WO2011012370A2 - Vorrichtung zur variablen einstellung der steuerzeiten von gaswechselventilen einer brennkraftmaschine - Google Patents

Vorrichtung zur variablen einstellung der steuerzeiten von gaswechselventilen einer brennkraftmaschine Download PDF

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WO2011012370A2
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Andreas Strauss
Kurt Kirsten
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Schaeffler Technologies Gmbh & Co. Kg
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    • 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
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    • F01L2001/3445—Details relating to the hydraulic means for changing the angular relationship
    • F01L2001/34453—Locking means between driving and driven members
    • F01L2001/34469—Lock movement parallel to camshaft axis

Definitions

  • the invention relates to a device for variably adjusting the timing of gas exchange valves of an internal combustion engine with a drive element an output element at least one pressure chamber and a volume accumulator wherein the output element is rotatably arranged to the drive element, and the pressure chamber is at least partially limited by these components, wherein a phase angle between Pressure medium supply to or from the pressure chamber from the pressure chamber is variably adjustable to the output element and the drive element is provided via the pressure chamber supplied pressure medium or can be led out of this, the volume storage at least one housing and a then movable separator has a Reservoir, which communicates with one of the pressure medium lines separated from a vented Companmentarraum, wherein by pressurizing the storage space, the partition member so in the hous that the volume of the storage room increases at the expense of the Complementary Area
  • devices for variably adjusting the timing of gas exchange valves are used to control the phasing of a camshaft relative to a crankshaft within a defined angular range, between a maximum early and a maximum blade position.
  • Abel to make the device is integrated into a drive train, via which torque is transmitted from the crankshaft to the camshaft.
  • This drive train can be realized for example as a belt, chain or gear drive.
  • Such a device is known for example from DE 10 2007 041 552 A1.
  • the device comprises a phase adjusting device with a drive element, which is in driving connection with the crankshaft, and an output element, which is non-rotatably connected to the camshaft.
  • the phase adjusting device comprises a plurality of pressure chambers, wherein each of the pressure chambers is subdivided by means of a vane into two pressure chambers acting against each other. By supplying pressure medium to or removing pressure medium from the pressure chambers, the vanes are displaced within the pressure chambers, whereby a change in the phase position between the Abt ⁇ ebsele- management and the drive element takes place.
  • the pressure medium inflow to, or the pressure outlet from the pressure chambers is controlled by means of a hydraulic circuit which comprises a pressure medium pump, a pressure medium reservoir, a control valve, and a plurality of pressure medium lines.
  • the control valve has a plurality of pressure medium connections, wherein a pressure medium line connects the pressure medium pump with the control valve. In each case a further pressure medium line connects one of the working ports of the control valve, each with a group of oppositely acting pressure chambers.
  • alternating torques which are caused by the rolling of the cams on each biased with a valve spring gas exchange valves. These torques are transmitted to the phase adjusting device and have a braking or accelerating effect on the adjustment speed of the phase position.
  • a phase adjustment in the direction of later control times and, during the closing of the gas exchange valve, a phase adjustment in the direction of early control times are supported.
  • the pressure medium requirement of the phase adjusting device increases rapidly and can exceed the volume flow demanded by the pressure medium pump.
  • phase adjustment speed does not become due to the assisting alternating torque but through the volume flow of the pressure center I pump determined
  • the supporting contribution of the alternating torques can not be fully exploited This negative effect occurs all the more clearly, the smaller the pressure medium pump is dimensioned
  • a volume accumulator which communicates with the pressure medium line which the pressure medium pump with the control valve
  • the volume accumulator is filled with a piston within a housing against a force storage, in the illustrated embodiment, a compression spring, moved in these phases, the energy storage is stretched, ie, the energy accumulator takes an amount of energy to which the hydraulic system can be fed again. If the system pressure drops, the volume accumulator empties under the influence of the relaxing force accumulator into the hydraulic circuit u Thus, it supports the phase adjustment of the camshaft relative to the crankshaft
  • the invention has for its object to provide a device for variable division of the timing of gas exchange valves of an internal combustion engine, wherein the force acting on the phase control braking effect, caused by pressure medium lack supply, to be minimized without having to dimension the pressure medium pump of the engine larger solution of the problem
  • the object is achieved by the volume accumulator having no energy accumulator which is tensioned when the storage space is filled
  • the Phasenstellein ⁇ chtung is formed for example in the form of a copegelelradverstel- lers and has a drive element, which is driven for example by means of a Switzerlandstoff- or gear drive from a crankshaft of the internal combustion engine. Furthermore, an output element is provided, which has a constant phase position to a camshaft, for example, by means of a frictionally, force or cohesive connection or screw rotatably connected to this The output element is rotatably arranged to the Ant ⁇ eb ⁇ element and at least partially received in this , Within the phase adjusting device, at least one pressure chamber is provided.
  • pressure medium lines are provided, via the pressure chamber, for example, with the interposition of a hydraulic control valve see, with a pressure medium pump and can communicate a pressure medium reservoir of the internal combustion engine
  • phase adjusting device in Axialversteller- Construction in which an axially displaceable by pressure fluid piston cooperates by means of helical gears with the output element and the Antriebseleme ⁇ t.
  • phase adjusting device is known for example from DE 42 18 078 C1.
  • a volume accumulator which has at least one housing and a separating element arranged inside the housing.
  • the separating element may be formed, for example, as a piston or non-elastic membrane and separates inside the housing a reservoir of a complementary space of the reservoir communicates with one of the pressure medium lines, while the complementary space has a vent and communicates with the interior of the internal combustion engine leads with the The pressure medium line connected to the volume accumulator pressure medium, so the reservoir filled and the separating element is displaced within the housing, so that the volume of the reservoir enlarged and the volume of the complementary space is reduced to the same extent It can be provided that the complementary space a venting Thus, gas can escape from the complementary space, for example, in the crankcase or the cylinder head of the internal combustion engine, so that in the complementary space no pressure builds up.
  • a piston is used as a separating element, then it is displaced within the housing when the volume accumulator is filled. In the case of a membrane, this inverts in the direction of the complementary space.
  • the filling takes place already at minimum operating pressures.
  • the filled volume accumulator does not initially empty with decreasing pressure in the pressure medium line. Only when the pressure in the pressure medium line under the pressure which prevails in the complementary space and thus, for example, within the crankcase, drops, the reservoir is emptied into the pressure medium line.
  • the entire volume of the volume memory of the phase adjusting device is only available from the time at which the pressure medium requirement is greater than the volume flow provided by the pressure medium pump.
  • the on the camshaft acting alternating torques are used to a greater extent, which leads to significantly higher adjustment speeds
  • the device further comprises a control valve and at least a second pressure chamber which acts against the first pressure chamber and that a first pressure medium line with the control valve and the first pressure chamber communicates that a second pressure medium line with the control valve and the second pressure chamber communicates and that a third pressure medium line communicates with the control valve and a pressure medium pump, wherein the reservoir communicates with the third pressure medium line
  • a pressure chamber is provided within the phase adjusting device, by a piston or a flight!
  • Each impeller communicates via a pressure medium line to a working port of a control valve.
  • another pressure medium line provided, which connects the pressure medium pump with an inlet port of the control valve.
  • the pressure medium pump can be selectively connected to the first or second pressure chamber.
  • the other pressure chamber is connected to the pressure medium reservoir, so that the piston or the wing is displaced within the pressure chamber. This movement is converted directly or indirectly into an adjustment of the phase position of the output element relative to the Antriebselsment.
  • the pressure medium Due to the connection of the storage space to the pressure medium line, which connects the pressure medium pump with the control valve, the pressure medium is available both for Verstellvor sau in the direction earlier and for adjusting operations in the direction of later timing available It is provided that the storage space between the control valve and the Pressure medium pump opens into the third pressure medium line. In addition, it can be provided that in the communicating with the reservoir pressure medium line upstream of a check valve and a check valve downstream of the volume memory is arranged, both check valves prevent backflow of pressure medium in the direction of the volume accumulator or the pressure medium pump.
  • the non-return valves prevent pressurized fluid from the pressure chambers to be filled, for example the pressure chambers which are connected to the inlet connection of the control valve, from flowing back into the volume accumulator or to the pressure medium pump if pressure peaks occur in these pressure chambers due to the alternating torques acting on the camshaft ,
  • the pressure medium is thus supported on the check valves, whereby the Phasenverstellgeschwmdmaschine increased and phase fluctuations are avoided.
  • the separating element may be formed, for example, as a piston. In this case, this can be formed, for example, of plastic and additionally provided with reinforcing ribs.
  • the piston may be cupped and made from sheet metal blank. Also conceivable are disk-shaped pistons.
  • the piston may separate the reservoir from the complementation chamber by means of a clearance fit in the housing.
