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EP2041403B1 - Vorrichtung zur variablen einstellung der steuerzeiten von gaswechselventilen einer brennkraftmaschine - Google Patents

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

Info

Publication number
EP2041403B1
EP2041403B1 EP07765540A EP07765540A EP2041403B1 EP 2041403 B1 EP2041403 B1 EP 2041403B1 EP 07765540 A EP07765540 A EP 07765540A EP 07765540 A EP07765540 A EP 07765540A EP 2041403 B1 EP2041403 B1 EP 2041403B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
pressure
rotor
chambers
locking
pressure medium
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.)
Ceased
Application number
EP07765540A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP2041403A1 (de
Inventor
Andreas Strauss
Michael Busse
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.)
Schaeffler Technologies AG and Co KG
Original Assignee
Schaeffler Technologies AG and Co KG
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
Application filed by Schaeffler Technologies AG and Co KG filed Critical Schaeffler Technologies AG and Co KG
Publication of EP2041403A1 publication Critical patent/EP2041403A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP2041403B1 publication Critical patent/EP2041403B1/de
Ceased legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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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
    • 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
    • F01L2001/34423—Details relating to the hydraulic feeding circuit
    • F01L2001/34426—Oil control valves

Definitions

  • the invention relates to a method for controlling a device for the variable adjustment of the timing of gas exchange valves of an internal combustion engine according to the preamble of claim 1, and a device for variable adjustment of the timing of gas exchange valves of an internal combustion engine according to the preamble of claim 11.
  • the device comprises at least two rotors rotatable relative to one another, one rotor being in driving connection with the crankshaft and the other rotor being connected in a rotationally fixed manner to the camshaft.
  • the device comprises at least one pressure chamber, which by means of a movable element in two divided against each other acting pressure chambers.
  • the movable element is in operative connection with at least one of the rotors.
  • the pressure medium inflow to, or the pressure drain from the pressure chambers is controlled by means of a control unit, usually a hydraulic directional control valve (control valve).
  • the control unit is controlled by means of a regulator which, with the aid of sensors, determines the actual and desired position of the camshaft in the internal combustion engine and compares them with one another. If a difference is detected between the two positions, a signal is sent to the control unit which adapts the pressure medium flows to the pressure chambers to this signal.
  • the pressure in the pressure medium circuit of the internal combustion engine must exceed a certain value. Since the pressure medium is usually provided by the oil pump of the internal combustion engine and the pressure provided thus increases synchronously with the speed of the internal combustion engine, below a certain speed of the oil pressure is still too low to change the phase position of the rotors targeted or keep. This may for example be the case during the starting phase of the internal combustion engine or during idling phases.
  • the device would make uncontrolled oscillations, resulting in increased noise emissions, increased wear, choppy running, and increased raw engine emissions.
  • mechanical locking devices can be provided which, during the critical operating phases of the internal combustion engine, couple the two rotors in a torque-proof manner with one another, wherein this coupling can be canceled by pressurizing the locking device. It has been found to be advantageous for the locking position to select a phase angle of the camshaft relative to the crankshaft, which is between the maximum early position and the maximum late position.
  • Such a device is for example from the US 2003/0121486 A1 known.
  • the device is designed in a rotary piston type, wherein an outer rotor is rotatably mounted on an inner rotor designed as an impeller.
  • two rotational angle limiting devices are provided, wherein a first rotational angle limiting device in the locked state allows an adjustment of the inner rotor to the outer rotor in an interval between a maximum late position and a defined center position (locking position).
  • the second rotation angle limiting device allows in the locked state, a rotation of the inner rotor to the outer rotor in an interval between the center position and the maximum early position. If both rotational angle limits are in the locked state, the phase angle of the inner rotor to the outer rotor is limited to the middle position.
  • Each of the rotational angle limiting devices consists of a spring-loaded locking pin, which is arranged in a receptacle of the outer rotor. Each locking pin is acted upon by a spring in the direction of the inner rotor with a force. On the inner rotor, a locking groove is formed, which faces the locking pins in certain operating positions of the devices. In these operating positions, the pins can engage in the locking groove. In this case, the respective rotation angle limiting device moves from the ent to the locked state.
  • Each of the rotation angle limiting devices can be transferred from the locked to the unlocked state by pressurizing the locking groove.
  • the pressure medium urges the locking pins back into their receptacle, whereby the mechanical coupling of the inner rotor to the outer rotor is canceled.
  • the pressure medium is applied to the pressure chambers and the locking groove by means of a control valve, wherein on the control valve, inter alia two working ports communicating with the pressure chambers and a control port communicating with the locking groove are formed.
  • a plurality of control positions are necessary, wherein the switching points between the control positions during operation of the internal combustion engine, due to operationally occurring variations, for example as a result of temperature changes, must be constantly redetermined.
  • the adjustment of the individual control states requires a higher precision of the control system, since the current to be supplied to the valve, due to the large number of control position, has to lie in narrowly limited current value intervals. This results in a variety of computing and data processing operations, making high demands on the control electronics are made.
  • the phase fidelity of the device suffers, since even smaller deviations in the control loop lead to an unwanted control state is set.
  • pressure medium is provided to one of the chambers and thus to ensure a sufficient supply of lubricant.
  • the inner rotor is hydraulically biased against the outer rotor. This can lead to jamming of one of the locking pins on the edges of the locking groove, whereby a hydraulic unlocking difficult or possibly even prevented.
  • the invention has for its object to provide a device for variable adjustment of the timing of gas exchange valves of an internal combustion engine and to provide methods for their control, wherein the inner rotor can be mechanically locked relative to the outer rotor in a middle phase between the maximum early and the maximum retarded position.
  • a secure locking when stopping the engine or at least guaranteed during the boot process, unwanted Dientriegelung be avoided during the startup phase of the engine, the device at any time sufficiently supplied with lubricant and ensure safe adjustment beyond the locking position also, the individual control states of Control valve to be easily determined and adhered to.
  • an apparatus for variably setting the timing of gas exchange valves of an internal combustion engine having an outer rotor and a rotatable inner rotor relative thereto wherein one of the components in drive connection with a crankshaft and the other component is in driving connection with a camshaft, wherein at least one pressure chamber formed and each pressure chamber is divided into two oppositely acting pressure chambers, wherein one of the pressure chambers of each pressure chamber acts as Voreil- and the other pressure chamber as a retardation chamber, wherein by pressure medium supply to the Voreilhuntn, at the same pressure medium outflow from the lag chambers, the rotor cooperating with the camshaft relative is rotated to the cooperating with the crankshaft rotor in the direction of a maximum early position, wherein by pressure medium supply to the retard chambers, with simultaneous pressure medium discharge from the advance chambers, with the cam is co-rotating relative to the rotor cooperating with the crankshaft rotor in the direction of a maximum retarded position, wherein at least
  • an actuating unit which can transfer the control valve into different control positions, the control valve assuming the starting position when the actuating unit is not energized or, alternatively, at maximum excitation.
  • the first rotational angle limiting device in the locked state prevents the rotation of the cooperating with the camshaft rotor relative to the cooperating with the crankshaft rotor when taking the locking position in the direction of the maximum early position.
  • the first rotational angle limiting device in the locked state limits the phase position of the rotor cooperating with the camshaft relative to the rotor interacting with the crankshaft to an angular range between the maximum retarded position and the locking position.
  • the second rotational angle limiting device restricts a phase angle of the rotor cooperating with the camshaft relative to the rotor cooperating with the crankshaft to an angular range between the maximum advance position and the locking position.
  • the second rotation angle limiting device communicates exclusively with the control connection.
  • control valve additionally has an unlocking position, in which the control connection communicates with the inlet connection and the working connections do not communicate with the inlet connection.
  • control valve additionally has a trailing position, in which the first working connection communicates with the tank and the second working connection and the control connection with the inflow connection.
  • control valve can have an advance position, in which the first working connection to the inlet connection and the second working connection and the control connection to the tank are connected.
  • control positions are advantageously taken with increasing or alternatively decreasing excitation of the actuator in the order starting positions - unlocking position - trailing position - advanced position.
  • a device for the variable adjustment of the timing of gas exchange valves of an internal combustion engine with an outer rotor and a rotor rotatably arranged relative to this wherein one of the components in driving connection with a crankshaft and the other component is in driving connection with a camshaft, wherein at least one pressure space provided and each pressure chamber is divided into two oppositely acting pressure chambers, wherein one of Pressure chambers of each pressure chamber acts as a Voreil- and the other pressure chamber as a retardation chamber, is rotated by pressure medium supply to the Voreilhuntn, with simultaneous pressure medium discharge from the lag chambers, the cooperating with the camshaft rotor relative to the cooperating with the crankshaft rotor in the direction of a maximum early position wherein by supplying pressure medium to the retard chambers, with simultaneous pressure medium discharge from the advance chambers, the rotor cooperating with the camshaft rotates relative to the rotor cooperating with the crankshaft in the direction of a maximum retarded position wherein by supplying pressure medium to
  • the first rotational angle limiting device in the locked state, the rotation of the cooperating with the camshaft rotor relative to that with the crankshaft cooperating rotor when taking the locking position in the direction of the maximum early position prevented.
  • the first rotational angle limiting device in the locked state, the phase position of the cooperating with the camshaft rotor relative to the cooperating with the crankshaft rotor limited to an angular range between the maximum late position and the Verrieglungsposition.
  • the second rotational angle limiting device preferably restricts a phase angle of the rotor cooperating with the camshaft relative to the rotor interacting with the crankshaft to an angular range between the maximum advance position and the locking position.
  • the advance chambers are connected to the pressure medium pump and the second rotation angle limiting device and the lag chambers with the tank.
  • the locking state of the first rotation angle limiting device is controlled by the pressure prevailing in at least one of the Voreilschn.
  • a control valve which controls the pressure medium supply to and the pressure medium outflow from both the pressure chambers and the second rotation angle limiting device.
  • a locking device is provided by means of which the outer rotor with the inner rotor in a locking position between a maximum early and a maximum late position is mechanically coupled.
  • two Drehwinkelbegrenzungsvoriquesen be provided, wherein one of the rotational angle limiting devices in the locked state, the relative phase angle of the inner rotor to the outer rotor limited to a range between the maximum early and the locking position.
  • the other rotation angle limiting device allows in the locked state a phase angle between the locking and the maximum late position.
  • this may be embodied as a locking element, wherein a locking pin of the locking element engages in the locking position in a recess adapted to the locking pin or a blind hole. This ensures that the inner rotor can be mechanically fixed relative to the outer rotor in a middle phase position.
  • Each of the rotation angle limiting devices can be transferred by pressure medium from the locked to the unlocked state.
  • the rotation angle limiting device which limits the relative rotation of the inner rotor to the outer rotor in the locked state to a region between the maximum early and the locking position communicates with a control line.
  • the control line communicates with neither the pressure chambers nor with the pressure medium lines and the pressure medium channels, which supply the pressure chambers with pressure medium.
  • the locking state of this rotation angle limiting device can be influenced independently of the pressure state of the pressure chambers.
  • the device during the shutdown in a defined interval, which includes the Verrieglungsposition turn off.
  • the inner rotor automatically enters the locking position, wherein the mechanical connection between the rotors is produced by means of the rotation angle limiting devices.
  • the locking position can be achieved, for example, by the drag torque acting on the camshaft.
  • the inner rotor is brought relative to the outer rotor at an interval between the locking position and the maximum early position.
  • it can be provided a spring element which exerts a torque opposite to the drag torque on the inner rotor. If the spring torque exceeds the drag torque, the target interval extends between the maximum retarded position and the locked position.
  • both rotational angle limiting devices can be connected to the tank during the starting phase, wherein a group of pressure chambers are connected neither to the tank nor to the pump.
  • an automatic unlocking of the device can be prevented.
  • the leakage oil entering via the control valve into the pressure medium lines can be sucked in by a small oscillating movement of the inner rotor relative to the outer rotor. This ensures adequate supply of the device with lubricant even during the starting phase.
  • the low oscillatory motion of the inner rotor to the outer rotor results from the alternating torques acting on the camshaft in combination with a small locking clearance of the rotational angle limiting devices.
  • FIG. 1 an internal combustion engine 1 is sketched, wherein a seated on a crankshaft 2 piston 3 is indicated in a cylinder 4.
  • the crankshaft 2 is in the illustrated embodiment via a respective traction drive 5 with an intake camshaft 6 and exhaust camshaft 7 in combination, with a first and a second device 10 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 intake gas exchange valves 9a or one or more exhaust gas exchange valves 9b.
  • it may be provided to equip only one of the camshafts 6, 7 with a device 10, or to provide only one camshaft 6, 7, which is provided with a device 10.
