichtung 37 zulässt und einen entgegengesetzten Druckmittelfluss verhindert. Dadurch wird erreicht, dass in den Stelleinrichtungen 10a,b generierte Druckspitzen nicht bis zu dem Vorratsraum 49 des Druckspeichers 43 vordringen können, sondern sich auf dem Rückschlagventil 42c abstützten. Somit wird die hydraulische Steifigkeit der Vorrichtung 10 erhöht.
- Der Steuerraum 50 kann wahlweise mit einem Tank 39 oder mittels einer Steuerleitung 52 mit einer Druckquelle verbunden werden. In der dargestellten Ausführungsform dient als Druckquelle die Druckmittelpumpe 38 der Druckmittelversorgungseinrichtung 37. Ebenfalls denkbar ist aber, dass eine andere Druckquelle, wie beispielsweise die Druckmittelpumpe 38 eines Servoverbrauchers, bspw. der Servolenkung, genutzt wird. In diesem Fall wird das von dem Steuerraum 50 abfließende Druckmittel nicht in den Tank 39 des Schmierölkreislaufes der Brennkraftmaschine 1, sondern zu dem entsprechenden Tank 39 des Servoverbrauchers geleitet.
- In der Steuerleitung 52 ist ein weiteres Rückschlagventil 42b vorgesehen, welches ein Rückströmen von Druckmittel von dem Steuerraum 50 zur Druckmittelversorgungseinrichtung 37 verhindert.
- Um den Druckmittelfluss zu und von dem Steuerraum 50 und dem Gegendruckraum 58 zu steuern ist ein Steuermittel 60 in Form eines Wegeventils 53 vorgesehen. Das Wegeventil 53 ist als 4/2-Wegeventil ausgebildet und weist einen Druckanschluss P1, zwei Arbeitsanschlüsse A1, B1 und einen Tankanschluss T1 auf. Der Druckanschluss P1 ist mit der Druckquelle, in der dargestellten Ausführungsform über die Steuerleitung 52 mit der Druckmittelversorgungseinrichtung 37 verbunden. Der dritte Arbeitsanschluss A1 ist mit dem Steuerraum 50, der vierte Arbeitsanschluss B1 mit dem Gegendruckraum 58 und der Tankanschluss T1 mit dem Tank 39 verbunden. In einer ersten Steuerstellung des Wegeventils 53 ist der dritte Arbeitsanschluss A1 mit dem Druckanschluss P1 verbunden, während der vierte Arbeitsanschluss B1 mit dem Tankanschluss T1 kommuniziert.
- In einer zweiten Steuerstellung des Wegeventils 53 ist der dritte Arbeitsanschluss A1 mit dem Tankanschluss T1 verbunden, während der Druckanschluss P1 mit dem vierten Arbeitsanschluss B1 kommuniziert.
- Die Steuerleitung mündet nach dem Wegeventil 53 über einen zweiten Anschluss 56 in den Steuerraum 50. Des Weiteren ist eine Verbindungsleitung 55 vorgesehen, die die Steuerleitung 52 mit der Vorratsleitung 51 verbindet. Die Verbindungsleitung 55 mündet einerseits zwischen dem Rückschlagventil 42c und dem ersten Anschluss 56 des Vorratsraums 49 in die Vorratsleitung 51 und andererseits zwischen dem Wegeventil 53 und dem zweiten Anschluss 56 des Steuerraums 50 in die Steuerleitung 52. In der Verbindungsleitung 55 ist ein weiteres Rückschlagventil 42d angeordnet, welches einem Druckmittelfluss von der Steuerleitung 52 zur Vorratsleitung 51 zulässt und einen entgegengerichteten Druckmittelfluss verhindert.