  • the Piston to be provided with a sealing element which cooperates sealingly with the housing.
  • an end stop for the piston is provided in the assembly chamber.
  • the end stop can be integrally formed with the housing or made separately therefrom. It can be provided that the contact surface of the end stop is formed smaller than the area of the piston, which limits the Komplementarraum. Thus, it is prevented that the piston surface comes to rest on the housing or the end stop, whereby adhesion forces, which counteract an emptying of the volume memory can be reduced.
  • the end stop can for example be formed circumferentially around a vent opening of the complementary space. In this case, the end stop can completely circulate around the vent opening or be formed with one or more interruptions.
  • the volume accumulator can be arranged, for example, within the internal combustion engine. In this case, gas and pressure medium from the complementary space can be vented directly into the interior of the internal combustion engine via a simple vent opening, additional seals are not necessary. Alternatively it can be provided that the volume accumulator is arranged outside of the internal combustion engine, wherein a Ent Kunststoffungs effet is provided which communicate on the one hand with the complementary space and on the other hand with the interior of the internal combustion engine.
  • the venting line can be formed, for example, in the housing of the volume accumulator or an additional housing which encapsulates the volume accumulator. In this embodiment, seals are provided which seal the vent line and the connection between the reservoir and the pressure medium line to the environment.
  • the volume memory can be connected, for example, by means of a thread formed on this with the cylinder head, the Kurbeigehause or any other surrounding construction.
  • the winds an opening through which the storage room communicates with the pressure medium line.
  • the Voiumenspei- is arranged rather within a camshaft.
  • the volume accumulator can be integrated into the internal combustion engine without the space requirement of the internal combustion engine. Furthermore, this realizes a minimum distance between the volume memory and the phase adjusting device and thus improves the response.
  • the inner wall of the camshaft can serve as a housing, in which the separating element is accommodated
  • FIG. 1 shows only schematically an internal combustion engine
  • FIG. 2 shows a device according to the invention, the phase adjusting device being shown schematically in a plan view and the hydraulic circuit being shown schematically.
  • FIG. 3 shows a longitudinal section through the phase adjusting device from FIG. 2 along the line III-III;
  • FIG. 4 shows a representation of the alternating torque acting on the camshaft
  • FIG. 5 shows a first embodiment of a volume accumulator
  • FIG. 6 shows a second embodiment of a volume memory
  • FIG. 7 shows a third embodiment of a volume memory
  • FIG. 8 shows a fourth embodiment of a volume memory. Detailed description of the drawings
  • FIG. 1 shows an internal combustion engine 1 is sketched, wherein a seated on a crankshaft 2 piston 3 is indicated in a cylinder 4.
  • the crankshaft 2 is in the illustrated Auslanderüngsform via a respective traction drive 5 with an intake camshaft 6 and exhaust camshaft 7 in combination, with a first and a second device 11 for a relative rotation between the crankshaft 2 and the camshafts 6, 7 can provide.
  • Cams 8 of the camshafts 6, 7 actuate one or more inlet gas exchange valves 9 or one or more Auslassgas scaffoldventile 10.
  • FIGS 2 and 3 show a first embodiment of an inventive device 1 1, wherein a Phasenstellein ⁇ chtung 11a in a plan view or in cross section and the hydraulic circuit are shown schematically.
  • the phase adjusting device 11a has a drive element 13 and an output element 14.
  • the output element 14 is designed in the form of an impeller and has a substantially cylindrically designed hub member 16, extend from the outer cylindrical surface in the illustrated embodiment, five wings 17 in the radial direction outwards.
  • the vanes 17 are formed separately from the output element 14 and arranged in vane grooves of the hub element 16.
  • the wings 16 are acted upon by means of winged springs 18, which are arranged between the Nutgrinen the flight in and the wings 17, radially outwardly with a force.
  • winged springs 18 which are arranged between the Nutgrounden the flight in and the wings 17, radially outwardly with a force.
  • a plurality of projections 20 extend radially inward.
  • the projections 20 are formed integrally with the circumferential wall 19.
  • the actuating element 13 is relative to the output element 14 by means of circumferential walls of the projections 20 located radially inwards rotatably mounted on this
  • a chain is arranged, by means of which a torque can be transmitted from the crankshaft 2 to the drive element 13 via a chain drive (not shown)
  • a pressure chamber 21 is formed between each two adjacent circumferentially ⁇ chtung each Each Druckrsume 21 is in recordss ⁇ chtung of opposing, substantially radially extending boundary walls 22 adjacent projections 20, in the axial direction of the side covers 15,
  • each of the pressure chambers 21 protrudes a wing 17 wherein the wings 17 are formed such that they abut both the side covers 15, and on the peripheral wall 19
  • Each wing 17 thus divides the respective pressure chamber 21 into two counteracting pressure chambers 23, 24th
  • the output member 14 is received in the drive member 13 and rotatably supported in a defined Winkeibreich to this
  • the angular range is limited in a direction of rotation of the output element 14 that the wings 17 on each corresponding boundary wall 22 (Fruhanschlag 22a) of the pressure chambers 21 come to rest analog the angular range in the other direction of rotation is limited by the fact that the wings 17 come to rest on the other boundary walls 22 of the pressure chambers 21, which serve as a spade stop 22b
  • the phase position of the output element 14 can be varied relative to the drive element 13
  • the phase position can be kept constant
  • none of the pressure chambers 23, 24 during phases of constant phase position with pressure medium usually the lubricating oil of the internal combustion engine 1 is used
  • a hydraulic circuit 25 For supplying pressure medium to or removing pressure medium from the pressure chambers 23, 24, a hydraulic circuit 25 is provided which comprises a pressure medium pump 26, a pressure medium reservoir 27, a control valve 28 and a plurality of pressure medium lines 25a bp.
  • the control valve 28 has an inlet port P, a tank port T and two working ports A.
  • the first pressure medium line 25a connects the first working connection A to the first pressure chambers 23.
  • the second pressure medium line 25b connects the second working connection B to the second pressure chambers 24.
  • the third pressure medium line 25p connects the pressure medium pump 26 to the inlet connection P.
  • the inlet connection P is connected to the first pressure medium line 25a of the second pressure medium line 25b or to both or none of the pressure medium lines 25a, b
  • the pressure medium supplied to the control valve 28 via the third pressure medium line 25p via the first pressure medium line 25a to the first pressure chambers 23 passes simultaneously pressure medium from the second pressure chambers 24 via the second pressure medium line 25b to the control valve 28 and is ejected into the pressure medium reservoir 27.
  • the wings 17 are moved in the direction of the Fruhanschlags 22a, whereby a rotary movement of the output element 14 is achieved relative to the drive member 13 in the direction of rotation of the phase adjusting device 11a
  • the pressure medium supplied to the control valve 28 via the third pressure medium line 25p via the second pressure medium line 25b to the second pressure chambers 24 is passed.
  • pressure medium from the first pressure chambers 23 reaches the control valve 28 via the first pressure medium line 25a and is ejected into the pressure medium reservoir 27.
  • the wings 17 are displaced in the direction of the late stop 22b, whereby a rotary movement of the output element 14 relative to the Ant ⁇ ebselement 13 counter to the direction of rotation of the Phasenstellein ⁇ chtung 11 a is achieved.
  • the pressure medium supply to all pressure chambers 23, 24 is either prevented or permitted.
  • Characterized the wings 17 are hydraulically clamped within the respective pressure chambers 21, and thus prevents a rotational movement of the output element 14 relative to the drive element 13.
  • each gas exchange valve 9, 10 is periodically opened against the force of a valve spring 30 and closed again.
  • a braking torque which corresponds to the vector product of the force of the valve spring 30 with the lever arm of the cam 8.
  • an accelerating torque which corresponds to the vector product of the force of the valve spring 30 with the lever arm of the cam 8.
  • the positive (negative) component of the alternating torque M shown in FIG. 4 supports the phase adjustment.
  • the output element 14 is both by the system pressure provided by the pressure medium pump 26, as well as by the positive (negative) share of the alternating torque M
  • this can lead to the adjustment process induced by the alternating torques M occurring at such high speeds that the pressure medium volume required by the pressure medium pump 26 does not
  • the second (first) and third pressure medium line 25b (a) arises in the second (first) and third pressure medium line 25b (a), p, a negative pressure, the r counteracts the adjustment
  • the on the camshaft 6, 7 acting alternating torques M are not optimally utilized, but only act up to a limit torque Mi
  • the negative (positive) component of the alternating torque M counteracts the phase adjustment. If the negative (positive) component of the alternating torque M exceeds the torque generated by the pressure medium pump 26, pressure medium from the second (first) pressure chambers 24 (23) is introduced into the second (first) and third pressure medium line 25b (a), p backverdrangt and there is a short time a phase adjustment against the desired direction
  • the pressure medium pump 26 can be dimensioned correspondingly larger, whereby the space requirement, the cost and fuel consumption of the internal combustion engine. 1 increase
  • FIG. 5 shows a possible embodiment of the volume accumulator 31, which is arranged inside the internal combustion engine 1.
