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EP1164255B1 - Vorrichtung zur relativen Drehwinkelverstellung einer Nockenwelle einer Brennkraftmaschine zu einem Antriebsrad - Google Patents

Vorrichtung zur relativen Drehwinkelverstellung einer Nockenwelle einer Brennkraftmaschine zu einem Antriebsrad Download PDF

Info

Publication number
EP1164255B1
EP1164255B1 EP01112997A EP01112997A EP1164255B1 EP 1164255 B1 EP1164255 B1 EP 1164255B1 EP 01112997 A EP01112997 A EP 01112997A EP 01112997 A EP01112997 A EP 01112997A EP 1164255 B1 EP1164255 B1 EP 1164255B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
inner part
bore
cellular wheel
oil
locking pin
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
EP01112997A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP1164255A1 (de
Inventor
Gerold Sluka
Edwin Palesch
Andreas Knecht
Wolfgang Stephan
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Dr Ing HCF Porsche AG
Hilite Germany GmbH
Original Assignee
Dr Ing HCF Porsche AG
Hydraulik Ring GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from DE10101328A external-priority patent/DE10101328A1/de
Application filed by Dr Ing HCF Porsche AG, Hydraulik Ring GmbH filed Critical Dr Ing HCF Porsche AG
Publication of EP1164255A1 publication Critical patent/EP1164255A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP1164255B1 publication Critical patent/EP1164255B1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L1/00—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear
    • F01L1/34—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear characterised by the provision of means for changing the timing of the valves without changing the duration of opening and without affecting the magnitude of the valve lift
    • F01L1/344—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear characterised by the provision of means for changing the timing of the valves without changing the duration of opening and without affecting the magnitude of the valve lift changing the angular relationship between crankshaft and camshaft, e.g. using helicoidal gear
    • F01L1/3442—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear characterised by the provision of means for changing the timing of the valves without changing the duration of opening and without affecting the magnitude of the valve lift changing the angular relationship between crankshaft and camshaft, e.g. using helicoidal gear using hydraulic chambers with variable volume to transmit the rotating force
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T74/00—Machine element or mechanism
    • Y10T74/21—Elements
    • Y10T74/2101—Cams
    • Y10T74/2102—Adjustable

Definitions

  • the invention relates to a device for relative rotational angle adjustment of a camshaft of an internal combustion engine to a drive wheel according to the preamble of the main claim.
  • a generic device in which by means of a arranged in the rotor of the camshaft adjuster locking element of the camshaft adjuster can be locked in an end position. About leading to the locking element oil lines, the locking element can be transferred from its locking position to an unlocked position. If the camshaft adjuster is unlocked, by hydraulic adjustment of the rotor relative to the drive wheel of the camshaft, the timing of the intake and exhaust valves of a camshaft can be changed in the desired manner. Due to the cams arranged on the camshaft and via corresponding cam followers, e.g.
  • Cup tappets which open and close the inlet and outlet valves, are transmitted to the rotor of the camshaft adjuster, because it is non-rotatably connected to the camshaft, and transmits alternating moments (leading-running cams).
  • alternating moments caused by the camshaft lead to periodic rotational position changes of the rotor relative to the stator of the camshaft adjuster, which lead in certain operating states of the internal combustion engine, in particular in idle mode, to an undesirable adjustment of the input or Auslledge forum the camshaft when the locking element is already unlocked.
  • the locking element of the camshaft adjuster can not be locked due to an oil pressure that continues to be applied to the locking element.
  • the locking element By an arranged between two pressure chambers of a cell opening, which is connected to a provided for unlocking the locking element in the rotor oil passage and whose cross section is controlled in dependence on the rotational position position of the rotor, on the one hand the locking element can be unlocked via the one pressure chamber, while at a second, in particular caused by alternating torques of the camshaft rotational position change of the rotor via the other pressure chamber, a hydraulic relief of the oil passage, so that the locking element is again safely transferred to a locked position. Even when switching off the engine is hydraulically relieved by means of the opening leading to the locking element oil passage, so that it is ensured that even when the engine is stopped, the locking element is locked again.
  • the inner part 4 schematically the camshaft of an internal combustion engine indicated at the free end of the rotor, hereinafter referred to as the inner part 4, an adjustment 6 is arranged rotationally fixed.
  • the inner part 4 is provided in this embodiment with five radially arranged webs 8a to 8e, which emanate from a hub 10 of the inner part 4.
  • the web 8a has on its side surfaces on two control edges 9a and 9b, whose function will be explained later in more detail.
  • the inner part 4 is comprised in the area of its webs 8a to 8e by a cellular wheel 12 which is provided with five inwardly projecting radial webs 14a to 14e.
  • the cellular wheel 12 On the outer circumference of the cellular wheel 12, for example, designed as a chain or toothed belt wheel drive wheel (not shown) for driving the camshaft 2 is arranged.
  • the stator 12 of the adjusting unit 6 performing cellular wheel 12 is completed on its front side facing the camshaft 2 of a disc 16 which is guided rotatably and sealingly on the hub 10 of the inner part 4.
  • the opposite end face of the cellular wheel 12 is also closed by a disc 18, wherein the discs 16 and 18 and the cellular wheel 12 are fixedly connected to each other via screws, not shown.
  • the through-holes 20 provided in the webs 14a to 14e in the cellular wheel 12 serve to receive or guide these fastening screws.
  • the hub 10 has a threaded central bore 26.
  • the pressure chambers 22a to 22e are each connected via a radial bore 28a to 28e in the hub 10 of the inner part 4 with an annular space 30 which is formed between the mounting screw 25 for the adjusting unit 6 and the wall portions of the provided in the hub 10 central bore 26 , wherein the annular space 30 is closed by the head 31 of the screw 25 at the end.
