WO2007017130A2 - Locking device for a camshaft adjuster of an internal combustion engine - Google Patents

Locking device for a camshaft adjuster of an internal combustion engine Download PDF

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WO2007017130A2
WO2007017130A2 PCT/EP2006/007436 EP2006007436W WO2007017130A2 WO 2007017130 A2 WO2007017130 A2 WO 2007017130A2 EP 2006007436 W EP2006007436 W EP 2006007436W WO 2007017130 A2 WO2007017130 A2 WO 2007017130A2
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WO
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locking
locking element
locking device
contact surface
locked position
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PCT/EP2006/007436
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French (fr)
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WO2007017130A3 (en
Inventor
Andreas Strauss
Original Assignee
Schaeffler Kg
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Publication date
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L1/00—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear
    • F01L1/34—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear characterised by the provision of means for changing the timing of the valves without changing the duration of opening and without affecting the magnitude of the valve lift
    • F01L1/344—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear characterised by the provision of means for changing the timing of the valves without changing the duration of opening and without affecting the magnitude of the valve lift changing the angular relationship between crankshaft and camshaft, e.g. using helicoidal gear
    • F01L1/3442—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear characterised by the provision of means for changing the timing of the valves without changing the duration of opening and without affecting the magnitude of the valve lift changing the angular relationship between crankshaft and camshaft, e.g. using helicoidal gear using hydraulic chambers with variable volume to transmit the rotating force

Definitions

  • the invention relates to a locking device for a camshaft adjuster of an internal combustion engine, in particular according to the preamble of claim 1.
  • DE 196 23 818 A1 discloses a locking device.
  • a locking pin designed as a locking element, the front end portion is cone-shaped and in a "locked position" play-free recording in a longitudinally conical or elliptical in cross section bore of a cover of the camshaft adjuster finds.
  • the locking pin is spring loaded and has two hydraulic control surfaces, of which the first, end control surface is hydraulically connected to a chamber of the camshaft adjuster and a second, formed by a shoulder of the locking pin control surface is in hydraulic communication with another, oppositely acting chamber of the camshaft adjuster ,
  • DE 101 27 168 A1 discloses a locking device in which a locking pin cooperates with a stepped locking groove, wherein different plateaus of the stepped locking groove correspond to different locking positions, for example a most advanced angle, an intermediate position and a furthest retarded angle ,
  • a locking device in which a first locking pin between an end position "early” and a middle position assumes a “locked position”, while a second locking pin occupy a “locked position” between an end position “late” and the center position can.
  • the first lock pin With a drop in oil pressure to zero, the first lock pin can be brought into the "locked position” while the second lock pin remains in the "unlocked position”.
  • the inner rotor is adjusted by a drag torque of the camshaft as long as “late” until the first locking pin reaches the center position. At this time, the second locking pin also enters the "locked position".
  • the controller raises the oil pressure in a first oil pressure, a first working chamber and in the area of the first locking pin. Thereby, the first locking pin is unlocked, while the second locking pin is held in pressure contact with the second center stop. For a transition to In a controlled operation, the controller increases the pressure in the second working chamber, thereby unlocking the second lock pin so that the inner rotor can move freely.
  • the locking pin can only lock when the pressure of the hydraulic medium is sufficiently low when the internal combustion engine is shut off and the locking control time, for example an end stop of the camshaft adjuster, is set sufficiently precisely with the hydraulic medium.
  • a locking pin which has an insertion contour and a cylindrical portion which becomes effective in the fully locked state.
  • a basic position for example an end position "early” or end position "late” with the pressure of the hydraulic medium, a secure locking can be ensured before stopping the internal combustion engine.
  • a basic game is required, which varies depending on the engine (minimal locking clearance).
  • a maximum play must not be exceeded so that unwanted noise does not develop. Also, the maximum game depends on the type of engine used. The distance between minimum clearance and maximum clearance defines the permissible production tolerances. If minimum and maximum play are very close together, the cost and costs for the production of the locking device increase.
  • the invention has for its object to propose an alternative locking device, which
  • the invention is based on the finding that different requirements must be imposed on the locking device in different operating phases:
  • the chambers of the camshaft adjuster are insufficiently filled with the hydraulic medium, so that relatively large positioning movements would be possible without a lock.
  • the camshaft adjuster act on the camshaft adjuster in this operating range smaller static and dynamic loads than in an operation of the internal combustion engine at idle speed or higher speeds, so that a locking element is subjected to lower stresses.
  • the first locking element is used for such operating ranges, which according to a particular embodiment of the invention has a relatively small peripheral clearance.
  • a second operating phase is given, for example, for the operation of the internal combustion engine with idling speed, a low rotational speed and / or low load requirements.
  • a locking position is desired, which substantially corresponds to the locking position in the first operating phase, although the dynamic stresses of the components of the locking device including the second locking element in
  • the chambers of the camshaft adjuster are sufficiently filled with the hydraulic medium. Due to the sufficient filling with the hydraulic medium unwanted adjusting movements are possible only with difficulty or takes place damping of such movements, so that a tendency to vibration is at least reduced.
  • the use of a second locking element the game is greater according to a particular embodiment of the invention in the direction of adjustment than the game of the first locking element. Accordingly, the manufacturing tolerance for the second locking element and an associated active surface of the drive element or output element u. U. with increased tolerance take place, whereby the production cost and manufacturing costs can be reduced according to the invention.
  • Locking element is specified, out, for example, in the direction of "early".
  • two locking elements are used for an end position lock. While for a center lock according to DE 102 53 496 u.
  • two locking elements are used, each of which bears the requirements in the first mentioned operating phase as well as the second mentioned operating phase individually individually and for example by their respective play to the adjacent components, their dimensions, their locking and unlocking characteristics can.
  • the first locking element on a game of zero, about zero or a game in an order of magnitude smaller than the game of the second locking element.
  • Such a small clearance can be achieved for example with a clearance fit or a transition fit.
  • a further reduction in the production outlay can be achieved for a special locking device. be performed by the first locking element in the "locked position" rests with a contact surface on a mating surface of the drive or driven element. In this case, the contact surface and / or the mating surface is inclined relative to the direction of adjustment of the first locking element by an inclination angle ⁇ .
  • the first locking element is acted upon via an energy storage element in the direction of the "locked position".
  • the energy storage element is, for example, a spring which acts on the first locking element in the direction of the "locked position".
  • the first locking element is moved away from the "unlocked position” until the contact surface and the mating surface come into contact with one another.
  • the "locked position” is not given by a transversely oriented to the direction of adjustment, frontally abutment of the first locking element, but by the inclined contact surface and the corresponding counter surface.
  • the camshaft adjuster can also be rotated a final distance in the direction of the desired "basic position" for inaccurate reaching of the ideal base position by the energy storage element.
  • the pressures acting hydraulically on the first locking element must generate forces which are greater than the spring force and any frictional forces acting between the contact surface and the counter surface.
  • a particularly easy transfer of the first locking element of the "locked position" in the "unlocked position” can be achieved according to the invention, when the angle of inclination ⁇ of the contact surface and the counter surface relative to the direction of adjustment is greater than the self-locking angle of the material pairing and surfaces of contact surface and mating surface.
  • the (dynamic) stresses for holding the locking position are smaller during the first mentioned operating phase than during the second operating phase.
  • the first locking element is dimensioned smaller than the second locking element. Accordingly, in the first phase of operation, a "finer" locking element with small dimensions is used, for which no tolerances can be brought about in a simple manner, while the second locking element is "coarser” designed for receiving larger forces while simultaneously increasing play.
  • a particularly simple embodiment of the invention which allows a tilt angle ⁇ , is given when the first Verrieglungselement has a phase in the region of the contact surface or is formed conically.
  • the first locking element can be found in a bore of the drive or driven element, which is conical or has a chamfer.
  • the actuating directions of the locking elements are oriented parallel to the axis of rotation of the drive and / or driven element. In this way, the influence of centrifugal forces of the locking element as a result of rotation of the camshaft adjuster can be minimized since the centrifugal forces do not act in the adjusting direction and thus unwanted locking or unlocking of the locking element is avoided.
  • camshaft adjusters with "base position” in “late” when unlocking the first locking element by a pressure in a chamber which is acted upon for adjustment in the direction "late”, while the second locking element by a Pressure in a chamber that is biased toward “early” from the “locked position” in the “unlocked position” is transferred. If the "base position” in “early”, the first locking element with hydraulic medium from the chamber “early” and the second locking element with hydraulic medium from the chamber "late” is applied.
  • the second locking element is generated, it is advantageous for the second locking element according to a development of the invention, if such forces are not generated on this in consequence of the larger-acting moments.
  • Figure 2 shows a detail of a locking device according to the invention with a second locking element
  • Figure 3 shows a detail of a locking device according to the invention with a first locking element
  • Figure 4 shows a detail of a locking device according to the invention with an alternative embodiment of a first locking element.
