WO2008067935A2

WO2008067935A2 - Verstelleinrichtung

Info

Publication number: WO2008067935A2
Application number: PCT/EP2007/010306
Authority: WO
Inventors: Enrico Paul; Uwe Reuter; Holger Rudzinski; Ulrich Stubbemann
Original assignee: Daimler Ag
Priority date: 2006-12-04
Filing date: 2007-11-28
Publication date: 2008-06-12
Also published as: WO2008067935A3; US20090159024A1; US7681542B2; DE112007002915A5; DE112007002915B4

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Verstelleinrichtung zur Phaseneinstellung einer Nockenwelle (1) gegenüber einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine, die ein Hydrauliksystem (40) zur Versorgung der Verstelleinrichtung aufweist, mit einem Stellmittel (41) mit Arbeitskammern (4a-d, 5a-d), die von einer ein Steuerventil (6) aufweisenden Steuereinrichtung (42) beaufschlagbar und miteinander strömungsverbunden sind, wobei die Steuereinrichtung (42) über einen Druckölzulauf (9) mit dem Hydrauliksystem (40) verbunden ist, und ein Verfahren hierzu. Um eine Verstelleinrichtung zur Phaseneinstellung einer Nockenwelle (1) gegenüber einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine zu schaffen, die auch bei niedrigem Öldruck eine optimale Verstellfunktion aufweist und zugleich eine kompakte Bauweise sicherstellt, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass ein erstes Rückschlagventil (10) im Druckölzulauf (9) und ein zweites Rückschlagventil (15) zwischen den Arbeitskammern (4a-d und 5a-d) angeordnet sind.

Description

Verstelleinrichtung

Die Erfindung betrifft eine Verstelleinrichtung zur Phaseneinstellung einer Nockenwelle gegenüber einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Verstelleinrichtungen zur Phaseneinstellung einer Nockenwelle gegenüber einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine sind häufig nach dem Flügelprinzip ausgebildet, d.h. die Verstelleinrichtung weist ein Stellmittel auf, welches einen zur Nockenwelle drehfesten ersten Körper mit Flügeln und einen gegenüber dem ersten Körper verdrehbaren zweiten Körper mit Gegenflügeln umfasst. Die beiden Körper bilden mit ihren Flügeln zusammen Arbeitskammern aus, welche mit Hydraulikmittel beaufschlagbar sind. Das Verstellen dieses hydraulischen Flügelverstellers bzw. Nockenwellenverstellers führt prinzipbedingt zu einem Einbruch des Öldrucks im Zulauf des Nockenwellenverstellers. Deshalb kann der Öldruck bei heißem Motor und niedriger Motordrehzahl beim Betätigen des Nockenwellenverstellers unerwünscht unter den erforderlichen Minimaldruck des Motors fallen. Die Folge ist beispielsweise ein erhöhter Verschleiß an einem Nockenwellenlager und eine reduzierte Motorlebensdauer. Zur Vermeidung eines derartigen Öldruckeinbruchs kann z.B. die Ölpumpe größer dimensioniert werden. Dies erhöht allerdings durch die damit verbundene höhere Leistungsaufnahme des Nebenaggregates den bei gleicher Fahrleistung erforderlichen Kraftstoffverbrauch des Fahrzeugs. Eine Alternative dazu stellen Druckspeicher dar, die allerdings einen größeren Bauraum erfordern, der meist nicht zur Verfügung steht .

Neuartige Nockenwellenversteller weisen eine hydraulische Schaltung auf, mit der die Betätigung der Winkelverstellung passiv durch ein über eine Wellenumdrehung ein oder mehrmals wechselndes Nockenwellenmoment erfolgt. Derartige Nockenwellenversteller zeigen trägheitsbedingt allerdings nur eine „passive Verstellfunktion" bis zu einer gewissen maximalen Grenzdrehzahl oberhalb derer keine Verstellung möglich ist. Die erforderliche Verstellgeschwindigkeit nimmt aber bereits unterhalb dieser Grenzdrehzahl mit steigender Umdrehungsgeschwindigkeit kontinuierlich ab.

Seit einiger Zeit sind Ausführungen von Verstellern bekannt, die das wechselnde Moment der Nockenwelle nutzen, um die Verstellung durch Öldruck zu unterstützen. Diese Versteller benötigen als Zusatzbauteil ein Rückschlagventil, das vor einem zur Steuerung notwendigen Proportionalventil in der Öldruckversorgung angeordnet ist. Mit Hilfe dieses Rückschlagventils wird ein Rückströmen, welches durch das Entgegenwirken des Nockenwellenmoments gegen die gewünschte Verstellrichtung erzeugt wird, in den Motorölkreislauf verhindert. Entspricht die Wirkrichtung des Nockenwellenmoments der gewünschten Verstellrichtung, so wirkt der Nockenwellenversteller als Pumpe und saugt Öl aus dem Motorölkreislauf in den Versteller. Dies kann insbesondere bei schnellen Verstellvorgängen zu einem Einbruch des Motoröldrucks führen, welcher bei niedriger Motordrehzahl und heißem Motoröl die Grenzwerte unterschreiten kann.

Ferner ist es möglich das Wechselmoment des Verstellers als Antrieb zu nutzen. Hierzu muss der Abfluss der in Verstellrichtung liegenden Kammer mit dem Zufluss der Gegenkammer verbunden werden. Damit nur der Anteil des Nockenwellenmoments in Verstellrichtung wirkt, muss über die Steuerung die Fließrichtung des Öls vorgegeben sein. Dies kann über Rückschlagventile sichergestellt werden. Ein Versteller nach diesem Wirkprinzip benötigt aus dem Motorölkreislauf einmalig das für die Füllung der Verstellkammern notwendige Öl sowie kontinuierlich Leckageöl, wobei ein Öldruckeinbruch beim Verstellvorgang nicht auftritt. Bei diesem Verstellprinzip fällt jedoch die Verstelldynamik zu hohen Drehzahlen hin kontinuierlich ab. Ab einer Maximaldrehzahl ist dann keine Verstellung mehr möglich.