  • the annular space 30 is connected via a plurality of bores 32 introduced radially in the camshaft 2 with an annular groove 34 arranged on the outer circumference of the camshaft 2.
  • the pressure chambers 24a to 24e are connected via radial bores 36a to 36e to an annular groove 38 arranged on the outer circumference of the camshaft 2, which leads via an axially arranged in the camshaft 2 bore 40 to another, also formed on the outer circumference of the camshaft 2 annular groove 42.
  • the two annular grooves 34 and 42 are each connected via a rotary union acting as a camshaft bearing 44 with a control line A and B.
  • the two control lines A and B are connected to a control valve 48 designed, for example, as a 4/2 proportional control valve.
  • This control valve 48 is also connected to a pressure medium pump 49 and an oil tank 50.
  • a check valve 51 is arranged in the pressure line P.
  • the adjusting unit 6 is provided with its illustrated in Figures 1 to 3 end position for the adjustment of an exhaust camshaft, wherein the cell wheel 12 is driven counterclockwise, while the inner part 4 are adjusted in the clockwise direction in the direction of "late" opening the exhaust valves can.
  • a Bore 52 is provided, in which a locking element, hereinafter referred to as a locking pin 53, is arranged.
  • the bore 52 is formed as a stepped bore, wherein in the larger bore portion 54 of the annular shoulder 55 provided with part of the locking pin 53 is guided.
  • the locking pin 53 has a bore 56 in which a compression spring 57 is arranged, which is clamped between the bottom of the bore 56 and a supported on the disc 18 and arranged in the bore portion 54 plastic washer 58.
  • the plastic disk 58 has a central opening 59, which is connected to a channel 50 leading back to the tank 60, over which during displacement of the locking pin 53 against the spring force of the compression spring 57 in the bore 52 befindliches leak oil is fed back to the tank 50.
  • the channel 60 is formed by a groove 8a arranged in the groove, which is closed by the lid 18 except for an opening 46.
  • a radial passage bore 61 leads to the end face of the web 8a.
  • a radial passage bore 61 leads to the end face of the web 8a.
  • the two webs 14a and 14e is formed on the inside of the cellular wheel 12 designed as an opening pocket 62, on which, as described in more detail below, formed by the annular shoulder 55, the inner wall of the bore 54 and the outer wall of the locking pin 53 annular chamber 100 oil is supplied.
  • a slot 63 is introduced, in which the locking pin 53 can be locked.
  • the slot hole 63 extends in the radial direction, so that at a slightly different from the end position of the adjusting unit 6 rotational position position of the inner part 4 already locking the locking pin 53 is possible.
  • a blind hole 64 connected to the oblong hole bore 63 is arranged behind the oblong hole bore 63, the diameter of which is smaller than the diameter of the locking pin 53.
  • Blind hole 64 leads to a channel 65 connected to the pressure chamber 22a via which, as described in more detail later , An end face 66 of the locking pin 53 is acted upon in certain operating conditions with oil pressure for unlocking the locking pin 53.
  • the internal combustion engine is out of operation, i. at standstill.
  • the locking pin 53 is in the locked position, i. it is locked by the compression spring 57 in the bore 63 of the disc 16.
  • the adjusting unit 6 is in its end position, which corresponds to an "early" opening or closing time of the cam and cam follower actuated exhaust valves of the internal combustion engine.
  • the engine oil pressure which is used for adjusting the inner part 4 with respect to the cellular wheel 12 of the adjusting unit 6, remains below the unlocking minimum pressure.
  • the control valve 48 is de-energized, therefore, the pressure chambers 24a to 24e oil is supplied via the control line A.
  • the control valve 48 remains de-energized in its normal position.
  • the hydraulic connection of the pressure chamber 24a to the annular chamber 100 is still open, while the web 8a and the right control edge 9b the pressure chamber 22a and the pocket 62 continues to separate from each other.
  • the engine oil pressure increases and exceeds the unlocking minimum pressure at which the locking pin 53 over the voltage applied in the annular chamber 100 oil pressure on its annular shoulder 55 is transferred against the spring force of the compression spring 57 in the unlocked position.
  • the engine reaches an adjustment speed at which the control valve 48 is energized;
  • the oil pressure supply via the control line B which is supplied via the annular groove 34, the radial bores 32, the annular space 30 and the radial bores 28a to 28e, the pressure chambers 22a to 22e with oil Since the passage from the pressure chamber 24a on the bag 62 and the radial bore 61 is still open to the annular chamber 100, but the pressure oil supply via the control line A to the annular chamber 100 is no longer carried out, the voltage applied in the annular chamber 100 oil pressure drops.
  • the locking pin 53 still remains in its unlocked position, since at the same time via the control line B, the oil channel 65 and the blind hole 64 oil the end face 66 of the locking pin 53 is supplied.
  • the leading from the pressure chamber 22a via the pocket 62 and the radial bore 61 hydraulic passage is still closed.
  • the inner part 4 of the adjusting unit 6 now moves by one step in the direction of the adjustment position, i. the webs 8a to 8e of the inner part 4 stand out from the webs 14a to 14e of the cellular wheel 12 from.
  • the inner part 4 moves by a further step in the direction of adjustment, whereby the web 8a reaches a position in which it closes the bag 62 with its left and right control edge 9a and 9b both from the pressure chamber 22a, and from the pressure chamber 24a ago, so that neither oil reaches the annular chamber 100 nor the blind hole 64 in this state. Nevertheless, the locking pin 53 remains in its unlocked position, since it is hydraulically clamped and thus no oil can escape through the pressure chambers 22a and 24a.
  • the engine speed increases further, the inner part 4 of the adjustment 6 is moved by a further step in the direction of adjustment by the oil pressure supply to the pressure chambers 22a to 22e, at the same time via the pressure chamber 22a to the end face 66 of the locking pin 53 supplied pressure is maintained.