  • FIG. 1 shows a camshaft adjuster 10 for an internal combustion engine, in which a drive element 11, which is for example rotatably connected to a sprocket and driven by a timing chain, with respect to an output member 12, which is for example rotationally fixed to a camshaft 13, in the train an adjusting movement of the camshaft adjuster 10 is rotatable defined about a vertically oriented to the plane of rotation axis 14.
  • working spaces 15 are formed, which are radial are limited to the outside and in both circumferential directions by the drive element 1 1 and radially inwardly by a lateral surface of the output element 12.
  • Wings 16 of the output element 1 1 subdivide the working spaces 15 into a chamber 17, by means of which adjustment of the camshaft adjuster 10 takes place in the "late” direction, as well as a chamber 18, in the hydraulic actuation of which an adjusting movement takes place in the "early” direction.
  • the camshaft adjuster 10 In the positioning position outlined in FIG. 1, the camshaft adjuster 10 is in a "basic position" (here end position "late”), for which a vane 19 is located in the region of a stop 20.
  • the camshaft adjuster 10 has a first locking element 21 and a second locking element 22, which are distributed in the circumferential direction about the rotation axis 14 and whose positioning directions 23, 24 are oriented parallel to the rotation axis 14.
  • the drive element 11 has a circumferential clearance 25 relative to the output element 12 as a result of the first locking element 21, while a circumferential clearance 26 is ensured via the second locking element 22.
  • the first locking element 21 is hydraulically connected to the chamber 17, wherein the hydraulic pressure of the chamber 17 acts on an end face 28 of the first locking element 21.
  • the second locking element 22 is hydraulically connected via a connecting channel 29 to a chamber 18, so that the pressure of the chamber 18 acts on an end face 30 of the second locking element 22.
  • FIG. 2 shows the second locking element 22, which is guided in the direction of adjustment 24 in a bore 31 of the driven element 12.
  • the circumferential clearance 26 is formed, wherein the contact surface 35 and mating surface 36 are oriented parallel to each other and to the adjusting direction 24.
  • Both the bore 34 and the lateral surface 33 may have lead-in chamfers, bevels, curved longitudinal sections, whereby it is possible, inter alia, It is advantageous if the contact surface 35 and the counter surface 36 that forms are parallel to one another and to the direction of adjustment 24. It is understood that, unlike the illustrated embodiment, the bore for guiding the second locking element 22 may be provided in the drive element 11, while the bore 34 may be located in the output member 12.
  • Figure 3 shows the first locking element 21, which in the sketched "locked position" in a recess 37 of the drive member 11 projecting end portion is formed conically or with a cone 38.
  • the recess 37 is provided with a bevel 39 at least in a circumferential direction.
  • the compression spring 40 in the sketched in Figure 3 relative position of the drive element 11 and output element 12, the first locking element 21 is pushed so far into the recess 37 until a contact surface 41, which is formed by the cone 38 of the second locking element 22 to Appendix to a mating surface 42 comes, which is formed by the chamfer 39.
  • Contact surface 41 and counter surface 42 are inclined relative to the adjusting direction 23 by an angle ⁇ , which may be greater than the self-locking angle of the material pairings and the surfaces, in particular larger as 5 °, 7 ° or 9 °.
  • the contours of the chamfer 39 and of the cone 38 can deviate arbitrarily from the illustrated contour according to FIG. 3 and, in particular, be rotationally symmetric or non-rotationally symmetrical, be straight or arbitrarily curved in the illustrated longitudinal section.
  • contact surface 41 and counter surface 42 is a lock in a circumferential direction, while, for example, a lock in the other circumferential direction as a result of the contact of wing 19 to stop 20 can take place.
  • Figure 4 shows an alternative embodiment of the locking device with a first locking element 21a, the end portion of which is approximately cylindrical, for example, with a slight chamfer or rounding instead of the cone 38 of Figure 3, while the recess 37a has a chamfer 39a.
  • the uncontrolled basic control time or "basic position” Before switching off the internal combustion engine, the uncontrolled basic control time or "basic position" according to FIG. 1 is approached. In the “basic position” locks the second locking element 22.
  • the first locking element 21 is in “waiting position", but can not reach the "locked position” in the chamber 17 due to an excessive oil pressure. As soon as the internal combustion engine is complete and the chamber b no longer has pressure of the hydraulic medium, the first locking element 21 reaches the "locked position". It may be advantageous if the extent of the chamfer 39 transverse to the adjustment direction 23 is about as large as or greater than the circumferential clearance 26, so that due to the compression spring 40, the exact position for locking the first locking element 21 can be brought about.
  • both locking elements 21, 22 When restarting the internal combustion engine, first both locking elements 21, 22 remain in the “locked position” until the pressure of the hydraulic medium in the chamber 17 is high enough to transfer the first locking element 21 into the "unlocked position". Because of the large amount of the hydraulic medium in the camshaft adjuster 10, the higher circumferential clearance 26 of the second locking element 22 does not lead to undesired noises. When the chamber 18 is acted upon, the second locking element is unlocked, so that the camshaft adjuster 10 can be regulated to the desired position in accordance with the hydraulic conditions in the chambers 17, 18.

Abstract

The invention relates to a locking device which allows a camshaft adjuster (10) to be locked in a basic position relative to the degree of adjusting freedom thereof when an internal combustion engine is turned off and restarted. According to the invention, two locking elements (21, 22) are provided, a first one (21) of which has a circumferential tolerance (25) of about zero in the locked position while the second locking element (22) has a circumferential tolerance (26) that is greater than the other circumferential tolerance (25). The first locking element (21) is effective when the internal combustion engine is turned off and restarted while the second locking element (22) is effective instead of the released first locking element (21) at idling speed and at a low operating speed, for example. This makes it possible to ensure reliable locking and releasing while keeping production costs low.

Description

Bezeichnung der Erfindung Name of the invention
Verriegelungseinrichtung für einen Nockenwellenversteller einer BrennkraftmaschineLocking device for a camshaft adjuster of an internal combustion engine
Beschreibungdescription
Gebiet der ErfindungField of the invention
Die Erfindung betrifft eine Verriegelungseinrichtung für einen Nockenwellenversteller einer Brennkraftmaschine, insbesondere nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a locking device for a camshaft adjuster of an internal combustion engine, in particular according to the preamble of claim 1.
Hintergrund der ErfindungBackground of the invention
Bei bekannten hydraulisch wirkenden Nockenwellenverstellern werden die Steuerzeiten einer zugeordneten Brennkraftmaschine durch Beeinflussung der hydraulischen Verhältnis in entgegengesetzt wirkenden Steuerkammern, die in Richtung einer Verstellung zu einer "frühen Steuerzeit" und einer "späten Steuerzeit" wirken, eingestellt. Unproblematisch ist ein Betrieb derartiger Nockenwellenversteller, wenn die Brennkraftmaschine einen ausreichenden Hydraulikdruck zur Verfügung stellt, so dass die Kammern hinreichend mit dem Hydraulikmedium gefüllt sind. Allerdings hat sich gezeigt, dass bei einem Start der Brennkraftmaschine unter Umständen kein ausreichender Druck des Hydraulikmediums bereitgestellt wird. Dies hat zur Folge, dass die Steuerzeiten nicht den Vorgaben entsprechen oder sich eine instabile Lage des Nockenwellen- verstellers einstellt, wodurch sich "labile" Steuerzeiten ergeben. Weiterhin kann es zu unerwünschten Vibrationen kommen, die neben einem erhöhten Bauteil- verschleiß zu einer unerwünschten Geräuschentwicklung führen können.In known hydraulically operated camshaft adjusters, the control times of an associated internal combustion engine are adjusted by influencing the hydraulic ratio in counteracting control chambers which act in the direction of an adjustment to an "early control time" and a "late control time". Unproblematic is an operation of such camshaft adjuster, when the internal combustion engine provides a sufficient hydraulic pressure available, so that the chambers are sufficiently filled with the hydraulic medium. However, it has been shown that at a start of the internal combustion engine under certain circumstances, no sufficient pressure of the hydraulic medium is provided. This has the consequence that the timing does not meet the specifications or an unstable position of the camshaft adjuster sets, resulting in "labile" timing. Furthermore, unwanted vibrations can occur which, in addition to increased component wear, can lead to undesired noise development.