Ein hydraulischer Nockenwellenversteller nach dem Flügelprinzip ist aus der EP 1 073 830 Al bekannt. Dieser entnimmt zur Verstellung über ein in einer zentralen Befestigungsschraube hydraulisch günstig positioniertes Steuerventil das benötigte Öl aus der Nockenwelle. Der Versteller kann aufgrund der durch kurze Steuerleitungen minimierten Druckverluste auch bei niedrigem Öldruck verstellen, allerdings ist ein Druckeinbruch unvermeidbar.

Aus der US 5 107 804 ist ein Passiwersteller bekannt, der neben einem Rückschlagventil im Ölzulauf der

Öldruckversorgung zusätzlich jeweils ein Rückschlagventil in der Ölzuführung vom Steuerventil zu jeder vor- und rückstellenden hydraulische Arbeitskammer aufweist. Dies erhöht die Anzahl der Bauteile und führt bei mehr als zwei Arbeitskammern zu aufwändigen Ölkanälen und damit verbundenen erhöhten Fertigungskosten. Die Verstellung im oberen Drehzahlbereich ist mit dieser Schaltung aufgrund der mechanischen Trägheit nur sehr eingeschränkt möglich.

Aus der DE 42 29 201 C2 ist ein gattungsgemäßer Nockenwellenversteller bekannt, dessen hydraulische Schaltung mit einem Schaltventil versehen ist, welches den Ölrücklauf aus den kleiner werdenden Arbeitskammern wahlweise zu den vorstellenden Arbeitskammern oder in den Tank leitet. Hierdurch kann der Versteller mittels elektromagnetischer Betätigung von einer „passiven Verstellung" durch die Nockenwellenmomente auf eine „aktive Verstellung" durch Öldruck umgeschaltet werden. Nachteilig ist das zusätzliche Ventil mit einer separaten elektrischen Beschaltung, was den Versteller und die zugehörige Motorsteuerung aufwändiger und kostenintensiver macht.

Zusätzlich ist aus der EP 1 221 540 Al ein Nockenwellenversteller mit reduziertem Steuerungsaufwand bekannt. Die Reduzierung des Steuerungsaufwandes wird durch den Ersatz einer magnetischen Betätigung durch eine Öldruckoder Fliehkraftbetätigung des Umschaltventils für die Betriebsart erreicht. Die hydraulische Schaltung erfordert allerdings aufgrund der Anordnung von Steuerventil, Rückschlagventilen und Schaltventil im Nockenwellenversteller einen erhöhten Bauraum.

Es ist insbesondere die Aufgabe der Erfindung, eine Verstelleinrichtung zur Phaseneinstellung einer Nockenwelle gegenüber einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine zu schaffen, die auch bei niedrigem Öldruck eine optimale Verstellfunktion aufweist und zugleich eine kompakte Bauweise sicherstellt .

Vorteilhafterweise erfährt die erfindungsgemäße Verstelleinrichtung im gesamten Betriebsbereich keinen für die Motorschmierung kritischen Öldruckeinbruch, da die Betätigung der Verstelleinrichtung immer in der für den Motor günstigsten Betriebsart erfolgt. Bei niedrigem Öldruck erfolgt eine „passive" Verstellung, d.h. die Betätigung der Verstelleinrichtung durch das Nockenwellenmoment durch die verdrängende Umsteuerung des Öls aus den kleiner werdenden Arbeitskammern in die größer werdenden Arbeitskammern. Bei hohem Öldruck erfolgt eine „aktive" Verstellung, d.h. die Betätigung direkt durch den Öldruck. Werden die Rückschlagventile und/oder das Vorschaltventil vorteilhaft in den Versteller integriert, ist eine besonders kompakte Ausführung der Verstelleinrichtung möglich. Besonders vorteilhaft ist dabei eine Lösung, bei der zumindest die zur Ausführung der Schaltung erforderlichen Rückschlagventile in das Ventilgehäuse integriert werden.

Ein weiterer Vorteil insbesondere für eine schnelle Verstellung bei tiefen Öltemperaturen bei zugleich kompakter Ausführung der Vorrichtung ergibt sich, wenn die Schaltung mit einem Steuerventil ausgestattet ist, bei dem der Steuerschieber innerhalb des Bauraums der zentralen Befestigungsschraube der Verstelleinrichtung an der angetriebenen Welle integriert ist, wobei zugleich ein oder mehrere Rückschlagventile der hydraulischen Schaltung ebenfalls innerhalb oder an der zentralen

Befestigungsschraube angeordnet sind. Dies ermöglicht eine besonders kostengünstige und einfache Herstellung sowie eine einfache und sichere Montage der erfindungsgemäßen Verstelleinrichtung . Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Figurenbeschreibung. In den Figuren sind drei Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.

Dabei zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Verstelleinrichtung zur Phaseneinstellung einer Nockenwelle gegenüber einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine mit zwei Rückschlagventilen und einem Vorschaltventil zur Umschaltung der hydraulischen Betriebsart in einer voreilenden Regelstellung, wobei das Vorschaltventil geschlossen ist,

Fig. 2 die Verstelleinrichtung gemäß Figur 1 im

Längsschnitt mit den Ölkanälen zwischen Steuerventil und Verstellkammern,

Fig. 3 die Verstelleinrichtung im Längsschnitt in einer voreilenden Regelstellung mit dem Vorschaltventil im geöffneten Zustand,

Fig. 4 die Verstelleinrichtung gemäß Fig. 2 im Querschnitt mit zugehöriger hydraulischer Schaltung,

Fig. 5 die Verstelleinrichtung im Längsschnitt in einer nacheilenden Regelstellung mit dem Vorschaltventil im geschlossenen Zustand,