  • the web 8a occupies a position with respect to the pocket 62 in which the hydraulic passage to the annular chamber 100 is released via the right control edge 9b of the web 8a via the pressure chamber 22a, so that the unlocked position of the locking pin 53 is maintained.
  • the left control edge 9a of the hydraulic passage from the pressure chamber 24a is kept closed to the annulus 100.
  • the engine has reached an adjustment speed at which the maximum adjustment path is achieved with the abutment of the webs 8a to 8e of the inner part 4 on the webs 14a to 14e of the cellular wheel 12.
  • the inner part 4 of the adjusting unit 6 and thus provided with the locking pin 53 web 8a moves further towards the end position, being released via the left control edge 9a leading to the annular chamber 100 hydraulic channel by opening the connection between the pressure chamber 24a and bag 62.
  • 100 oil pressure is built up in the annular chamber, so that the locking pin 53 is again transferred to the unlocked position.
  • the inner part 4 of the adjusting unit 6 has reached its end position, i. the webs 8a to 8e of the inner part 4 rest against the webs 14a to 14e of the cellular wheel 12.
  • the hydraulic passage from the pressure chamber 24a to the annular chamber 100 is further opened while the hydraulic connection from the pressure chamber 22a to the annular chamber 100 is closed. If the engine oil pressure, e.g. when turning off the engine, below the Entriegelungsölniks from, due to the spring force of the compression spring 57 of the locking pin 53 is again securely transferred to its locked position. This ensures that a restart of the internal combustion engine is based on a state in which the locking pin 53 is in its locked position.
  • the inner part 4 of the adjusting unit 6 can only move up to a position shown in FIG. 8, which corresponds to approximately 1 to 1.5 ° adjustment angle. Then, namely, the oil pressure supply via the pressure chamber 24a to the annular chamber 100 is closed, while the voltage applied in the annular chamber 100 oil pressure on the pressure chamber 22a and the control line B is reduced; Since in this position, the locking pin 53 is still in coincidence with the elongated hole 63, the adjusting unit 6 is locked again and the inner part 4 moves back to its final position. This ensures that, despite the alternating moments of the camshaft, the inner part 4 of the adjusting unit 6 does not move uncontrolled into an undesired adjustment position.
  • the inner part 4 is moved or pressed in the adjustment by the expiring torque of the cam.
  • the control valve 48 is energized in its normal position.
  • oil pressure is additionally built up in the pressure chamber 24a; however, the pressure space 24a may be due to of the arranged in the pressure line P check valve 51 are hydraulically not relieved.
  • the annular chamber 100 is relieved hydraulically and the locking pin 53 is locked in the oblong hole bore 63 analogously to the idling operation described, so that it is ensured when the engine is restarted the adjusting unit 6 is in its locked end position.
  • FIGS. 15 to 25 differs only in terms of its structural design, the reference symbols being retained for the same components.
  • the opening, whose passage to the pressure chambers 22a and 24a is controlled in dependence on the adjustment position of the inner part 4, as an arranged in the disc 16, end closed Langlochohrung 62 'is formed.
  • the elongated hole 62 ' is in turn connected to a radially arranged in the web 8 a bore 61', which is guided to the annular chamber 100.
  • the hydraulic flow from the pressure chamber 24a or 22a via the slot hole 62 'and the bore 61' to the annular chamber 100 in response to the rotational position of the inner part 4 is controlled.
  • FIGS. 15 to 25 correspond to the states according to the first exemplary embodiment illustrated in FIGS. 4 to 14, the description of the first exemplary embodiment being expressly incorporated by reference.
  • the device according to the invention is also suitable for the adjustment of an intake camshaft, moreover, the opening 62 or 62 'can also be arranged at other locations of the stator of the adjusting unit 6.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Valve Device For Special Equipments (AREA)

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur relativen Drehwinkelverstellung einer Nockenwelle einer Brennkraftmaschine zu einem Antriebsrad nach der Gattung des Hauptanspruchs.
  • Aus der DE 196 23 818 A1 ist eine gattungsgemäße Vorrichtung bekannt, bei der mit Hilfe eines im Rotor des Nockenwellenverstellers angeordneten Verriegelungselementes der Nockenwellenversteller in einer Endlage arretiert werden kann. Über zum Verriegelungselement führende Ölleitungen kann das Verriegelungselement aus seiner Verriegelungsposition in eine entriegelte Position überführt werden. Ist der Nockenwellenversteller entriegelt, können durch hydraulische Verstellung des Rotors relativ zum Antriebsrad der Nockenwelle die Steuerzeiten der Einlaß- bzw. Auslaßventile einer Nockenwelle in gewünschter Weise verändert werden. Aufgrund der auf der Nockenwelle angeordneten Nocken, die über entsprechende Nockenfolger, wie z.B. Tassenstössel, die Ein- bzw. Auslaßventile öffnen und schließen, werden auf den Rotor des Nockenwellenverstellers, da er drehfest mit der Nockenwelle verbunden ist, Wechselmomente (auflaufende - ablaufende Nocken) übertragen. Diese von der Nockenwelle verursachten Wechselmomente führen zu periodischen Drehlageänderungen des Rotors gegenüber dem Stator des Nockenwellenverstellers, die in bestimmten Betriebszuständen der Brennkraftmaschine, insbesondere im Leerlaufbetrieb, zu einer unerwünschten Verstellung der Ein- bzw. Auslaßzeiten der Nockenwelle führen, wenn das Verriegelungselement bereits entriegelt ist. Weiterhin besteht beim Abschalten der Brennkraftmaschine die Gefahr, dass aufgrund eines weiterhin am Verriegelungselement anliegenden Öldruckes das Verriegelungselement des Nockenwellenverstellers nicht verriegelt werden kann.