  • FIGS. 2a and 2 B show an embodiment of a device 10 according to the invention in transverse or in longitudinal section.
  • the device 10 has an outer rotor 22, an inner rotor 23 and two side covers 24, 25.
  • the inner rotor 23 is designed in the form of an impeller and has a substantially cylindrically designed hub member 26, extend from the outer cylindrical surface in the illustrated embodiment, five wings 27 in the radial direction outwards.
  • the wings 27 may be integrally formed with the hub member 26.
  • a plurality of projections 30 extend radially inwardly.
  • the projections 30 are formed integrally with the peripheral wall 29.
  • the outer rotor 22 is by means of radially inner circumferential walls of the projections 30 relative to the inner rotor 23rd rotatably mounted on this.
  • a sprocket 21 is arranged, by means of which, via a chain drive, not shown, torque can be transmitted from the crankshaft 2 to the outer rotor 22.
  • the sprocket 21 may be formed as a separate component and rotatably connected to the inner rotor 23 or formed integrally therewith. Alternatively, a belt or gear drive can be provided.
  • each of the projections 30 an axial opening 31 is provided for this purpose, wherein each axial opening 31 is penetrated by a fastening element 32, for example a bolt or a screw, which serves for the rotationally fixed fixing of the side cover 24, 25 on the outer rotor 22.
  • a fastening element 32 for example a bolt or a screw
  • a pressure space 33 is formed, which in the circumferential direction of opposite, substantially radially extending boundary walls 34 adjacent projections 30, in the axial direction of the side covers 24, 25, radially inwardly of the hub member 26 and radially outwardly bounded by the peripheral wall 29.
  • a wing 27 In each of the pressure chambers 33 projects a wing 27, wherein the wings 27 are formed such that they abut both on the side walls 24, 25, and on the peripheral wall 29. Each wing 27 thus divides the respective pressure chamber 33 into two oppositely acting pressure chambers 35, 36.
  • the outer rotor 22 is rotatably arranged in a defined Winkelbreich to the inner rotor 23.
  • the angular range is limited in a direction of rotation of the outer rotor 22 in that each vane 27 comes to rest on a boundary wall 34 of the pressure space 33 formed as an early stop 34a.
  • the angular range in the other direction of rotation is limited by the fact that each wing 27 comes to rest on the other boundary wall 34 of the pressure chamber 33, which serves as a late stop 34b.
  • a rotation limiting device may be provided, which the rotation angle range of the outer rotor 22 to the inner rotor 23 limited.
  • the phase angle of the outer rotor 22 to the inner rotor 23 can be varied.
  • the phase position of the two rotors 22, 23 are kept constant to each other.
  • it can be provided to pressurize none of the pressure chambers 35, 36 during phases of constant phase position with pressure medium.
  • hydraulic pressure medium usually the lubricating oil of the internal combustion engine 1 is used.
  • a pressure medium system for the supply of pressure medium to or pressure medium removal from the pressure chambers 35, 36, a pressure medium system is provided, which comprises a pressure medium source, not shown, for example, a pressure medium pump, a likewise not shown tank, a control valve 37 and a plurality of pressure medium lines 38a, 38b, 38p. Pressure medium conveyed by the pressure medium pump is supplied to the control valve 38 via the third pressure medium line 38p. Depending on the control state of the control valve 37, the third pressure medium line 38p is connected to the first pressure medium line 38a, the second pressure medium line 38b or to both or none of the pressure medium lines 38a, 38b.
  • the inner rotor 23 is formed with two groups of pressure medium channels 39a, 39b, wherein each pressure medium channel 39a, 39b extends from an inner lateral surface of a receptacle 40 of the inner rotor 23 to one of the pressure chambers 35, 36.
  • the first pressure medium line 38a communicates with the first pressure medium channels 39a.
  • the second pressure medium line 38b communicates with the second pressure medium channels 39b.
  • a pressure medium distributor may be provided, which is arranged in the receptacle 40.
  • the control valve 37 is designed as a central valve and arranged in the receptacle 40, in which case the control valve 37 connects the third pressure medium line 38p directly to the pressure medium channels 39a, 39b.
  • the control valve 37 via the third pressure medium line 38p supplied pressure medium via the first pressure medium channels 39a and optionally the first pressure medium line 38a to the group of the first pressure chambers 35 (Voreilschn) passed.
  • pressure medium from the group of second pressure chambers 36 reaches the control valve 37 via the second pressure medium channels 39b and optionally the second pressure medium line 38b and is ejected into the tank.
  • the wings 27 are displaced in the direction of the early stop 34a, whereby a rotary movement of the inner rotor 23 to the outer rotor 22 in the direction of rotation of the device 10 is achieved.
  • pressure medium from the group of the first pressure chambers 35 reaches the control valve 37 via the first pressure medium channels 39a and optionally the first pressure medium line 38a and is ejected into the tank.
  • the wings 27 are displaced in the direction of the late stop 34a, whereby a rotary movement of the inner rotor 23 to the outer rotor 22 opposite to the direction of rotation of the device 10 is achieved.
  • the pressure medium supply to all pressure chambers 35, 36 is either prevented or permitted.
  • the wings 27 are hydraulically clamped within the respective pressure chambers 33, and thus prevents a rotational movement of the inner rotor 23 to the outer rotor 22.
  • a locking mechanism 41 is provided which establishes a mechanical connection between the two rotors 22, 23.
  • a locking pin is arranged in one of the rotors 22, 23, while in the other rotor 22, 23 a backdrop is formed. If the inner rotor 23 is in a defined phase position (locking position) with respect to the outer rotor 22, then the locking pin can engage in the connecting link and thus produce a mechanical rotationally fixed connection between the two rotors 22, 23.
  • FIG. 2c Such a locking mechanism 41 is in Figure 2c shown.
  • This consists of a first and a second rotational angle limiting device 42, 43.
  • each of the rotational angle limiting devices 42, 43 consists of an axially displaceable locking pin 44, wherein each of the locking pins 44 is received in a bore of the inner rotor 23.
  • 24 two scenes 45 are formed in the form of circumferentially extending grooves in the first side wall.
  • Each of the locking pins 44 is acted upon by means of a spring element 46 with a force in the direction of the first side cover 24. If the inner rotor 23 to the outer rotor 22 assumes a position in which a locking pin 44 faces in the axial direction of the associated link 45, this is forced into the link 45 and the respective rotational angle limiting device 42, 43 transferred from an unlocked to a locked state.
  • the link 45 of the first rotational angle limiting device 42 is designed such that the phase position of the inner rotor 23 is limited to the outer rotor 22, with locked first rotational angle limiting device 42, on a range between a maximum late and the locking position.
  • the locking pin 44 of the first rotation angle limiting device 42 bears against a stop formed in the circumferential direction by the link 45, thereby preventing any further adjustment in the direction of earlier control times.
  • the link 45 of the second rotational angle limiting device 43 is designed such that when locked second rotational angle limiting device 43, the phase angle of the inner rotor 23 is limited to the outer rotor 22 to a range between a maximum advanced position and the locking position.
  • the backdrop 45 of the first rotation angle limiting device 42 which prevents the rotation of the inner rotor 23 to the outer rotor 22 at the locking position in the direction of early in the locked state via one of the first pressure chambers 35 and a connecting line 47 with pressure medium.
  • the link 45 of the second rotational angle limiting device 43 can be acted upon by the pressure medium via the control line 48 and a channel 49.
  • the control valve 37 controls both the pressure medium flows to and from the first and second pressure chambers 35, 36, as well as to and from the control line 48.
  • the control valve 37 consists of an actuating unit 50 and a hydraulic section 51.
  • the hydraulic section 51 consists of a valve housing 52 of an intermediate sleeve 53 and a control piston 54.
  • On the valve housing 52 is a first working port A, a second working port B, an inlet port P, a control port S, an axial and a radial drain port T formed.
  • the first working port A communicates with the first pressure medium line 38a.
  • the second working port B communicates with the second pressure medium line 38b.
  • the inlet connection P communicates with the third pressure medium line 38p.
  • the control connection S communicates with the control line 48. Via the outflow connections T, pressure medium can flow into a tank (not shown).
  • the intermediate sleeve 53 is disposed within the valve housing 52, fixed thereto.
  • a control groove 57 On the outer circumferential surface of a working groove 56, a control groove 57, five working openings 56a-e and three control openings 57a-c are formed.
  • the working groove 56 and the control groove 57 extend in the circumferential direction of the intermediate sleeve 53 in each case a defined angular interval, wherein the two grooves 56, 57 are hydraulically separated from each other.
  • the working ports A, B and the inlet port P are formed as radial openings in the valve housing 52, wherein the radial openings are formed exclusively in the area occupied by the working groove 56 angle segment.
  • the control terminal S is realized by means of one or more radial openings, which are formed exclusively in the region of the angle segment occupied by the control groove 57.
  • the working opening 56a-e communicate on the one hand with the interior of the intermediate sleeve 53 and on the other hand with the first working port A (first working opening 56a), the inflow port P (second working port 56b), the working groove 56 (third and fourth working port 56c, d) and radial tank connection T (fifth working opening 56e).
  • the working groove 56 additionally communicates with the second working connection B. Furthermore, it is possible to provide further grooves in the outer lateral surface of the intermediate sleeve 53, which form the first, the second or the fifth working opening 56 a, b, e with the respective connection A, P, T combines.
  • control openings 57a-c communicate on the one hand with the inner of the intermediate sleeve 53 and on the other hand with the control groove 57, which in turn communicates with the control port S.
  • the control piston 54 is designed substantially hollow cylindrical and disposed within the intermediate sleeve 53, wherein this is displaceable by the actuator 50 against the force of a spring 55 in the axial direction relative to the intermediate sleeve 53 and the valve housing 52.
  • the control piston 54 has three annular grooves 58a-c, first and second openings 59a, b.
  • the actuating unit 50 may be formed, for example, as an electrical actuating unit, wherein a magnetized armature is arranged within a coil. By energizing the coil, the armature can be moved within in the axial direction. About a push rod 50 a, this movement can be transmitted to the control piston 54.
  • the working ports A, B and the control port S can be selectively connected to the inlet port P, the drain port T or neither.
  • FIG. 3 is a control logic of in FIG. 5 respectively.
  • FIG. 6 shown control valve 37 shown.
  • the connections of the first working port A, the second working port B and the control port S with the pressure medium pump or the tank depending on the excitation of the actuator 50 and the axial deflection D of the control piston 54 within the intermediate sleeve 53 are shown.
  • the control logic can be subdivided into seven control positions.
  • the control valve 37 with increasing excitation of the actuator 50 (axial displacement of the control piston 54) passes through the control positions in the order starting position S1, unlocking S2, Nacheilgna, S3, first intermediate position S4, stop position S5, second intermediate position S6 and advance position S7.
  • the positions of the control piston 54 relative to the valve housing 52 and the intermediate sleeve 53 in the various control positions S1-S7 are in the Figures 6a-g shown.
  • the first working port A (via the first working port 56a) and the control port S (via the first control port 57a) is connected to the axial discharge port T.
  • the second working port B is closed (not connected to the inlet or outlet port P, T).
  • the control port S (via the second working port 56b, the first Annular groove 58a, the first opening 59a, the interior of the control piston 54, the second opening 59b, the third annular groove 58c, the second control port 57b and the control groove 57) connected to the pump.
  • the first working port A further communicates with the axial discharge port T, while the second working port B is still closed (analogous to FIG. 6a ).
  • the intermediate positions S4 and S6 are to be seen as optional control positions.
  • An alternative control logic has only the control positions S1 to S3, S5 and S7.
  • the control valve 37 is in the starting position S1.
  • the hydraulic clamping the wing 27 is not guaranteed within the pressure chambers 33 due to low system pressure in general.
  • the inner rotor 23 will perform oscillatory movements with respect to the outer rotor 22 in the circumferential direction.
  • These oscillations are caused by the alternating torques acting on the camshaft 6, 7, the oscillations occurring even in the locked state of the device 10. Their amplitude is determined by the locking game.
  • the oscillations result in a pumping action whereby residual oil present in the pressure medium channels 39a, b or the pressure medium lines 38a, b can be conveyed into the pressure chambers 35, 36.
  • 10 pressure values can be achieved within the device, which are sufficient to convert the rotational angle limiting devices 42, 43 in the unlocked state.
  • the second pressure chambers 36 are not acted upon by pressure medium. This prevents that the locking pin 44 of the second rotation angle limiting device 43 is urged against the end of the link 45, which could lead to jamming. On the other hand, it is prevented that the pressure medium in the second pressure medium channels 39b can flow to the tank. This ensures that 27 small amounts of pressure medium are promoted by the oscillations of the wings in the second pressure chambers 36, whereby the device 10 is sufficiently supplied with lubricant.