  • This comprises a housing 32, in which a separating element 33 is arranged to be freely displaceable.
  • the separating element 33 is designed as a piston which divides the housing 32 into a reservoir 34 and a complementary space 35.
  • the piston carries a sealing element 38 which seals the two spaces against each other.
  • the reservoir 34 opens between two (optional) non-return valves 29 in the third pressure medium line 25p
  • the Complementarraum 35 communicates via a Ent Kunststoffungso réelle 36 with the interior of the internal combustion engine.
  • the phase adjusting device 11a is an additional pressure medium volume at your disposal, which is mobilized only when that of the Pressure medium pump 26 funded pressure medium volume is smaller than the pressure medium volume, which is required for the induced by the alternating torque M phase adjustment.
  • the maximum usable limit torque M 2 and thus the Phasenverstell Marie is significantly increased.
  • the assisting portion of the alternating torque M is utilized to a greater extent to increase the Phasenverstell Malawi and intercepted the counteracting portion.
  • the emptying of the volume accumulator 31 on the basis of the freely displaceable piston that is to say of the missing energy accumulator only begins when the pressure medium volume delivered by the pressure medium pump 26 is smaller than the required pressure medium volume.
  • the piston is designed as a cylindrical component and may consist of a metallic material or a suitable plastic.
  • the end stop 37 runs around the vent opening 36, wherein the piston-facing surface is smaller than the piston surface is formed in order to reduce adhesion forces.
  • FIG. 6 shows a second embodiment of a volume memory 31 of a device 11 according to the invention.
  • the piston is cup-shaped and made from a sheet-metal part by means of a deep-drawing process.
  • the sealing between the storage space 34 and the complementary space 35 takes place via a tightly tolerated sealing gap between the outer lateral surface of the piston and the inner surface of the housing 32.
  • the end stop 37 is formed integrally with the housing 32. Embodiments in which the end stop 37 is also conceivable manufactured as a separate component and fixed in the housing 32. In this case, the separate end stop 37 may be formed as a sealing ring, whereby the sealing effect between the piston and the housing 32 increases is when the volume memory 31 is completely filled.
  • the housing 32 has a pin 40 with a through hole, which opens on the one hand into the reservoir 34 and on the other hand into the third pressure medium line 25p.
  • a thread formed on the outer circumferential surface of the pin 40 the housing 32 is attached to a surrounding structure 42, for example a cylinder head or a crankcase.
  • FIG. 7 shows a third embodiment of a volume accumulator 31 of a device 1 according to the invention.
  • the end stop 37 is interrupted in the circumferential direction by recesses 39, whereby the contact surface between piston and end stop 37 and adhesion forces acting between these components continue be reduced.
  • the piston consists in this form of insurance from a suitable plastic and may be provided with stiffening ribs.
  • FIG. 8 shows a fourth embodiment of a volume accumulator 31 of a device 11 according to the invention.
  • this volume accumulator 31 is arranged outside the internal combustion engine 1.
  • the housing 32 has a pin 40 with a through hole, which opens on the one hand into the reservoir 34 and on the other hand into the third pressure medium line 25p.
  • the housing 32 is encapsulated by a second housing 41, which is fastened to the cylinder head 42 by means of a screw connection.
  • a deaeration line 43 is formed, by means of which the complementary space 35 communicates with the interior of the internal combustion engine 1.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (11) zur variablen Einstellung der Steuerzeiten von Gaswechselventilen (9, 10) einer Brennkraftmaschine (1) mit einem Antriebselement (13), einem Abtriebselement (14), zumindest einer Druckkammer (23) und einem Volumenspeicher (31), wobei das Abtriebselement (14) drehbar zu dem Antriebselement (13) angeordnet ist, und die Druckkammer (23) zumindest teilweise von diesen Bauteilen (13, 14) begrenzt wird, wobei eine Phasenlage zwischen dem Abtriebselement (14) und dem Antriebselement (13) durch Druckmittelzufuhr zu bzw. Druckmittelabfuhr aus der Druckkammer (23) variabel einstellbar ist, wobei Druckmittelleitungen (25a, b, p) vorgesehen sind, über die der Druckkammer (23) Druckmittel zugeführt oder aus dieser abgeführt werden kann, wobei der Volumenspeicher (31) zumindest ein Gehäuse (32) und ein darin verlagerbares Trennelement (33) aufweist, das einen Vorratsraum (34), der mit einer der Druckmittelleitungen (25a, b, p) kommuniziert, von einem entlüfteten Komplementärraum (35) trennt, wobei durch Druckmittelbeaufschlagung des Vorratsraums (34) das Trennelement (33) derart in dem Gehäuse (32) verlagert wird, dass das Volumen des Vorratsraums (34) auf Kosten des Komplementärraums (35) zunimmt.

Description

Bezeichnung der Erfindung
Vorrichtung zur variablen Einstellung der Steuerzeiten von Gaswechselventilen einer Brennkraftmaschine
Beschreibung
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur variablen Einstellung der Steuerzeiten von Gaswechselventilen einer Brennkraftmaschine mit einem Antriebselement einem Abtriebselement zumindest einer Druckkammer und einem Volumenspeicher wobei das Abtriebselement drehbar zu dem Antriebselement angeordnet ist, und die Druckkammer zumindest teilweise von diesen Bauteilen begrenzt wird, wobei eine Phasenlage zwischen dem Abtriebselement und dem Antriebselement durch Druckmittelzufuhr zu bzw Druckmittelabfuhr aus der Druckkammer variabel einstellbar ist wobei Druckmittelleitungen vorgesehen sind über die der Druckkammer Druckmittel zugeführt oder aus dieser abge- fuhrt werden kann, wobei der Volumenspeicher zumindest ein Gehäuse und ein dann verlagerbares Trennelement aufweist, das einen Vorratsraum, der mit einer der Druckmittelleitungen kommuniziert von einem entlüfteten Komple- mentarraum trennt, wobei durch Druckmittelbeaufschlagung des Vorratsraums das Trennelement derart in dem Gehäuse verlagert wird, dass das Volumen des Vorratsraums auf Kosten des Komplementarraums zunimmt
Hintergrund der Erfindung In modernen Brennkraftmaschinen werden Vorrichtungen zur variablen Einstellung der Steuerzeiten von Gaswechselventilen eingesetzt, um die Phasenlage einer Nockenwelle relativ zu einer Kurbelwelle in einem definierten Winkelbe- reich, zwischen einer maximalen Früh- und einer maximalen Spatposition, van- abel gestalten zu können. Zu diesem Zweck ist die Vorrichtung in einen Antriebsstrang integriert, über welchen Drehmoment von der Kurbelwelle auf die Nockenwelle übertragen wird. Dieser Antriebsstrang kann beispielsweise als Riemen-, Ketten- oder Zahnradtrieb realisiert sein.
Eine derartige Vorrichtung ist beispielsweise aus der DE 10 2007 041 552 A1 bekannt. Die Vorrichtung umfasst eine Phasenstelleinrichtung mit einem Antriebselement, welches in Antriebsverbindung mit der Kurbelwelle steht, und einem Abtriebselement, das drehfest mit der Nockenwelle verbunden ist. Dar- über hinaus umfasst die Phasenstelleinrichtung mehrere Druckräume, wobei jeder der Druckräume mittels eines Flügels in zwei gegeneinander wirkende Druckkammern unterteilt wird. Durch Druckmittelzufuhr zu bzw. Druckmittelabfuhr von den Druckkammern werden die Flügel innerhalb der Druckräume verschoben, wodurch eine Änderung der Phasenlage zwischen dem Abtπebsele- ments und dem Antriebselement erfolgt.
Der Druckmittelzufluss zu, bzw. der Druckabfluss von den Druckkammern wird mittels eines Hydraulikkreislaufs gesteuert, der eine Druckmittelpumpe, ein Druckmittelreservoir, ein Steuerventil, und mehrere Druckmittelleitungen um- fasst. Das Steuerventil weist mehrere Druckmittelanschlüsse auf, wobei eine Druckmittelleitung die Druckmittelpumpe mit dem Steuerventil verbindet. Jeweils eine weitere Druckmittelleitung verbindet einen der Arbeitsanschlüsse des Steuerventils mit jeweils einer Gruppe der gegeneinander wirkenden Druckkammern.