  • Es ist demgegenüber die Aufgabe der Erfindung, eine gattungsgemäße Vorrichtung zur relativen Drehwinkelverstellung einer Nockenwelle zu ihrem Antriebsrad dahingehend zu verbessern, dass trotz bestimmter Betriebszustände, in denen die Verstelleinheit nicht mehr oder noch nicht aktiv ist, eine sichere und zuverlässige Verriegelung des Nockenwellenverstellers durch das oben angeführte Verriegelungselement erfolgt.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Hauptanspruchs gelöst.
  • Durch eine zwischen zwei Druckräumen eines Zellenrades angeordnete Öffnung, die mit einem zum Entriegeln des Verriegelungselementes im Rotor vorgesehenen Ölkanal verbunden ist und deren Querschnitt in Abhängigkeit von der Drehlageposition des Rotors gesteuert ist, kann einerseits das Verriegelungselement über den einen Druckraum entriegelt werden, während bei einer zweiten, insbesondere durch Wechselmomente der Nockenwelle verursachten Drehlageänderung des Rotors über den anderen Druckraum eine hydraulische Entlastung des Ölkanals erfolgt, so dass das Verriegelungselement wieder sicher in eine verriegelte Position überführbar ist. Auch beim Abschalten der Brennkraftmaschine wird mit Hilfe der Öffnung der zum Verriegelungselement führende Ölkanal hydraulisch entlastet, so das sichergestellt ist, dass auch im Stillstand der Brennkraftmaschine das Verriegelungselement wieder arretiert ist.
  • Weiter Vorteile und vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der Beschreibung.
  • Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in de nachfolgenden Beschreibung und Zeichnungen näher erläutert.
  • Es zeigen
    • Fig. 1
    einen Längsschnitt durch die Verstelleinheit,
    Fig. 2
    einen Schnitt entlang der Linie II - II in Fig. 1,
    Fig. 3
    einen Schnitt entlang der Linie III - III in Fig. 1,
    Fig. 4 - Fig. 9
    verschiedene Betriebszustände der Verstelleinheit in Verstellrichtung,
    Fig. 10 - Fig. 14
    verschiedene Betriebszustände der Verstelleinheit in Rückstellrichtung,
    Fig. 15 - Fig. 20
    verschiedene Betriebszustände der Verstelleinheit in Verstellrichtung nach einem zweiten Ausführungsbeispiel,
    Fig. 21 - Fig. 25
    verschiedene Betriebszustände der Verstelleinheit in Rückstellrichtung nach einem zweiten Ausführungsbeispiel.
    Beschreibung der Ausführungsbeispiele
  • In der Zeichnung ist mit 2 schematisch die Nockenwelle einer Brennkraftmaschine angedeutet, an deren freien Ende der Rotor, im folgenden als Innenteil 4 bezeichnet, einer Verstellvorrichtung 6 drehfest angeordnet ist. Das Innenteil 4 ist in diesem Ausführungsbeispiel mit fünf radial angeordneten Stegen 8a bis 8e versehen, die von einer Nabe 10 des Innenteils 4 ausgehen. Der Steg 8a weist an seinen Seitenflächen zwei Steuerkanten 9a und 9b auf, deren Funktion später noch näher erläutert wird. Das Innenteil 4 wird im Bereich seiner Stege 8a bis 8e von einem Zellenrad 12 umfasst, das mit fünf nach innen ragenden radialen Stegen 14a bis 14e versehen ist. Auf dem Aussenumfang des Zellenrades 12 ist das beispielsweise als Ketten- oder Zahnriemenrad ausgebildete Antriebsrad (nicht dargestellt) für den Antrieb der Nockenwelle 2 angeordnet. Das den Stator der Verstelleinheit 6 darstellende Zellenrad 12 wird auf seiner der Nockenwelle 2 zugewandten Stirnseite von einer Scheibe 16 abgeschlossen, die drehbeweglich und dichtend auf der Nabe 10 des Innenteils 4 geführt ist. Die gegenüberliegende Stirnseite des Zellenrades 12 wird ebenfalls von einer Scheibe 18 verschlossen, wobei die Scheiben 16 und 18 und das Zellenrad 12 über nicht dargestellte Schrauben fest miteinander verbunden sind. Die in den Stegen 14a bis 14e im Zellenrad 12 vorgesehenen Durchgangsbohrungen 20 dienen der Aufnahme bzw. Führung dieser Befestigungsschrauben. Durch die Stege 14a bis 14e des Zellenrades 12 werden fünf durch die Scheiben 16 und 18 in axialer Richtung begrenzte Zellen ausgebildet, die durch die Stege 8a bis 8e des Innenteils 4 in jeweils zwei Druckräume 22a bis 22e bzw. 24a bis 24e unterteilt sind. Das Innenteil 4 und das auf diesem drehbar geführte Zellenrad 12 sind durch eine Schraube 25 miteinander verbunden. Dazu weist die Nabe 10 eine mit einem Gewinde versehene zentrale Bohrung 26 auf.
  • Die Druckräume 22a bis 22e sind jeweils über eine radiale Bohrung 28a bis 28e in der Nabe 10 des Innenteils 4 mit einem Ringraum 30 verbunden, der sich zwischen der Befestigungsschraube 25 für die Verstelleinheit 6 und den Wandungsabschnitten der in der Nabe 10 vorgesehenen zentralen Bohrung 26 ausbildet, wobei der Ringraum 30 durch den Kopf 31 der Schraube 25 endseitig verschlossen ist.
  • Der Ringraum 30 ist über mehrere in der Nockenwelle 2 radial eingebrachte Bohrungen 32 mit einer am Außenumfang der Nockenwelle 2 angeordneten Ringnut 34 verbunden. Die Druckräume 24a bis 24e sind über radiale Bohrungen 36a bis 36e mit einer am Außenumfang der Nockenwelle 2 angeordneten Ringnut 38 verbunden, die über eine axial in der Nockenwelle 2 angeordnete Bohrung 40 zu einer weiteren, ebenfalls am Außenumfang der Nockenwelle 2 ausgebildeten Ringnut 42 führt.