  • the device 10 After a defined period of time has elapsed, after which the starting process has ended completely, or when a sufficient pressure level in the lubricant circuit of the internal combustion engine 1 is detected, and the engine control sets a phase change, the device 10 assumes a regulated state over until the pressure in the lubricant circuit falls below a predetermined level again.
  • the control unit 50 of the control valve 37 is energized such that it passes through the unlocking position S2 in the control positions S3 to S7 and is regulated depending on the specification of the phase angle by the motor control in one of these control positions S3-S7.
  • control valve 37 occupies the Entriegel ein S2
  • the starting position S1 of the control port S is subjected to pressure medium and thus transferred the second rotational angle limiting device 43 in the unlocked state.
  • none of the pressure chambers 35, 36 is pressurized, whereby jamming of the locking pin 44 of the second rotation angle limiting device 43 is prevented in its backdrop 45.
  • the control valve 37 assumes the control positions S3-S7 in the regulated state of the device 10. If the engine control unit specifies a shift in the phase position in the direction of later intake times, the control valve 37 is energized in such a way that it assumes the retard position S3. In this position, the first pressure chambers 35 are connected to the tank and the second pressure chambers 36 are connected to the pump. At the same time pressure medium is directed to the backdrop 45 of the second rotation angle limiting device 43.
  • the locking pin 44 of the second rotation angle limiting device 43 is held in the unlocked state, while the pressure medium loading of the second pressure chambers 36 leads to a rotation of the inner rotor 23 relative to the outer rotor 22 against the direction of rotation of the device 10 with simultaneous emptying of the first pressure chambers 35.
  • the control valve 37 is transferred to the holding position S5. In this position, no pressure medium exchange between the pressure chambers 35, 36 and the backdrop 45 of the second rotation angle limiting device 43 with the tank or the pressure medium pump instead.
  • the wings 27 are hydraulically clamped in the pressure chamber 33 and the rotation angle limiting devices 42, 43 held in the unlocked position.
  • the control valve 37 is brought into the advance position S7. In this control position, the pressure medium is supplied to the first pressure chambers 35, while pressure medium is discharged from the gate 45 of the second rotation angle limiting device 43 as well as from the second pressure chambers 36 to the tank. As a result, a relative rotation of the inner rotor 23 to the outer rotor 22 in the direction of rotation of the device 10 is effected. In addition, the locking pin 44 of the second rotation angle limiting device 43 engage in the corresponding link 45 when they face each other.
  • the control valve 37 is transferred to the advance position S7 and kept a defined period beyond their standstill in this.
  • pressure medium is conducted to the first pressure chambers 35, while pressure medium from the second pressure chambers 36 can flow to the tank.
  • This causes a relative rotation of the inner rotor 23 to the outer rotor 22, wherein the inner rotor 23 comes to a position between the locking position and the maximum early position.
  • the control port S and thus the link 45 of the second rotational angle limiting device 43 are connected to the tank, whereby the second rotational angle limiting device 43 is transferred to the locked state. This ensures that the inner rotor 23 is adjusted during the entire stop process and the operating pause of the internal combustion engine 1 in a position between the locking position and the maximum early position and then held in this.
  • the inner rotor 23 is rotated, due to the drag torques acting on the camshaft 6, 7, relative to the outer rotor 22 in the direction of the maximum retarded position.
  • This movement is stopped by the locked second rotation angle limiting device 43 at the locking position.
  • the first rotation angle limiting device 42 is also transferred in this position in the locked state, whereby a mechanical fixing of the inner rotor 22 is made relative to the outer rotor 23 in the locking position.
  • this process can take place during the starting phase of the internal combustion engine 1, in which the control valve 37 assumes the starting position S1.
  • control states S3-S7 are due to the in FIG. 3 ensures that when a group of pressure chambers 35, 36, the associated rotational angle limiting device 42, 43 is in the unlocked state. Thus, a secure adjustment of the device 10 over the locking position is guaranteed.
  • FIG. 4 shows one to the in FIG. 3
  • the control logic shown alternative control logic the only difference is that the order of the control positions S1-S7 are reversed.
  • the starting position S1 is taken in this embodiment at maximum energized actuator 50, while the advance position S7 is taken at non-energized actuator 50.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (10) zur variablen Einstellung der Steuerzeiten von Gaswechselventilen (9a, 9b) einer Brennkraftmaschine (1) mit einem Außenrotor (22) und einem relativ zu diesem drehbar angeordneten Innenrotor (23), wobei eines der Bauteile in Antriebsverbindung mit einer Kurbelwelle (2) und das andere Bauteil in Antriebsverbindung mit einer Nockenwelle (6, 7) steht, wobei zumindest ein Druckraum (33) vorgesehen und jeder Druckraum (33) in zwei gegeneinander wirkende Druckkammern (35, 36) unterteilt ist, wobei eine der Druckkammern (35, 36) jedes Druckraums (33) als Voreil- und die andere Druckkammer (35, 36) als Nacheilkammer wirkt, wobei zumindest zwei Drehwinkelbegrenzungsvorrichtungen (42, 43) vorgesehen sind, wobei jede Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung (42, 43) einen entriegelten und einen eingeriegelten Zustand einnehmen kann, wobei der Verriegelungszustand durch Druckmittelzufuhr zu bzw. Druckmittelabfuhr von der jeweiligen Drehwinkelbegrenzungsvorrichtungen (42, 43) eingestellt werden kann.

Description

    Gebiet der Erfindung
  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung einer Vorrichtung zur variablen Einstellung der Steuerzeiten von Gaswechselventilen einer Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, und eine Vorrichtung zur variablen Einstellung der Steuerzeiten von Gaswechselventilen einer Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 11.
    • Hintergrund der Erfindung
  • In modernen Brennkraftmaschinen werden Vorrichtungen zur variablen Einstellung der Steuerzeiten von Gaswechselventilen eingesetzt, um die Phasenrelation zwischen Kurbelwelle und Nockenwelle in einem definierten Winkelbereich, zwischen einer maximalen Früh- und einer maximalen Spätposition, variabel gestalten zu können. 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. Siehe 2.B US-A-2002/0100445 .
  • Die Vorrichtung umfasst zumindest zwei gegeneinander verdrehbare Rotoren, wobei ein Rotor in Antriebsverbindung mit der Kurbelwelle steht und der andere Rotor drehfest mit der Nockenwelle verbunden ist. Die Vorrichtung umfasst zumindest einen Druckraum, welcher mittels eines bewegbaren Elementes in zwei gegeneinander wirkende Druckkammern unterteilt wird. Das bewegliche Element steht mit mindestens einem der Rotoren in Wirkverbindung. Durch Druckmittelzufuhr zu den Druckkammern bzw. Druckmittelabfuhr von den Kammern wird das bewegliche Element innerhalb des Druckraums verschoben, wodurch eine gezielte Verdrehung der Rotoren zueinander und somit der Nockenwelle zur Kurbelwelle bewirkt wird.
  • Der Druckmittelzufluss zu, bzw. der Druckabfluss von den Druckkammern wird mittels einer Kontrolleinheit, in der Regel einem hydraulischen Wegeventil (Steuerventil), gesteuert. Die Kontrolleinheit wiederum wird mittels eines Reglers gesteuert, welcher mit Hilfe von Sensoren die Ist- und Sollposition der Nockenwelle in der Brennkraftmaschine bestimmt und miteinander vergleicht. Wird ein Unterschied zwischen beiden Positionen festgestellt, wird ein Signal an die Kontrolleinheit gesandt, welche die Druckmittelströme zu den Druckkammern diesem Signal anpasst.
  • Um die Funktion der Vorrichtung zu gewährleisten, muss der Druck im Druckmittelkreislauf der Brennkraftmaschine einen bestimmten Wert übersteigen. Da das Druckmittel in der Regel von der Ölpumpe der Brennkraftmaschine bereitgestellt wird und der bereitgestellte Druck somit synchron zur Drehzahl der Brennkraftmaschine ansteigt, ist unterhalb einer bestimmten Drehzahl der Öldruck noch zu gering um die Phasenlage der Rotoren gezielt zu verändern bzw. zu halten. Dies kann beispielsweise während der Startphase der Brennkraftmaschine oder während Leerlaufphasen der Fall sein.
  • Während dieser Phasen würde die Vorrichtung unkontrollierte Schwingungen ausführen, was zu erhöhten Geräuschemissionen, erhöhten Verschleiß, unruhigeren Lauf und erhöhten Rohemissionen der Brennkraftmaschine führt. Um dies zu verhindern können mechanische Verriegelungseinrichtungen vorgesehen sein, die während der kritischen Betriebsphasen der Brennkraftmaschine die beiden Rotoren drehfest miteinander koppeln, wobei diese Koppelung durch Druckmittelbeaufschlagung der Verriegelungseinrichtung aufgehoben werden kann. Dabei hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, für die Verriegelungsposition eine Phasenlage der Nockenwelle relativ zur Kurbelwelle zu wählen, die zwischen der maximalen Frühposition und der maximalen Spätposition liegt.
  • Eine derartige Vorrichtung ist beispielsweise aus der US 2003/0121486 A1 bekannt. In dieser Ausführungsform ist die Vorrichtung in Rotationskolbenbauart ausgeführt, wobei ein Außenrotor drehbar auf einem als Flügelrad ausgebildeten Innenrotor gelagert ist. Des Weiteren sind zwei Drehwinkelbegrenzungsvorrichtungen vorgesehen, wobei eine erste Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung im eingeriegelten Zustand eine Verstellung des Innenrotors zum Außenrotor in einem Intervall zwischen einer maximalen Spätposition und einer definierten Mittenposition (Verriegelungsposition) erlaubt. Die zweite Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung erlaubt im eingeriegelten Zustand eine Verdrehung des Innenrotors zum Außenrotor in einem Intervall zwischen der Mittenposition und der maximalen Frühposition. Befinden sich beide Drehwinkelbegrenzungen im eingeriegelten Zustand so ist die Phasenlage des Innenrotors zum Außenrotor auf die Mittenposition beschränkt.
  • Jede der Drehwinkelbegrenzungsvorrichtungen besteht aus einem federbeaufschlagtem Verriegelungsstift, welcher in einer Aufnahme des Außenrotors angeordnet ist. Jeder Verriegelungsstift wird mittels einer Feder in Richtung des Innenrotors mit einer Kraft beaufschlagt. An dem Innenrotor ist eine Verriegelungsnut ausgebildet, die den Verriegelungsstiften in bestimmten Betriebspositionen der Vorrichtungen gegenübersteht. In diesen Betriebspositionen können die Stifte in die Verriegelungsnut eingreifen. Dabei geht die jeweilige Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung vom ent- in den eingeriegelten Zustand über.
  • Jede der Drehwinkelbegrenzungsvorrichtungen kann durch Druckmittelbeaufschlagung der Verriegelungsnut vom eingeriegelten in den entriegelten Zustand überführt werden. In diesem Fall drängt das Druckmittel die Verriegelungsstifte in deren Aufnahme zurück, wodurch die mechanische Kopplung des Innenrotors zum Außenrotor aufgehoben wird.
  • Die Druckmittelbeaufschlagung der Druckkammern und der Verriegelungsnut erfolgt mittels eines Steuerventils, wobei an dem Steuerventil unter anderem zwei Arbeitsanschlüsse, die mit den Druckkammern kommunizieren, und ein Steueranschluss, welcher mit der Verriegelungsnut kommuniziert, ausgebildet sind. Nachteilig an der dargestellten Ausführungsform wirkt sich der Umstand aus, dass beide Drehwinkelbegrenzungsvorrichtungen mittels ein und derselben Steuerleitung vom eingeriegelten in den entriegelten Zustand überführt werden. Während eines Verstellvorgangs müssen in dieser Ausführungsform beide Drehwinkelbegrenzungsvorrichtungen entriegelt sein, also mit Druckmittel beaufschlagt werden, während den Druckkammern wechselseitig Druckmittel zu-, bzw. von diesen abgeführt wird. Dies führt zu einer aufwändigen Steuerlogik des Steuerventils. Zum einen sind eine Vielzahl von Steuerstellungen nötig, wobei die Schaltpunkte zwischen den Steuerstellungen während des Betriebs der Brennkraftmaschine, auf Grund von betriebsbedingt auftretenden Variationen, beispielsweise in Folge von Temperaturänderungen, ständig neu bestimmt werden müssen. Des Weiteren erfordert die Einstellung der einzelnen Steuerzustände eine höhere Präzision des Reglersystems, da der dem Ventil zuzuführende Strom, auf Grund der Vielzahl von Steuerstellung, in eng begrenzten Stromwertintervallen zu liegen hat. Somit fallen eine Vielzahl von Rechen- und Datenverarbeitungsoperationen an, wodurch hohe Anforderungen an die Steuerelektronik gestellt werden. Des Weiteren leidet die Phasentreue der Vorrichtung, da bereits kleinere Abweichungen im Regelkreis dazu führen, dass ein ungewollter Steuerzustand eingestellt wird.