Während des Betriebs der Brennkraftmaschine wirken auf die Nockenwelle Wechseldrehmomente, die durch das Abwälzen der Nocken auf den mit jeweils einer Ventilfeder vorgespannten Gaswechselventilen verursacht werden. Diese Drehmomente werden auf die Phasenstelleinrichtung übertragen und wirken sich bremsend bzw. beschleunigend auf die Verstellgeschwindigkeit der Phasenlage aus. Dabei wird während des Öffnens des Gaswechselventils eine Phasenverstellung in Richtung später Steuerzeiten und während des Schlie- ßens des Gaswechselventils eine Phasenverstellung in Richtung früher Steuerzeiten unterstützt. Während der Phasen, in denen die Wechseldrehmomente Zeiten unterstutzt Wahrend der Phasen, in denen die Wechseldrehmomente die Phasenverstellung unterstutzen, steigt der Druckmittelbedarf der Phasenstelleinrichtung rapide an und kann den von der Druckmittelpumpe geforderten Volumenstrom übersteigen In diesem Fall wird die Phasenverstellgeschwin- digkeit nicht durch das unterstutzende Wechseldrehmoment, sondern durch den Volumenstrom der Druckmitte I pumpe bestimmt In diesem Fall kann der unterstutzende Beitrag der Wechseldrehmomente nicht voll ausgeschöpft werden Dieser negative Effekt tritt umso deutlicher auf, je kleiner die Druckmittelpumpe dimensioniert ist
Um die Funktion der Phasenstelleinπchtung zu gewährleisten, muss die Druckmittelpumpe in jeder Betriebsphase der Brennkraftmaschine den von der Phasenstelleinrichtung benotigten Volumenstrom liefern Zu diesem Zweck ist in der DE 10 2007 041 552 A1 ein Volumenspeicher vorgesehen, der mit der Druckmittelleitung kommuniziert die die Druckmittelpumpe mit dem Steuerventil verbindet In Phasen in denen der Druckmittelbedarf der Phasenstelleinrichtung geringer als das von der Druckmittelpumpe geforderte Druckmittelvolumen ist, befullt sich der Volumenspeicher Dabei wird ein Kolben innerhalb eines Gehäuses gegen einen Kraftspeicher, in der dargestellten Ausfuhrungsform eine Druckfeder, verschoben In diesen Phasen wird der Kraftspeicher gespannt, d h der Kraftspeicher nimmt einen Energiebetrag auf der dem Hydrauliksystem wieder zugeführt werden kann Sinkt der Systemdruck, so entleert sich der Volumenspeicher unter dem Einfluss des sich entspannenden Kraftspeichers in den Hydraulikkreislauf und unterstutzt somit die Phasenverstel- lung der Nockenwelle relativ zu der Kurbelwelle
Nachteilig an der dargestellten Ausfuhrungsform ist, dass auf Grund der gespannten Druckfeder die Entleerung des Volumenspeichers bereits zu einem Zeitpunkt beginnt, zu dem der von der Druckmittelpumpe gelieferte Volumenstrom ausreicht um die Verstellung zu gewahrleisten Das in dieser Phase aus dem Volumenspeicher verdrängte Druckmittelvolumen steht in den Phasen der Mangelversorgung der Phasenstelleinπchtung nicht mehr zur Verfugung Aufgabe der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine Vorrichtung zur variablen Einsteilung der Steuerzeiten von Gaswechselventilen einer Brennkraftmaschine zu schaffen, wobei der auf die Phasenstelleinrichtung wirkende Bremseffekt, hervorgerufen durch Druckmittel mangelversorg ung, minimiert werden soll, ohne die Druckmittelpumpe der Brennkraftmaschine großer dimensionieren zu müssen Lösung der Aufgabe
Die Aufgabe wird erfindungsgemaß dadurch gelost, dass der Volumenspeicher keinen Kraftspeicher, der bei Befüllung des Vorratsraums gespannt wird, aufweist
Die Phasenstelleinπchtung ist beispielsweise in Form eines Flugelradverstel- lers ausgebildet und weist ein Antriebselement auf, welches beispielsweise mittels eines Zugmittel- oder Zahnradtriebs von einer Kurbelwelle der Brennkraftmaschine angetrieben wird. Des Weiteren ist ein Abtriebselement vorge- sehen, welches eine konstante Phasenlage zu einer Nockenwelle aufweist, beispielsweise mittels einer reib-, kraft- oder stoffschlussigen Verbindung oder Schraubverbindung drehfest mit dieser verbunden ist Das Abtriebselement ist drehbar zu dem Antπebεelement angeordnet und zumindest teilweise in diesem aufgenommen. Innerhalb der Phasenstelleinrichtung ist zumindest eine Druckkammer vorgesehen. Durch Druckmittelzufuhr zu bzw Druckmittelabfuhr von der Druckkammer kann die relative Phasenlage des Abtriebselements zum Antriebselement und damit der Nockenwelle zur Kurbelwelle veränderbar eingestellt werden Zu diesem Zweck sind Druckmittelleitungen vorgesehen, über die die Druckkammer, beispielsweise unter Zwischenschaltung eines hydrauli- sehen Steuerventils, mit einer Druckmittelpumpe und einem Druckmittelreservoir der Brennkraftmaschine kommunizieren kann
Alternativ können auch andere Ausfuhrungsformen einer Phasenstelleinrichtung vorgesehen sein, beispielsweise Phasenstelleinrichtung in Axialversteller- bauweise, in denen ein axial durch Druckmittel verschiebbarer Kolben mittels Schrägverzahnungen mit dem Abtriebselement und dem Antriebselemeπt zusammenwirkt. Eine derartige Phasenstelleinrichtung ist beispielsweise aus der DE 42 18 078 C1 bekannt.
Zusätzlich ist ein Volumenspeicher vorgesehen, der zumindest ein Gehäuse und ein innerhalb des Gehäuses angeordnetes Trennelement aufweist. Das Trennelement kann beispielsweise als Kolben oder nicht elastische Membran ausgebildet sein und trennt im Inneren des Gehäuses einen Vorratsraum von einem Komplementärraum Dabei kommuniziert der Vorratsraum mit einer der Druckmittelleitungen, während der Komplementärraum über eine Entlüftung verfügt und beispielsweise mit dem Inneren der Brennkraftmaschine kommuniziert Führt die mit dem Volumenspeicher verbundene Druckmittelleitung Druckmittel, so befüllt sich der Vorratsraum und das Trennelement wird innerhalb des Gehäuses verlagert, so dass das Volumen des Vorratsraums vergro- ßert und das Volumen des Komplementärraums in gleichem Maße verringert wird Dabei kann vorgesehen sein, dass der Komplementärraum eine Entlüf- tungsoffnung aufweist, die mit dem Inneren der Brenn kraftmaschine kommuniziert Somit kann Gas aus dem Komplementärraum beispielsweise in das Kurbelgehäuse oder den Zylinderkopf der Brennkraftmaschine entweichen, so dass sich in dem Komplementärraum kein Druck aufbaut.
Findet ein Kolben als Trennelement Verwendung, so wird dieser beim Befullen des Volumenspeichers innerhalb des Gehäuses verschoben Im Fall einer Membran stülpt sich diese in Richtung des Komplementärraums um.