  • Die beiden Ringnuten 34 und 42 sind jeweils über ein als Drehdurchführung wirkendes Nockenwellenlager 44 mit einer Steuerleitung A und B verbunden. Die beiden Steuerleitungen A und B sind mit einem beispielsweise als 4/2-Proportionalregelventil ausgebildeten Steuerventil 48 verbunden. Dieses Steuerventil 48 ist darüber hinaus mit einer Druckmittelpumpe 49 und einem Öltank 50 verbunden. Unmittelbar hinter der Druckmittelpumpe 49 ist in der Druckleitung P ein Rückschlagventil 51 angeordnet. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Verstelleinheit 6 mit ihrer in den Figuren 1 bis 3 dargestellten Endlageposition für die Verstellung einer Auslaßnockenwelle vorgesehen, wobei das Zellenrad 12 entgegen dem Uhrzeigersinn angetrieben ist, während das Innenteil 4 im Uhrzeigersinn in Richtung "spätes" Öffnen der Auslaßventile verstellt werden kann.
  • Zur Verriegelung des Innenteils 4 gegenüber dem Zellenrad 12 in einer gemäß der Figuren 1 bis 3 dargestellten Endlageposition der Verstelleinheit 6 ist im Steg 8a eine Bohrung 52 vorgesehen, in der ein Verriegelungselement, im folgenden als Verriegelungsstift 53 bezeichnet, angeordnet ist. Die Bohrung 52 ist dabei als Stufenbohrung ausgebildet, wobei in dem größeren Bohrungsabschnitt 54 der mit einer Ringschulter 55 versehene Teil des Verriegelungsstiftes 53 geführt ist. Der Verriegelungsstift 53 weist eine Bohrung 56 auf, in der eine Druckfeder 57 angeordnet ist, die zwischen dem Boden der Bohrung 56 und einer sich an der Scheibe 18 abstützenden und in dem Bohrungsabschnitt 54 angeordneten Kunststoffscheibe 58 eingespannt ist. Die Kunststoffscheibe 58 weist eine zentrale Öffnung 59 auf, die mit einem zum Tank 50 zurückführenden Kanal 60 verbunden ist, über den beim Verschieben des Verriegelungsstiftes 53 entgegen der Federkraft der Druckfeder 57 in der Bohrung 52 befindliches Leckageöl zum Tank 50 zurück geführt wird. Der Kanal 60 wird dabei durch eine im Steg 8a angeordnete Nut gebildet, die durch den Deckel 18 bis auf eine Öffnung 46 verschlossen ist.
  • Vom Bodenbereich des Bohrungsabschnittes 54 der Bohrung 52 führt eine radiale Durchgangsbohrung 61 zur Stirnseite des Steges 8a. Zwischen den beiden Stegen 14a und 14e ist auf der Innenseite des Zellenrades 12 eine als Öffnung ausgebildete Tasche 62 eingebracht, über die, wie später noch näher beschrieben, einer durch die Ringschulter 55, der Innenwandung der Bohrung 54 und der Außenwandung des Verriegelungsstiftes 53 gebildeten Ringkammer 100 Öl zugeführt wird. In der Scheibe 16 ist eine Langlochbohrung 63 eingebracht, in die der Verriegelungsstift 53 arretiert werden kann. Die Langlochbohrung 63 erstreckt sich in radialer Richtung, so dass bei einer geringfügig von der Endlage der Verstelleinheit 6 abweichenden Drehlageposition des Innenteils 4 bereits ein Verriegeln des Verriegelungsstiftes 53 möglich ist. In der Scheibe 16 ist hinter der Langlochbohrung 63 eine mit der Langlochbohrung 63 verbundene Sacklochbohrung 64 angeordnet, deren Durchmesser kleiner als der Durchmesser des Verriegelungsstiftes 53 ist Zur Sacklochbohrung 64 führt ein mit dem Druckraum 22a verbundener Kanal 65, über den, wie später noch näher beschrieben, eine Stirnfläche 66 des Verriegelungsstiftes 53 in bestimmten Betriebszuständen mit Öldruck zur Entriegelung des Verriegelungsstiftes 53 beaufschlagt wird.
  • Im Folgenden wird anhand der Fig. 4 bis 14 ein kompletter Verstellvorgang der Verstelleinheit 6 beschrieben:
    • Fig. 4
  • Die Brennkraftmaschine befindet sich außer Betrieb, d.h. im Stillstand. Der Verriegelungsstift 53 befindet sich in verriegelter Position, d.h. er ist durch die Druckfeder 57 in der Bohrung 63 der Scheibe 16 verriegelt. Damit befindet sich die Verstelleinheit 6 in ihrer Endlageposition, die einer "frühen" Öffnungs- bzw. Schliesszeit der über Nocken und Nockenfolger betätigten Auslaßventile der Brennkraftmaschine entspricht. Während des Startvorgangs bis zum Erreichen der Leerlaufdrehzahl verbleibt der Motor-Öldruck, der zum Verstellen des Innenteils 4 gegenüber dem Zellenrad 12 der Verstelleinheit 6 genutzt wird, unterhalb des Entriegelungs-Minimaldrucks. Das Steuerventil 48 ist unbestromt, daher wird über die Steuerleitung A den Druckräumen 24a bis 24e Öl zugeführt. Bei dieser Drehwinkelposition des Innenteils 4 relativ zum Zellenrad 12 gibt die linke Steuerkante 9a des Steges 8a die Verbindung des Druckraumes 24a zur Tasche 62 frei, so dass über die Bohrung 61 der Ringkammer 100 Öl zugeführt werden kann, während die rechte Steuerkante 9b des Steges 8a die Verbindung vom Druckraum 22a zur Tasche 62 verschlossen hält.