Fig. 6 die Verstelleinrichtung gemäß Figur 5 im

Längsschnitt mit den Ölkanälen zwischen Steuerventil und Verstellkammern, Fig. 7 die Verstelleinrichtung in einer nacheilenden

Regelstellung im Querschnitt mit dem Vorschaltventil im geschlossenen Zustand mit zugehöriger hydraulischer Schaltung, Fig. 8 die Verstelleinrichtung im Längsschnitt in einer nacheilenden Regelstellung mit dem Vorschaltventil im geöffneten Zustand, Fig. 9 die Verstelleinrichtung im Längsschnitt in einer neutralen Mittelstellung mit dem Vorschaltventil im geschlossenen Zustand, Fig. 10 die Verstelleinrichtung gemäß Fig. 7 im Querschnitt mit zugehöriger hydraulischer Schaltung, Fig. 11 die Verstelleinrichtung im Querschnitt mit einer

Drossel in der Druckbeaufschlagung des

Vorschaltventils , Fig. 12 die Verstelleinrichtung gemäß Fig. 11 im

Längsschnitt A-A, Fig. 13 die Verstelleinrichtung im Querschnitt mit einer

Drossel und einem dritten Rückschlagventil in parallelen Ölkanälen zur Druckbeaufschlagung des

Vorschaltventils , Fig. 14 die Verstelleinrichtung gemäß Fig. 13 im

Längsschnitt A-A, Fig. 15 die Verstelleinrichtung im Querschnitt mit den

Verbindungskanälen zwischen Drossel, drittem

Rückschlagventil und Druckraum des Vorschaltventils Fig. 16 eine schematische Darstellung eines

Hydrauliksystems der Verstelleinrichtung mit einer

Drossel in der Ölbeaufschlagung des Vorschaltventils, Fig. 17 eine schematische Darstellung eines

Hydrauliksystems der Verstelleinrichtung mit einer

Drossel und einem Rückschlagventil in zwei parallelen

Kanälen zur Druckbeaufschlagung des Vorschaltventils, Fig. 18 eine Verstelleinrichtung, bei welcher eine

Innenhülse eines Steuerventils an der Nockenwelle befestigt ist, Fig. 19 eine Verstelleinrichtung, bei welcher die

Innenhülse des Steuerventils einstückig mit der

Nockenwelle ausgebildet ist, und Fig. 20 eine Verstelleinrichtung, bei welcher das

Vorschaltventil innerhalb einer Befestigungsschraube angeordnet ist.

Die Figuren 1 bis 10 zeigen eine erfindungsgemäße Ausführung einer Verstelleinrichtung zur Phaseneinstellung einer Nockenwelle 1 gegenüber einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine in unterschiedlichen Schaltstellungen. Die Verstelleinrichtung liegt im Antrieb einer Nockenwelle 1 von der hier nicht dargestellten Kurbelwelle der Brennkraftmaschine und wird von einem Hydrauliksystem der Brennkraftmaschine mit Hydraulikmittel versorgt.

Zur Phaseneinstellung bzw. Verstellung weist die Verstelleinrichtung ein Stellmittel auf, welches einen zur Nockenwelle 1 drehfesten ersten Körper 2 und einen gegenüber dem ersten Körper 2 verdrehbaren zweiten Körper 3 umfasst, wobei über den zweiten Körper 3 die hier nicht dargestellte Antriebsverbindung zur Kurbelwelle läuft, wobei der zweite Körper 3 aus mehreren Teilkörpern 3a bis 3d zusammengesetzt sein kann. Die beiden Körper 2 und 3 bilden zusammen Gruppen von Arbeitskammern 4a bis 4d und 5a bis 5d aus. Die Arbeitskammern 4a bis 4d und 5a bis 5d sind von einer Steuereinrichtung mit Hydraulikmittel beaufschlagbar, welche ein Steuerventil 6 aufweist. Das Steuerventil 6 weist einen in einem Ventilgehäuse 7 geführten Steuerkolben 8 auf, der über einen Stellmagneten 43 gegen die Kraft einer Ventilfeder 44 beaufschlagbar ist. Das Ventilgehäuse 7 kann in die Nockenwelle 1 eingeschraubt, eingepresst, eingeklebt oder mit dieser durch Löten oder Schweißen verbunden sein. Das Drucköl gelangt über einen Druckölzulauf 9 von der Nockenwelle 1 in das Steuerventil 6. Im Druckölzulauf 9 ist ein erstes Rückschlagventil 10 vorgesehen, das im Ausführungsbeispiel aus einer Ventilkugel 10a und einem Ventilsitz 10b besteht.

Vorzugsweise wird als Steuerventil 6 ein 5/3 -Wege- Proportionalventil verwendet, bei dem eine der beiden Arbeitskammergruppen 4a bis 4d oder 5a bis 5d neben einem zuführenden Ölanschluß 11 am Steuerventil 6 zusätzlich einen Überlaufkanal 12 zu einem weiteren Anschluß 13 am Steuerventil 6 aufweist. Dieser Überlaufkanal 12 wird innerhalb des Steuerventils 6 mit einem Rückführkanal 14 der jeweils anderen Arbeitskammern 5a bis 5d oder 4a bis 4d so auf ein zweites Rückschlagventil 15 geführt, dass dieses bei der Entleerung durch kleiner werdende Arbeitskammern 5a bis 5d oder 4a bis 4d den Ölstrom in Richtung der größer werdenden Arbeitskammer 4a bis 4d oder 5a bis 5d freigibt und in die Gegenrichtung sperrt bzw. das den Rücklauf aus den jeweils kleiner werdenden Kammern 4a bis 4d oder 5a bis 5d in Richtung der jeweils größer werdenden Kammern 5a bis 5d oder 4a bis 4d freigibt und die Gegenrichtung sperrt. Der Strom von einer Arbeitskammer 4a bis 4d oder 5a bis 5d zur anderen Arbeitskammer 5a bis 5d oder 4a bis 4d wird grundsätzlich nur vom zweiten Rückschlagventil 15 freigegeben bzw. in der Gegenrichtung gesperrt . Daher können die beiden Rückschlagventile 10 und 15 auf die unterschiedlichen Strömungs- und Druckanforderungen hin angepasst ausgelegt werden. Das Hydrauliksystem hat in keiner Stellung des Steuerkolbens 8 eine ungewollte Schaltung zum Tank 16.