  • Des Weiteren ist in dieser Ausführungsform vorgesehen, während der Startphase der Brennkraftmaschine alle Druckkammern und die Verriegelungsnut mit einem Tank zu verbinden, was zu einer Mangelversorgung der Vorrichtung mit Schmiermittel und damit zu erhöhtem Verschleiß führt.
  • Alternativ ist in einer weiteren Ausführungsform vorgesehen Druckmittel einer der Kammern zuzuführen und damit eine ausreichende Schmiermittelversorgung zu gewährleisten. Jedoch wird in dieser Ausführungsform der Innenrotor gegenüber dem Außenrotor hydraulisch vorgespannt. Dies kann zu einem Verklemmen eines der Verriegelungsstifte an den Rändern der Verriegelungsnut führen, wodurch ein hydraulisches Entriegeln erschwert oder gegebenenfalls sogar verhindert wird.
    • Aufgabe der Erfindung
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine Vorrichtung zur variablen Einstellung der Steuerzeiten von Gaswechselventilen einer Brennkraftmaschine zu schaffen und Verfahren zu deren Steuerung anzugeben, wobei der Innenrotor relativ zum Außenrotor in einer mittleren Phasenlage zwischen der maximalen Früh- und der maximalen Spätposition mechanisch verriegelt werden kann. Dabei soll ein sicheres Verriegeln beim Stopp der Brennkraftmaschine oder zumindest während deren Startvorgang gewährleistet sein, ungewollte Selbstentriegelung während der Startphase der Brennkraftmaschine vermieden werden, die Vorrichtung jederzeit ausreichend mit Schmiermittel versorgt und ein sicheres Verstellen über die Verriegelungsposition hinaus gewährleistet sein, wobei die einzelnen Steuerzustände des Steuerventils leicht zu ermitteln und einzuhalten sein sollen.
  • In einer Ausführungsform einer Vorrichtung zur variablen Einstellung der Steuerzeiten von Gaswechselventilen einer Brennkraftmaschine mit einem Außenrotor und einem relativ zu diesem drehbar angeordneten Innenrotor, wobei eines der Bauteile in Antriebsverbindung mit einer Kurbelwelle und das andere Bauteil in Antriebsverbindung mit einer Nockenwelle steht, wobei zumindest ein Druckraum ausgebildet und jeder Druckraum in zwei gegeneinander wirkende Druckkammern unterteilt ist, wobei eine der Druckkammern jedes Druckraums als Voreil- und die andere Druckkammer als Nacheilkammer wirkt, wobei durch Druckmittelzufuhr zu den Voreilkammern, bei gleichzeitigem Druckmittelabfluss von den Nacheilkammern, der mit der Nockenwelle zusammenwirkende Rotor relativ zu dem mit der Kurbelwelle zusammenwirkenden Rotor in Richtung einer maximalen Frühposition verdreht wird, wobei durch Druckmittelzufuhr zu den Nacheilkammern, bei gleichzeitigem Druckmittelabfluss von den Voreilkammern, der mit der Nockenwelle zusammenwirkende Rotor relativ zu dem mit der Kurbelwelle zusammenwirkenden Rotor in Richtung einer maximalen Spätposition verdreht wird, wobei zumindest eine erste und eine zweite Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung vorgesehen sind, wobei jede Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung einen entriegelten und einen eingeriegelten Zustand einnehmen kann, wobei der Verriegelungszustand durch Druckmittelzufuhr zu bzw. Druckmittelabfluss von der jeweiligen Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung einstellbar ist, wobei bei eingeriegelter erster und zweiter Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung der Innenrotor relativ zum Außenrotor in einer Verriegelungsposition fixiert ist, wobei ein Steuerventil vorgesehen ist, das mehrere Steuerstellungen einnehmen kann und den Druckmittelzufluss zu bzw. den Druckmittelabfluss von den Druckkammern und den Drehwinkelbegrenzungsvorrichtungen steuert, wobei das Steuerventil zumindest einen Zulaufanschluss, zumindest einen Ablaufanschluss, zumindest zwei Arbeitsanschlüsse und zumindest einen separaten Steueranschluss aufweist, wobei der Zulaufanschluss mit einer Druckmittelpumpe, der Ablaufanschluss mit einem Tank, der erste Arbeitsanschluss mit den Voreilkammern, der zweite Arbeitsanschluss mit den Nacheilkammern und der Steueranschluss mit zumindest einer der Drehwinkelbegrenzungsvorrichtungen kommuniziert, wird die Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das Steuerventil eine Startstellung aufweist, in der einer der Arbeitsanschlüsse weder mit dem Ablaufanschluss noch mit dem Zulaufanschluss verbunden ist und dass der andere Arbeitsanschluss und die Drehwinkelbegrenzungsvorrichtungen in der Startstellung ausschließlich mit dem Ablaufanschluss kommunizieren.
  • In einer Konkretisierung ist eine Stelleinheit vorgesehen, die das Steuerventil in verschiedene Steuerstellungen überführen kann, wobei das Steuerventil die Startstellung bei nicht erregter oder alternativ bei maximal erregter Stelleinheit einnimmt.
  • Dabei kann vorgesehen sein, dass die erste Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung im eingeriegelten Zustand die Drehung des mit der Nockenwelle zusammenwirkenden Rotors relativ zu dem mit der Kurbelwelle zusammenwirkenden Rotor bei Einnahme der Verriegelungsposition in Richtung der maximalen Frühposition verhindert.
  • Des Weiteren kann vorgesehen sein, dass die erste Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung im eingeriegelten Zustand die Phasenlage des mit der Nockenwelle zusammenwirkenden Rotors relativ zu dem mit der Kurbelwelle zusammenwirkenden Rotor auf einen Winkelbereich zwischen der maximalen Spätposition und der Verrieglungsposition beschränkt.
  • In einer alternativen Ausführungsform beschränkt die zweite Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung im eingeriegelten Zustand eine Phasenlage des mit der Nockenwelle zusammenwirkenden Rotors relativ zu dem mit der Kurbelwelle zusammenwirkenden Rotor auf einen Winkelbereich zwischen der maximalen Frühposition und der Verrieglungsposition.
  • Vorteilhafterweise kommuniziert die zweite Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung ausschließlich mit dem Steueranschluss.
  • In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Steuerventil zusätzlich eine Entriegelstellung aufweist, in der der Steueranschluss mit dem Zulaufanschluss kommuniziert und die Arbeitsanschlüsse nicht mit dem Zulaufanschluss kommunizieren.
  • Des Weiteren kann vorgesehen sein, dass das Steuerventil zusätzlich eine Nacheilstellung aufweist, in der der erste Arbeitsanschluss mit dem Tank und der zweite Arbeitsanschluss und der Steueranschluss mit dem Zulaufanschluss kommunizieren.
  • Zusätzlich kann das Steuerventil eine Voreilstellung aufweisen, in der der erste Arbeitsanschluss mit dem Zulaufanschluss und der zweite Arbeitsanschluss und der Steueranschluss mit dem Tank verbunden sind.
  • Dabei werden die Steuerstellungen vorteilhafterweise mit zunehmender oder alternativ abnehmender Erregung der Stelleinheit in der Reihenfolge Startstellungen - Entriegelstellung - Nacheilstellung - Voreilstellung eingenommen.
  • In einem ersten Verfahren zur Steuerung einer Vorrichtung zur variablen Einstellung der Steuerzeiten von Gaswechselventilen einer Brennkraftmaschine mit einem Außenrotor und einem relativ zu diesem drehbar angeordneten Innenrotor, wobei eines der Bauteile in Antriebsverbindung mit einer Kurbelwelle und das andere Bauteil in Antriebsverbindung mit einer Nockenwelle steht, wobei zumindest ein Druckraum vorgesehen und jeder Druckraum in zwei gegeneinander wirkende Druckkammern unterteilt ist, wobei eine der Druckkammern jedes Druckraums als Voreil- und die andere Druckkammer als Nacheilkammer wirkt, wobei durch Druckmittelzufuhr zu den Voreilkammern, bei gleichzeitigem Druckmittelabfluss von den Nacheilkammern, der mit der Nockenwelle zusammenwirkende Rotor relativ zu dem mit der Kurbelwelle zusammenwirkenden Rotor in Richtung einer maximalen Frühposition verdreht wird, wobei durch Druckmittelzufuhr zu den Nacheilkammern, bei gleichzeitigem Druckmittelabfluss von den Voreilkammern, der mit der Nockenwelle zusammenwirkende Rotor relativ zu dem mit der Kurbelwelle zusammenwirkenden Rotor in Richtung einer maximalen Spätposition verdreht wird, wobei zumindest eine erste und eine zweite Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung vorgesehen sind, wobei jede Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung einen entriegelten und einen eingeriegelten Zustand einnehmen kann, wobei der Verriegelungszustand durch Druckmittelzufuhr zu bzw. Druckmittelabfluss von der jeweiligen Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung einstellbar ist, wobei bei eingeriegelter erster und zweiter Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung der Innenrotor relativ zum Außenrotor in einer Verriegelungsposition fixiert ist, wobei der Druckmittelzufluss zu bzw. der Druckmittelabfluss von den Druckkammern und den Drehwinkelbegrenzungsvorrichtungen durch eine Verbindung mit einer Druckmittelpumpe bzw. mit einem Tank einstellbar ist, wird die erfindungsgemäße Aufgabe dadurch gelöst, dass während einer Startphase der Brennkraftmaschine die Nacheilkammern oder die Voreilkammern weder mit dem Tank noch mit der Druckmittelpumpe und die anderen Druckkammern und die Drehwinkelbegrenzungsvorrichtungen mit einem Tank verbunden sind.
  • In einer Konkretisierung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die erste Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung im eingeriegelten Zustand die Drehung des mit der Nockenwelle zusammenwirkenden Rotors relativ zu dem mit der Kurbelwelle zusammenwirkenden Rotor bei Einnahme der Verriegelungsposition in Richtung der maximalen Frühposition verhindert.
  • Alternativ kann vorgesehen sein, dass die erste Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung im eingeriegelten Zustand die Phasenlage des mit der Nockenwelle zusammenwirkenden Rotors relativ zu dem mit der Kurbelwelle zusammenwirkenden Rotor auf einen Winkelbereich zwischen der maximalen Spätposition und der Verrieglungsposition beschränkt.
  • Dabei beschränkt die zweite Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung im eingeriegelten Zustand eine Phasenlage des mit der Nockenwelle zusammenwirkenden Rotors relativ zu dem mit der Kurbelwelle zusammenwirkenden Rotor vorzugsweise auf einen Winkelbereich zwischen der maximalen Frühposition und der Verrieglungsposition.
  • In einer Konkretisierung der Erfindung ist vorgesehen, dass während eines Stoppvorgangs der Brennkraftmaschine die Voreilkammern mit der Druckmittelpumpe und die zweite Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung und die Nacheilkammern mit dem Tank verbunden sind.
  • In einem weiteren Verfahren zur Steuerung einer Vorrichtung zur variablen Einstellung der Steuerzeiten von Gaswechselventilen einer Brennkraftmaschine mit einem Außenrotor und einem relativ zu diesem drehbar angeordneten Innenrotor, wobei eines der Bauteile in Antriebsverbindung mit einer Kurbelwelle und das andere Bauteil in Antriebsverbindung mit einer Nockenwelle steht, wobei zumindest ein Druckraum vorgesehen und jeder Druckraum in zwei gegeneinander wirkende Druckkammern unterteilt ist, wobei eine der Druckkammern jedes Druckraums als Voreil- und die andere Druckkammer als Nacheilkammer wirkt, wobei durch Druckmittelzufuhr zu den Voreilkammern, bei gleichzeitigem Druckmittelabfluss von den Nacheilkammern, der mit der Nockenwelle zusammenwirkende Rotor relativ zu dem mit der Kurbelwelle zusammenwirkenden Rotor in Richtung einer maximalen Frühposition verdreht wird, wobei durch Druckmittelzufuhr zu den Nacheilkammern, bei gleichzeitigem Druckmittelabfluss von den Voreilkammern, der mit der Nockenwelle zusammenwirkende Rotor relativ zu dem mit der Kurbelwelle zusammenwirkenden Rotor in Richtung einer maximalen Spätposition verdreht wird, wobei zumindest eine erste und eine zweite Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung vorgesehen sind, wobei jede Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung einen entriegelten und einen eingeriegelten Zustand einnehmen kann, wobei der Verriegelungszustand durch Druckmittelzufuhr zu bzw. Druckmittelabfluss von der jeweiligen Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung einstellbar ist, wobei bei eingeriegelter erster und zweiter Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung der Innenrotor relativ zum Außenrotor in einer Verriegelungsposition fixiert ist, wobei der Druckmittelzufluss zu bzw. der Druckmittelabfluss von den Druckkammern und den Drehwinkelbegrenzungsvorrichtungen durch eine Verbindung mit einer Druckmittelpumpe bzw. mit einem Tank einstellbar ist und wobei die zweite Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung im eingeriegelten Zustand eine Phasenlage des mit der Nockenwelle zusammenwirkenden Rotors relativ zu dem mit der Kurbelwelle zusammenwirkenden Rotor auf einen Winkelbereich zwischen der maximalen Frühposition und der Verrieglungsposition beschränkt, wird die erfindungsgemäße Aufgabe dadurch gelöst, dass während eines Stoppvorgangs der Brennkraftmaschine die Voreilkammern mit der Druckmittelpumpe und die zweite Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung und die Nacheilkammern mit dem Tank verbunden sind.