- Wird während des Betriebs der Brennkraftmaschine 1 von der Motorsteuerung keine Verstellanforderung an die Vorrichtung 10 gerichtet, so befindet sich das Steuerventil 40 in der zweiten (mittleren) Stellung und das Wegeventil 53 in der ersten Stellung. Folglich fließt kein Druckmittel zu oder von der Stelleinrichtung 10a. Ein Druckmittelfluss von der von der Druckmittelversorgungseinrichtung 37 über die Vorratsleitung 51 zu dem Vorratsraum 49 wird durch das Rückschlagventil 42d verhindert. Über die Steuerleitung 52 und das Wegeventil 53 wird der Steuerraum 50 mit Druckmittel beaufschlagt. Gleichzeitig gelangt Druckmittel über die Steuerleitung 52, die Verbindungsleitung 55 und die Vorratsleitung 51 in den Vorratsraum 49. Gleichzeitig wird der Gegendruckraum 58 über das Wegeventil 53 mit dem Tank 39 verbunden. Das in den Vorratsraum 49 bzw. den Steuerraum 50 eingebrachte Druckmittel wirkt auf die erste bzw. zweite Druckfläche 47, 48, wodurch der Druckkolben 45 in Richtung der Anschläge 54 entgegen der Kraft des Federelements 46 verschoben wird, so dass das Volumen sowohl des Steuerraums 50 als auch des Vorratsraums 49 zunimmt. Gleichzeitig wird der Gegendruckraum 58 in den Tank 39 entlüftet. Wird von dem Motorsteuergerät eine Phasenwinkelverstellung angefordert, so wird das Steuerventil 40 in dessen erste bzw. dritte Stellung überführt. Somit gelangt Druckmittel von der Druckmittelpumpe 38 zu den ersten bzw. zweiten Druckkammern 35, 36, wodurch eine Phasenverstellung durch die Stelleinrichtung 10a,b hervorgerufen wird. Ist der von der Druckmittelpumpe 38 geförderte Volumenstrom zu gering um die Verstellung zu gewährleisten oder soll eine höhere Verstellgeschwindigkeit erreicht werden, so wird das erste Wegeventil 53 in dessen zweite Steuerstellung überführt. In dieser Steuerstellung ist der Steuerraum 50 mit einem Tank 39 verbunden. Das in dem Steuerraum 50 unter Druck stehende Druckmittel wird somit mit atmosphärischem Druck verbunden, wodurch eine rapide Entleerung des Steuerraums 50 erfolgt. Gleichzeitig wird der Vorratsraum 49 in die Druckmittelversorgungseinrichtung 37 entleert. Erfolgt die Druckmittelentleerung des Steuerraums 50 derart schnell, dass sich der Druckkolben 45 ausschließlich über die erste Druckfläche 47 gegenüber dem Vorratsraum 49 abstützt, so wirkt die gesamte Kraft des Federelements 46 lediglich auf den Vorratsraum 49. Somit gilt für den Druck p in dem Vorratsraum 49 zu Beginn des Entleervorgangs:
plus des Drucks der durch die Befüllung der Gegendruckkammer 58 erzeugt wird. Dies gilt, wenn der Druckkolben 45 noch nicht vollständig ausgelenkt wurde, also nicht an den Anschlägen 54 anliegt. Dabei entspricht psys dem Systemdruck der Druckmittelversorgungseinrichtung 37, welcher bei Beginn der Entleerung des Druckspeichers 43 vorlag. - Da das Rückschlagventil 42a in der Druckmittelleitung 41 stromaufwärts der Vorratsleitung 51 angeordnet ist, ist sichergestellt, dass der gesamte Druck p und das gesamte Volumen des Vorratsraum 49 der Stelleinrichtung 10a zur Verfügung steht und nicht in Ölgalerie der Brennkraftmaschine 1 abfließt. Somit steht nicht nur, wie in Anwendungen mit konventionellen Druckspeichern, der aktuelle Systemdruck zur Verfügung, sondern ein um den Faktor 1+A2/A1 erhöhter Druck.
- Zusätzlich wird Druckmittel von der Steuerleitung 52 in den Gegendruckraum 58 geleitet. Dieses beaufschlagt die Gegendruckfläche 59 des Druckkolbens 45 mit einer Kraft, die in die gleiche Richtung wirkt, wie die des Federelements 46. Dadurch wird der Druck in dem Vorratsraum 49 zusätzlich erhöht.
- Die Druckmittelversorgungseinrichtung 37 kann somit durch Einstellen der zweiten Steuerstellung an dem ersten Wegeventil 53 eine Druckunterstützung erfahren, die über der konventioneller Druckspeicher liegt. Somit kann die Verstellgeschwindigkeit des Stelleinrichtung 10a bei gleicher Dimensionierung signifikant erhöht bzw. die Stelleinrichtung 10a bei gleicher Verstellgeschwindigkeit kleiner ausgeführt werden, ohne die Nachteile einer überdimensionierten oder einer geregelten Druckmittelpumpe 38 in Kauf nehmen zu müssen.