Mindestens eines oder auch beide Rückschlagventile 10 bzw. 15 können in das Steuerventil 6 integriert oder am Steuerventil 6 angebracht werden. Das zweite Rückschlagventil 15 kann platzsparend innerhalb des Steuerkolbens 8 oder am Steuerkolben 8 untergebracht werden. Insbesondere kann das Steuerventil 6 mit den Rückschlagventilen 10 und 15 für eine besonders kompakte Ausführung in eine zentrale Spannschraube 17 zur Befestigung des Nockenwellenverstellers an der Nockenwelle 1 integriert werden. In der vorliegenden Ausführungsform wird das Ventilgehäuse 7 von zumindestens einem vorzugsweise hohlzylindrischen Teilabschnitt 7b der zentralen Befestigungsschraube 17 gebildet. Der Steuerkolben 8 ist zumindest teilweise als Hohlzylinder mit außenliegenden Ringstegen 8a ausgeführt und wird auf seinem äußeren Umfang an der hohlzylindrischen Innenwand 7a des Ventilgehäuses 7 axial verschiebbar geführt. Die Innenwand 8b des Steuerkolbens 8 ist axial verschieblich auf dem Außendurchmesser 18a einer hohlzylindrischen Innenhülse 18 gelagert, die über einen Hülsenfuß 18b fest mit der Innenwand 7a des Ventilgehäuses verbunden ist. Alternativ hierzu kann die Innenhülse 18 des Steuerventils 6 gemäß Fig. 18 an der Nockenwelle 1 befestigt oder gemäß Fig. 19 mit der Nockenwelle 1 zusammen bzw. einstückig ausgebildet sein. Der Hülsenfuß 18b bildet mit seiner dem Steuerkolben 8 abgewandten Axialfläche 18c zugleich den begrenzenden Anschlag für den Ventilkörper 10a des ersten Rückschlagventils 10. Bei der vorliegenden Ausführung liegt das zweite Rückschlagventil 15 in der einem Ventilgehäuse 7 zugeordneten Innenhülse 18 des Steuerventils 6 und das erste Rückschlagventil 10 direkt im Ventilgehäuse 7.

Gemäß der in den Figuren 1 bis 10 dargestellten Ausführungsart bildet das Steuerventil 6 in Abhängigkeit der unterschiedlichen axialen Stellungen des Steuerkolbens 8 mit seinen Ringstegen 8a bis 8c im Zusammenwirken mit den radialen Anschlussöffnungen 11,13,20 und 21 am Ventilgehäuse 7, den radialen Durchbrüchen 18d, 18e der Innenhülse 18 und dem Überlaufkanal 12 im mit der Nockenwelle 1 verbundenen ersten Körper 2 der Steuereinrichtung verschiedene Steuerzustände aus, bei denen die Steuereinrichtung die angetriebene Nockenwelle 1 gegenüber der treibenden, nicht dargestellten Kurbelwelle in eine voreilende oder nacheilende Stellung dreht oder diese in einer Mittelstellung hält. Ein zusätzliches Vorschaltventil 19, vorzugsweise ein öldruckbetätigtes 2/2 -Wege Schaltventil, ermöglicht dabei die Umschaltung zwischen einer passiven Betriebsart, bei der die Verstelleinrichtung durch die Wechselmomente der angetriebenen Nockenwelle 1 verstellt wird, und einer aktiven Betriebsart des Nockenwellenverstellers, bei der die Verstelleinrichtung durch den Öldruck der Hydraulikquelle 22 hydraulisch aktiv verstellt wird.

Die Figuren 1 bis 4 zeigen die Verstelleinrichtung in einem voreilenden Steuerzustand, wobei die Figuren 1 und 3 jeweils einen Längsschnitt durch die Verstelleinrichtung darstellen, in der ein Vorschaltventil 19 vorzugsweise innerhalb des mit der Nockenwelle 1 verbundenen drehfesten ersten Körpers 2 in einer Orientierung der Bewegungsachse des Vorschaltventils parallel zur Drehachse der Verstelleinrichtung bzw. der Nockenwelle 1 eingebracht ist. Alternativ hierzu kann das Vorschaltventil 19 gemäß Fig. 20 innerhalb oder an der Befestigungsschraube 17 zur Befestigung der