  • Dabei kann in beiden Verfahren vorteilhafterweise vorgesehen sein, dass der Verriegelungszustand der zweiten Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung ausschließlich mittels einer separaten Steuerleitung gesteuert wird, die nicht mit den Druckkammern kommuniziert.
  • Dabei kann vorteilhafterweise vorgesehen sein, dass der Verriegelungszustand der ersten Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung über den in zumindest einer der Voreilkammern herrschenden Druck gesteuert wird.
  • Vorteilhafterweise ist ein Steuerventil vorgesehen, welches die Druckmittelzufuhr zu und den Druckmittelabfluss von sowohl den Druckkammern als auch der zweiten Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung steuert.
  • In einer Fortbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Verbindungen der Druckkammern und der zweiten Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung mit der Druckmittelpumpe bzw. mit dem Tank während des Stoppvorgangs der Brennkraftmaschine eine definierte Zeitspanne über den vollendeten Motorstopp hinaus aufrechterhalten werden.
  • In der erfindungsgemäßen Ausführungsform der Vorrichtung ist eine Verriegelungsvorrichtung vorgesehen, mittels derer der Außenrotor mit dem Innenrotor in einer Verriegelungsposition zwischen einer maximalen Früh- und einer maximalen Spätposition mechanisch koppelbar ist. Vorteilhafterweise können zwei Drehwinkelbegrenzungsvorrichtungen vorgesehen sein, wobei eine der Drehwinkelbegrenzungsvorrichtungen im eingeriegelten Zustand die relative Phasenlage des Innenrotors zum Außenrotor auf einen Bereich zwischen der maximalen Früh- und der Verriegelungsposition beschränkt. Die andere Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung lässt im eingeriegelten Zustand eine Phasenlage zwischen der Verriegelungs- und der maximalen Spätposition zu. Alternativ dazu kann diese als Verriegelungselement ausgeführt sein, wobei ein Verriegelungsstift des Verriegelungselements in der Verriegelungsposition in eine dem Verriegelungsstift angepasste Aussparung oder ein Sackloch eingreift. Somit ist sichergestellt, dass der Innenrotor relativ zum Außenrotor in einer mittleren Phasenlage mechanisch fixiert werden kann.
  • Jede der Drehwinkelbegrenzungsvorrichtungen kann durch Druckmittelbeaufschlagung von dem eingeriegelten in den entriegelten Zustand überführt werden. Dabei kommuniziert die Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung, die die relative Rotation des Innenrotors zum Außenrotor im eingeriegelten Zustand auf einen Bereich zwischen der maximalen Früh- und der Verriegelungsposition beschränkt, mit einer Steuerleitung. Die Steuerleitung kommuniziert weder mit den Druckkammern noch mit den Druckmittelleitungen und den Druckmittelkanälen, die die Druckkammern mit Druckmittel versorgen. Somit kann auf den Verriegelungszustand dieser Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung unabhängig vom Druckzustand der Druckkammern Einfluss genommen werden.
  • Durch die separate Ansteuerung einer der Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung über eine Steuerleitung ist es somit möglich die Vorrichtung während des Abstellvorgangs in einem definierten Intervall, welches die Verrieglungsposition beinhaltet, abzustellen. Bereits während des Abstellvorgangs oder alternativ während des Neustarts der Brennkraftmaschine gelangt der Innenrotor automatisch in die Verriegelungsposition, wobei die mechanische Verbindung zwischen den Rotoren mittels der Drehwinkelbegrenzungsvorrichtungen hergestellt wird. Die Verriegelungsposition kann beispielsweise durch das auf die Nockenwelle wirkende Schleppmoment erreicht werden. In diesem Fall wird der Innenrotor relativ zum Außenrotor in ein Intervall zwischen der Verriegelungsposition und der maximalen Frühposition gebracht. Alternativ kann ein Federelement vorgesehen sein, welches ein dem Schleppmoment entgegengesetztes Drehmoment auf den Innenrotor ausübt. Übersteigt das Federdrehmoment das Schleppmoment, so erstreckt sich das Zielintervall zwischen der maximalen Spätposition und der Verriegelungsposition.
  • Da die Steuerleitung unabhängig von den die Vorrichtung versorgenden Druckmittelleitungen ausgebildet ist, können während der Startphase beide Drehwinkelbegrenzungsvorrichtungen mit dem Tank verbunden werden, wobei eine Gruppe von Druckkammern weder mit dem Tank noch mit der Pumpe verbunden sind. So kann ein selbsttätiges Entriegeln der Vorrichtung unterbunden werden. Gleichzeitig kann das über das Steuerventil in die Druckmittelleitungen eintretende Leckageöl, durch eine geringe oszillierende Bewegung des Innenrotors relativ zum Außenrotor, angesaugt werden. Dadurch ist eine ausreichende Versorgung der Vorrichtung mit Schmiermittel selbst während der Startphase gewährleistet. Die geringe oszillatorische Bewegung des Innenrotors zum Auβenrotor resultiert aus den auf die Nockenwelle wirkenden Wechselmomenten in Kombination mit einem geringen Verriegelungsspiels der Drehwinkelbegrenzungsvorrichtungen.
    • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und aus den Zeichnungen in denen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung vereinfacht dargestellt ist. Es zeigen:
    • Figur 1
    nur sehr schematisch eine Brennkraftmaschine,
    Figur 2a
    einen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Ausführungsform einer Vorrichtung zur Veränderung der Steuerzeiten von Gas- wechselventilen einer Brennkraftmaschine incl. einem ange- schlossenen Hydraulikkreislauf,
    Figur 2b
    einen Längsschnitt durch die Vorrichtung aus Figur 2a entlang der Linie II b-II b,
    Figur 2c
    einen Querschnitt durch die Vorrichtung aus Figur 2b entlang der Linie IIc-IIc,
    Figur 3
    eine erste Steuerlogik eines Steuerventils der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
    Figur 4
    eine zweite Steuerlogik eines Steuerventils der erfindungsgemä- β en Vorrichtung,
    Figur 5
    ein-Steuerventil zur Steuerventil zur Steuerung der erfindungsge- mäßen Vorrichtung in perspektivischer Ansicht,
    Figur 6
    einen Teillängsschnitt durch das Steuerventil aus Figur 5,
    Figur 6a-6g
    einen Längsschnitt durch die wesentlichen Teile des Steuerventils aus Figur 6 in dessen verschiedenen Steuerstellungen.
    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 Ausführungsform über je einen Zugmitteltrieb 5 mit einer Einlassnockenwelle 6 bzw. Auslassnockenwelle 7 in Verbindung, wobei eine erste und eine zweite Vorrichtung 10 für eine Relativdrehung zwischen Kurbelwelle 2 und den Nockenwellen 6, 7 sorgen können. Nocken 8 der Nockenwellen 6, 7 betätigen ein oder mehrere Einlassgaswechselventile 9a bzw. ein oder mehrere Auslassgaswechselventile 9b. Ebenso kann vorgesehen sein nur eine der Nockenwellen 6, 7 mit einer Vorrichtung 10 auszustatten, oder nur eine Nockenwelle 6, 7 vorzusehen, welche mit einer Vorrichtung 10 versehen ist.
  • Die Figuren 2a und 2b zeigen eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 im Quer- bzw. im Längsschnitt.
  • Die Vorrichtung 10 weist einen Außenrotor 22, einen Innenrotor 23 und zwei Seitendeckel 24, 25 auf. Der Innenrotor 23 ist in Form eines Flügelrades ausgeführt und weist ein im Wesentlichen zylindrisch ausgeführtes Nabenelement 26 auf, von dessen äußerer zylindrischer Mantelfläche sich in der dargestellten Ausführungsform fünf Flügel 27 in radialer Richtung nach außen erstrecken. Dabei können die Flügel 27 einteilig mit dem Nabenelement 26 ausgebildet sein. Alternativ können die Flügel 27, wie in Figur 2a dargestellt, separat ausgebildet und in, an dem Nabenelement 26 ausgebildeten, axial verlaufenden Flügelnuten 28 angeordnet sein, wobei die Flügel 27 mittels nicht dargestellter, zwischen den Nutgründen der Flügelnuten 28 und den Flügeln 27 angeordneten Federelementen radial nach außen mit einer Kraft beaufschlagt werden.
  • Ausgehend von einer äußeren Umfangswand 29 des Außenrotors 22 erstrecken sich mehrere Vorsprünge 30 radial nach innen. In der dargestellten Ausführungsform sind die Vorsprünge 30 einteilig mit der Umfangswand 29 ausgebildet. Denkbar sind aber auch Ausführungsformen, in denen anstatt der Vorsprünge 30 Flügel vorgesehen sind, die an der Umfangswand 29 angebracht sind und sich radial nach innen erstrecken. Der Außenrotor 22 ist mittels radial innen liegender Umfangswände der Vorsprünge 30 relativ zu dem Innenrotor 23 drehbar auf diesem gelagert.
  • An einer äußeren Mantelfläche der Umfangswand 29 ist ein Kettenrad 21 angeordnet, mittels welchem über einen nicht dargestellten Kettentrieb Drehmoment von der Kurbelwelle 2 auf den Außenrotor 22 übertragen werden kann. Das Kettenrad 21 kann als separates Bauteil ausgebildet und drehfest mit dem Innenrotor 23 verbunden oder einteilig mit diesem ausgebildet sein. Alternativ kann auch ein Riemen- oder Zahnradtrieb vorgesehen sein.
  • Je einer der Seitendeckel 24, 25 ist an einer der axialen Seitenflächen des Auβenrotors 22 angeordnet und drehfest an diesem fixiert. In jedem der Vorsprünge 30 ist zu diesem Zweck eine Axialöffnung 31 vorgesehen, wobei jede Axialöffnung 31 von einem Befestigungselement 32, beispielsweise einem Bolzen oder einer Schraube, durchgriffen wird, welches zur drehfesten Fixierung der Seitendeckel 24, 25 an dem Außenrotor 22 dient.
  • Innerhalb der Vorrichtung 10 ist zwischen jeweils zwei in Umfangsrichtung benachbarten Vorsprüngen 30 ein Druckraum 33 ausgebildet, der in Umfangsrichtung von gegenüberliegenden, im Wesentlichen radial verlaufenden Begrenzungswänden 34 benachbarter Vorsprünge 30, in axialer Richtung von den Seitendeckeln 24, 25, radial nach innen von dem Nabenelement 26 und radial nach außen von der Umfangswand 29 begrenzt wird. In jeden der Druckräume 33 ragt ein Flügel 27, wobei die Flügel 27 derart ausgebildet sind, dass diese sowohl an den Seitenwänden 24, 25, als auch an der Umfangswand 29 anliegen. Jeder Flügel 27 teilt somit den jeweiligen Druckraum 33 in zwei gegeneinander wirkende Druckkammern 35, 36.
  • Der Außenrotor 22 ist in einem definierten Winkelbreich drehbar zu dem Innenrotor 23 angeordnet. Der Winkelbereich wird in einer Drehrichtung des Außenrotors 22 dadurch begrenzt, dass jeder Flügel 27 an einer als Frühanschlag 34a ausgebildeter Begrenzungswand 34 des Druckraums 33 zum Anliegen kommt. Analog wird der Winkelbereich in der anderen Drehrichtung dadurch begrenzt, dass jeder Flügel 27 an der anderen Begrenzungswand 34 des Druckraums 33, die als Spätanschlag 34b dient, zum Anliegen kommt. Alternativ kann eine Rotationsbegrenzungsvorrichtung vorgesehen sein, die den Drehwinkelbereich des Außenrotors 22 zum Innenrotor 23 begrenzt.