Da kein Kraftspeicher vorgesehen ist, der während des Befüllvorgangs des Volumenspeichers gespannt wird, erfolgt die Befüllung bereits bei minimalen Betriebsdrücken. Darüber hinaus entleert sich der befüllte Volumenspeicher bei abfallendem Druck in der Druckmittelleitung zunächst nicht. Erst wenn der Druck in der Druckmittelleitung unter den Druck, der in dem Komplementärraum und damit beispielsweise innerhalb des Kurbelgehäuses herrscht, abfällt, entleert sich der Vorratsraum in die Druckmittelleitung. Somit steht das gesamte Volumen des Volumenspeichers der Phasenstelleinrichtung erst ab dem Zeitpunkt zur Verfügung, zu dem deren Druckmittelbedarf größer als der von der Druckmittelpumpe bereitgestellte Volumenstrom ist. Somit können die auf die Nockenwelle wirkenden Wechseldrehmomente in höherem Ausmaß genutzt werden, was zu erheblich höheren Verstellgeschwindigkeiten fuhrt
Wahrend des Stillstands der Breπnkraftmaschine wirken auf das Trennelement keine Kräfte, so dass dieses frei verschiebbar ist Wahrend des Betriebs der Brennkraftmaschine wirkt auf die Flache des Trennelements, die den Vorratsraum begrenzt, lediglich eine Kraft, die durch den in der mit dem Vorratsraum kommunizierenden Druckmittelleitung herrschenden Druck bestimmt wird Die Flache des Trennelements, die den Komplementarraum begrenzt, wird auf Grund der Entlüftung im Wesentlichen kraftlos gehalten Insbesondere wirkt auf diese Flache keine Kraft, die mit dem Grad der Befüllung des Vorratsraums steigt, was bei Druckfedervolumenspeichern der Fa1,' ist Übersteigt der Druck in der Druckmittelleitung die mit dem Vorratsraum kommuniziert, den atmosphärischen Druck (= Druck in dem Raum mit dem der Komplementarraum kommuniziert) so wird bzw blβiDt der Volumenspeicher befullt Erst wenn der Druck in der Druckmitte'ieitung unter den atmosphärischen Druck abfallt, wird Druckmittel aus dem Volumenspeicher in die Druckmittelleitung gesaugt und steht somit zur Phasenverstellung zur Verfugung Somit wird das Trennelement ausschließlich durch den in der mit dem Volumenspeicher kommunizierenden Druckmittelleitung herrschenden Druck verlagert
In einer Konkretisierung der Erfindung ist vorgesehen, das die Vorrichtung des Weiteren ein Steuerventil und zumindest eine zweite Druckkammer aufweist, die gegen die erste Druckkammer wirkt und dass eine erste Druckmittelleitung mit dem Steuerventil und der ersten Druckkammer kommuniziert dass eine zweite Druckmittelleitung mit dem Steuerventil und der zweiten Druckkammer kommuniziert und dass eine dritte Druckmittelleitung mit dem Steuerventil und einer Druckmittelpumpe kommuniziert, wobei der Vorratsraum mit der dritten Druckmittelleitung kommuniziert
In dieser Ausfuhrungsform ist innerhalb der Phasenstelleinrichtung ein Druck- räum vorgesehen, der durch einen Kolben oder einen Fluge! eines Flügelrades in zwei gegeneinander wirkende Druckkammern getrennt wird Jede der Druckkammern kommuniziert über eine Druckmittelleitung mit einem Arbeitsan- schluss eines Steuerventils Darüber hinaus ist eine weitere Druckmittelleitung vorgesehen, die die Druckmittelpumpe mit einem Zulaufanschluss des Steuerventils verbindet. Mittels des Steuerventils kann die Druckmittelpumpe wahlweise mit der ersten oder zweiten Druckkammer verbunden werden. Gleichzeitig wird die andere Druckkammer mit dem Druckmittelreservoir verbunden, so dass der Kolben bzw. der Flügel innerhalb des Druckraums verschoben wird. Diese Bewegung wird direkt oder indirekt in eine Verstellung der Phasenlage des Abtriebselements relativ zu dem Antriebselsment umgesetzt. Durch die Anbindung des Vorratsraums an die Druckmittelleitung, die die Druckmittelpumpe mit dem Steuerventil verbindet, steht das Druckmittel sowohl für Ver- Stellvorgänge in Richtung früher als auch für Verstellvorgänge in Richtung später Steuerzeiten zur Verfügung Dabei ist vorgesehen, dass der Vorratsraum zwischen dem Steuerventil und der Druckmittelpumpe in die dritte Druckmittel- leitung mündet. Darüber hinaus kann vorgesehen sein, dass in der mit dem Vorratsraum kommunizierenden Druckmittelleitung ein Rückschlagventil stromaufwärts und ein Rückschlagventil stromabwärts des Volumenspeichers angeordnet ist, wobei beide Rückschlagventile einen Rückfluss von Druckmittel in Richtung des Volumenspeichers bzw. der Druckmittelpumpe unterbinden. Die Rückschlagventi- Ie verhindern, dass Druckmittel aus den zu befüllenden Druckkammern, beispielsweise den Druckkammern, die mit dem Zulaufanschluss des Steuerventils verbunden sind, in den Volumenspeicher oder zu der Druckmittelpumpe zurückfließt, wenn auf Grund der auf die Nockenwelle wirkenden Wechseldrehmomente in diesen Druckkammern Druckspitzen entstehen. Das Druckmittel stützt sich somit auf den Rückschlagventilen ab, wodurch die Phasenverstellgeschwmdigkeit erhöht und Phasenschwankungen vermieden werden.
Das Trennelement kann beispielsweise als Kolben ausgebildet sein. Dabei kann dieser beispielsweise aus Kunststoff ausgebildet und zusätzlich mit Ver- steifungsrippen versehen sein. Alternativ kann der Kolben topfformig ausgebildet und aus einem Blechrohling hergestellt sein. Ebenso denkbar sind scheibenförmige Kolben. Der Kolben kann den Vorratsraum von dem Komplementar- raum mittels einer Spielpassung in dem Gehäuse trennen. Alternativ kann der Kolben mit einem Dichtelement versehen sein, welches mit dem Gehäuse dichtend zusammenwirkt.
In einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass in dem Komplemen- tärraum ein Endanschlag für den Kolben vorgesehen ist. Der Endanschlag kann einteilig mit dem Gehäuse ausgebildet oder separat zu diesem hergestellt sein Dabei kann vorgesehen sein, dass die Anlagefläche des Endanschlags kleiner als die Flache des Kolbens ausgebildet ist, die den Komplementarraum begrenzt. Somit wird verhindert, dass der Kolben flächig an dem Gehäuse oder dem Endanschlag zur Anlage kommt, wodurch Adhäsionskräfte, die einer Entleerung des Volumenspeichers entgegenwirken, verringert werden. Der Endanschlag kann beispielsweise um eine Entlüftungsoffnung des Komplementärraums umlaufend ausgebildet sein. Dabei kann der Endanschlag vollständig um die Entlüftungsoffnung umlaufen oder mit einer oder mehrerer Unterbre- chungen ausgebildet sein.
Der Volumenspeicher kann beispielweise innerhalb der Brennkraftmaschine angeordnet sein. In diesem Fall kann Gas und Druckmittel aus dem Komplementärraum direkt in das Innere der Brennkraftmaschine über eine einfache Entlüftungsoffnung entlüftet werden, zusätzliche Abdichtungen sind nicht nötig. Alternativ kann vorgesehen sein, dass der Volumenspeicher außerhalb der Brennkraftmaschine angeordnet ist, wobei eine Entluftungsleitung vorgesehen ist, die einerseits mit dem Komplementärraum und andererseits mit dem Inneren der Brennkraftmaschine kommunizieren. Die Entluftungsleitung kann bei- spielsweise in dem Gehäuse des Volumenspeichers oder einem zusätzlichen Gehäuse ausgebildet sein, das den Volumenspeicher kapselt. In dieser Ausführungsform sind Dichtungen vorzusehen, die die Entlüftungsleitung und die Verbindung zwischen dem Vorratsraum und der Druckmittelleitung gegenüber der Umgebung abdichten.
Der Volumenspeicher kann beispielsweise mittels eines an diesem ausgebildeten Gewindes mit dem Zylinderkopf, dem Kurbeigehause oder einer sonstigen Umgebungskonstruktion verbunden sein. Vorteilhafterweise umfasst das Ge- winde eine Öffnung, über die der Vorratsraum mit der Druckmittelleitung kommuniziert.
In einer Konkretisierung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Voiumenspei- eher innerhalb einer Nockenwelle angeordnet ist. Somit kann der Volumenspeicher ohne den Bauraumbedarf der Brennkraftmaschine zu erhöhen in diese integriert werden. Des Weiteren wird dadurch ein minimaler Abstand zwischen dem Volumenspeicher und ciör Phasenstelleinrichtung realisiert und somit das Ansprechverhalten verbessert. Dabei kann die Innenwandung der Nockenwelle als Gehäuse, 'dienen, in der das Trennelement aufgenommen ist
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Be- Schreibung und aus den Zeichnungen in denen Ausfύhrungsbeispiele der Erfindung vereinfacht dargestellt sind. Es zeigen:
Figur 1 nur sehr schematisch eine Brennkraftmaschine, Figur 2 eine erfindungsgemäße Vorrichtung, wobei die Phasenstelleinrichtung in einer Draufsicht und der Hydrauhkkreislauf schematisch dargestellt sind,
Figur 3 einen Längsschnitt durch die Phasenstelleinrichtung aus Figur 2 entlang der Linie IM-III,
Figur 4 eine Darstellung des auf die Nockenwelle wirkenden Wechseldrehmoments, Figur 5 eine erste Ausführungsform eines Volumenspeichers,
Figur 6 eine zweite Ausführungsform eines Volumenspeichers, Figur 7 eine dritte Ausfuhrungsform eines Volumenspeichers,
Figur 8 eine vierte Ausführungsform eines Volumenspeichers. Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
In Figur 1 ist eine Brennkraftmaschine 1 skizziert, wobei ein auf einer Kurbelwelle 2 sitzender Kolben 3 in einem Zylinder 4 angedeutet ist. Die Kurbelwelle 2 steht in der dargestellten Ausführüngsform über je einen Zugmitteltrieb 5 mit einer Einlassnockenwelle 6 bzw. Auslassnockenwelle 7 in Verbindung, wobei eine erste und eine zweite Vorrichtung 11 für eine Relativdrehung zwischen Kurbelwelle 2 und den Nockenwellen 6, 7 sorgen können. Nocken 8 der Nockenwellen 6, 7 betätigen ein oder mehrere Einlassgaswechselventile 9 bzw. ein oder mehrere Auslassgaswechselventile 10. Ebenso kann vorgesehen sein nur eine der Nockenwellen 6, 7 mit einer Vorrichtung 1 1 auszustatten, oder nur eine Nockenwelle 6, 7 vorzusehen, welche mit einer Vorrichtung 11 versehen ist.