Verstelleinrichtung an der Nockenwelle 1 oder innerhalb des Ventilgehäuses 7 oder am Ventilgehäuse 7 angeordnet sein. Figur 4 stellt die bevorzugte Verstelleinrichtung in einem Querschnitt dar, wobei die hydraulische Funktion in Form des zugehörigen schematischen hydraulischen Schaltplans gezeigt ist. Figur 2 zeigt die bevorzugte Verstelleinrichtung mit den bei geschlossenem Vorschaltventil 19 durch das Steuerventil 6 zwischen den Kammern 4a bis 4d und 5a bis 5d gebildeten Ölkanälen, wobei eine passive Betriebsart der Verstelleinrichtung geschaltet ist. Dabei gewährleistet der Steuerkolben 8 des Steuerventils 6 in der dargestellten axialen Position über die radiale Öffnung 18e in der Innenhülse 18 sowie die radiale Öffnung 8e im hohlzylindrischen Steuerkolben 8 und die Anschlußöffnung 20 im Ventilgehäuse 7 einen Durchgang vom mediengefüllten Innenraum 9a der Innenhülse 18 über mindestens einen radialen Kanal 23 im Innenkörper 2 der Verstelleinrichtung zu den Kammern 4a bis 4d. Zugleich wird in dieser axialen Stellung des Steuerkolbens 8 eine Verbindung von den Kammern 5a bis 5d über mindestens einen radialen Kanal 24 und den Überströmkanal 12 zum Anschluß 13 am Ventilgehäuse und von diesem über die radialen Öffnungen 8f im Steuerkolben 8 und 18d in der zylindrischen Wand der Innenhülse bis in den Innenraum 9b der Innenhülse geschaffen, wobei der Ventilkörper 15b des zweiten Rückschlagventils 15 den Öldurchtritt vom Innenraum 9b über die Bohrung 15c im Ventilkörper 15b zum Innenraum 9a der Innenhülse 18 freigibt und in der Gegenrichtung sperrt. Liegt während eines Umlaufs der Nockenwelle 1 um deren Drehachse Ia zumindest kurzzeitig ein Nockenwellenmoment vor, das durch die hydraulische Abstützung der Nockenwelle 1 über den Innenkörper 2 mit dessen Flügelvorsprüngen 2a bis 2d auf der Ölsäule der Kammern 5a bis 5d den Druck in diesen Kammern 5a bis 5d gegenüber den Kammern 4a bis 4d erhöht, kann das Öl der Kammern 5a bis 5d über den beschriebenen Verbindungskanal zum Innenraum 9b der Innenhülse 18 gelangen und strömt über das in Richtung des Innenraums 9a freigebende zweite Rückschlagventil 15, den Innenraum 9a über den beschriebenen Verbindungskanal zu den mit zeitgleich geringerem Druck beaufschlagten vorverstellenden Kammern 4a bis 4d. Hierdurch kann die Verstelleinheit das Ölvolumen der Kammern 4a bis 4d um den verdrängten Volumenbetrag der Kammern 5a bis 5d vergrößern, ohne dass hierfür ein Ölstrom von der Druckversorgung 22 über den Druckölkanal 9 und das erste Rückschlagventil 10 in die Verstelleinrichtung notwendig ist. Der Ölstrom von der zuletzt beschriebenen Druckölversorgung dient ausschließlich dem Ausgleich von auftretenden äußeren Leckagen der Verstelleinrichtung. Die beschriebene hydraulische Schaltung gewährleistet bei geschlossenem Vorschaltventil 19 eine Verdrehung der Nockenwelle 1 gegenüber der nicht dargestellten antreibenden Kurbelwelle allein über die von der Nockenwelle 1 auf die Verstelleinheit aufgebrachten Wechselmomente.

Das Vorschaltventil 19 zur Vorgabe der Betriebsart der Verstelleinrichtung kann gemäß Figur 3 durch Öldruckbeaufschlagung des Ventilkolbens 19a durch den hydraulischen Druck im Druckraum 19b gegen die Federkraft der Druckfeder 19c von der geschlossenen Stellung in die geöffnete Stellung bewegt werden. Die hydraulische Stellkraft wird hierbei durch die Wirkung des Öldrucks auf die Kolbenfläche 19g über die Druckabstützung gegen den Trennsteg 19d erzeugt, wobei die Bewegung des Ventilkolbens 19a durch die Entlüftungskanäle 19e und 19f am Vorschaltventil unterstützt wird. Durch die Bewegung des Ventilkolbens 19a in die dargestellte geöffnete Stellung werden die Kammern 5a bis 5d in der dargestellten axialen Position des Steuerkolbens 8 anschließend an den bereits beschriebenen Kanal zum Anschluß 13 am Steuerventil 6 von diesem aus über den Rückführkanal 14 und den radialen Kanal 21a am Anschluß 21 des Steuerventils 6 mit der Absteueröffnung 25 zum Tank 16 verbunden. Dabei wird die Verstelleinrichtung von der passiven Betriebsart bei geschlossenem Vorschaltventil 19 auf eine hydraulisch aktive Betriebsart bei geöffnetem Vorschaltventil 19 umgeschaltet. Hierdurch erfolgt die relative Verstellung der Nockenwelle 1 gegenüber der nicht dargestellten antreibenden Kurbelwelle in die voreilende Position mit Hilfe der Druckdifferenz an den radialen Flügelvorsprüngen 2a bis 2d des Innenteils 2 zwischen den von der Druckquelle 22 beaufschlagten Kammern 4a bis 4d und den auf den Tank geschalteten Kammern 5a bis 5d.