    • Fig. 5
  • Als nächstes erreicht der Motor die Leerlaufdrehzahl. Das Steuerventil 48 bleibt weiterhin unbestromt in seiner Grundstellung. Die hydraulische Verbindung des Druckraumes 24a zur Ringkammer 100 ist weiterhin geöffnet, während der Steg 8a bzw. die rechte Steuerkante 9b den Druckraum 22a und die Tasche 62 weiterhin voneinander trennt. Der Motoröldruck erhöht sich und übersteigt den Entriegelungs-Minimaldruck, bei dem der Verriegelungsstift 53 über den in der Ringkammer 100 anliegenden Öldruck über seine Ringschulter 55 entgegen der Federkraft der Druckfeder 57 in die entriegelte Position überführt wird.
    • Fig. 6
  • Als nächster Schritt erreicht der Motor eine Verstelldrehzahl, bei der das Steuerventil 48 bestromt wird; damit erfolgt die Öldruckversorgung über die Steuerleitung B, die über die Ringnut 34, die radialen Bohrungen 32, den Ringraum 30 und die radialen Bohrungen 28a bis 28e die Druckräume 22a bis 22e mit Öl versorgt Da der Durchgang vom Druckraum 24a über die Tasche 62 und die radiale Bohrung 61 zur Ringkammer 100 weiterhin geöffnet ist, jedoch die Druckölversorgung über die Steuerleitung A zur Ringkammer 100 nicht mehr erfolgt, fällt der in der Ringkammer 100 anliegende Öldruck ab. Der Verriegelungsstift 53 bleibt dennoch in seiner entriegelten Position, da gleichzeitig über die Steuerleitung B, den Kanal 65 Öl und die Sacklochbohrung 64 Öl der Stirnfläche 66 des Verriegelungsstiftes 53 zugeführt wird. Der vom Druckraum 22a über die Tasche 62 und die radiale Bohrung 61 führende hydraulische Durchgang ist weiterhin verschlossen. Das Innenteil 4 der Verstelleinheit 6 bewegt sich nunmehr um einen Schritt in Richtung Verstellposition, d.h. die Stege 8a bis 8e des Innenteils 4 heben sich von den Stegen 14a bis 14e des Zellenrades 12 ab.
  • Da sich in der Endlageposition die radialen Bohrungen 28b bis 28e noch in vollständiger Überdeckung mit den Stegen 14a bis 14d befinden (siehe Fig. 2), erfolgt die Druckbeaufschlagung auf den Rotor zu Verstellbeginn lediglich über den Druckraum 22a, der über die nur teilweise durch den Steg 14e abgedeckte radiale Bohrung 28a mit Drucköl beaufschlagt wird. Damit wird eine zu schnelle, unkontrollierte Anfangs-Verstellbewegung verhindert.
    • Fig. 7
  • Das Innenteil 4 bewegt sich um einen weiteren Schritt in Richtung Verstellposition, wodurch der Steg 8a eine Lage erreicht, bei der er mit seiner linken und seiner rechten Steuerkante 9a und 9b die Tasche 62 sowohl vom Druckraum 22a, als auch vom Druckraum 24a her verschließt, so dass in diesem Zustand weder Öl zur Ringkammer 100 noch zur Sacklochbohrung 64 gelangt. Dennoch verbleibt der Verriegelungsstift 53 in seiner entriegelten Position, da er hydraulisch eingespannt ist und somit kein Öl über die Druckräume 22a und 24a entweichen kann.
    • Fig. 8
  • Die Motordrehzahl erhöht sich weiter, durch die Öldruckversorgung zu den Druckräumen 22a bis 22e wird das Innenteil 4 der Verstelleinheit 6 um einen weiteren Schritt in Richtung Verstellposition bewegt, wobei gleichzeitig der über den Druckraum 22a zur Stirnfläche 66 des Verriegelungsstiftes 53 zugeführte Druck aufrecht erhalten wird. Der Steg 8a nimmt in Bezug auf die Tasche 62 eine Position ein, bei der über die rechte Steuerkante 9b des Steges 8a der hydraulische Durchgang zur Ringkammer 100 über den Druckraum 22a freigegeben wird, so dass die entriegelte Position des Verriegelungsstiftes 53 beibehalten wird. Durch die linke Steuerkante 9a wird der hydraulische Durchgang vom Druckraum 24a zum Ringraum 100 verschlossen gehalten.
    • Fig. 9
  • Der Motor hat eine Verstelldrehzahl erreicht, bei der mit dem Anliegen der Stege 8a bis 8e des Innenteils 4 an den Stegen 14a bis 14e des Zellenrades 12 der maximale Verstellweg erreicht ist.
    • Fig. 10
  • Die Motordrehzahl wird reduziert, das Steuerventil 48 wird nicht mehr bestromt, wodurch es wieder in seine Grundsstellung übergeht und die Öldruckversorgung nunmehr wieder über die Steuerleitung A zu den Druckräumen 24a bis 24e erfolgt. Zwar ist der hydraulische Durchgang vom Druckraum 22a zur Tasche 62 offen, jedoch nicht der Übergang von der Tasche 62 zur im Steg 8a angeordneten radialen Bohrung 61, so dass der Öldruck in der Ringkammer 100 aufrecht erhalten wird und der Verrriegelungsstift 53 in entriegelter Position verbleibt.
    • Fig. 11
  • Die Motordrehzahl und damit die Verstelldrehzahl sinkt weiter ab, das Innenteil 4 der Verstelleinheit 6 bewegt sich aufgrund der Ölversorgung zu den Druckräumen 24a bis 24e weiter in Richtung Verriegelungsposition. Da nunmehr der hydraulische Durchgang vom Druckraum 22a zur Ringkammer 100 geöffnet ist, wird der Öldruck in der Ringkammer 100 über die Druckleitung B zum Tank 50 abgebaut. Da der Steg 8a eine Lageposition erreicht hat, bei der der Verriegelungsstift 53 mit der Langlochbohrung 63 in Überdeckung kommt, geht der Verriegelungsstift 53 in seine verriegelte Stellung über.