- Ebenso denkbar sind Ausführungsformen, in denen auf die Verbindungsleitung 55 und die Anordnung eines Rückschlagventils 42c in der Vorratsleitung 53 verzichtet wird. In Betriebsphasen der Brennkraftmaschine 1, in denn die Phasenlage konstant gehalten wird, füllt sich der Druckspeicher 43 über die Vorratsraum 51 und die Steuerleitung 52. Sinkt der Systemdruck, so fließt kein Druckmittel aus dem Steuerraum 50 ab. Dies hat zur Folge, dass das Volumen des Steuerraums 50 und des Vorratsraums 49 trotz des Druckabfalls in der Druckmittelversorgungseinrichtung 37 konstant bleibt. Dabei gilt für den Weg x, den der Druckkolben 45 aus seiner Ausgangsstellung ausgelenkt wurde:
wobei A1 dem Flächeninhalt der ersten Druckfläche 47, A2 dem Flächeninhalt der zweiten Druckfläche 48, pmax dem während der Befüllphase maximal auftretenden Systemdruck und D der Federkonstante des Federelements 46 entspricht. Dabei ist der maximale Verschiebeweg durch die Anschläge 54 begrenzt. -
- Um die Druckerhöhung zu realisieren muss für das Verhältnis des Druckmittelstroms aus dem Steuerraum 50 zu dem Druckmittelstrom aus dem Vorratsraum 49 QD/QV
gelten. Um dies zu erreichen ist vorgesehen, dass für den minimalen Durchflussquerschnitt zwischen dem Steuerraum 50 und dem Tank 39 AD
gilt, wobei Av dem minimalen Durchflussquerschnitt zwischen dem Vorratsraum 49 und der Stelleinrichtung 10a bzw. der Stelleinrichtung 10a und dem Tank 39 entspricht. - Ebenfalls denkbar ist, dass neben der ersten Stelleinrichtung 10a auch eine oder mehrere weitere Stelleinrichtung 10b, 10c durch die Druckmittelversorgungseinrichtung 37 über weitere Druckmittelleitungen 41 und weitere Steuerventile 40 gesteuert werden können. Dabei kann die weitere Stelleinrichtung 10b ebenfalls von dem Druckspeicher 43 profitieren. Zu diesem Zweck liegt der Abzweig, der zu dieser Stelleinrichtung 10b führt, in Strömungsrichtung hinter dem Rückschlagventil 42a.
- Soll der Druckspeicher 43 lediglich die erste Stelleinrichtung 10a unterstützten, so ist der Abzweig zur weiteren Stelleinrichtung 10c in Strömungsrichtung vor dem Rückschlagventil 42a anzuordnen.
- Ebenso denkbar ist es, das Rückschlagventil 42a stromabwärts der Abzweigung zur Vorratsleitung 51 anzuordnen. In diesem Fall erfolgt die Abstützung der Druckspitzen zwischen der Stelleinrichtung 10a,b und dem Abzweig zur Vorratsleitung 51. Die Druckspitzen können somit den Druckspeicher 43 nicht erreichen, wodurch eine steifere Momentübertragung durch die Stelleinrichtung 10a,b erreicht wird.
- Ebenfalls denkbar ist der Einsatz jeweils eines Rückschlagventils 42a in der Druckmittelleitung 41 stromaufwärts und stromabwärts der Abzweigung zur Vorratsleitung 51. Hierbei wird sowohl eine steife Momentübertragung durch die Stelleinrichtung 10a,b erreicht als auch verhindert, dass der Druck, bzw. das Druckmittevolumen des Vorratsraums 49 in die Ölgalerie der Brennkraftmaschine 1 abfließt.
- In einer leichten Abwandlung der Ausführungsform könnten auch das Rückschlagventil 42b und/ oder die gesamte Druckmittelleitung 41, in der das Rückschlagventil 42a angeordnet ist, zwischen den Mündungspunkten des Druckspeichers 43 entfallen.