Die Figuren 5 bis 8 zeigen die Verstelleinrichtung in einem nacheilenden Steuerzustand. Figur 5 zeigt einen Längsschnitt durch die Vorrichtung mit einem Vorschaltventil 19 in geschlossener Stellung, wobei das Vorschaltventil 19 vorzugsweise innerhalb des mit der Nockenwelle 1 verbundenen drehfesten ersten Körpers 2 in einer Orientierung der Bewegungsachse des Vorschaltventils parallel zur Drehachse der Verstelleinrichtung bzw. der Nockenwelle 1 eingebracht ist. In Figur 6 sind die bei geschlossenem Vorschaltventil 19 zwischen den Kammern 4a bis 4d und 5a bis 5d gebildeten Ölkanäle dargestellt. Figur 7 zeigt die bevorzugte Verstelleinrichtung entsprechend Figur 5 in einem Querschnitt, wobei die hydraulische Funktion in Form des zugehörigen schematischen hydraulischen Schaltplans dargestellt ist. Bei geschlossenem Vorschaltventil 19 liegt eine passive Betriebsart der Verstelleinrichtung vor. Dabei gewährleistet der Steuerkolben 8 des Steuerventils 6 in der dargestellten axialen Position über die radiale Öffnung 18e in der Innenhülse 18 sowie die radiale Öffnung 8e im hohlzylindrischen Steuerkolben 8 und die Anschlußöffnung 11 im Ventilgehäuse 7 einen Durchgang vom mediengefüllten Innenraum 9a der Innenhülse 18 über mindestens einen radialen Kanal 24 im Innenkörper 2 der Verstelleinrichtung zu den rückverstellenden Kammern 5a bis 5d. Zugleich wird in dieser axialen Stellung des Steuerkolbens 8 eine Verbindung von den vorverstellenden Kammern 4a bis 4d über mindestens einen radialen Kanal 23 zum Anschluß 20 am Ventilgehäuse und von diesem über einen Rückführkanal 14 und die radialen Öffnungen 8f im Steuerkolben 8 und 18d in der zylindrischen Wand der Innenhülse 18 bis in den Innenraum 9b der Innenhülse geschaffen, wobei der Ventilkörper 15b des zweiten Rückschlagventils 15 den Öldurchtritt vom Innenraum 9b über die Bohrung 15c im Ventilkörper 15b zum Innenraum 9a der Innenhülse 18 freigibt und in der Gegenrichtung sperrt. Liegt während eines Umlaufs der Nockenwelle 1 um deren Drehachse Ia zumindest kurzzeitig ein Nockenwellenmoment vor, dass durch die hydraulische Abstützung der Nockenwelle 1 über den Innenkörper 2 mit dessen Flügelvorsprüngen 2a bis 2d auf der Ölsäule der Kammern 4a bis 4d den Druck in den Kammern 4a bis 4d gegenüber den Kammern 5a bis 5d erhöht, kann das Öl aus den Kammern 4a bis 4d über den beschriebenen Verbindungskanal zum Innenraum 9b der Innenhülse 18 gelangen und strömt über das in Richtung des Innenraums 9a freigebende zweite Rückschlagventil 15, den Innenraum 9a über den beschriebenen Verbindungskanal zu den mit zeitgleich geringerem Druck beaufschlagten Kammern 5a bis 5d. Hierdurch kann die Verstelleinheit das Ölvolumen der vorverstellenden Kammern 5a bis 5d um den verdrängten Betrag der rückverstellenden Kammern 4a bis 4d vergrößern, ohne dass hierfür ein Ölstrom von der Druckversorgung 22 über den Druckölkanal 9 und das erste Rückschlagventil 10 in die Verstelleinrichtung notwendig ist. Der Ölstrom von der zuletzt beschriebenen Druckölversorgung dient ausschließlich dem Ausgleich von auftretenden äußeren Leckagen der Verstelleinrichtung. Die beschriebene hydraulische Schaltung gewährleistet bei geschlossenem Vorschaltventil 19 eine Verdrehung der Nockenwelle 1 gegenüber der nicht dargestellten antreibenden Kurbelwelle allein über die von der Nockenwelle 1 auf die Verstelleinheit aufgebrachten Wechselmomente.

Die Betriebsart der Verstelleinrichtung kann bei einer nacheilenden Stellung des Steuerventils 6 entsprechend den Figuren 7 und 8 von einer passiven in eine hydraulisch aktive Betriebsart umgeschaltet werden. Durch die Bewegung des Ventilkolbens 19a in die dargestellte geöffnete Stellung werden die Kammern 4a bis 4d in der dargestellten axialen Position des Steuerkolbens 8 anschließend an den bereits beschriebenen Kanal zum Anschluß 20 am Steuerventil 6 von diesem über den Rückführkanal 14 und den radialen Kanal 21a am Anschluß 21 des Steuerventils 6 mit der Absteueröffnung 25 zum Tank 16 verbunden. Dabei wird die Verstelleinrichtung von der passiven Betriebsart bei geschlossenem Vorschaltventil 19 auf eine hydraulisch aktive Betriebsart bei geöffnetem Vorschaltventil 19 umgeschaltet. Hierdurch erfolgt die relative Verstellung der Nockenwelle 1 gegenüber der nicht dargestellten antreibenden Kurbelwelle in die nacheilende Position mit Hilfe der Druckdifferenz an den radialen Flügelvorsprüngen 2a bis 2d des Innenteils 2 zwischen den von der Druckquelle 22 beaufschlagten Kammern 5a bis 5d und den auf den Tank geschalteten Kammern 4a bis 4d.

Die Figuren 9 und 10 zeigen die Verstelleinrichtung in einer neutralen Regelstellung, wobei das Vorschaltventil 19 geschlossen ist. Dabei verschließt der Steuerkolben 8 mit seinen Ringstegen 8a bis 8c die Anschlüsse 11, 13 und 20 am Ventilgehäuse 7 der Kammern 4a bis 4d und 5a bis 5d, wodurch eine Veränderung der Winkelstellung der Verstelleinrichtung bedingt durch das Einströmen von Öl in eine oder mehrere der Verstellkammern 4a bis 4d oder 5a bis 5d bzw. durch das Ausströmen von Öl aus einer oder mehrerer der Verstellkammern 4a bis 4d oder 5a bis 5d verhindert wird.

Die Anordnung des ersten und zweiten Rückschlagventils 10 bzw. 19 entsprechend den Figuren 1 bis 3, 5 und 6 sowie 8 und 9 innerhalb des Steuerventils 6 weist zum einen den Vorteil einer besonders kompakten Bauweise des Steuerventils 6 auf, wobei insbesondere die Integration des zweiten Rückschlagventils in einer Innenhülse 18 im Innenraum des Steuerkolbens 8 eine Ölumsteuerung von den vorverstellenden Kammern 4a bis 4d zu den rückverstellenden Kammern 5a bis 5d ermöglicht, ohne ein weiteres zusätzliches drittes Rückschlagventil für die beschriebene Umsteuerung zu benötigen. Die Position der Rückschlagventile innerhalb eines Steuerventils 6, das in die zentrale Befestigungsschraube 17 zur Befestigung der Verstelleinrichtung an der angetriebenen Welle 1 integriert ist, ermöglicht zum anderen insbesondere eine besonders kompakte Ausführung einer derartigen Verstelleinrichtung. Die dargestellte Anordnung des ersten und zweiten Rückschlagventils innerhalb der Verstelleinrichtung gewährleistet darüber hinaus eine besonders kostengünstige Herstellung einschließlich der Montage der Verstelleinrichtung.