Zur Vermeidung derartiger Probleme sind mechanische Verriegelungseinrichtungen bekannt. Aus DE 196 23 818 A1 ist eine Verriegelungseinrichtung be- kannt mit einem als Verriegelungspin ausgebildeten Verriegelungselement, dessen vorderer Endbereich konusförmig ausgebildet ist und in einer "verriegelten Stellung" spielfreie Aufnahme in einer im Längsschnitt konischen oder im Querschnitt elliptischen Bohrung eines Deckels des Nockenwellenverstellers findet. Der Verriegelungspin ist federbeaufschlagt und besitzt zwei hydraulische Steuerflächen, von denen die erste, stirnseitige Steuerfläche mit einer Kammer des Nockenwellenverstellers in hydraulischer Verbindung steht und eine zweite, von einem Absatz des Verriegelungspins gebildete Steuerfläche in hydraulischer Verbindung mit einer weiteren, entgegengesetzt wirkenden Kammer des Nockenwellenverstellers steht.To avoid such problems mechanical locking devices are known. DE 196 23 818 A1 discloses a locking device. Known with a locking pin designed as a locking element, the front end portion is cone-shaped and in a "locked position" play-free recording in a longitudinally conical or elliptical in cross section bore of a cover of the camshaft adjuster finds. The locking pin is spring loaded and has two hydraulic control surfaces, of which the first, end control surface is hydraulically connected to a chamber of the camshaft adjuster and a second, formed by a shoulder of the locking pin control surface is in hydraulic communication with another, oppositely acting chamber of the camshaft adjuster ,
Aus DE 101 27 168 A1 ist eine Verriegelungseinrichtung bekannt, bei der ein Verriegelungspin mit einer treppenförmigen Verriegelungsnut zusammenwirkt, wobei unterschiedliche Plateaus der treppenförmigen Verriegelungsnut mit un- terschiedlichen Verriegelungsstellungen, beispielsweise einem am weitesten voreilenden Winkel, einer Zwischenstellung und einem am weitesten nacheilenden Winkel, korrespondieren.DE 101 27 168 A1 discloses a locking device in which a locking pin cooperates with a stepped locking groove, wherein different plateaus of the stepped locking groove correspond to different locking positions, for example a most advanced angle, an intermediate position and a furthest retarded angle ,
Aus DE 102 53 496 ist eine Verriegelungseinrichtung bekannt, bei der ein erster Verriegelungspin zwischen einer Endlage "früh" und einer Mittenstellung eine "verriegelte Stellung" einnimmt, während ein zweiter Verriegelungspin eine "verriegelte Stellung" zwischen einer Endstellung "spät" und der Mittenstellung einnehmen kann. Mit einem Absinken eines Öldruckes auf Null kann der erste Verriegelungspin in die "verriegelte Stellung" gebracht werden, während der zweite Verriegelungspin weiterhin in der "entriegelten Stellung" verbleibt. Bei einem Anlassen der Brennkraftmaschine wird der Innenrotor durch ein Schleppmoment der Nockenwelle solange nach "spät" verstellt, bis der erste Verriegelungspin die Mittenstellung erreicht. Zu diesem Zeitpunkt gelangt auch der zweite Verriegelungspin in die "verriegelte Stellung". Nach erfolgtem Motorstart hebt der Regler den Öldruck in einer ersten Öldruckleistung, einer ersten Arbeitskammer und im Bereich des ersten Verriegelungspins. Dadurch wird der erste Verriegelungspin entriegelt, während der zweite Verriegelungspin in Druckkontakt mit dem zweiten Mittenanschlag gehalten wird. Für einen Übergang auf einen geregelten Betrieb erhöht der Regler den Druck in der zweiten Arbeitskammer, wodurch der zweite Verriegelungspin entriegelt wird, so dass sich der Innenrotor frei bewegen kann.From DE 102 53 496 a locking device is known in which a first locking pin between an end position "early" and a middle position assumes a "locked position", while a second locking pin occupy a "locked position" between an end position "late" and the center position can. With a drop in oil pressure to zero, the first lock pin can be brought into the "locked position" while the second lock pin remains in the "unlocked position". When starting the internal combustion engine, the inner rotor is adjusted by a drag torque of the camshaft as long as "late" until the first locking pin reaches the center position. At this time, the second locking pin also enters the "locked position". After the engine has started, the controller raises the oil pressure in a first oil pressure, a first working chamber and in the area of the first locking pin. Thereby, the first locking pin is unlocked, while the second locking pin is held in pressure contact with the second center stop. For a transition to In a controlled operation, the controller increases the pressure in the second working chamber, thereby unlocking the second lock pin so that the inner rotor can move freely.
Aus DE 199 18 910 A1 ist eine Verriegelungseinrichtung bekannt, die zwei in radialer Stellrichtung betätigbare Verriegelungspins aufweist.From DE 199 18 910 A1 discloses a locking device is known which has two operable in the radial direction locking pins.
Denkbar ist weiterhin eine Lösung mit einem Verriegelungspin, dem ein Ventil vorgeschaltet ist, welches abhängig von einem Nockenwellenwechselmoment Öldruck aus einer der Kammern auf den Pin leitet. Diese Lösung und die zuvor skizzierte Lösung mit einem Verriegelungspin mit zwei hydraulischen Steuerflächen zeichnen sich durch ein sehr schnelles Entriegeln bei einem Start der Brennkraftmaschine mit einem Aufbau des Druckes des Hydraulikmediums auf. Allerdings hat sich gezeigt, dass für derartige Systeme ungewollte, zu frühe Entriegelungen auftreten. Dies führt dazu, dass der Versteller zum Zeitpunkt der Entriegelung noch nicht vollständig und ausreichend mit dem Hydraulikmedium befüllt ist. Das führt wie eingangs erwähnt zu einer unerwünschten Geräuschentwicklung. Ein derartiges negatives Geräuschverhalten wird durch Einsatz eines konischen Verriegelungspins weiter begünstigt.Also conceivable is a solution with a locking pin, which is preceded by a valve which, depending on a camshaft alternating torque oil pressure from one of the chambers passes to the pin. This solution and the previously outlined solution with a locking pin with two hydraulic control surfaces are characterized by a very fast unlocking at a start of the internal combustion engine with a build-up of the pressure of the hydraulic medium. However, it has been shown that for such systems unwanted, too early unlocking occur. As a result, at the time of unlocking, the stage is not yet completely and sufficiently filled with the hydraulic medium. This leads as mentioned above to an undesirable noise. Such a negative noise behavior is further promoted by using a conical locking pin.
Ein weiterer Nachteil der bekannten Verriegelungseinrichtung ist die mangelnde Fähigkeit einer sicheren Verriegelung. Der Verriegelungspin kann erst dann einriegeln, wenn beim Abstellen der Brennkraftmaschine der Druck des Hydraulikmediums ausreichend niedrig ist und die Verriegelungssteuerzeit, beispiels- weise ein Endanschlag des Nockenwellenverstellers, mit dem Hydraulikmedium hinreichend genau eingestellt ist.Another disadvantage of the known locking device is the lack of ability of a secure locking. The locking pin can only lock when the pressure of the hydraulic medium is sufficiently low when the internal combustion engine is shut off and the locking control time, for example an end stop of the camshaft adjuster, is set sufficiently precisely with the hydraulic medium.
Aus dem Hause der Anmelderin ist ein Verriegelungspin bekannt, der eine Einführkontur besitzt sowie einen zylindrischen Teilbereich, der in voll eingeriegel- tem Zustand wirksam wird. Mit diesem System kann durch Einstellen einer "Basisstellung", beispielsweise eine Endlage "früh" oder Endlage "spät" mit dem Druck des Hydraulikmediums, eine sichere Verriegelung vor einem Abstellen der Brennkraftmaschine gewährleistet werden. Für ein zuverlässiges Entriegeln eines Verriegelungspins ist ein Grundspiel erforderlich, welches je nach Brennkraftmaschine variiert (minimales Verriegelungsspiel). Andererseits darf ein Maximalspiel nicht überschritten werden, da- mit es nicht zu unerwünschter Geräuschentwicklung kommt. Auch das Maximalspiel ist von dem eingesetzten Typ der Brennkraftmaschine abhängig. Der Abstand zwischen Minimalspiel und Maximalspiel definiert die zulässigen Fertigungstoleranzen. Liegen Minimal- und Maximalspiel sehr eng beieinander, so steigen Aufwand und Kosten für die Fertigung der Verriegelungseinrichtung.From the applicant's house a locking pin is known, which has an insertion contour and a cylindrical portion which becomes effective in the fully locked state. By means of this system, by setting a "basic position", for example an end position "early" or end position "late" with the pressure of the hydraulic medium, a secure locking can be ensured before stopping the internal combustion engine. For a reliable unlocking a locking pin a basic game is required, which varies depending on the engine (minimal locking clearance). On the other hand, a maximum play must not be exceeded so that unwanted noise does not develop. Also, the maximum game depends on the type of engine used. The distance between minimum clearance and maximum clearance defines the permissible production tolerances. If minimum and maximum play are very close together, the cost and costs for the production of the locking device increase.
Aufgabe der ErfindungObject of the invention
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine alternative Verriegelungseinrichtung vorzuschlagen, welcheThe invention has for its object to propose an alternative locking device, which
ein sicheres Verriegeln bei einem Abstellen der Brennkraftmaschine, ein sicheres Entriegeln je nach Bedarf, eine zuverlässige Vermeidung von ungewolltem, zu frühem Entriegelna secure locking when stopping the engine, a safe unlocking as needed, a reliable prevention of unwanted, too early unlocking
bei einem moderaten Fertigungsaufwand gewährleistet.guaranteed at a moderate production cost.