  • Durch Druckbeaufschlagung einer Gruppe von Druckkammer 35, 36 und Druckentlastung der anderen Gruppe kann die Phasenlage des Außenrotors 22 zum Innenrotor 23 variiert werden. Durch Druckbeaufschlagung beider Gruppen von Druckkammern 35, 36 kann die Phasenlage der beiden Rotoren 22, 23 zueinander konstant gehalten werden. Alternativ kann vorgesehen sein, keine der Druckkammern 35, 36 während Phasen konstanter Phasenlage mit Druckmittel zu beaufschlagen. Als hydraulisches Druckmittel wird üblicherweise das Schmieröl der Brennkraftmaschine 1 verwendet.
  • Zur Druckmittelzufuhr zu bzw. Druckmittelabfuhr von den Druckkammern 35, 36 ist ein Druckmittelsystem vorgesehen, welches eine nicht dargestellte Druckmittelquelle, beispielsweise eine Druckmittelpumpe, einen ebenfalls nicht dargestellten Tank, ein Steuerventil 37 und mehrere Druckmittelleitungen 38a, 38b, 38p umfasst. Von der Druckmittelpumpe gefördertes Druckmittel wird über die dritte Druckmittelleitung 38p dem Steuerventil 38 zugeführt. Je nach Steuerzustand des Steuerventils 37 wird die dritte Druckmittelleitung 38p mit der ersten Druckmittelleitung 38a, der zweiten Druckmittelleitung 38b oder mit beiden bzw. keiner der Druckmittelleitungen 38a, 38b verbunden.
  • Der Innenrotor 23 ist mit zwei Gruppen von Druckmittelkanälen 39a, 39b ausgebildet, wobei sich jeder Druckmittelkanal 39a, 39b von einer Innenmantelfläche einer Aufnahme 40 des Innenrotors 23 zu einer der Druckkammern 35, 36 erstreckt. Die erste Druckmittelleitung 38a kommuniziert mit den ersten Druckmittelkanälen 39a. Die zweite Druckmittelleitung 38b kommuniziert mit den zweiten Druckmittelkanälen 39b. Zu diesem Zweck kann beispielsweise ein Druckmittelverteiler vorgesehen sein, welcher in der Aufnahme 40 angeordnet ist. In einer alternativen Ausführungsform ist das Steuerventil 37 als Zentralventil ausgebildet und in der Aufnahme 40 angeordnet, wobei in diesem Fall das Steuerventil 37 die dritte Druckmittelleitung 38p direkt mit den Druckmittelkanälen 39a, 39b verbindet.
  • Um die Steuerzeiten (Öffnungs- und Schließzeitpunkte) der Gaswechselventile 9a, 9b in Richtung früh zu verschieben, wird das dem Steuerventil 37 über die dritte Druckmittelleitung 38p zugeführte Druckmittel über die ersten Druckmittelkanäle 39a und gegebenenfalls die erste Druckmittelleitung 38a zu der Gruppe der ersten Druckkammern 35 (Voreilkammern) geleitet. Gleichzeitig gelangt Druckmittel aus der Gruppe der zweiten Druckkammern 36 über die zweiten Druckmittelkanäle 39b und gegebenenfalls die zweite Druckmittelleitung 38b zum Steuerventil 37 und wird in den Tank ausgestoßen. Dadurch werden die Flügel 27 in Richtung des Frühanschlags 34a verschoben, wodurch eine rotative Bewegung des Innenrotors 23 zum Außenrotor 22 in Drehrichtung der Vorrichtung 10 erreicht wird.
  • Um die Steuerzeiten der Gaswechselventile 9a, 9b in Richtung spät zu verschieben, wird das dem Steuerventil 37 über die dritte Druckmittelleitung 38p zugeführte Druckmittel über die zweiten Druckmittelkanäle 39b und gegebenenfalls die zweite Druckmittelleitung 38b zu der Gruppe der zweiten Druckkammern 36 (Nacheilkammern) geleitet. Gleichzeitig gelangt Druckmittel aus der Gruppe der ersten Druckkammern 35 über die ersten Druckmittelkanäle 39a und gegebenenfalls die erste Druckmittelleitung 38a zum Steuerventil 37 und wird in den Tank ausgestoßen. Dadurch werden die Flügel 27 in Richtung des Spätanschlags 34a verschoben, wodurch eine rotative Bewegung des Innenrotors 23 zum Außenrotor 22 entgegen der Drehrichtung der Vorrichtung 10 erreicht wird.
  • Um die Steuerzeiten konstant zu halten wird die Druckmittelzufuhr zu sämtlichen Druckkammern 35, 36 entweder unterbunden oder zugelassen. Dadurch werden die Flügel 27 innerhalb der jeweiligen Druckräume 33 hydraulisch eingespannt, und somit eine rotative Bewegung des Innenrotors 23 zum Außenrotor 22 verhindert.
  • Während des Starts der Brennkraftmaschine 1 oder während Leerlaufphasen kann die Druckmittelversorgung der Vorrichtung 10 nicht ausreichen um die hydraulische Einspannung der Flügel 27 innerhalb der Druckräume 33 zu gewährleisten. Um ein unkontrolliertes Schwingen des Innenrotors 23 zum Außenrotor 22 zu verhindern ist ein Verriegelungsmechanismus 41 vorgesehen, der eine mechanische Verbindung zwischen den beiden Rotoren 22, 23 herstellt. Dabei ist in einem der Rotoren 22, 23 ein Verriegelungsstift angeordnet, während in dem anderen Rotor 22, 23 eine Kulisse ausgebildet ist. Befindet sich der Innenrotor 23 in einer definierten Phasenlage (Verriegelungsposition) zum Auβenrotor 22, so kann der Verriegelungsstift in die Kulisse eingreifen und somit eine mechanische drehfeste Verbindung zwischen den beiden Rotoren 22, 23 herstellen.
  • Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt die Verriegelungsposition so zu wählen, dass die Flügel 27 im verriegelten Zustand der Vorrichtung 10 sich in einer Position zwischen dem Frühanschlag 34a und dem Spätanschlag 34b befinden. Ein derartiger Verriegelungsmechanismus 41 ist in Figur 2c dargestellt. Diese besteht aus einer ersten und einer zweiten Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung 42, 43. In der dargestellten Ausführungsform besteht jede der Drehwinkelbegrenzungsvorrichtungen 42, 43 aus einem axial verschiebbaren Verriegelungsstift 44, wobei jeder der Verriegelungsstifte 44 in einer Bohrung des Innenrotors 23 aufgenommen ist. Des Weiteren sind in der ersten Seitenwand 24 zwei Kulissen 45 in Form von in Umfangsrichtung verlaufenden Nuten ausgebildet. Diese sind in Figur 2c in Form von unterbrochenen Linien angedeutet. Jeder der Verriegelungsstifte 44 wird mittels eines Federelements 46 mit einer Kraft in Richtung des ersten Seitendeckels 24 beaufschlagt. Nimmt der Innenrotor 23 zum Außenrotor 22 eine Position ein, in der ein Verriegelungsstift 44 in axialer Richtung der zugehörigen Kulisse 45 gegenübersteht, so wird dieser in die Kulisse 45 gedrängt und die jeweilige Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung 42, 43 von einem entriegelten in einen eingeriegelten Zustand überführt. Dabei ist die Kulisse 45 der ersten Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung 42 derart ausgeführt, dass die Phasenlage des Innenrotors 23 zum Außenrotor 22, bei eingeriegelter erster Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung 42, auf einem Bereich zwischen einer maximalen Spät- und der Verriegelungsposition beschränkt ist. Befindet sich der Innenrotor 23 relativ zum Außenrotor 22 in der Verriegelungsposition, so liegt der Verriegelungsstift 44 der ersten Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung 42 an einem in Umfangsrichtung durch die Kulisse 45 ausgebildeten Anschlag an, wodurch ein weiteres Verstellen in Richtung früherer Steuerzeiten verhindert wird.
  • Analog ist die Kulisse 45 der zweiten Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung 43 derart ausgelegt, dass bei eingeriegelter zweiter Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung 43 die Phasenlage des Innenrotors 23 zum Außenrotor 22 auf einen Bereich zwischen einer maximalen Frühposition und der Verriegelungsposition beschränkt ist.
  • Um die Drehwinkelbegrenzungsvorrichtungen 42, 43 von dem eingeriegelten in den entriegelten Zustand zu überführen, ist vorgesehen, dass die jeweilige Kulisse 45 mit Druckmittel beaufschlagt wird. Dadurch wird der jeweilige Verriegelungsstift 44 entgegen der Kraft des Federelements 46 in die Bohrung zurückgedrängt und somit die Drehwinkelbegrenzung aufgehoben.
  • In der dargestellten Ausführungsform ist vorgesehen, die Kulisse 45 der ersten Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung 42, welche im eingeriegelten Zustand die Drehung des Innenrotors 23 zum Außenrotor 22 an der Verriegelungsposition in Richtung Früh verhindert, über eine der ersten Druckkammern 35 und eine Verbindungsleitung 47 mit Druckmittel zu versorgen. Die Kulisse 45 der zweiten Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung 43 kann über die Steuerleitung 48 und einen Kanal 49 mit Druckmittel beaufschlagt werden. Dabei ist vorgesehen, dass das Steuerventil 37 sowohl die Druckmittelströme zu und von den ersten und zweiten Druckkammern 35, 36, als auch zu und von der Steuerleitung 48 regelt.
  • Ein derartiges Steuerventil 37 ist in den Figuren 5 und 6 dargestellt. Das Steuerventil 37 besteht aus einer Stelleinheit 50 und einem Hydraulikabschnitt 51. Der Hydraulikabschnitt 51 besteht aus einem Ventilgehäuse 52 einer Zwischenhülse 53 und einem Steuerkolben 54. An dem Ventilgehäuse 52 ist ein erster Arbeitsanschluss A, ein zweiter Arbeitsanschluss B, ein Zulaufanschluss P, ein Steueranschluss S, ein axialer und ein radialer Ablaufanschluss T ausgebildet. Der erste Arbeitsanschluss A kommuniziert mit der ersten Druckmittelleitung 38a. Der zweite Arbeitsanschluss B kommuniziert mit der zweiten Druckmittelleitung 38b. Der Zulaufanschluss P kommuniziert mit der dritten Druckmittelleitung 38p. Der Steueranschluss S kommuniziert mit der Steuerleitung 48. Über die Ablaufanschlüsse T kann Druckmittel in einen nicht dargestellten Tank abfließen.
  • Die Zwischenhülse 53 ist innerhalb des Ventilgehäuses 52, ortsfest zu diesem angeordnet. An deren Außenmantelfläche sind eine Arbeitsnut 56, eine Steuernut 57, fünf Arbeitsöffnungen 56a-e und drei Steueröffnungen 57a-c ausgebildet. Die Arbeitsnut 56 und die Steuernut 57 erstrecken sich in Umfangsrichtung der Zwischenhülse 53 in jeweils einem definierten Winkelintervall, wobei die beiden Nuten 56, 57 hydraulisch voneinander getrennt sind. Die Arbeitsanschlüsse A, B und der Zulaufanschluss P sind als Radialöffnungen im Ventilgehäuse 52 ausgebildet, wobei die Radialöffnungen ausschließlich im Bereich des von der Arbeitsnut 56 eingenommenen Winkelsegments ausgebildet sind. Gleichermaßen ist der Steueranschluss S mittels einer oder mehrerer Radialöffnungen realisiert, die ausschließlich im Bereich des von der Steuernut 57 eingenommenen Winkelsegments ausgebildet sind.
  • Die Arbeitsöffnung 56a-e kommunizieren einerseits mit dem Inneren der Zwischenhülse 53 und andererseits mit dem ersten Arbeitsanschluss A (erste Arbeitsöffnung 56a), dem Zulaufanschluss P (zweite Arbeitsöffnung 56b), der Arbeitsnut 56 (dritte und vierte Arbeitsöffnung 56c,d) bzw. dem radialen Tankanschluss T (fünfte Arbeitsöffnung 56e). Die Arbeitsnut 56 kommuniziert zusätzlich mit dem zweiten Arbeitsanschluss B. Weiterhin kann vorgesehen sein weitere Nuten in der Außenmantelfläche der Zwischenhülse 53 auszubilden, welche die erste, die zweite oder die fünfte Arbeitsöffnung 56 a,b,e mit dem jeweiligen Anschluss A, P, T verbindet.
  • Die Steueröffnungen 57a-c kommunizieren einerseits mit dem inneren der Zwischenhülse 53 und andererseits mit der Steuernut 57, die wiederum mit dem Steueranschluss S kommuniziert.