Die Betätigung des Vorschaltventils 19 erfolgt vorteilhaft durch den die Betriebsart kennzeichnenden Öldruck. Bei niedriger Drehzahl und geringem Öldruck in einer Brennkraftmaschine erfolgt die Verstellung passiv über die Nockenwellenmomente. Bei hoher Drehzahl und hohem Öldruck in einer Brennkraftmaschine erfolgt die Verstellung aktiv über den hydraulischen Öldruck.

Entsprechend der Figuren 11 bis 15 wird das Vorschaltventil 19 vorteilhaft nicht durch den Öldruck der Brennkraftmaschine im Druckölzulauf 9 direkt angesteuert, sondern über eine dazwischen liegende parallele Schaltung aus einer in einem Verbindungskanal 30 zwischen dem Druckölzulauf 9 und dem Vorschaltventil 19 angeordneten Drossel 31 und einem dritten Rückschlagventil 32. Die Figuren 12 und 13 zeigen eine Ausführung der zugehörigen Ölkanäle vom Verbindungskanal 30 und der Drossel 31 bzw. dem dritten Rückschlagventil 32 zum Druckraum 19b des Vorschaltventils 19. Dabei wird der Öldruck im ersten parallelen Zulaufkanal von der Drossel 31 über den Verbindungskanal 33 und den als Querbohrung ausgebildeten Verbindungskanal 34 zum Druckraum 19b des Vorschaltventils 19 geführt, im zweiten parallelen Zulaufkanal wird der Öldruck aus einem als Ringkanal ausgebildeten Verbindungskanal 36 über das dritte Rückschlagventil 32 über einen Kanalabschnitt 37 über die Querbohrung 35 zum Druckraum 19b des Vorschaltventils 19 geführt. Diese Anordnung verhindert zum einen eine spontane Umschaltung vom passiven in den aktiven Modus bei im Mittel niedrigem Druck im Druckölzulauf 9 zu der Verstelleinrichtung und kleineren Druckspitzen, zum anderen aber viel mehr ein instabiles Rückschalten vom aktiven in den hydraulisch passiven Modus, wenn der anliegende Druck z.B. durch die Verstellbewegung selbst kurzzeitig abfällt.

Das Vorschaltventil 19 kann vorteilhaft in den Versteller integriert werden. Dabei kann die Position vor allem mit Betätigungsrichtung parallel zu einer Drehachse des Nockenwellenverstellers mit kleinstmöglicher Rückwirkung der Fliehkräfte ausgeführt sein. Alternativ kann auch eine tangentiale Einbaulage zur Drehachse des

Nockenwellenverstellers in Frage kommen. Als Einbauort des Vorschaltventils 19 kommen vor allem der erste oder zweite Körper, aber auch ein hier nicht dargestelltes Zentralventil, ggf. eine zentrale Befestigungsschraube, das Antriebsrad, der/die Deckel oder das Gehäuse in Frage. Innerhalb des Flügelkolbens kann die Einbaulage in einem der Flügelvorsprünge oder aber in der Nabe des Flügelkolbens sein. 1 Nockenwelle

Ia Drehachse der Nockenwelle

2 Innenteil des Stellmittels

3 Außenteil des Stellmittels 3a Gehäuse des Außenteils 3b-d Deckel des Außenteils

4a-d Verstellkammern in erste Drehrichtung

5a-d Verstellkammern in zweite Drehrichtung

6 Steuerventil

7 Ventilgehäuse

7a Innenwand des Ventilgehäuses

7b zylindrischer Abschnitt der Ventilgehäusewand

8 Steuerkolben

8a-c Ringstege des Steuerkolbens

8e-f Radiale Durchbrüche im Steuerkolben

9 Druckölzulauf

9a Druckölseitiger Innenraum der Innenhülse 18

9b Rücklaufseitiger Innenraum der Innenhülse 18

10 Erstes Rückschlagventil

10a Ventilkörper des ersten Rückschlagventils

10b Ventilsitz des ersten Rückschlagventils

11 Anschlussbohrung am Ventilgehäuse

12 Überströmkanal

13 Anschlussbohrung am Ventilgehäuse

14 Rückführkanal

15 Zweites Rückschlagventil

15a Ventilsitz des zweiten Rückschlagventils

15b Ventilkörper des zweiten Rückschlagventils

15c Ölbohrung im Ventilkörper

16 Tank

17 Zentrale Befestigungsschraube

18 Innenhülse des Ventilgehäuses 18a Außenwand der Innenhülse

18b Fuß der Innenhülse c Ventilkörperanschlag der Innenhülse d,e Radiale Durchbrüche der Innenhülse Vorschaltventil a Ventilkolben b Druckraum c Ventilfeder d Trennsteg e,f Entlüftungskanal Anschlussbohrung am Ventilgehäuse Anschlussbohrung am Ventilgehäuse Hydraulikquelle Radialer Ölkanal im Innenteil Radialer Ölkanal im Innenteil Absteueröffnung zum Tank Zulauf zum Vorschaltventil Drossel Drittes Rückschlagventil Zulauf von Drossel zum Vorschaltventil Querbohrung von der Drossel zum Vorschaltventil Querbohrung vom Dritten Rückschlagventil zum Vorschaltventil Ringkanal Hydrauliksystem Stellmittel Steuereinrichtung Stellmagnet Ventilfeder

Claims

Patentansprüche

1. Verstelleinrichtung zur Phaseneinstellung einer Nockenwelle (1) gegenüber einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine, die ein Hydrauliksystem (40) zur Versorgung der Verstelleinrichtung aufweist, mit einem Stellmittel (41) mit Arbeitskammern (4a-d,5a-d), die von einer ein Steuerventil (6) aufweisenden Steuereinrichtung (42) beaufschlagbar und miteinander strömungsverbunden sind, wobei die Steuereinrichtung (42) über einen Druckölzulauf (9) mit dem Hydrauliksystem (40) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein erstes Rückschlagventil (10) im Druckölzulauf (9) und ein zweites Rückschlagventil (15) zwischen den Arbeitskammern (4a-d und 5a-d) angeordnet sind.

2. Verstelleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Rückschlagventil (10) ein Rückströmen des Drucköls in Richtung einer Ölpumpe (22) der Brennkraftmaschine verhindert .

3. Verstelleinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Rückschlagventil (15) das Rückströmen aus den jeweils kleiner werdenden Arbeitskammern (4a-d oder 5a-d) in Richtung der jeweils größer werdenden Arbeitskammern (5a-d oder 4a-d) ermöglicht und eine Gegenrichtung sperrt .

4. Verstelleinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Rückschlagventil (10) innerhalb oder an einer zentralen Befestigungsschraube (17) zur Befestigung der Verstelleinrichtung an der Nockenwelle (1) angeordnet ist.

5. Verstelleinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Rückschlagventil (15) innerhalb oder an einer zentralen Befestigungsschraube (17) zur Befestigung der Verstelleinrichtung an der Nockenwelle (1) angeordnet ist.

6. Verstelleinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Rückschlagventil (10) und das zweite

Rückschlagventil (15) innerhalb oder an einer zentralen

Befestigungsschraube (17) zur Befestigung der

Verstelleinrichtung an der Nockenwelle (1) angeordnet sind.

7. Verstelleinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Rückschlagventil (10) in einer einem Ventilgehäuse (7) zugeordneten Innenhülse (18) des Steuerventils (6) der Verstelleinrichtung angeordnet ist.

8. Verstelleinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Rückschlagventil (10) und/oder das zweite Rückschlagventil (15) innerhalb oder an dem Ventilgehäuse (7) des Steuerventils (6) angeordnet ist.

9. Verstelleinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein Vorschaltventil (19) zur Umschaltung zwischen zwei

Betriebsarten .

10. Verstelleinrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei einer ersten Betriebsart um eine passive Verstellung durch Nockenwellenmomente und bei einer zweiten Betriebsart um eine aktive Verstellung durch den Öldruck handelt

11. Verstelleinrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Vorschaltventil (19) in Abhängigkeit des verfügbaren Öldruckes schaltbar ist.

12. Verstelleinrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Vorschaltventil (19) mit einer Bewegungsrichtung näherungsweise parallel oder tangential zur Drehachse der Verstelleinrichtung innerhalb oder an der Verstelleinrichtung vorgesehen ist.

13. Verstelleinrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Verbindungskanal (30,33,34) zwischen Druckölzulauf (9) und Vorschaltventil (19) eine Drossel (31) vorgesehen ist.

14. Verstelleinrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Verbindungskanal (30,36) des Vorschaltventils (19) ein Rückschlagventil (32) vorgesehen ist.

15. Verstelleinrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb mindestens zweier paralleler Verbindungskanäle (30,36 bzw. 30,33,34) zwischen einem Druckölzulauf (9) und einem Vorschaltventil (19) im ersten Verbindungskanal eine Drossel (31) und in einem weiteren Verbindungskanal ein Rückschlagventil (32) vorgesehen ist.

16. Verstelleinrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einer der Verbindungskanäle (30,36 bzw. 30,33,34) zu einem Vorschaltventil (19) zumindest teilweise in oder an der Nockenwelle (1) ausgebildet ist

17. Verstelleinrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einer der Verbindungskanäle (30,36 bzw. 30,33,34) zu einem Vorschaltventil (19) zumindest teilweise in oder an dem Innenteil (2) des Stellmittels (41) ausgebildet ist.

18. Verstelleinrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Rückschlagventil und/oder die Drossel innerhalb oder an dem Innenteil (2) der Verstelleinrichtung ausgebildet sind.

19. Verstelleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3 und 7 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilgehäuse (7) in die Nockenwelle eingeschraubt, eingepresst, eingeklebt oder mit dieser durch Löten oder Schweißen verbunden ist.

20. Verstelleinrichtung nach Anspruch 7 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenhülse (18) des Steuerventils (6) an der Nockenwelle (1) befestigt oder mit dieser zusammen ausgebildet ist.

21. Verstelleinrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Vorschaltventil innerhalb oder an dem Ventilgehäuse (7) oder innerhalb oder an einer zentralen Befestigungsschraube (17) zur Befestigung der Verstelleinrichtung an der Nockenwelle (1) angeordnet ist.

22. Verfahren zur Umschaltung der Betriebsart einer Verstelleinrichtung zur Phaseneinstellung einer Nockenwelle (1) gegenüber einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine, die ein Hydrauliksystem (40) zur Versorgung der Verstelleinrichtung aufweist, mit einem Stellmittel (41) mit Arbeitskammern (4a-d, 5a-d) , die von einer ein Steuerventil (6) aufweisenden Steuereinrichtung (42) beaufschlagbar und miteinander strömungsverbunden sind, wobei die Steuereinrichtung (42) über einen Druckölzulauf (9) mit dem Hydrauliksystem (40) verbunden ist , dadurch gekennzeichnet, dass zur Umschaltung der Betriebsart der Druck der

Ölversorgung über eine Drossel reduziert und anschließend auf ein Vorschaltventil (19) geführt wird.

23. Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass der zur Umschaltung auf ein Vorschaltventil (19) geführte Öldruck bei einem plötzlichen Druckabfall über ein Rückschlagventil zumindest zeitweise aufrechterhalten wird.

24. Verfahren nach Anspruch 22 oder 23, dadurch gekennzeichnet, dass der zur Umschaltung auf ein Vorschaltventil (19) geführte Öldruck bei einem plötzlichen Druckabfall über ein Rückschlagventil und eine dazu parallel wirkende Drossel zumindest zeitweise aufrechterhalten wird.