Zusammenfassung der ErfindungSummary of the invention
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Merkmale des unabhängigen Pa- tentanspruchs 1 gelöst. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich entsprechend bevorzugter Ausgestaltungen gemäß den abhängigen Patentansprüchen 2 bis 13.According to the invention the object is solved by the features of the independent patent claim 1. Further embodiments of the invention will become apparent according to preferred embodiments according to the dependent claims 2 to 13.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass an die Verriegelungseinrich- tung in unterschiedlichen Betriebsphasen unterschiedliche Anforderungen zu stellen sind:The invention is based on the finding that different requirements must be imposed on the locking device in different operating phases:
Für eine erste Betriebsphase (insbesondere abgeschaltete Brennkraft- maschine, während des Abschaltens und für einen Start der Brennkraftmaschine) sind die Kammern des Nockenwellenverstellers nur unzureichend mit dem Hydraulikmedium gefüllt, so dass ohne eine Verriegelung verhältnismäßig große Stellbewegungen möglich wären. Andererseits wirken auf den Nockenwellenversteller in diesem Betriebsbereich kleinere statische und dynamische Lasten als bei einem Betrieb der Brennkraftmaschine mit Leerlaufdrehzahl oder größeren Drehzahlen, so dass ein Verriegelungselement geringeren Beanspruchungen ausgesetzt ist. Erfindungsgemäß kommt für derartige Betriebsbereiche das erste Ver- riegelungselement zum Einsatz, welches gemäß einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung ein verhältnismäßig kleines Umfangsspiel aufweist.For a first operating phase (in particular switched-off combustion engine) machine, during shutdown and for a start of the internal combustion engine), the chambers of the camshaft adjuster are insufficiently filled with the hydraulic medium, so that relatively large positioning movements would be possible without a lock. On the other hand act on the camshaft adjuster in this operating range smaller static and dynamic loads than in an operation of the internal combustion engine at idle speed or higher speeds, so that a locking element is subjected to lower stresses. According to the invention, the first locking element is used for such operating ranges, which according to a particular embodiment of the invention has a relatively small peripheral clearance.
Eine zweite Betriebsphase ist beispielsweise für den Betrieb der Brenn- kraftmaschine mit Leerlaufdrehzahl, einer kleinen Drehzahl und/oder niedrigen Lastanforderungen gegeben. Bei der zweiten Betriebsphase ist eine Verriegelungsstellung gewünscht, welche im Wesentlichen der Verriegelungsstellung in der ersten Betriebsphase entspricht, wobei allerdings die dynamischen Beanspruchungen der Bauelemente der Verrie- gelungseinrichtung einschließlich des zweiten Verriegelungselementes inA second operating phase is given, for example, for the operation of the internal combustion engine with idling speed, a low rotational speed and / or low load requirements. In the second operating phase, a locking position is desired, which substantially corresponds to the locking position in the first operating phase, although the dynamic stresses of the components of the locking device including the second locking element in
Folge der auftretenden dynamischen Beanspruchungen des Nockenwellentriebes gestiegen sind. Andererseits sind in der zweiten Betriebsphase die Kammern des Nockenwellenverstellers hinreichend mit dem Hydraulikmedium befüllt. Aufgrund der hinreichenden Befüllung mit dem Hydraulikmedium sind unerwünschte Stellbewegungen nur erschwert möglich oder erfolgt eine Dämpfung derartiger Bewegungen, so dass eine Neigung zu Vibrationen zumindest vermindert ist. Erfindungsgemäß erfolgt in dieser zweiten Betriebsphase der Einsatz eines zweiten Verriegelungselementes, dessen Spiel gemäß einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung in Stellrichtung größer ist als das Spiel des ersten Verriegelungselementes. Demgemäß kann die Fertigungstoleranz für das zweite Verriegelungselement und einer zugeordneten Wirkfläche des Antriebselementes bzw. Abtriebselementes u. U. mit vergrößerter Toleranz erfolgen, wodurch der Fertigungsaufwand und die Fertigungskosten erfindungsgemäß verringert werden können.Result of the occurring dynamic loads of the camshaft drive have risen. On the other hand, in the second operating phase, the chambers of the camshaft adjuster are sufficiently filled with the hydraulic medium. Due to the sufficient filling with the hydraulic medium unwanted adjusting movements are possible only with difficulty or takes place damping of such movements, so that a tendency to vibration is at least reduced. According to the invention in this second phase of operation, the use of a second locking element, the game is greater according to a particular embodiment of the invention in the direction of adjustment than the game of the first locking element. Accordingly, the manufacturing tolerance for the second locking element and an associated active surface of the drive element or output element u. U. with increased tolerance take place, whereby the production cost and manufacturing costs can be reduced according to the invention.
In einer dritten Betriebsphase erfolgt eine Verstellung des Nockenwel- lenverstellers aus einer "Basisstellung", die durch das erste und zweiteIn a third phase of operation, an adjustment of the camshaft adjuster from a "basic position", which takes place through the first and second
Verriegelungselement vorgegeben ist, heraus, beispielsweise in Richtung "früh".Locking element is specified, out, for example, in the direction of "early".
Erstmals erfolgt somit erfindungsgemäß ein Einsatz von zwei Verriegelungs- elementen für eine Endlagenverrieglung. Während sich für eine Mittenverrieg- lung gemäß DE 102 53 496 u. U. eine Notwendigkeit eines Einsatzes von zwei Verriegelungspins allein infolge der Notwendigkeit einer Begrenzung in zwei entgegengesetzte Stellrichtungen von der Mittenstellung aus ergibt, ist von der erfindungsgemäßen Endlagenverriegelung nur eine Bewegung in eine Stellrich- tung erforderlich, was lediglich ein Verriegelungselement zwingend erforderlich erscheinen lässt. Erfindungsgemäß kommen somit zwei Verriegelungselemente zum Einsatz, die jeweils einzeln für sich und bspw. durch ihr jeweiliges Spiel zu den benachbarten Bauelementen, Ihre Dimensionierung, Ihre Ver- und Entriegelungscharakteristik den Anforderungen in der ersten genannten Betriebspha- se sowie der zweiten genannten Betriebsphase gezielt Rechnung tragen können.Thus, according to the invention, for the first time, two locking elements are used for an end position lock. While for a center lock according to DE 102 53 496 u. U. a need for an insert of two locking pins alone due to the need for a limitation in two opposite directions of adjustment results from the center position, only one movement in a direction is required by the Endlagenverriegelung invention, which only a locking element seems imperative. Thus, according to the invention, two locking elements are used, each of which bears the requirements in the first mentioned operating phase as well as the second mentioned operating phase individually individually and for example by their respective play to the adjacent components, their dimensions, their locking and unlocking characteristics can.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Verriegelungseinrichtung weist das erste Verriegelungselement ein Spiel von Null, von ungefähr Null oder ein Spiel in einer Größenordnung kleiner als das Spiel des zweiten Verriegelungselementes auf. Damit ist ein Spiel für abgeschaltete Brennkraftmaschine und für einen Neustart der Brennkraftmaschine nahezu ausgeschlossen und für einen hinsichtlich der Verbrennungsbedingungen und der Abgasbedingungen kritischen Start der Brennkraftmaschine liegen exakt definierte Steuerzeiten vor.According to a further embodiment of the locking device, the first locking element on a game of zero, about zero or a game in an order of magnitude smaller than the game of the second locking element. This is a game for shutdown internal combustion engine and a restart of the engine almost impossible and for a critical with respect to the combustion conditions and the exhaust conditions of the engine are exactly defined control times.