Die Figuren 2 und 3 zeigen eine erste Ausfuhrungsform einer erfindungsgemä- ßen Vorrichtung 1 1 , wobei eine Phasenstelleinπchtung 11a in einer Draufsicht bzw. im Querschnitt und der Hydraulikkreislauf schematisch dargestellt sind. Die Phasenstelleinrichtung 11a weist ein Antriebselement 13 und ein Abtriebselement 14 auf. An den axialen Seitenflächen des Antπebselements 13 ist jeweils ein Seltendeckel 15 drehfest befestigt. Das Abtriebselement 14 ist in Form eines Flügelrades ausgeführt und weist ein im Wesentlichen zylindrisch ausgeführtes Nabenelement 16 auf, von dessen äußerer zylindrischer Mantelfläche sich in der dargestellten Ausführungsform fünf Flügel 17 in radialer Richtung nach außen erstrecken. Die Flügel 17 sind separat zum Abtriebselement 14 ausgebildet und in Flügelnuten des Nabenelements 16 angeordnet. Die Flügel 16 werden mittels Flügelfedem 18, die zwischen den Nutgrunden der Flugeinuten und den Flügeln 17 angeordneter sind, radial nach außen mit einer Kraft beaufschlagt. Ausgehend von einer äußeren Umfangswand 19 des Antriebselements 13 erstrecken sich mehrere Vorsprunge 20 radial nach innen In der dargestellten Ausfuhrungsform sind die Vorsprunge 20 einteilig mit der Umfangswand 19 ausgebildet Das Antπebselement 13 ist mittels radial innen liegender Um- fangswande der Vorsprunge 20 relativ zu dem Abtriebselement 14 drehbar auf diesem gelagert
An einer äußeren Mantelflache des Antriebselements 13 ist ein Kette^^j 12 angeordnet, mittels welchem über einen nicht dargestellten Kettentrieb Dreh- moment von der Kurbelwelle 2 auf das Antriebselement 13 übertragen werden kann
Innerhalb der Phasenstelleinπchtij'ng 11 a ist zwischen jeweils zwei in Umfangs- πchtung benachbarten Vorsprungen 20 ein Druckraum 21 ausgebildet Jeder der Druckrsume 21 wird in Umfangsπchtung von gegenüberliegenden, im Wesentlichen radial verlaufenden Begrenzungswanden 22 benachbarter Vorsprunge 20, in axialer Richtung von den Seitendeckeln 15, radial nach innen von dem Nabenelement 16 und radial nach außen von der Umfangswand 19 begrenzt In jeden der Druckraume 21 ragt ein Flügel 17 wobei die Flügel 17 derart ausgebildet sind, dass diese sowohl an den Seitendeckeln 15, als auch an der Umfangswand 19 anliegen Jeder Flügel 17 teilt somit den jeweiligen Druckraum 21 in zwei gegeneinander wirkende Druckkammern 23, 24
Das Abtriebselement 14 ist in dem Antriebselement 13 aufgenommen und in einem definierten Winkeibreich drehbar zu diesem gelagert Der Winkelbereich wird in einer Drehrichtung des Abtriebselements 14 dadurch begrenzt dass die Flügel 17 an je einer korrespondierenden Begrenzungswand 22 (Fruhanschlag 22a) der Druckraume 21 zum Anliegen kommen Analog wird der Winkelbereich in der anderen Drehrichtung dadurch begrenzt, dass die Flügel 17 an den anderen Begrenzungswanden 22 der Druckraume 21 , die als Spatanschlag 22b dienen, zum Anliegen kommen
Durch Druckbeaufschlagung einer Gruppe von Druckkammern 23, 24 und Druckentlastung der anderen Gruppe kann die Phasenlage des Abtriebselements 14 relativ zu dem Antriebselement 13 variiert werden Durch Druckbeaufschlagung beider Gruppen von Druckkammern 23, 24 kann die Phasenlage konstant gehalten werden Alternativ kann vorgesehen sein keine der Druck- kammern 23, 24 wahrend Phasen konstanter Phasenlage mit Druckmittel zu beaufschlagen Als hydraulisches Druckmittel wird üblicherweise das Schmieröl der Brennkraftmaschine 1 verwendet
Zur Druckmittelzufuhr zu bzw Druckmittelabfuhr von den Druckkammern 23, 24 ist ein Hydraulikkreislauf 25 vorgesehen, der eine Druckmittelpumpe 26, ein Druckmittelreservoir 27, ein Steuerventil 28 und mehrere Druckmittelieitungen 25a b p umfasst Das Steuerventil 28 weist einen Zulaufanschluss P, einen Tankanschluss T und zwei Arbeitsanschlusse A, B auf Die erste Druckmittellei- tung 25a verbindet den ersten Arbeitsaπschluss A mit den ersten Druckkam- mern 23 Die zweite Druckmittelleitung 25b verbindet den zweiten Arbeitsan- schluss B mit den zweiten Druckkammern 24 Die dritte Druckmittelleitung 25p verbindet die Druckmittelpumpe 26 mit dem Zulaufanschluss P
Von der Druckmittelpumpe 26 gefordertes Druckmittel wird über die dritte Druckmittelleitung 25p dem Zulaufanschluss P des Steuerventils 28 zugeführt Je nach Steuerzustand des Steuerventils 28 ist der Zulaufanschluss P mit der ersten Druckmittelleitung 25a der zweiten Druckmittelleitung 25b oder mit beiden bzw keiner der Druckmittelieitungen 25a, b verbunden
Um die Steuerzeiten (Offnungs- und Schließzeitpunkte) der Gaswechselventile 9, 10 in Richtung früh zu verschieben, wird das dem Steuerventil 28 über die dritte Druckmittelleitung 25p zugefuhrte Druckmittel über die erste Druckmittelleitung 25a zu den ersten Druckkammern 23 geleitet Gleichzeitig gelangt Druckmittel aus den zweiten Druckkammern 24 über die zweite Druckmittelleitung 25b zum Steuerventil 28 und wird in das Druckmittelreservoir 27 ausge- stoßen Dadurch werden die Flügel 17 in Richtung des Fruhanschlags 22a verschoben, wodurch eine rotative Bewegung des Abtriebselements 14 relativ zu dem Antriebselement 13 in Drehrichtung der Phasenstelleinrichtung 11a erreicht wird Um die Steuerzeiten der Gaswechselventile 9, 10 in Richtung spät zu verschieben, wird das dem Steuerventil 28 über die dritte Druckmittelleitung 25p zugeführte Druckmittel über die zweite Druckmittelleitung 25b zu den zweiten Druckkammern 24 geleitet. Gleichzeitig gelangt Druckmittel aus den ersten Druckkammern 23 über die erste Druckmittelleitung 25a zum Steuerventil 28 und wird in das Druckmittelreservoir 27 ausgestoßen. Dadurch werden die Flügel 17 in Richtung des Spätanschlags 22b verschoben, wodurch eine rotative Bewegung des Abtriebselements 14 relativ zu dem Antπebselement 13 entgegen der Drehrichtung der Phasenstelleinπchtung 11 a erreicht wird.
Um die Steuerzeiten konstant zu halten wird die Druckmittelzufuhr zu sämtlichen Druckkammern 23, 24 entweder unterbunden oder zugelassen. Dadurch werden die Flügel 17 innerhalb der jeweiligen Druckraume 21 hydraulisch eingespannt, und somit eine rotative Bewegung des Abtriebselements 14 relativ zu dem Antriebselement 13 verhindert.
Während des Betriebs der Brennkraftmaschine 1 rotiert die Nockenwelle 6, 7 um deren Längsachse. Dabei wird jedes Gaswechselventil 9, 10 periodisch gegen die Kraft einer Ventilfeder 30 geöffnet und wieder geschlossen. Während der Öffnungsphase des Gaswechselventils 9, 10 (auflaufender Nocken) wirkt auf die Nockenwelle 6, 7 ein bremsendes Drehmoment, welches dem Vektorprodukt der Kraft der Ventilfeder 30 mit dem Hebelarm des Nockens 8 entspricht. Wahrend des Schließens des Gaswechselventils 9, 10 (ablaufender Nocken) wirkt auf die Nockenwelle 6, 7 ein beschleunigendes Drehmoment, welches dem Vektorprodukt der Kraft der Ventilfeder 30 mit dem Hebelarm des Nockens 8 entspricht. Somit wirkt auf die Nockenwelle 6, 7 ein periodisches Wechseldrehmoment M, das in Figur 4 über dem Kurbelwellenwinkel α aufgetragen dargestellt ist.