-
Figur 4 zeigt eine weitere erfindungsgemäße Ausführungsform einer Vorrichtung 10. Der Druckkolben 45 des Druckspeichers 43 trennt in dieser Ausführungsform den Druckbehälter 44 in einen Vorratsraum 49 und den Gegendruckraum 58, wobei kein Steuerraum 50 vorgesehen ist. Der Vorratsraum 49 wird in Verlagerungsrichtung des Druckkolbens 45 von der ersten Druckfläche 47 und der Gegendruckraum 58 von der Gegendruckfläche 59 begrenzt. Der Vorratsraum 49 kann über die Vorratsleitung 51 mit Druckmittel aus der Druckmittelversorgungseinrichtung 37 beaufschlagt werden. Über die Steuerleitung 52 ist der Gegendruckraum 58 mit einer Druckquelle verbindbar. In der dargestellten Ausführungsform mündet die Steuerleitung in die Druckmittelversorgungseinrichtung 37. Die Steuerleitung 52 ist somit mit der Druckmittelpumpe 38 der Brennkraftmaschine 1 verbunden. Alternativ können auch andere Druckquellen, wie die Druckmittelpumpe eines Servoverbrauchers genutzt werden. - In der Steuerleitung 51 ist ein als 3/2-Schaltventil ausgebildetes Wegeventil 53 vorgesehen. Das Wegeventil 53 weist einen Druckanschluss P1, einen Arbeitsanschluss B1 und einen Tankanschluss T1 auf. Der Druckanschluss P1 ist mit der Druckmittelpumpe 38, der Arbeitsanschluss B1 mit der Gegendruckkammer 58 und der Tankanschluss T1 mit dem Tank 39 verbunden.
- In der ersten Steuerstellung des Wegeventils 53 ist der Arbeitsanschluss B1 mit dem Tankanschluss T1 verbunden, während der Druckanschluss P1 mit keinem der anderen Anschlüsse B1, T1 kommuniziert. Befindet sich das Wegeventil 53 in dieser Steuerstellung, so ist der Gegendruckraum 58 mit dem Tank 39 verbunden.
- In der zweiten Steuerstellung des Wegeventils 53 ist der Arbeitsanschluss B1 mit dem Druckanschluss P1 verbunden, während der Tankanschluss T1 mit keinem der anderen Anschlüsse B1, P1 kommuniziert. Befindet sich das Wegeventil 53 in dieser Steuerstellung, so wird der Gegendruckraum 58 von der Druckmittelpumpe 38 mit Druckmittel beaufschlagt.
- Während der Befüllphasen des Druckspeichers 43 befindet sich das Wegeventil 53 in der ersten Steuerstellung. Druckmittel wird dem Vorratsraum 49 zugeführt. Als Folge wird der Druckkolben 45 gegen die Kraft des Federelements 46 verschoben. Das Volumen des Vorratsraums 49 vergrößert sich auf Kosten des Volumens des Gegendruckraums 58.
- In den Druckunterstützungsphasen befindet sich das Wegeventil in der zweiten Steuerstellung. In dieser Stellung wird dem Gegendruckraum 58 Druckmittel zugeführt, welches auf die Gegendruckfläche 59 wirkt. Die daraus resultierende Druckkraft erhöht die von dem Federelement 46 auf den Druckkolben 45 ausgeübte Kraft. Somit wird der von dem Druckspeicher 43 aus dem Vorratsraum 49 bereitgestellte Unterstützungsdruck erhöht.
- Denkbar sind auch Ausführungsformen, in denen der Flächeninhalt der Gegendruckfläche 59 den Flächeninhalt der ersten Druckfläche 47 übersteigt. Dadurch wird eine Druckübersetzung erreicht, die sich positiv auf den bereitstellbaren Druckwert auswirkt.