Ein derartiges geringes Spiel kann beispielsweise mit einer Spielpassung oder einer Übergangspassung erzielt werden. Eine weitere Verringerung des Fertigungsaufwandes kann für eine besondere Verriegelungseinrichtung herbeige- führt werden, indem das erste Verriegelungselement in der "verriegelten Stellung" mit einer Kontaktfläche an einer Gegenfläche des Antriebs- oder Abtriebselementes anliegt. Hierbei ist die Kontaktfläche und/oder die Gegenfläche gegenüber der Stellrichtung des ersten Verriegelungselementes um einen Nei- gungswinkel α geneigt. Das erste Verriegelungselement ist über ein Energiespeicherelement in Richtung der "verriegelten Stellung" beaufschlagt. Bei dem Energiespeicherelement handelt es sich beispielsweise um eine Feder, die das erste Verriegelungselement in Richtung der "verriegelten Stellung" beaufschlagt. Durch das Energiespeicherelement wird das erste Verriegelungsele- ment solange von der "entriegelten Stellung" weg bewegt, bis die Kontaktfläche und die Gegenfläche gegenseitig zur Anlage kommen. Damit ist die "verriegelte Stellung" nicht durch eine quer zur Stellrichtung orientierte, stirnseitig Anlage des ersten Verriegelungselementes gegeben, sondern durch die geneigte Kontaktfläche und die entsprechende Gegenfläche. Dies hat zur Folge, dass unab- hängig von Fertigungstoleranzen sowie davon, dass bei einer Herbeiführung der "verriegelten Stellung" des ersten Verriegelungselementes der Nockenwel- lenversteller exakt die gewünschte "Basisstellung" erreicht hat, eine spielfreie Anlage der Kontaktfläche und der Gegenfläche in Umfangsrichtung herbeigeführt werden. Bei entsprechend steifer Auslegung des Energiespeicherelemen- tes, insbesondere der Druckfeder, und bei geeigneter Wahl des Neigungswinkels α kann der Nockenwellenversteller auch für ein ungenaues Erreichen der idealen Basisstellung durch das Energiespeicherelement ein letztes Stück in Richtung der gewünschten "Basisstellung" verdreht werden.Such a small clearance can be achieved for example with a clearance fit or a transition fit. A further reduction in the production outlay can be achieved for a special locking device. be performed by the first locking element in the "locked position" rests with a contact surface on a mating surface of the drive or driven element. In this case, the contact surface and / or the mating surface is inclined relative to the direction of adjustment of the first locking element by an inclination angle α. The first locking element is acted upon via an energy storage element in the direction of the "locked position". The energy storage element is, for example, a spring which acts on the first locking element in the direction of the "locked position". As a result of the energy storage element, the first locking element is moved away from the "unlocked position" until the contact surface and the mating surface come into contact with one another. Thus, the "locked position" is not given by a transversely oriented to the direction of adjustment, frontally abutment of the first locking element, but by the inclined contact surface and the corresponding counter surface. As a result, regardless of manufacturing tolerances and the fact that the camshaft adjuster has exactly reached the desired "basic position" when the "locked position" of the first locking element is brought about, the contact surface and the counter surface are guided in the circumferential direction without play become. With a suitably rigid design of the energy storage element, in particular the compression spring, and with a suitable choice of the angle of inclination α, the camshaft adjuster can also be rotated a final distance in the direction of the desired "basic position" for inaccurate reaching of the ideal base position by the energy storage element.
Für ein Lösen des ersten Verriegelungselementes müssen die hydraulisch an dem ersten Verriegelungselement wirkenden Drücke Kräfte erzeugen, die größer sind als die Federkraft und etwaige zwischen Kontaktfläche und Gegenfläche wirkende Reibkräfte. Ein besonders leichtes Überführen des ersten Verriegelungselementes von der "verriegelten Stellung" in die "entriegelten Stellung" kann erfindungsgemäß erzielt werden, wenn der Neigungswinkel α der Kontaktfläche und der Gegenfläche gegenüber der Stellrichtung größer ist als der Selbsthemmungswinkel der Materialpaarung und Oberflächen von Kontaktfläche und Gegenfläche. Wie zuvor erwähnt sind die (dynamischen) Beanspruchungen zum Halten der Verriegelungsposition während der ersten genannten Betriebsphase kleiner als während der zweiten Betriebsphase. Dem kann gemäß einer weiteren Ausges- taltung der Erfindung dadurch Rechnung getragen werden, dass das erste Verriegelungselement geringer dimensioniert ist als das zweite Verriegelungselement. Demgemäß kommt in der ersten Betriebsphase ein "feineres" Verriegelungselement mit geringen Dimensionen zum Einsatz, für welches auf einfache Weise keine Toleranzen herbeigeführt werden können, während das zweite Verriegelungselement "grober" ausgebildet ist für eine Aufnahme größerer Kräfte bei gleichzeitig vergrößertem Spiel.For releasing the first locking element, the pressures acting hydraulically on the first locking element must generate forces which are greater than the spring force and any frictional forces acting between the contact surface and the counter surface. A particularly easy transfer of the first locking element of the "locked position" in the "unlocked position" can be achieved according to the invention, when the angle of inclination α of the contact surface and the counter surface relative to the direction of adjustment is greater than the self-locking angle of the material pairing and surfaces of contact surface and mating surface. As mentioned previously, the (dynamic) stresses for holding the locking position are smaller during the first mentioned operating phase than during the second operating phase. This can be taken into account according to a further embodiment of the invention in that the first locking element is dimensioned smaller than the second locking element. Accordingly, in the first phase of operation, a "finer" locking element with small dimensions is used, for which no tolerances can be brought about in a simple manner, while the second locking element is "coarser" designed for receiving larger forces while simultaneously increasing play.
Eine besonders einfache Ausgestaltung der Erfindung, die einen Neigungswinkel α ermöglicht, ist gegeben, wenn das erste Verrieglungselement im Bereich der Kontaktfläche eine Phase aufweist oder kegelig ausgebildet ist. Alternativ oder zusätzlich kann das erste Verriegelungselement Aufnahme finden in einer Bohrung des Antriebs- oder Abtriebselementes, welche kegelig ausgebildet ist oder eine Fase aufweist.A particularly simple embodiment of the invention, which allows a tilt angle α, is given when the first Verrieglungselement has a phase in the region of the contact surface or is formed conically. Alternatively or additionally, the first locking element can be found in a bore of the drive or driven element, which is conical or has a chamfer.
Für eine weitere erfindungsgemäße Verriegelungseinrichtung sind die Stellrichtungen der Verriegelungselemente parallel zur Rotationsachse des Antriebs- und/oder Abtriebselementes orientiert. Auf diese Weise kann der Einfluss von Fliehkräften des Verriegelungselementes in Folge einer Rotation des Nocken- wellenverstellers minimiert werden, da die Fliehkräfte nicht in Stellrichtung wir- ken und somit unerwünschte Verriegelungen oder Entriegelungen des Verriegelungselementes vermieden sind.For a further locking device according to the invention, the actuating directions of the locking elements are oriented parallel to the axis of rotation of the drive and / or driven element. In this way, the influence of centrifugal forces of the locking element as a result of rotation of the camshaft adjuster can be minimized since the centrifugal forces do not act in the adjusting direction and thus unwanted locking or unlocking of the locking element is avoided.
Zur Herbeiführung der Entriegelungsbewegungen der Verriegelungselemente ist es bei Nockenwellenverstellern mit "Basisposition" in "spät" vorteilhaft, wenn zur Entriegelung das erste Verriegelungselement durch einen Druck in einer Kammer, die zur Verstellung in Richtung "spät" beaufschlagt ist, während das zweite Verriegelungselement durch einen Druck in einer Kammer, die zur Verstellung in Richtung "früh" beaufschlagt wird, von der "verriegelten Stellung" in die "entriegelte Stellung" überführt wird. Ist die "Basisposition" in "früh", wird das erste Verriegelungselement mit Hydraulikmedium aus der Kammer "früh" und das zweite Verriegelungselement mit Hydraulikmedium aus der Kammer "spät" beaufschlagt.To induce the Entriegelungsbewegungen the locking elements it is advantageous in camshaft adjusters with "base position" in "late" when unlocking the first locking element by a pressure in a chamber which is acted upon for adjustment in the direction "late", while the second locking element by a Pressure in a chamber that is biased toward "early" from the "locked position" in the "unlocked position" is transferred. If the "base position" in "early", the first locking element with hydraulic medium from the chamber "early" and the second locking element with hydraulic medium from the chamber "late" is applied.
Während für das erste Verriegelungselement unter Umständen akzeptiert werden kann, dass in der "verriegelten Stellung" in Folge der Neigung der Kontaktfläche und/oder der GegenflächeWhile may be accepted for the first locking element under certain circumstances, that in the "locked position" due to the inclination of the contact surface and / or the mating surface
- ein Moment, welches auf eine Verstellung des Nockenwellenverstellers gerichtet ist sowie eine Kraft in Stellrichtung des ersten Verriegelungselementes- A moment which is directed to an adjustment of the camshaft adjuster and a force in the direction of the first locking element
erzeugt wird, ist es für das zweite Verriegelungselement entsprechend einer Weiterbildung der Erfindung vorteilhaft, wenn auf dieses in Folge der größeren wirkenden Momente derartige Kräfte nicht erzeugt werden. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erzielt, dass für das zweite Verriegelungselement die Kontaktfläche und die Gegenfläche des zweiten Verriegelungselementes und des Antriebs- bzw. Abtriebselementes ungefähr parallel zur Stellrichtung des Verriegelungselementes orientiert sind.is generated, it is advantageous for the second locking element according to a development of the invention, if such forces are not generated on this in consequence of the larger-acting moments. This is achieved according to the invention in that, for the second locking element, the contact surface and the mating surface of the second locking element and of the drive or driven element are oriented approximately parallel to the direction of adjustment of the locking element.