Wahrend einer Phasenverstellung in Richtung später (früher) Steuerzeiten unterstützt der in Figur 4 dargestellte positive (negative) Anteil des Wechseldrehmoments M die Phasenverstellung. Dabei wird das Abtriebselement 14 sowohl durch den von der Druckmittelpumpe 26 bereitgestellten Systemdruck, als auch durch den positiven (negativen) Anteil des Wechseldrehmomentes M in Richtung spater (früher) Steuerzeiten verstellt und somit die Phasenverstell- geschwindigkeit erhöht In Brennkraftmaschinen 1 mit hohen Wechseldrehmomenten M kann dies dazu fuhren, dass der durch die Wechseldrehmomente M induzierte Verstellvorgang mit so hohen Geschwindigkeiten erfolgt, dass das von der Druckmittelpumpe 26 geforderte Druckmittelvolumen nicht ausreicht, um die expandierenden zweiten (ersten) Druckkammern 24 (23) ausreichend mit Druckmittel zu versorgen Als Folge davon entsteht in der zweiten (ersten) und dritten Druckmittelleitung 25b (a), p ein Unterdruck, der dem Verstellvorgang entgegenwirkt Somit können die auf die Nockenwelle 6, 7 wirkenden Wechseldrehmomente M nicht optimal ausgenutzt werden, sondern wirken nur bis zu einem Grenzdrehmoment Mi
Gleichzeitig wirkt der negative (positive) Anteil des Wechseldrehmoments M der Phasenverstellung entgegen Übersteigt der negative (positive) Anteil des Wechseldrehmoments M das durch die Druckmittelpumpe 26 generierte Dreh- moment, so wird Druckmittel aus den zweiten (ersten) Druckkammern 24 (23) in die zweite (erste) und dritte Druckmittelleitung 25b (a), p zuruckverdrangt und es erfolgt kurzzeitig eine Phasenverstellung entgegen der gewünschten Richtung Um dies Effekte zu verhindern kann die Druckmittelpumpe 26 entsprechend großer dimensioniert werden, wodurch der Bauraumbedarf, die Kosten und der Kraftstoffverbrauch der Brennkraftmaschine 1 erhöht werden
Alternativ kann erfindungsgemaß ein Volumenspeicher 31 vorgesehen sein Figur 5 zeigt eine mögliche Ausfuhrungsform des Volumenspeichers 31 , der innerhalb der Brennkraftmaschine 1 angeordnet ist Dieser umfasst ein Gehäuse 32, in dem ein Trennelement 33 frei verschiebbar angeordnet ist. Das Trennelement 33 ist in der dargestellten Ausfuhrungsform als Kolben ausgebildet der das Gehäuse 32 in einen Vorratsraum 34 und einen Komplementar- raum 35 teilt Dabei tragt der Kolben ein Dichtelement 38, welches die beiden Räume gegeneinander abdichtet Der Vorratsraum 34 mundet zwischen zwei (optionalen) Rückschlagventilen 29 in die dritte Druckmittelleitung 25p Der Komplementarraum 35 kommuniziert über eine Entluftungsoffnung 36 mit dem Inneren der Brennkraftmaschine 1 Übersteigt der Druck in der dritten Druckmittelleitung 25p den im Inneren der Brennkraftmaschine 1 herrschenden Druck, so wird der Kolben durch das in das Gehäuse 32 stromende Druckmittel in Richtung eines Endanschlags 37 verschoben Somit nimmt das Volumen des Vorratsraums 34 auf Kosten des Volumens des Komplementarraums 35 zu, bis der Kolben an dem Endanschlag 37 zur Anlage kommt (Figur 5, obere Darstellung des Volumenspeichers 31) Gleichzeitig kann das in dem Komplementarraum 35 vorhandene Gas über die Entluftungsoffnung 36 in das Innere der Brennkraftmaschine 1 entweichen Im Unterschied zu den aus dem Stand der Technik bekannten Druckfeder- oder Blasenspeichern ist hier kein Kraftspeicher vorgesehen beispielsweise eine Druckfeder oder ein komprimierbares Gaspolster der wahrend des Befullvor- gangs gespannt wird Dabei ist der Voiürnenspeicher 31 derart angeordnet dass der Verschiebeweg des Trennelements 33 senkrecht zur Schwerkraft verlauft Somit wirkt die Schwerkraft nicht in Verschieberichtung des Trennele ments 33, wodurch der Volumenspeicher 31 auch wahrend des Stillstands der Brennkraftmaschine 1 nicht entleert wird
Der Voiumenspeicher 31 erreicht seinen vollständig befullten Zustand bereits bei geringen Systemdrucken Darüber hinaus erfolgt keine selbsttätige Entleerung des Volumenspeichers 31 bei abfallendem Systemdruck in der dritten Druckmittelleitung 25 p, solange der Druck großer oder gleich dem in dem Inneren der Brennkraftmaschine 1 herrschenden Druck ist
Wirkt auf die Nockenwelle 6, 7 ein die Phasenverstellung unterstutzendes Wechseldrehmoment M1 so wird Druckmittel aus der ersten bzw zweiten Druckmittelleitung und der dritten Druckmittelleitung 25a, b,p in die expandie- renden Druckkammern 23, 24 gesaugt wodurch der Druck in diesen Druckmittelleitungen 25a, b p unter den Druck absinkt, der innerhalb der Brennkraftmaschine 1 herrscht Als Folge davon wird des in dem Vorratsraum 34 gespeicherte Druckmittelvolumen in die dritte Druckmittelleitung 25p gesaugt und weiter zu den jeweiligen Druckkammern 23, 24 gefordert Dabei wird der KoI- ben innerhalb des Gehäuses 32 in Richtung der Austπttsoffnung des Vorratsraums 34 verschoben (Figur 5, untere Darstellung des Volumenspeichers 31 ) Somit steht der Phasenstelleinrichtung 11a ein zusatzliches Druckmittelvolumen zur Verfugung, welches erst dann mobilisiert wird, wenn das von der Druckmittelpumpe 26 geförderte Druckmittelvolumen kleiner als das Druckmittelvolumen ist, welches für die durch das Wechseldrehmoment M induzierte Phasenverstellung benötigt wird. Somit wird das maximal nutzbare Grenzdrehmoment M2 und damit die Phasenverstellgeschwindigkeit signifikant erhöht. Wirkt das auf die Nockenwelle 6, 7 wirkende Wechseldrehmoment M gegen die Phasenverstellπchtung, so verhindern die Rückschlagventile 29, dass Druckmittel aus den Druckkammern 23, 24 in den Volumenspeicher 31 bzw. in den Hydraulikkreislauf 25 ausgeschoben wird, das Druckmittel stützt sich auf den Rückschlagventilen 29 ab.
Somit wird der unterstutzende Anteil des Wechseldrehmomentes M in höherem Maße zur Steigerung der Phasenverstellgeschwindigkeit ausgenutzt und der entgegengesetzt wirkende Anteil abgefangen. Dabei beginnt die Entleerung des Volumenspeichers 31 auf Grund des frei verschiebbaren Kolbens (d h. des fehlenden Kraftspeichers) erst dann, wenn das von der Druckmittelpumpe 26 geförderte Druckmittelvolumen kleiner als das benötigte Druckmittelvolumen ist.
In dieser Ausfύhrungsform ist der Kolben als zylindrisches Bauteil ausgebildet und kann aus einem metallischen Werkstoff oder einem geeigneten Kunststoff bestehen. Der Endanschlag 37 läuft um die Entlüftungsoffnung 36 um, wobei dessen dem Kolben zugewandte Fläche kleiner als die Kolbenfläche ausgebildet ist, um Adhäsionskräfte zu verringern.
Figur 6 zeigt eine zweite Ausführungsform eines Volumenspeichers 31 einer erfindungsgemaßen Vorrichtung 11. Im Unterschied zu der ersten Ausfύh- rungsform ist der Kolben topfförmig ausgeführt und mittels eines Tiefziehverfahrens aus einem Blechteil hergestellt. Die Abdichtung zwischen dem Vorratsraum 34 und dem Komplementärraum 35 erfolgt über einen eng tolerierten Dichtspalt zwischen der äußeren Mantelfläche des Kolbens und der Innenman- telflache des Gehäuses 32 Der Endanschlag 37 ist einteilig mit dem Gehäuse 32 ausgebildet Ebenso denkbar sind Ausführungsformen, in denen der Endanschlag 37 als separates Bauteil hergestellt und in dem Gehäuse 32 befestigt ist. Dabei kann der separate Endanschlag 37 als Dichtring ausgebildet sein, wodurch die Dichtwirkung zwischen dem Kolben und dem Gehäuse 32 erhöht wird, wenn der Volumenspeicher 31 vollständig befüllt ist.