- In
Figur 5 ist eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt. Diese entspricht im Wesentlichen der inFigur 4 dargestellten Ausführungsform. Im Unterschied zur Ausführungsform ausFigur 4 ist jeweils ein Rückschlagventil 42b,c in der Vorratsleitung 51 und der Steuerleitung 52 angeordnet. Des Weiteren ist das Wegeventil als 4/2-Wegeventil ausgebildet, wobei der zusätzliche Arbeitsanschluss A1 mit dem Vorratsraum 49 verbunden ist. In der ersten Steuerstellung des Wegeventils 53 ist der zusätzliche Arbeitsanschluss A1 mit dem Druckanschluss P1 verbunden. In der zweiten Steuerstellung des Wegeventils 53 kommuniziert der Arbeitsanschluss A1 mit keinem der anderen Anschlüsse B1, P1, T1. - Druckmittel kann in dieser Ausführungsform von der Druckmittelpumpe 38 über die Steuerleitung 52 und das Wegeventil 53 in den Vorratsraum 49 gelangen, solange das sich das Wegeventil in der ersten Steuerstellung befindet. Gleichzeitig wird der Gegendruckraum 58 zum Tank 39 entlüftet.
- Befindet sich das Wegeventil 53 in der zweiten Steuerstellung ist der Arbeitsanschluss A1 verschlossen und der Gegendruckraum 58 wird von der Druckmittelpumpe 38 mit Druckmittel beaufschlagt. Gleichzeitig entleert sich der Vorratsraum 49 in die Druckmittelversorgungseinrichtung 37.
- Das Rückschlagventil 42c schirmt den Druckspeicher 43 gegen Druckspitzen ab, welche in den Stelleinrichtungen 10a, b entstehen.
- In sämtlichen dargestellten Ausführungsformen mündet der Druckspeicher 43 in die Druckmittelleitung 41, die die Druckmittelpumpe 38 mit dem bzw. den Steuerventilen 40 verbindet. Ebenso denkbar sind Ausführungsformen, in denen der oder die Druckspeicher 43 in die Druckmittelleitungen 41 mündet, die das bzw. die Steuerventile 40 mit den Stelleinrichtungen 10a,b verbindet.
- Neben dem Einsatz des Druckspeicher 43 in Anwendungen zur variablen Einstellungen der Steuerzeiten einer Brennkraftmaschine 1 kann der Druckspeicher 43 auch in anderen Fahrzeuganwendungen Einsatz finden, beispielsweise bei schaltbaren Nockenfolgern oder in Anwendungen in automatisierten Getrieben.
-
- 1
- Brennkraftmaschine
- 2
- Kurbelwelle
- 3
- Kolben
- 4
- Zylinder
- 5
- Zugmitteltrieb
- 6
- Einlassnockenwelle
- 7
- Auslassnockenwelle
- 8
- Nocken
- 9a
- Einlassgaswechselventil
- 9b
- Auslassgaswechselventil
- 10
- Vorrichtung
- 10a
- erste Stelleinrichtung
- 10b
- weitere Stelleinrichtung
- 21
- Kettenrad
- 22
- Außenrotor
- 22a
- Gehäuse
- 23
- Innenrotor
- 24
- Seitendeckel
- 25
- Seitendeckel
- 26
- Nabenelement
- 27
- Flügel
- 27a
- Flügelfedern
- 28
- Flügelnuten
- 29
- Umfangswand
- 30
- Vorsprung
- 32
- Befestigungselement
- 33
- Hohlraum
- 34
- Begrenzungswand
- 34a
- Frühanschlag
- 34b
- Spätanschlag
- 35
- erste Druckkammer
- 36
- zweite Druckkammer
- 37
- Druckmittelversorgungseinrichtung
- 38
- Druckmittelpumpe
- 39
- Tank
- 40
- Steuerventil
- 41
- Druckmittelleitung
- 42a
- Rückschlagventil
- 42b
- Rückschlagventil
- 42c
- Rückschlagventil
- 42d
- Rückschlagventil
- 43
- Druckspeicher
- 44
- Druckbehälter
- 45
- Druckkolben
- 46
- Federelement
- 47
- erste Druckfläche
- 48
- zweite Druckfläche
- 49
- Vorratsraum
- 50
- Steuerraum
- 51
- Vorratsleitung
- 52
- Steuerleitung
- 53
- Wegeventil
- 54
- Anschlag
- 55
- Verbindungsleitung
- 56
- Anschluss
- 58
- Gegendruckraum
- 59
- Gegendruckfläche
- 60
- Steuermittel
- A
- erster Arbeitsanschluss
- B
- zweiter Arbeitsanschluss
- P
- Zulaufanschluss
- T
- Ablaufanschluss
- A1
- dritter Arbeitsanschluss
- B1
- vierter Arbeitsanschluss
- P1
- Druckanschluss
- T1
- Tankanschluss
Claims (10)