  • Der Steuerkolben 54 ist im Wesentlichen hohlzylindrisch ausgeführt und innerhalb der Zwischenhülse 53 angeordnet, wobei dieser durch die Stelleinheit 50 entgegen der Kraft einer Feder 55 in axialer Richtung relativ zu der Zwischenhülse 53 und dem Ventilgehäuse 52 verschiebbar ist. Der Steuerkolben 54 weist drei Ringnuten 58a-c, erste und zweite Öffnungen 59a,b auf.
  • Die Stelleinheit 50 kann beispielsweise als elektrische Stelleinheit ausgebildet sein, wobei ein magnetisierter Anker innerhalb einer Spule angeordnet ist. Durch Bestromen der Spule kann der Anker innerhalb in axialer Richtung verschoben werden. Über eine Stößelstange 50a kann diese Bewegung auf den Steuerkolben 54 übertragen werden.
  • Durch axiales Verschieben des Steuerkolbens 54 innerhalb der Zwischenhülse 53 können die Arbeitsanschlüsse A, B und der Steueranschluss S wahlweise mit dem Zulaufanschluss P, dem Ablaufanschluss T oder keinem von beiden verbunden werden.
  • In Figur 3 ist eine Steuerlogik des in Figur 5 bzw. Figur 6 dargestellten Steuerventils 37 dargestellt. Dabei sind die Verbindungen des ersten Arbeitsanschlusses A, des zweiten Arbeitsanschlusses B und des Steueranschlusses S mit der Druckmittelpumpe bzw. dem Tank in Abhängigkeit von der Erregung der Stelleinheit 50 bzw. der axialen Auslenkung D des Steuerkolbens 54 innerhalb der Zwischenhülse 53 dargestellt. Die Steuerlogik lässt sich in sieben Steuerstellungen unterteilen. Dabei durchläuft das Steuerventil 37 mit zunehmender Erregung der Stelleinheit 50 (axialer Verschiebung des Steuerkolbens 54) die Steuerstellungen in der Reihenfolge Startstellung S1, Entriegelstellung S2, Nacheilstellung, S3, erste Zwischenstellung S4, Haltestellung S5, zweite Zwischenstellung S6 und Voreilstellung S7. Die Stellungen des Steuerkolbens 54 relativ zum Ventilgehäuse 52 bzw. der Zwischenhülse 53 in den verschiedenen Steuerstellungen S1-S7 sind in den Figuren 6a-g dargestellt.
  • In der Startstellung S1 (Figur 6a), die das Steuerventil 37 bei unerregter Stelleinheit 50 einnimmt, ist der erste Arbeitsanschluss A (über die erste Arbeitsöffnung 56a) und der Steueranschluss S (über die erste Steueröffnung 57a) mit dem axialen Ablaufanschluss T verbunden. Somit wird Druckmittel aus den ersten Druckkammern 35, und damit aus der ersten Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung 42, und von der zweiten Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung 43 zum Tank abgeführt. Der zweite Arbeitsanschluss B ist verschlossen (weder mit dem Zu- noch mit dem Ablaufanschluss P, T verbunden).
  • Beim Übergang von der Startstellung S1 zu einer Entriegelstellung S2 (Figur 6b) wird der Steueranschluss S (über die zweite Arbeitsöffnung 56b, die erste Ringnut 58a, die erste Öffnung 59a, das Innere des Steuerkolbens 54, die zweite Öffnung 59b, die dritte Ringnut 58c, die zweite Steueröffnung 57b und die Steuernut 57) mit der Pumpe verbunden. Der erste Arbeitsanschluss A kommuniziert weiterhin mit dem axialen Ablaufanschluss T, während der zweite Arbeitsanschluss B weiterhin verschlossen ist (analog zu Figur 6a).
  • In der sich daran anschließenden Nacheilstellung S3 (Figur 6c) ist der zweite Arbeitsanschluss B (über die zweite Arbeitsöffnung 56b, die zweite Ringnut 58b, die dritte Arbeitsöffnung 56c und die Arbeitsnut 56), sowie der Steueranschluss S mit dem Zulaufanschluss P verbunden (analog Figur 6b), wobei der erste Arbeitsanschluss A mit dem axialen Ablaufanschluss T verbunden ist (analog Figur 6a).
  • In der ersten Zwischenstellung S4 (Figur 6d) ist der erste Arbeitsanschluss A verschlossen, während der zweite Arbeitsanschluss B und der Steueranschluss S mit dem Zulaufanschluss P verbunden sind (analog Figur 6c).
  • In der Haltestellung S5 (Figur 6e) sind beide Arbeitsanschlüsse A, B und der Steueranschluss S verschlossen.
  • In der zweiten Zwischenstellung S6 (Figur 6f) ist der erste Arbeitsanschluss A (über die zweite Arbeitsöffnung 56b, die erste Ringnut 58a und die erste Arbeitsöffnung 56a) mit dem Zulaufanschluss P verbunden, während der zweite Arbeitsanschluss B und der Steueranschluss S verschlossen sind (analog Figur 6e).
  • In der sich daran anschließenden Voreilstellung S7 (Figur 6g) ist der zweite Arbeitsanschluss B, sowie der Steueranschluss S (über die vierte Arbeitsöffnung 56d bzw. die dritte Steueröffnung 57c, das Innere der Zwischenhülse 53 und die fünften Arbeitsöffnung 56e), mit dem radialen Ablaufanschluss T und der erste Arbeitsanschluss A mit dem Zulaufanschluss P verbunden (analog Figur 6f).
  • Dabei sind die Zwischenstellungen S4 und S6 als optionale Steuerstellungen zu sehen. Eine alternative Steuerlogik weist nur die Steuerstellungen S1 bis S3, S5 und S7 auf.
  • Während der Startphase der Brennkraftmaschine 1 befindet sich das Steuerventil 37 in der Startstellung S1. In dieser Phase ist die hydraulische Einspannung der Flügel 27 innerhalb der Druckräume 33 auf Grund zu geringen Systemdrucks im Allgemeinen nicht gewährleistet. Aus diesem Grund wird der Innenrotor 23 gegenüber dem Außenrotor 22 oszillatorische Bewegungen in Umfangsrichtung durchführen. Diese Oszillationen werden durch die auf die Nockenwelle 6, 7 wirkenden Wechselmomente hervorgerufen, wobei die Oszillationen selbst im verriegelten Zustand der Vorrichtung 10 auftreten. Dabei ist deren Amplitude durch das Verriegelungsspiel bestimmt. Die Oszillationen haben eine Pumpwirkung zur Folge, wodurch in den Druckmittelkanälen 39a,b bzw. den Druckmittelleitungen 38a,b vorhandenes Restöl in die Druckkammern 35, 36 gefördert werden kann. Dabei können innerhalb der Vorrichtung 10 Druckwerte erreicht werden, die ausreichen um die Drehwinkelbegrenzungsvorrichtungen 42, 43 in den entriegelten Zustand zu überführen.
  • Durch die Verbindung des ersten Arbeitsanschlusses A und des Steueranschlusses S mit dem Tank wird dies verhindert. Die ersten Druckkammern 35, die korrespondierenden Druckmittelkanäle 39a, die erste Druckmittelleitung 38a und die Steuerleitung 48 werden entleert und somit ein Druckaufbau, und damit die ungewollte Selbstentriegelung während der Startphase, in den Kulissen 45 der Drehwinkelbegrenzungsvorrichtungen 42, 43 verhindert.
  • Da in der Startstellung S1 der zweite Arbeitsanschluss B verschlossen ist, werden die zweiten Druckkammern 36 nicht mit Druckmittel beaufschlagt. Dadurch wird verhindert, dass der Verriegelungsstift 44 der zweiten Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung 43 gegen das Ende der Kulisse 45 gedrängt wird, was zu einem Verklemmen führen könnte. Andererseits wird verhindert, dass das Druckmittel in den zweiten Druckmittelkanälen 39b zum Tank abfließen kann. So ist sichergestellt, dass durch die Oszillationen der Flügel 27 geringe Mengen von Druckmittel in die zweiten Druckkammern 36 gefördert werden, wodurch die Vorrichtung 10 ausreichend mit Schmiermittel versorgt wird.
  • Nach Ablauf einer definierten Zeitspanne, nach der der Startvorgang vollständig beendet ist, oder wenn ein ausreichendes Druckniveau im Schmiermittelkreislauf der Brennkraftmaschine 1 detektiert wird, und die Motorsteuerung eine Phasenänderung vorgibt, geht die Vorrichtung 10 in einen geregelten Zustand über, bis der Druck in dem Schmiermittelkreislauf wieder unter ein vorgegebenes Niveau fällt. Zu diesem Zweck wird die Stelleinheit 50 des Steuerventils 37 derart bestromt, dass dieses über die Entriegelstellung S2 in die Steuerstellungen S3 bis S7 gelangt und je nach Vorgabe des Phasenwinkels durch die Motorsteuerung in eine dieser Steuerstellungen S3-S7 geregelt wird.
  • Während das Steuerventil 37 die Entriegelstellung S2 einnimmt, wird im Unterschied zur Startstellung S1 der Steueranschluss S mit Druckmittel beaufschlagt und somit die zweite Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung 43 in den entriegelten Zustand überführt. Dabei wird keine der Druckkammern 35, 36 mit Druck beaufschlagt, wodurch ein Verklemmen des Verriegelungsstiftes 44 der zweiten Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung 43 in dessen Kulisse 45 verhindert wird.
  • Abhängig von den aktuellen Soll- bzw. Istwerten der Phasenlage nimmt das Steuerventil 37 im geregelten Zustand der Vorrichtung 10 die Steuerstellungen S3-S7 ein. Wird vom Motorsteuergerät eine Verschiebung der Phasenlage in Richtung späterer Einlasszeiten vorgegeben, so wird das Steuerventil 37 derart bestromt, dass dieses die Nacheilstellung S3 einnimmt. In dieser Stellung sind die ersten Druckkammern 35 mit dem Tank und die zweiten Druckkammern 36 mit der Pumpe verbunden. Gleichzeitig wird Druckmittel zur Kulisse 45 der zweiten Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung 43 geleitet. Der Verriegelungsstift 44 der zweiten Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung 43 wird im entriegelten Zustand gehalten, während die Druckmittelbeaufschlagung der zweiten Druckkammern 36 bei gleichzeitiger Entleerung der ersten Druckkammern 35 zu einer Verdrehung des Innenrotors 23 relativ zum Außenrotor 22 entgegen der Drehrichtung der Vorrichtung 10 führt. Gibt das Motorsteuergerät vor die Phasenlage des Innenrotors 23 relativ zum Außenrotor 22 zu halten, so wird das Steuerventil 37 in die Haltestellung S5 überführt. In dieser Stellung findet kein Druckmittelaustausch zwischen den Druckkammern 35, 36 und der Kulisse 45 der zweiten Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung 43 mit dem Tank oder der Druckmittelpumpe statt. Die Flügel 27 werden hydraulisch im Druckraum 33 eingespannt und die Drehwinkelbegrenzungsvorrichtungen 42, 43 in der entriegelten Lage gehalten.
  • Gibt das Motorsteuergerät frühere Steuerzeiten vor, so wird das Steuerventil 37 in die Voreilstellung S7 gebracht. In dieser Steuerstellung wird den ersten Druckkammern 35 Druckmittel zugeführt, während sowohl von der Kulisse 45 der zweiten Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung 43 als auch von den zweiten Druckkammern 36 Druckmittel zum Tank abgeführt wird. Als Folge wird eine Relativverdrehung des Innenrotors 23 zum Außenrotor 22 in Drehrichtung der Vorrichtung 10 bewirkt. Zusätzlich kann der Verriegelungsstift 44 der zweiten Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung 43 in die korrespondierende Kulisse 45 eingreifen, wenn sich diese gegenüberstehen.
  • In den Zwischenstellungen S4 und S6 wird jeweils eine Gruppe der Druckkammer 35, 36 mit Druckmittel beaufschlagt, während kein Druckmittelaustausch zwischen der anderen Gruppe von Druckkammern 35, 36 und der Pumpe und dem Tank stattfindet. Dadurch wird erreicht, dass während der Einnahme der Haltestellung S5 bzw. deren Verlassen die hydraulische Einspannung der Flügel 27 innerhalb der Druckräume 33 erhalten bleibt.