Besonders einfache Herstellungsmöglichkeiten und eine besonders einfache Möglichkeit zur Vorgabe eines Spieles ergibt sich, wenn das zweite Verriegelungselement im Bereich der Kontaktfläche eine zylinderförmige Mantelfläche aufweist, während die Gegenfläche des Antriebs- oder Abtriebselementes von einer zylindrischen Bohrung gebildet ist.Particularly simple production options and a particularly simple way to specify a game results when the second locking element in the region of the contact surface has a cylindrical lateral surface, while the counter surface of the drive or driven element is formed by a cylindrical bore.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen und der Beschreibung. Weitere Merkmale sind den Zeich- nungen - insbesondere den dargestellten Geometrien und den relativen Abmessungen mehrerer Bauteile zueinander sowie deren relativer Anordnung und Wirkverbindung - zu entnehmen. Die Kombination von Merkmalen unterschiedlicher Ausführungsformen der Erfindung oder von Merkmalen unterschiedlicher Patentansprüche abweichend von den gewählten Rückbeziehungen ist ebenfalls möglich und wird hiermit angeregt. Dies betrifft auch solche Merkmale, die in separaten Zeichnungsfiguren dargestellt sind oder bei deren Beschreibung genannt werden. Diese Merkmale können auch mit Merkmalen unterschiedli- eher Patentansprüche kombiniert werden.Advantageous developments of the invention will become apparent from the dependent claims and the description. Other features are the drawings - in particular the illustrated geometries and the relative dimensions of several components to each other and their relative arrangement and operative connection - refer. The combination of features of different embodiments of the invention or features of different Claims deviating from the chosen relationships is also possible and is hereby stimulated. This also applies to those features which are shown in separate drawing figures or are mentioned in their description. These features can also be combined with features of different claims.
Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung und den zugehörigen Zeichnungen, in denen Ausführungsbeispiele der Erfindung schematisch dargestellt sind. Es zeigen:Further features of the invention will become apparent from the following description and the accompanying drawings in which embodiments of the invention are shown schematically. Show it:
Figur 1 einen Nockenwellenversteller in einem Querschnitt;1 shows a camshaft adjuster in a cross section;
Figur 2 ein Detail einer erfindungsgemäßen Verriegelungseinrichtung mit einem zweiten Verriegelungselement;Figure 2 shows a detail of a locking device according to the invention with a second locking element;
Figur 3 ein Detail einer erfindungsgemäßen Verriegelungseinrichtung mit einem ersten Verriegelungselement undFigure 3 shows a detail of a locking device according to the invention with a first locking element and
Figur 4 ein Detail einer erfindungsgemäßen Verriegelungseinrichtung mit einer alternativen Ausgestaltung eines ersten Verriegelungselementes.Figure 4 shows a detail of a locking device according to the invention with an alternative embodiment of a first locking element.
Ausführliche Beschreibung der ErfindungDetailed description of the invention
Figur 1 zeigt einen Nockenwellenversteller 10 für eine Brennkraftmaschine, bei dem ein Antriebselement 11 , welches beispielsweise drehfest mit einem Kettenrad verbunden ist und von einer Steuerkette angetrieben wird, gegenüber ei- nem Abtriebselement 12, die beispielsweise drehfest mit einer Nockenwelle 13 gekoppelt ist, im Zuge einer Stellbewegung des Nockenwellenverstellers 10 um eine vertikal zur Zeichenebene orientierte Rotationsachse 14 definiert verdrehbar ist. In dem Antriebselement 11 sind Arbeitsräume 15 gebildet, die radial nach außen sowie in beide Umfangsrichtungen durch das Antriebselement 1 1 sowie radial nach innen durch eine Mantelfläche des Abtriebselementes 12 begrenzt sind. Flügel 16 des Abtriebselementes 1 1 unterteilen die Arbeitsräume 15 in eine Kammer 17, mittels welcher eine Verstellung des Nockenwellenvers- tellers 10 in Richtung "spät" erfolgt, sowie eine Kammer 18, bei deren hydraulischer Beaufschlagung eine Stellbewegung in Richtung "früh" erfolgt. In der in Figur 1 skizzierten Stellposition befindet sich der Nockenwellenversteller 10 in einer "Basisstellung" (hier Endlage "spät), für die sich ein Flügel 19 im Bereich eines Anschlages 20 befindet.Figure 1 shows a camshaft adjuster 10 for an internal combustion engine, in which a drive element 11, which is for example rotatably connected to a sprocket and driven by a timing chain, with respect to an output member 12, which is for example rotationally fixed to a camshaft 13, in the train an adjusting movement of the camshaft adjuster 10 is rotatable defined about a vertically oriented to the plane of rotation axis 14. In the drive element 11 working spaces 15 are formed, which are radial are limited to the outside and in both circumferential directions by the drive element 1 1 and radially inwardly by a lateral surface of the output element 12. Wings 16 of the output element 1 1 subdivide the working spaces 15 into a chamber 17, by means of which adjustment of the camshaft adjuster 10 takes place in the "late" direction, as well as a chamber 18, in the hydraulic actuation of which an adjusting movement takes place in the "early" direction. In the positioning position outlined in FIG. 1, the camshaft adjuster 10 is in a "basic position" (here end position "late"), for which a vane 19 is located in the region of a stop 20.
Der Nockenwellenversteller 10 besitzt ein erstes Verriegelungselement 21 sowie ein zweites Verriegelungselement 22, die in Umfangsrichtung um die Rotationsachse 14 verteilt sind und deren Stellrichtungen 23, 24, parallel zur Rotationsachse 14 orientiert sind. In der skizzierten "verriegelten Stellung" besitzt das Antriebselement 11 relativ zu dem Abtriebselement 12 in Folge des ersten Verriegelungselementes 21 ein Umfangsspiel 25, während über das zweite Verriegelungselement 22 ein Umfangsspiel 26 gewährleistet ist. Über einen Verbindungskanal 27 ist das erste Verriegelungselement 21 hydraulisch mit der Kammer 17 verbunden, wobei der Hydraulikdruck der Kammer 17 auf eine Stirnflä- che 28 des ersten Verriegelungselementes 21 wirkt. Entsprechend ist das zweite Verriegelungselement 22 über einen Verbindungskanal 29 hydraulisch mit einer Kammer 18 verbunden, so dass der Druck der Kammer 18 auf eine Stirnfläche 30 des zweiten Verriegelungselementes 22 wirkt.The camshaft adjuster 10 has a first locking element 21 and a second locking element 22, which are distributed in the circumferential direction about the rotation axis 14 and whose positioning directions 23, 24 are oriented parallel to the rotation axis 14. In the "locked position" outlined, the drive element 11 has a circumferential clearance 25 relative to the output element 12 as a result of the first locking element 21, while a circumferential clearance 26 is ensured via the second locking element 22. Via a connecting channel 27, the first locking element 21 is hydraulically connected to the chamber 17, wherein the hydraulic pressure of the chamber 17 acts on an end face 28 of the first locking element 21. Accordingly, the second locking element 22 is hydraulically connected via a connecting channel 29 to a chamber 18, so that the pressure of the chamber 18 acts on an end face 30 of the second locking element 22.
Figur 2 zeigt das zweite Verriegelungselement 22, welches in Stellrichtung 24 in einer Bohrung 31 des Abtriebselementes 12 geführt ist. Wird das zweite Verriegelungselement 22 aus der in Figur 2 skizzierten "verriegelten Stellung" weiter in die Bohrung 31 eingeschoben, bis die Stirnfläche 30 bündig mit dem Abtriebselement 12 abschließt, so ist die "entriegelte Stellung" erreicht, in der das Antriebselement 11 relativ zu dem Abtriebselement 12 verdrehbar ist. Diese "entriegelte Stellung" nimmt das zweite Verriegelungselement 22 ein, wenn das über den Verbindungskanal 29 der Stirnfläche 30 zugeführte Hydraulikmedium größere Kräfte auf die Stirnfläche 30 ausübt als die Druckfeder 32, die das zweite Verriegelungselement 22 rückwärtig abstützt. Mit einer Verringerung des auf die Stirnfläche 30 wirkenden Druckes des Hydraulikmediums kann, bei geeigneter relativer Lage zwischen Antriebselement 11 und Abtriebselement 12 ("Basisstellung"), in Folge der Vorspannung der Druckfeder 32 das zweite Ver- riegelungselement die in Figur 2 skizzierte "verriegelte Stellung" einnehmen. Das zweite Verriegelungselement 22 besitzt in dem in das Antriebselement 11 hineinragenden Endbereich eine zylinderförmige Mantelfläche 33. Das zweite Verriegelungselement 22 ist gemäß Figur 2 in der "verriegelten Stellung" in eine Bohrung 34 des Antriebselementes 11 eingetreten, wobei der Verbindungska- nal 29 seitlich in die Bohrung 34 oder Ausnehmung mündet. Zwischen einer Kontaktfläche 35 der Mantelfläche 33 und einer Gegenfläche 36 der Bohrung 34 ist das Umfangsspiel 26 ausgebildet, wobei Kontaktfläche 35 und Gegenfläche 36 parallel zueinander und zur Stellrichtung 24 orientiert sind. Sowohl die Bohrung 34 als auch die Mantelfläche 33 können über Einführfasen, Abschrä- gungen, kurvenförmige Längsschnitte verfügen, wobei es u. U. von Vorteil ist, wenn die Kontaktfläche 35 und die sich ausbildende Gegenfläche 36 parallel zueinander und zu der Stellrichtung 24 sind. Es versteht sich, dass abweichend zu dem dargestellten Ausführungsbeispiel die Bohrung zur Führung des zweiten Verriegelungselementes 22 in dem Antriebselement 11 vorgesehen sein kann, während sich die Bohrung 34 in dem Abtriebselement 12 befinden kann.Figure 2 shows the second locking element 22, which is guided in the direction of adjustment 24 in a bore 31 of the driven element 12. If the second locking element 22 is pushed further from the "locked position" sketched in FIG. 2 into the bore 31 until the end face 30 is flush with the output element 12, the "unlocked position" is reached, in which the drive element 11 moves relative to the Output element 12 is rotatable. This "unlocked position" occupies the second locking element 22 when the hydraulic medium supplied via the connecting channel 29 of the end face 30 exerts greater forces on the end face 30 than the compression spring 32 which carries the second locking element 22 is supported rearwardly. With a reduction in the pressure acting on the end face 30 pressure of the hydraulic medium can, in a suitable relative position between the drive element 11 and output element 12 ("base position"), as a result of the bias of the compression spring 32, the second locking member the sketched in Figure 2 "locked position "take. The second locking element 22 has in the end region projecting into the drive element 11, a cylindrical lateral surface 33. The second locking element 22 has, according to Figure 2 in the "locked position" in a bore 34 of the drive element 11 occurred, the Verbindungsungska- channel 29 laterally in the Hole 34 or recess opens. Between a contact surface 35 of the lateral surface 33 and a mating surface 36 of the bore 34, the circumferential clearance 26 is formed, wherein the contact surface 35 and mating surface 36 are oriented parallel to each other and to the adjusting direction 24. Both the bore 34 and the lateral surface 33 may have lead-in chamfers, bevels, curved longitudinal sections, whereby it is possible, inter alia, It is advantageous if the contact surface 35 and the counter surface 36 that forms are parallel to one another and to the direction of adjustment 24. It is understood that, unlike the illustrated embodiment, the bore for guiding the second locking element 22 may be provided in the drive element 11, while the bore 34 may be located in the output member 12.