Das Gehäuse 32 weist einen Zapfen 40 mit einer Durchgangsbohrung auf, die einerseits in den Vorratsraum 34 und andererseits in die dritte Druckmittelleitung 25p mündet. Mittels eines an der Außenmantelfläche des Zapfens 40 aus- gebildeten Gewindes ist das Gehäuse 32 an einer Umgebungskonstruktion 42, beispielsweise einem Zylinderkopf oder einem Kurbelgehäuse, befestigt.
Figur 7 zeigt eine dritte Ausführungsform eines Volumenspeichers 31 einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 1. Im Unterschied zu der ersten Ausfuh- rungsform ist der Endanschlag 37 in Umfangsπchtung durch Ausnehmungen 39 unterbrochen, wodurch die Kontaktfläche zwischen Kolben und Endanschlag 37 und somit zwischen diesen Bauteilen wirkende Adhäsionskräfte weiter reduziert werden. Der Kolben besteht in dieser Au sfύh rungsform aus einem geeigneten Kunststoff und kann mit Versteifungsrippen versehen sein.
Figur 8 zeigt eine vierte Ausführungsform eines Volumenspeichers 31 einer erfindungsgemaßen Vorrichtung 11. Im Unterschied zu den vorhergehenden Ausführungsformen ist dieser Volumenspeicher 31 außerhalb der Brennkraftmaschine 1 angeordnet. Das Gehäuse 32 weist einen Zapfen 40 mit einer Durchgangsbohrung auf, die einerseits in den Vorratsraum 34 und andererseits in die dritte Druckmittelleitung 25p mündet. Das Gehäuse 32 ist von einem zweiten Gehäuse 41 gekapselt, das mittels einer Schraubverbindung an dem Zylinderkopf 42 befestigt ist. Innerhalb des zweiten Gehäuses 41 ist eine Ent- luftungsleitung 43 ausgebildet, mittels derer der Komplementärraum 35 mit dem Inneren der Brennkraftmaschine 1 kommuniziert. Somit kann Gas und Druckmittel aus dem Komplementarraum 35 in das Innere der Brennkraftmaschine 1 geleitet werden, wenn der Kolben in Richtung des Endanschlags 37 bewegt wird. An der Kontaktflache zwischen dem Zylinderkopf 42 und dem ersten bzw. zweiten Gehäuse 31 , 41 sind Dichtringe 44 vorgesehen, um den Austritt von Druckmittel zu verhindern. Ebenso denkbar sind Ausführungsformen, in denen nur ein dickwandiges Gehäuse 31 vorgesehen ist, in dem die Entlüftungsleitung 43 ausgebildet ist.
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Bezugszeichen
1 Brennkraftmaschine
2 Kurbelwelle
3 Kolben
4 Zylinder
5 Zugmitteltrieb
6 Einlassnockenwelle
7 Auslassnockenwelle
8 Nocken
9 Einlassgaswechselventil
10 Auslassgaswechselventil
11 Vorrichtung
11a Phasenstelleinrichtung
12 Kettenrad
13 Antriebselement
14 Abtriebselement
15 Seitendeckel
16 Nabenelement
17 Flügel
18 Flügelfeder
19 Umfangswand
20 Vorsprung
21 Druckraum
22 Begrenzungswand
22a Frühanschlag
22b Spätanεchlag
23 erste Druckkammer
24 zweite Druckkammer
25 Hydraulikkreislauf
25a erste Druckmittelleitung
25b zweite Druckmittelleitung
25p dritte Druckmittelleitung 26 Druckmittelpumpe
27 Druckmittelreservoir
28 Steuerventil
29 Rückschlagventil
30 Ventilfeder
31 Volumenspeicher
32 Gehäuse
33 Trennelement
34 Vorratsraum
35 Komplementarraum
36 Entluftungsoffnung
37 Endanschlag
38 Dichtelement
39 Ausnehmung
40 Zapfen
41 zweites Gehäuse
42 Umgebungskonstruktion
43 Entluftungsleitung
44 Dichtring
A erster Arbeitsanschluss
B zweiter Arbeitsanschluss
P Zulaufanschluss
T Ablaufanschluss α Kurbelwellenwinkel
M Wechseldrehmoment
Mi1M2 Grenzdrehmoment

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung (1 1 ) zur variablen Einstellung der Steuerzeiten von Gaswechselventilen (9, 10) einer Brennkraftmaschine (1 ) mit
- einem Antriebselement (13), einem Abtriebselement (14), zumindest einer Druckkammer (23) und einem Volumenspeicher (31 ),
- wobei das Abtriebselement (14) drehbar zu dem Antriebselement (13) angeordnet ist, und die Druckkammer (23) zumindest teilweise von diesen Bauteilen (13, 14) begrenzt wird,
- wobei eine Phasenlage zwischen dem Abtriebselement (14) und dem Antriebselement (13) durch Druckmittelzufuhr zu bzw. Druckmittelabfuhr aus der Druckkammer (23) variabel einstellbar ist,
- wobei Druckmittelleitungen (25a, b, p) vorgesehen sind, über die der Druckkammer (23) Druckmittel zugeführt oder aus dieser abgeführt werden kann, - wobei der Volumenspeicher (31 ) zumindest ein Gehäuse (32) und ein darin verlagerbares Trennelement (33) aufweist, das einen Vorratsraum (34), der mit einer der Druckmittelleitungen (25a, b, p) kommuniziert, von einem entlüfteten Komplementärraum (35) trennt,
- wobei durch Druckmittelbeaufschlagung des Vorratsraums (34) das Trenn- element (33) derart in dem Gehäuse (32) verlagert wird, dass das Volumen des Vorratsraums (34) auf Kosten des Komplementärraums (35) zunimmt,
- dadurch gekennzeichnet, dass der Volumenspeicher (31 ) keinen Kraftspeicher, der bei Befüllung des Vorratsraums (34) gespannt wird, aufweist.
2. Vorrichtung (1 1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Trennelement (33) ausschließlich durch den in der mit dem Volumenspeicher (31 ) kommunizierenden Druckmittelleitung (25a, b, p) herrschenden Druck verlagert wird.
3. Vorrichtung (11 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Komplementärraum (35) eine Entlüftungsöffnung (36) aufweist, die mit dem Inneren der Brennkraftmaschine (1 ) kommuniziert.
4. Vorrichtung (1 1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1 1 ) des Weiteren ein Steuerventil (28) und zumindest eine zweite Druckkammer (24) aufweist, die gegen die erste Druckkammer (23) wirkt und dass eine erste Druckmittelleitung (25a) mit dem Steuerventil (28) und der ersten Druckkammer (23) kommuniziert, dass eine zweite Druckmittelleitung (25b) mit dem Steuerventil (28) und der zweiten Druckkammer (24) kommuniziert und dass eine dritte Druckmittelleitung (25p) mit dem Steuerventil (28) und einer Druckmittelpumpe (26) kommuniziert, wobei der Vor- ratsraum (34) mit der dritten Druckmittelleitung (25p) kommuniziert.
5. Vorrichtung (1 1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass in der mit dem Vorratsraum (34) kommunizierenden Druckmittelleitung (25a, b, p) ein Rückschlagventil (29) stromaufwärts und ein Rückschlagventil (29) stromabwärts des Volumenspeichers (31 ) angeordnet ist, wobei beide Rückschlagventile (29) einen Rückfluss von Druckmittel in Richtung des Volumenspeichers (31 ) bzw. der Druckmittelpumpe (26) unterbinden.
6. Vorrichtung (1 1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Trennelement (33) als Kolben ausgebildet ist.
7. Vorrichtung (11 ) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben topfförmig ausgebildet und aus einem Blechrohling hergestellt ist.
8. Vorrichtung (11 ) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Komplementärraum (35) ein Endanschlag (37) für den Kolben vorgesehen ist.
9. Vorrichtung (1 1 ) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die An- lagefläche des Endanschlags (37) kleiner als die Fläche des Kolbens ausgebildet ist, die den Komplementärraum (35) begrenzt.
10. Vorrichtung (1 1 ) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Endanschlag (37) um eine Entlüftungsöffnung (36) des Komplementärraums (35) umlaufend ausgebildet ist.
11.Vorrichtung (11 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Volumenspeicher (31 ) innerhalb der Brennkraftmaschine (1 ) angeordnet ist.
12. Vorrichtung (11 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Volumenspeicher (31 ) außerhalb der Brennkraftmaschine (1 ) angeordnet ist, wobei eine Entlüftungsleitung (43) vorgesehen ist, die einerseits mit dem Komplementärraum (35) und andererseits mit dem Inneren der Brennkraftmaschine (1 ) kommunizieren.
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