- Vorrichtung (10) zur variablen Einstellung der Steuerzeiten von Gaswechselventilen (9a,b) einer Brennkraftmaschine (1) mit• einem Antriebselement (22), einem Abtriebselement (23), zumindest einer Druckkammer (35, 36), einer Druckmittelversorgungseinrichtung (37) und zumindest einem Druckspeicher (43),• wobei mittels der Druckmittelversorgungseinrichtung (37) der mindestens einen Druckkammer (35, 36) Druckmittel zugeführt oder von dieser abgeführt werden kann,• wobei durch Druckmittelzufuhr zu bzw. Druckmittelabfluss von der Druckkammer (35 36) eine Phasenlage des Abtriebselements (23) relativ zum Antriebselement (22) veränderbar ist,• wobei der Druckspeicher (43) ein verlagerbares Element (45) aufweist, das mit einer ersten Druckfläche (47) versehen ist, die einen Vorratsraum (49) teilweise begrenzt,• wobei der Vorratsraum (49) mit der Druckmittelversorgungseinrichtung (37) verbunden ist oder verbunden werden kann,• wobei ein Kraftspeicher das verlagerbare Element (45) in Richtung einer Ausgangsstellung mit einer Kraft beaufschlagt und• wobei durch Druckbeaufschlagung des Vorratsraums (49) das verlagerbare Element (45) gegen die Kraft des Kraftspeichers (46) verschoben werden kann, dadurch gekennzeichnet, dass das verlagerbare Element (45) eine Gegendruckfläche (59) aufweist, die einen Gegendruckraum (58) zumindest teilweise begrenzt, wobei durch Druckmittelbeaufschlagung des Gegendruckraums (58) das verlagerbare Element (45) Richtung der Ausgangsstellung verlagert werden kann.
- Vorrichtung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das verlagerbare Element (45) mindestens eine zweite Druckfläche (48) aufweist, die einen Steuerraum (50) teilweise begrenzt, wobei durch Druckbeaufschlagung des Steuerraums (50) das verlagerbare Element (45) gegen die Kraft des Kraftspeichers (46) verschoben werden kann und wobei innerhalb des Druckspeichers (43) ein Druckmittelfluss von dem Vorratsraum (49) in den Steuerraum (50) unterbunden ist.
- Vorrichtung (10) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Druckmittelbeaufschlagung des Vorratsraums (49) das verlagerbare Element (45) in die gleiche Richtung verlagert, wie eine Druckmittelbeaufschlagung des Steuerraums (50).
- Vorrichtung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Gegendruckraum (58) wahlweise mit einer Druckquelle (38) oder einem Tank (39) verbunden werden kann.
- Vorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass Steuermittel (60) vorgesehen sind, wobei der Gegendruckraum (58) mittels der Steuermittel (60) wahlweise mit einem Tank (39) oder einer Druckquelle (38) verbunden werden kann.
- Vorrichtung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Gegendruckraum mit der Druckmittelpumpe (38) der Brennkraftmaschine (1) verbunden werden kann.
- Vorrichtung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Gegendruckraum mit dem Tank (39) der Brennkraftmaschine (1) verbunden werden kann.
- Vorrichtung (10) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass als Steuermittel (60) ein Wegeventil (56) vorgesehen ist, das je einen Anschluss (G, B, T) aufweist, der mit der Druckquelle (38), dem Tank (39), und dem Gegendruckraum (58) verbunden ist.
- Vorrichtung (10) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Wegeventil (56) einen weiteren Anschluss (A) aufweist, der mit dem Vorratsraum (49) oder dem Steuerraum (50) verbunden ist.
- Vorrichtung (10) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorratsraum (49) und der Steuerraum (50) innerhalb des Druckspeichers (43) nicht miteinander kommunizieren.
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---|---|---|---|
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PCT/EP2008/064942 WO2009065730A1 (de) | 2007-11-24 | 2008-11-04 | Vorrichtung zur variablen einstellung der steuerzeiten von gaswechselventilen einer brennkraftmaschine |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
EP2215332A1 EP2215332A1 (de) | 2010-08-11 |
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