Figur 3 zeigt das erste Verriegelungselement 21 , dessen in der skizzierten "verriegelten Stellung" in eine Ausnehmung 37 des Antriebselementes 11 hineinragender Endbereich kegelförmig oder mit einem Konus 38 ausgebildet ist. Die Ausnehmung 37 ist zumindest in eine Umfangsrichtung mit einer Schräge oder Fase 39 versehen. In Folge der Druckfeder 40 wird in der in Figur 3 skizzierten relativen Lage von Antriebselement 11 und Abtriebselement 12 das erste Verriegelungselement 21 so weit in die Ausnehmung 37 hineingedrückt, bis eine Kontaktfläche 41 , die von dem Konus 38 des zweiten Verriegelungselementes 22 gebildet ist, zur Anlage an eine Gegenfläche 42 kommt, die von der Fase 39 gebildet ist. Kontaktfläche 41 und Gegenfläche 42 sind gegenüber der Stellrichtung 23 um einen Winkel α geneigt, der größer als der Selbsthemmungswinkel der Materialpaarungen und der Oberflächen sein kann, insbesondere größer ist als 5°, 7° oder 9°.Figure 3 shows the first locking element 21, which in the sketched "locked position" in a recess 37 of the drive member 11 projecting end portion is formed conically or with a cone 38. The recess 37 is provided with a bevel 39 at least in a circumferential direction. As a result of the compression spring 40 in the sketched in Figure 3 relative position of the drive element 11 and output element 12, the first locking element 21 is pushed so far into the recess 37 until a contact surface 41, which is formed by the cone 38 of the second locking element 22 to Appendix to a mating surface 42 comes, which is formed by the chamfer 39. Contact surface 41 and counter surface 42 are inclined relative to the adjusting direction 23 by an angle α, which may be greater than the self-locking angle of the material pairings and the surfaces, in particular larger as 5 °, 7 ° or 9 °.
Die Konturen der Fase 39 und des Konus 38 können beliebig von der dargestellten Kontur gemäß Figur 3 abweichen und insbesondere rotationssymmet- risch oder nicht rotationssymmetrisch sein, im dargestellten Längsschnitt gera- denförmig oder beliebig kurvenförmig sein. Durch den Kontakt von Kontaktfläche 41 und Gegenfläche 42 erfolgt eine Verriegelung in eine Umfangsrichtung, während beispielsweise eine Verriegelung in die andere Umfangsrichtung in Folge des Kontaktes von Flügel 19 an Anschlag 20 erfolgen kann.The contours of the chamfer 39 and of the cone 38 can deviate arbitrarily from the illustrated contour according to FIG. 3 and, in particular, be rotationally symmetric or non-rotationally symmetrical, be straight or arbitrarily curved in the illustrated longitudinal section. By the contact of contact surface 41 and counter surface 42 is a lock in a circumferential direction, while, for example, a lock in the other circumferential direction as a result of the contact of wing 19 to stop 20 can take place.
Figur 4 zeigt eine alternative Ausgestaltung der Verriegelungseinrichtung mit einem ersten Verriegelungselement 21a, dessen Endbereich anstelle des Konus 38 gemäß Figur 3 ungefähr zylinderförmig, beispielsweise mit einer geringen Fase oder Abrundung, ausgebildet ist, während die Ausnehmung 37a über eine Fase 39a verfügt.Figure 4 shows an alternative embodiment of the locking device with a first locking element 21a, the end portion of which is approximately cylindrical, for example, with a slight chamfer or rounding instead of the cone 38 of Figure 3, while the recess 37a has a chamfer 39a.
Die Funktion der erfindungsgemäßen Verriegelungsrichtung ist wie folgt:The function of the locking direction according to the invention is as follows:
Vor einem Abstellen der Brennkraftmaschine wird die ungeregelte Basissteuer- zeit bzw. "Basisstellung" gemäß Figur 1 angefahren. In der "Basisstellung" verriegelt das zweite Verriegelungselement 22. Das erste Verriegelungselement 21 befindet sich in "Warteposition", kann allerdings in Folge eines zu hohen Öldruckes in der Kammer 17 noch nicht in die "verriegelte Stellung" gelangen. Sobald die Brennkraftmaschine komplett steht und die Kammer b keinen Druck des Hydraulikmediums mehr hat, gelangt das erste Verriegelungselement 21 in die "verriegelte Stellung". Hierbei kann es von Vorteil sein, wenn die Erstreckung der Fase 39 quer zur Stellrichtung 23 ungefähr so groß ist wie oder größer ist als das Umfangsspiel 26, so dass infolge der Druckfeder 40 die exakte Stellung zur Verriegelung des ersten Verriegelungselementes 21 herbeigeführt werden kann. Bei einem Neustart der Brennkraftmaschine bleiben zunächst beide Verriegelungselemente 21 , 22 in "verriegelter Stellung", bis der Druck des Hydraulikmediums in der Kammer 17 groß genug ist, um das erste Verriegelungselement 21 in die "entriegelte Stellung" zu überführen. Wegen der großen Menge des Hydraulikmediums in dem Nockenwellenversteller 10 führt das höhere Um- fangsspiel 26 des zweiten Verriegelungselementes 22 nicht zu unerwünschten Geräuschen. Mit einer Beaufschlagung der Kammer 18 entriegelt das zweite Verriegelungselement, so dass der Nockenwellenversteller 10 geregelt entspre- chend den Hydraulikverhältnissen in den Kammern 17, 18 in jede gewünschte Stellposition gebracht werden kann. Before switching off the internal combustion engine, the uncontrolled basic control time or "basic position" according to FIG. 1 is approached. In the "basic position" locks the second locking element 22. The first locking element 21 is in "waiting position", but can not reach the "locked position" in the chamber 17 due to an excessive oil pressure. As soon as the internal combustion engine is complete and the chamber b no longer has pressure of the hydraulic medium, the first locking element 21 reaches the "locked position". It may be advantageous if the extent of the chamfer 39 transverse to the adjustment direction 23 is about as large as or greater than the circumferential clearance 26, so that due to the compression spring 40, the exact position for locking the first locking element 21 can be brought about. When restarting the internal combustion engine, first both locking elements 21, 22 remain in the "locked position" until the pressure of the hydraulic medium in the chamber 17 is high enough to transfer the first locking element 21 into the "unlocked position". Because of the large amount of the hydraulic medium in the camshaft adjuster 10, the higher circumferential clearance 26 of the second locking element 22 does not lead to undesired noises. When the chamber 18 is acted upon, the second locking element is unlocked, so that the camshaft adjuster 10 can be regulated to the desired position in accordance with the hydraulic conditions in the chambers 17, 18.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
10 Nockenwellenversteller 31 Bohrung10 Camshaft adjuster 31 Bore
11 Antriebselement 32 Druckfeder11 drive element 32 compression spring
12 Abtriebselement 33 Mantelfläche12 output element 33 lateral surface
13 Nockenwelle 34 Bohrung13 camshaft 34 bore
14 Rotationsachse 35 Kontaktfläche14 rotation axis 35 contact surface
15 Arbeitsraum 36 Gegenfläche15 working space 36 mating surface
16 Flügel 37 Ausnehmung16 wings 37 recess
17 Kammer 38 Konus17 chamber 38 cone
18 Kammer 39 Fase18 chamber 39 chamfer
19 Flügel 40 Druckfeder19 leaves 40 compression spring
20 Anschlag 41 Kontaktfläche20 stop 41 contact surface
21 erstes Verriegelungselement 42 Gegenfläche21 first locking element 42 counter surface
22 zweites Verriegelungselement22 second locking element
23 Stellrichtung23 direction of adjustment
24 Stellrichtung24 direction of adjustment
25 Umfangsspiel25 perimeter game
26 Umfangsspiel26 circumferential game
27 Verbindungskanal27 connection channel
28 Stirnfläche28 face
29 Verbindungskanal29 connecting channel
30 Stirnfläche 30 face

Claims

Patentansprüche claims
1. Verriegelungseinrichtung für einen Nockenwellenversteller (10) einer Brennkraftmaschine mit a) einem Antriebselement (11 ) und einem Abtriebselement (12), die mit einer Stellbewegung des Nockenwellenverstellers (10) relativ zueinander bewegbar sind, und b) einem ersten Verriegelungselement (21 ) und einem zweiten Verriegelungselement (22), welche jeweils in einer "Basisstellung" des Antriebs- elementes (11 ) gegenüber dem Abtriebselement (12) von einer "entriegelten Stellung" in eine "verriegelte Stellung" bewegbar sind, in der die Verriegelungselemente (21 , 22) die relative Bewegbarkeit zwischen Antriebselement (11 ) und Abtriebselement (12) zumindest begrenzen. dadurch gekennzeichnet, dass c) die "Basisstellung" eine Endlage des Nockenwellenverstellers (10) ist.1. locking device for a camshaft adjuster (10) of an internal combustion engine with a) a drive element (11) and an output element (12) which are movable relative to each other with an actuating movement of the camshaft adjuster (10), and b) a first locking element (21) and a second locking element (22), each of which in a "base position" of the drive element (11) relative to the driven element (12) from a "unlocked position" in a "locked position" are movable, in which the locking elements (21, 22 ) Limit the relative mobility between the drive element (11) and output element (12) at least. characterized in that c) the "base position" is an end position of the camshaft adjuster (10).
2. Verriegelungseinrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Verriegelungselemente (21 , 22) aus unterschiedlichen Kammern (17, 18) des Nockenwellenverstellers beaufschlagt werden.2. Locking device according to claim 1, characterized in that the two locking elements (21, 22) from different chambers (17, 18) of the camshaft adjuster are acted upon.
3. Verriegelungseinrichtung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Verriegelungselement (21), welches für eine Abschaltung der Brennkraftmaschine wirksam ist, ein kleineres Umfangsspiel (25) aufweist als das zweite Verriegelungselement (22), welches nach der Ü- berführung des ersten Verriegelungselementes (21 ) von der "verriegelten Stellung" in die "entriegelte Stellung" in Teilbetriebsbereichen wirksam ist.3. Locking device according to claim 1 or claim 2, characterized in that the first locking element (21), which is effective for a shutdown of the internal combustion engine, a smaller circumferential clearance (25) than the second locking element (22), which after Ü transfer of the first locking element (21) from the "locked position" to the "unlocked position" is effective in partial operating areas.
4. Verriegelungseinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Verriegelungselement (21 ) ein Umfangsspiel (25) von ungefähr Null aufweist.4. Locking device according to claim 3, characterized in that the first locking element (21) has a circumferential clearance (25) of approximately zero.
5. Verriegelungseinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass a) das erste Verriegelungselement (21 ) in der "verriegelten Stellung" mit einer Kontaktfläche (41) an einer Gegenfläche (42) des Antriebselementes (1 1 ) oder Abtriebselementes (12) anliegt, wobei die Kontaktfläche (41 ) und/oder die Gegenfläche (42) gegenüber der Stellrich- tung (23) um einen Neigungswinkel α geneigt ist/sind und b) das erste Verriegelungselement (21 ) über ein Energiespeicherelement (Druckfeder 40) in Richtung der "verriegelten Stellung" beaufschlagt ist.5. Locking device according to claim 4, characterized in that a) the first locking element (21) in the "locked position" with a contact surface (41) on a mating surface (42) of the drive element (1 1) or output element (12) is applied, wherein the contact surface (41) and / or the mating surface (42) relative to the Stellrich- (23) by an inclination angle α is inclined / are and b) the first locking element (21) via an energy storage element (compression spring 40) is acted upon in the direction of the "locked position".
6. Verriegelungseinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Neigungswinkel α der Kontaktfläche (41 ) und der Gegenfläche (42) gegenüber der Stellrichtung (23) größer ist als der Selbsthemmungswinkel der Materialpaarung und Oberflächen von Kontaktfläche (41 ) und Gegenfläche (42).6. Locking device according to claim 5, characterized in that the inclination angle α of the contact surface (41) and the counter surface (42) relative to the adjustment direction (23) is greater than the self-locking angle of the material pairing and surfaces of contact surface (41) and counter surface (42). ,
7. Verriegelungseinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Verriegelungselement (21 ) geringer dimensioniert ist als das zweite Verriegelungselement (22).7. Locking device according to claim 6, characterized in that the first locking element (21) is dimensioned smaller than the second locking element (22).
8. Verriegelungseinrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch ge- kennzeichnet, dass das erste Verrieglungselement (21 ) im Bereich der Kontaktfläche (41 ) eine Fase aufweist, kegelig ausgebildet ist oder einen Konus (38) aufweist.8. Locking device according to one of claims 5 to 7, character- ized in that the first Verrieglungselement (21) in the region of the contact surface (41) has a chamfer, is conical or has a cone (38).
9. Verriegelungseinrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch ge- kennzeichnet, dass das erste Verrieglungselement (21) Aufnahme findet in einer Bohrung (34) des Antriebselementes (11 ) oder Abtriebselementes (12), welche kegelig ausgebildet ist oder eine Fase (39) aufweist.9. Locking device according to one of claims 5 to 8, character- ized in that the first Verrieglungselement (21) receiving takes place in a bore (34) of the drive element (11) or driven element (12), which is conically shaped or a chamfer ( 39).
10. Verriegelungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stellrichtungen (23, 24) der Verriegelungselemente (21 , 22) parallel zur Rotationsachse (14) des Antriebselementes (11 ) und/oder Abtriebselementes (12) orientiert sind. 10. Locking device according to one of the preceding claims, characterized in that the adjusting directions (23, 24) of the locking elements (21, 22) parallel to the axis of rotation (14) of the drive element (11) and / or driven element (12) are oriented.
11. Verriegelungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass a) das erste Verriegelungselement (21 ) durch einen Druck in einer Kammer (17), die zur Verstellung in Richtung "spät" beaufschlagt wird, von der "verriegelten Stellung" in die "entriegelte Stellung" überführt wird und b) das zweite Verrieglungselement (22) durch einen Druck in einer Kammer (18), die zur Verstellung in Richtung "früh" beaufschlagt wird, von der "verriegelten Stellung" in die "entriegelte Stellung" über- führt wird.11. Locking device according to one of the preceding claims, characterized in that a) the first locking element (21) by a pressure in a chamber (17), which is acted upon for adjustment in the direction "late", from the "locked position" in the "unlocked position" is transferred and b) the second Verrieglungselement (22) by a pressure in a chamber (18), which is acted upon for adjustment in the direction "early", from the "locked position" in the "unlocked position" on leads.
12. Verriegelungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Verriegelungselement (22) in der "verriegelten Stellung" mit einer Kontaktfläche (35) an einer Gegenfläche (36) des Antriebselementes (11) oder Abtriebselementes (12) anliegt, wobei die Kontaktfläche (35) und die Gegenfläche (36) ungefähr parallel zur Stellrichtung (24) des zweiten Verriegelungselementes (22) orientiert sind.12. Locking device according to one of the preceding claims, characterized in that the second locking element (22) in the "locked position" with a contact surface (35) on a mating surface (36) of the drive element (11) or output element (12) is applied, wherein the contact surface (35) and the mating surface (36) are oriented approximately parallel to the direction of adjustment (24) of the second locking element (22).
13. Verriegelungseinrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Verriegelungselement (22) im Bereich der Kontaktfläche (35) eine zylinderförmige Mantelfläche (33) aufweist und die Gegenfläche (36) des Antriebselementes (1 1 ) oder Abtriebselementes (12) von einer zylindrischen Bohrung (34) gebildet ist. 13. Locking device according to claim 12, characterized in that the second locking element (22) in the region of the contact surface (35) has a cylindrical lateral surface (33) and the mating surface (36) of the drive element (1 1) or driven element (12) of a cylindrical bore (34) is formed.
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