    • Fig. 12
  • Die Motordrehzahl sinkt weiter, das Steuerventil 48 bleibt weiterhin unbestromt in seiner Grundstellung und das Innenteil 4 der Verstelleinheit 6 bewegt sich weiter in Richtung seiner ursprünglichen verriegelten Endlageposition. Der zur Ringkammer 100 führende Hydraulikkanal (Tasche 62, Bohrung 61) ist aufgrund der Lageposition des Stegs 8a sowohl vom Druckraum 22a als auch vom Druckraum 24a her verschlossen. Sowohl der zur Ringkammer 100 führende Hydraulikkanal als auch der zur Stirnfläche 66 des Verriegelungsstiftes 53 führende Kanal 65 sind hydraulisch entlastet. Damit verbleibt der Verriegelungsstift 53 in seiner eingenommenen Verriegelungsposition.
    • Fig. 13
  • Das Innenteil 4 der Verstelleinheit 6 und damit der mit dem Verriegelungsstift 53 versehene Steg 8a bewegt sich weiter in Richtung Endlageposition, wobei über die linke Steuerkante 9a der zur Ringkammer 100 führende Hydraulikkanal durch das Öffnen der Verbindung zwischen Druckraum 24a und Tasche 62 freigegeben wird. Damit wird in der Ringkammer 100 Öldruck aufgebaut, so dass der Verriegelungsstift 53 wieder in die entriegelte Position überführt wird.
  • Dadurch, dass unmittelbar vor dem Erreichen der Endlageposition die radialen Bohrungen 28b bis 28e wieder in vollständiger Überdeckung mit den Stegen 14a bis 14d des Zellenrades 12 gebracht werden (siehe Fig. 2), wird eine Endlagendämpfung des Rotors erreicht.
    • Fig. 14
  • Das Innenteil 4 der Verstelleinheit 6 hat seine Endlage erreicht, d.h. die Stege 8a bis 8e des Innenteils 4 liegen wieder an den Stegen 14a bis 14e des Zellenrades 12 an. Der hydraulische Durchgang vom Druckraum 24a zur Ringkammer 100 ist weiterhin geöffnet, während die hydraulische Verbindung vom Druckraum 22a zur Ringkammer 100 geschlossen ist. Sinkt der Motoröldruck, z.B. beim Abstellen des Motors, unterhalb des Entriegelungsöldrucks ab, wird aufgrund der Federkraft der Druckfeder 57 der Verriegelungsstift 53 wieder sicher in seine verriegelte Stellung überführt. Damit ist sichergestellt, dass bei einem Neustart der Brennkraftmaschine von einem Zustand ausgegangen wird, bei der sich der Verriegelungsstift 53 in seiner verriegelten Position befindet.
  • Das vorbeschriebene Verstell- bzw. Verriegelungsverfahren findet darüber hinaus insbesondere in folgenden Betriebszuständen seine Anwendung:
    • Leerlaufbetrieb der Brennkraftmaschine
  • Im Leerlauf des Motors sinkt mit zunehmender Öltemperatur der Motoröldruck aufgrund höherer Leckageverluste und einem höheren Druckabfall im System ab. Damit reicht der in den Druckräumen 24a anliegende Öldruck nicht mehr aus, dem Grunddrehmoment der Nockenwelle sowie den durch die ablaufenden bzw. auflaufenden Nocken erzeugten Wechselmomente entgegenzuwirken. Bei laufendem Motor mit Leerlaufdrehzahl wird, wie eingangs beschrieben, über die Steuerleitung A dem Druckraum 24a und damit der Ringkammer 100 Öl zugeführt. Da der Motoröldruck grösser ist als der Entriegelungs-Minimaldruck wird der Verriegelungsstift 53 entsprechend Fig. 5 in seine entriegelte Position überführt. Aufgrund der vorbeschriebenen Effekte kann sich das Innenteil 4 der Verstelleinheit 6 in Verstellrichtung bewegen, obwohl zu diesem Zeitpunkt die Druckräume 22a nicht mit Öl versorgt sind. Das Innenteil 4 der Verstelleinheit 6 kann sich jedoch nur bis zu einer in Fig. 8 dargestellten Position bewegen, die ungefähr 1 bis 1,5° Verstellwinkel entspricht. Dann ist nämlich die Öldruckzufuhr über den Druckraum 24a zur Ringkammer 100 geschlossen, während der in der Ringkammer 100 anliegende Öldruck über den Druckraum 22a und die Steuerleitung B abgebaut wird; Da sich in dieser Position der Verriegelungsstift 53 noch in Überdeckung mit der Langlochbohrung 63 befindet, wird die Verstelleinheit 6 wieder arretiert und das Innenteil 4 bewegt sich wieder in seine Endlageposition zurück. Damit ist sichergestellt, dass trotz der Wechselmomente der Nockenwelle das Innenteil 4 der Verstelleinheit 6 sich nicht unkontrolliert in eine unerwünschte Verstellposition bewegt.
    • Abstellen der Brennkraftmaschine
  • Wird der Motor abgestellt, wird durch das ablaufende Moment der Nocken das Innenteil 4 in Verstellrichtung bewegt bzw. gedrückt. Das Steuerventil 48 befindet sich unbestromt in seiner Grundstellung. Durch die Bewegung des Innenteils 4 in Verstellrichtung wird im Druckraum 24a zusätzlich Öldruck aufgebaut; der Druckraum 24a kann jedoch aufgrund des in der Druckleitung P angeordneten Rückschlagventils 51 hydraulisch nicht entlastet werden. Erreicht jedoch das Innenteil 4 bzw. der Steg 8a wieder seine in Fig. 8 dargestellte Position, wird analog zum beschriebenen Leerlaufbetrieb die Ringkammer 100 hydraulisch entlastet und der Verriegelungstift 53 in der Langlochbohrung 63 verriegelt, so dass bei einem Neustart des Motors sichergestellt ist, dass sich die Verstelleinheit 6 in ihrer verriegelten Endlageposition befindet.
  • Ein in den Figuren 15 bis 25 dargestelltes zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung unterscheidet sich lediglich hinsichtlich seiner konstruktiven Ausführung, wobei für die gleichen Bauteile die Bezugszeichen beibehalten sind. Gegenüber der ersten Ausführungsform ist die Öffnung, deren Durchgang zu den Druckräumen 22a und 24a in Abhängigkeit von der Verstellposition des Innenteils 4 gesteuert ist, als eine in der Scheibe 16 angeordnete, endseitig verschlossene Langlochohrung 62' ausgebildet. Die Langlochbohrung 62' ist wiederum mit einer im Steg 8a radial angeordneten Bohrung 61' verbunden, die zur Ringkammer 100 geführt ist. Analog zum ersten Ausführungsbeispiel wird der hydraulische Durchfluss vom Druckraum 24a bzw. 22a über die Langlochbohrung 62' und die Bohrung 61' zur Ringkammer 100 in Abhängigkeit von der Drehlage des Innenteils 4 gesteuert. Dabei fungieren die Seitenflächen des Steges 8a wiederum als Steuerkanten 9a' und 9b'. Die in den Figuren 15 bis 25 dargestellten Verriegelungs- und Verstellzustände entsprechen dabei den in den Figuren 4 bis 14 dargestellten Zuständen nach dem ersten Ausführungsbeispiel, wobei auf die Beschreibung für das erste Ausführungsbeispiel ausdrücklich bezug genommen wird.
  • Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist ebenso für die Verstellung einer Einlaßnockenwelle geeignet, darüber hinaus kann die Öffnung 62 bzw. 62' auch an anderen Stellen des Stators der Verstelleinheit 6 angeordnet sein.

Claims (10)

  1. Vorrichtung zur relativen Drehwinkelverstellung einer Nockenwelle einer Brennkraftmaschine zu einem Antriebsrad, mit einem drehfest mit der Nockenwelle verbundenen Innenteil (4), das zumindest annähernd radial verlaufende Stege (8a bis 8a) oder Flügel aufweist, und mit einem angetriebenen Zellenrad (12), dass mehrere über den Umfang verteilte, durch Stege (14a bis 14e) begrenzte Zellen aufweist, die von den darin winkelbeweglich geführten Stegen oder Flügeln des Innenteils in zwei Druckräume (22a, 24a) unterteilt sind, bei deren hydraulischer Druckbeaufschlagung bzw. Druckentlastung über Steuerleitungen die Nockenwelle über die Stege oder Flügel zwischen zwei Endstellungen relativ zum Zellenrad (12) verdrehbar ist, und mit mindestens einer zwischen Innenteil (4) und Zellenrad (12) wirksamen Verrieglungseinrichtung, die ein bewegliches Verriegelungselement (53) aufweist, dass mit mindestens einem Gegenelement im jeweils anderen der beiden Bauteile Zellenrad (12) oder Innenteil (4) zusammenwirkt, wodurch das Innenteil (4) gegenüber dem Zellenrad (12) in mindestens einer Endlage verriegelbar ist, wobei die Ver- bzw. Entriegelung des Verriegelungselementes (53) über mindestens einen zum Verriegelungselement (53) führenden Ölkanal (61, 61') erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den zwei Druckräumen (22a, 24a) im oder am Zellenrad (12) eine mit dem Ölkanal (61, 61') verbundene Öffnung (62, 62') angeordnet ist, deren Durchgang zu den beiden Druckräumen (22a, 24a) in Abhängigkeit von der Verstellposition des Innenteils (4) relativ zu dem Zellenrad (12) gesteuert ist.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnung (62, 62') in Abhängigkeit von der Verstellposition durch einen Steg (8a) des Innenteils (4) teilweise oder vollständig überdeckt ist, wobei in dem Steg (8a) eine Bohrung (52) zur Aufnahme eines Verriegelungsstiftes (53) angeordnet ist.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnung (62) auf einer Innenseite des Zellenrades (12) angeordnet ist und dass eine Ölbohrung (61) auf der Stirnseite des Steges (8a) vorgesehen ist, die in Abhängigkeit von der Drehlage des Innenteils (4) mit der Öffnung (62) kommuniziert.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Bohrung (61) zu einer Ringkammer (100) führt, über die der Verriegelungsstift (53) entriegelt werden kann.
  5. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnung (62') in einem Deckel (16) angeordnet ist, der eine Seite des Zellenrades (12) verschließt und dass eine im Fußbereich des Steges (8a) angeordnete Ölbohrung (61') vorgesehen ist, die in Abhängigkeit von der Drehlage des Innenteils (4) mit der Öffnung (62') kommuniziert.
  6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Bohrung (61') zu einer Ringkammer (100) führt, über die der Verriegelungsstift (53) entriegelt werden kann.
  7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Ölversorgung zur Ringkammer (100) über den Druckraum (24a) oder den Druckraum (22a) erfolgt.
  8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass in einer das Zellenrad (12) verschließenden Scheibe (16) eine Langlochbohrung (63) angeordnet ist, in der der Verriegelungsstift (53) in seiner Arretierposition Aufnahme findet.
  9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass zur Langlochbohrung (63) ein Ölkanal (65) führt, so dass der Verriegelungsstift (53) von seiner Stirnfläche (66) aus entriegelt werden kann.
  10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Stirnfläche (66) des Verriegelungsstiftes (53) über eine Steuerleitung B, den Druckraum (22a) und den Kanal (65) mit Öldruck beaufschlagt wird.
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