  • Während der Stoppphase der Brennkraftmaschine 1 wird das Steuerventil 37 in die Voreilstellung S7 überführt und eine definierte Zeitspanne über deren Stillstand hinaus in dieser gehalten. Dadurch wird Druckmittel zu den ersten Druckkammern 35 geleitet, während Druckmittel aus den zweiten Druckkammern 36 zum Tank abfließen kann. Dies bewirkt eine Relativverdrehung des Innenrotors 23 zum Außenrotor 22, wobei der Innenrotor 23 in eine Stellung zwischen der Verriegelungsposition und der maximalen Frühposition gelangt. Gleichzeitig wird der Steueranschluss S und damit die Kulisse 45 der zweiten Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung 43 mit dem Tank verbunden, wodurch die zweite Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung 43 in den eingeriegelten Zustand überführt wird. Dadurch ist gewährleistet, dass der Innenrotor 23 während des gesamten Stoppvorgangs und der Betriebspause der Brennkraftmaschine 1 in eine Stellung zwischen der Verriegelungsposition und der maximalen Frühposition verstellt und anschließend in dieser gehalten wird.
  • In der letzten Phase des Motorstopps, in der die Vorrichtung 10 nicht mehr ausreichend mit Druckmittel versorgt wird, wird der Innenrotor 23, aufgrund der auf die Nockenwelle 6, 7 wirkenden Schleppmomente, relativ zum Außenrotor 22 in Richtung der maximalen Spätposition verdreht. Diese Bewegung wird durch die eingeriegelte zweite Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung 43 an der Verriegelungsposition gestoppt. Aufgrund des fehlenden Systemdrucks wird die erste Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung 42 in dieser Position ebenfalls in den eingeriegelten Zustand überführt, wodurch eine mechanische Festsetzung des Innenrotors 22 relativ zum Außenrotor 23 in der Verriegelungsposition hergestellt ist. Alternativ dazu kann dieser Vorgang während der Startphase der Brennkraftmaschine 1 erfolgen, in der das Steuerventil 37 die Startstellung S1 einnimmt. In dieser Stellung werden die ersten Druckkammern 35 und die mit dieser verbundenen Kulisse 45 der ersten Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung 42 mit dem Tank verbunden. Der Innenrotor 22 wird auf Grund der auf die Nockenwelle 6, 7 wirkenden Schleppmomente in die Verriegelungsposition gedrängt, in der die erste Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung 42 in den eingeriegelten Zustand übergehen kann.
  • Während des geregelten Betriebs der Vorrichtung 10 (Steuerzustände S3-S7) ist aufgrund der in Figur 3 dargestellten Steuerlogik gewährleistet, dass sich bei Beaufschlagung einer Gruppe von Druckkammern 35, 36 die zugehörige Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung 42, 43 im entriegelten Zustand befindet. Somit ist ein sicheres Verstellen der Vorrichtung 10 über die Verriegelungsposition hinaus gewährleistet.
  • Durch die getrennte Ansteuerung der Drehwinkelbegrenzungsvorrichtungen 42, 43 existiert nur eine geringe Zahl von Umschaltpunkten in der Steuerlogik, die in dem Motorsteuergerät abgelegt sind oder von diesem ermittelt werden müssen. Gleichzeitig vergrößern sich die Bereiche der einzelnen Steuerstellungen S1-S7, wodurch die Regelung des Steuerventils 37 erheblich vereinfacht und die Fehleranfälligkeit verringert wird.
  • Figur 4 zeigt eine zu der in Figur 3 gezeigten Steuerlogik alternative Steuerlogik, wobei der einzige Unterschied darin besteht, dass die Reihenfolge der Steuerstellungen S1-S7 vertauscht sind. Die Startstellung S1 wird in dieser Ausführung bei maximal erregter Stelleinheit 50 eingenommen, während die Voreilstellung S7 bei nicht erregter Stelleinheit 50 eingenommen wird.
    • Bezugszeichen
    • 1
    Brennkraftmaschine
    2
    Kurbelwelle
    3
    Kolben
    4
    Zylinder
    5
    Zugmitteltrieb
    6
    Einlassnockenwelle
    7
    Auslassnockenwelle
    8
    Nocken
    9a
    Einlassgaswechselventil
    9b
    Auslassgaswechselventil
    10
    Vorrichtung
    21
    Kettenrad
    22
    Außenrotor
    23
    Innenrotor
    24
    Seitendeckel
    25
    Seitendeckel
    26
    Nabenelement
    27
    Flügel
    28
    Flügelnuten
    29
    Umfangswand
    30
    Vorsprung
    31
    Axialöffnung
    32
    Befestigungselement
    33
    Druckraum
    34
    Begrenzungswand
    34a
    Frühanschlag
    34b
    Spätanschlag
    35
    erste Druckkammer
    36
    zweite Druckkammer
    37
    Steuerventil
    38b
    erste Druckmittelleitung
    38a
    zweite Druckmittelleitung
    38p
    dritte Druckmittelleitung
    39b
    erster Druckmittelkanal
    39a
    zweiter Druckmittelkanal
    40
    Aufnahme
    41
    Verriegelungsmechanismus
    42
    Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung
    43
    Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung
    44
    Verriegelungsstift
    45
    Kulisse
    46
    Federelement
    47
    Verbindungsleitung
    48
    Steuerleitung
    49
    Kanal
    50
    Stelleinheit
    50a
    Stößelstange
    51
    Hydraulikabschnitt
    52
    Ventilgehäuse
    53
    Zwischenhülse
    54
    Steuerkolben
    55
    Feder
    56
    Arbeitsnut
    56a
    erste Arbeitsöffnung
    56b
    zweite Arbeitsöffnung
    56c
    dritte Arbeitsöffnung
    56d
    vierte Arbeitsöffnung
    56e
    fünfte Arbeitsöffnung
    57
    Steuernut
    57a
    erste Steueröffnung
    57b
    zweite Steueröffnung
    57c
    dritte Steueröffnung
    58a
    erste Ringnut
    58b
    zweite Ringnut
    58c
    dritte Ringnut
    59a
    erste Öffnung
    59b
    zweite Öffnung
    A
    erster Arbeitsanschluss
    B
    zweiter Arbeitsanschluss
    P
    Zulaufanschluss
    T
    Ablaufanschluss
    S
    Steueranschluss
    D
    Auslenkung
    S1
    Startstellung
    S2
    Entriegelstellung
    S3
    Nacheilstellung
    S4
    erste Zwischenstellung
    S5
    Haltestellung
    S6
    zweite Zwischenstellung
    S7
    Voreilstellung

Claims (20)

  1. Verfahren zur Steuerung einer Vorrichtung (10) zur variablen Einstellung der Steuerzeiten von Gaswechselventilen (9a, 9b) einer Brennkraftmaschine (1) mit
    • einem Außenrotor (22) und einem relativ zu diesem drehbar angeordneten Innenrotor (23), wobei eines der Bauteile in Antriebsverbindung mit einer Kurbelwelle (2) und das andere Bauteil in Antriebsverbindung mit einer Nockenwelle (6, 7) steht,
    • wobei zumindest ein Druckraum (33) vorgesehen und jeder Druckraum (33) in zwei gegeneinander wirkende Druckkammern (35, 36) unterteilt ist,
    • wobei eine der Druckkammern (35) jedes Druckraums (33) als Voreil- und die andere Druckkammer (36) als Nacheilkammer wirkt,
    • wobei durch Druckmittelzufuhr zu den Voreilkammern (35), bei gleichzeitigem Druckmittelabfluss von den Nacheilkammern (36), der mit der Nockenwelle (6, 7) zusammenwirkende Rotor (22, 23) relativ zu dem mit der Kurbelwelle (2) zusammenwirkenden Rotor (22, 23) in Richtung einer maximalen Frühposition verdreht wird,
    • wobei durch Druckmittelzufuhr zu den Nacheilkammern (36), bei gleichzeitigem Druckmittelabfluss von den Voreilkammern (35), der mit der Nockenwelle (6, 7) zusammenwirkende Rotor (22, 23) relativ zu dem mit der Kurbelwelle (2) zusammenwirkenden Rotor (22, 23) in Richtung einer maximalen Spätposition verdreht wird,
    • wobei zumindest ein erster und ein zweiter Verriegelungsstift (42, 43) vorgesehen sind,
    • wobei jeder Verriegelungsstift (42, 43) einen entriegelten und einen eingeriegelten Zustand einnehmen kann, wobei der Verriegelungszustand durch Druckmittelzufuhr zu bzw. Druckmittelabfluss von der jeweiligen Verriegelungsstift (42, 43) einstellbar ist,
    • wobei bei eingeriegelter erstem und zweitem Verriegelungsstift (42, 43) der Innenrotor (23) relativ zum Außenrotor (22) in einer Verriegelungsposition fixiert ist,
    • wobei der Druckmittelzufluss zu den Druckkammern (35, 36) und den Verriegelungsstiften (42, 43) durch eine Verbindung mit einer Druckmittelquelle einstellbar ist und der Druckmittelabfluss von der Druckkammer und den Verriegelungsstiften durch eine Verbindung mit einem Tank einstellbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass
    • während einer Startphase der Brennkraftmaschine (1) die Nacheilkammern (36) oder die Voreilkammern (35) geschlossen und die anderen Druckkammern (35, 36) und die
    Verriagelungsstift (42, 43) mit einem Tank verbunden sind.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung (42) im eingeriegelten Zustand die Drehung des mit der Nockenwelle (6, 7) zusammenwirkenden Rotors (22, 23) relativ zu dem mit der Kurbelwelle (2) zusammenwirkenden Rotor (22, 23) bei Einnahme der Verriegelungsposition in Richtung der maximalen Frühposition verhindert.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Verriegelungsstift (42) im eingeriegelten Zustand die Phasenlage des mit der Nockenwelle (6, 7) zusammenwirkenden Rotors (22, 23) relativ zu dem mit der Kurbelwelle (2) zusammenwirkenden Rotor (22, 23) auf einen Winkelbereich zwischen der maximalen Spätposition und der Verrieglungsposition beschränkt.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Verriegelungsstift (43) im eingeriegelten Zustand eine Phasenlage des mit der Nockenwelle (6, 7) zusammenwirkenden Rotors (42, 43) relativ zu dem mit der Kurbelwelle (2) zusammenwirkenden Rotor (42, 43) auf einen Winkelbereich zwischen der maximalen Frühposition und der Verrieglungsposition beschränkt.
  5. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass während eines Stoppvorgangs der Brennkraftmaschine (1) die Voreilkammern (35) mit der Druckmittelquelle und der zweite Verriegelungsstift (43) und die Nacheilkammern (36) mit dem Tank verbunden sind.
  6. Verfahren Anspruch 1, wobei der zweite Verriegelungsstift (42) im eingeriegelten Zustand eine Phasenlage des mit der Nockenwelle (6, 7) zusammenwirkenden Rotors (22, 23) relativ zu dem mit der Kurbelwelle (2) zusammenwirkenden Rotor (22, 23) auf einen Winkelbereich zwischen der maximalen Frühposition und der Verrieglungsposition beschränkt, dadurch gekennzeichnet, dass während eines Stoppvorgangs der Brennkraftmaschine (1) die Voreilkammern (35) mit der Druckmittelquelle und der zweite Verriegelungsstift (43) und die Nacheilkammern (36) mit dem Tank verbunden sind.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Verriegelungszustand des zweiten Verriegelungsstifts (43) ausschließlich mittels einer separaten Steuerleitung (48) gesteuert wird, die nicht mit den Druckkammern (35, 36) kommuniziert.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Verriegelungszustand des ersten Verriegelungsstifts (42) über den in zumindest einer der Voreilkammern (35) herrschenden Druck gesteuert wird.
  9. Verfahren nach der Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein Steuerventil (37) vorgesehen ist, welches die Druckmittelzufuhr zu und den Druckmittelabfluss von sowohl den Druckkammern (35, 36) als auch des zweiten Verriegelungsstifts (43) steuert.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungen der Druckkammern (35, 36) und des zweiten Verriegelungsstifts (43) mit der Druckmittelquelle bzw. mit dem Tank während des Stoppvorgangs der Brennkraftmaschine (1) eine definierte Zeitspanne über den vollendeten Motorstopp hinaus aufrechterhalten werden.
  11. Vorrichtung (10) zur variablen Einstellung der Steuerzeiten von Gaswechselventilen (9a, 9b) einer Brennkraftmaschine (1) mit
    - einem Außenrotor (22) und einem relativ zu diesem drehbar angeordneten Innenrotor (23), wobei eines der Bauteile in Antriebsverbindung mit einer Kurbelwelle (2) und das andere Bauteil in Antriebsverbindung mit einer Nockenwelle (6, 7) steht,
    - wobei zumindest ein Druckraum (33) ausgebildet und jeder Druckraum (33) in zwei gegeneinander wirkende Druckkammern (35, 36) unterteilt ist,
    - wobei eine der Druckkammern (35) jedes Druckraums (33) als Voreil- und die andere Druckkammer (36) als Nacheilkammer wirkt,
    - wobei durch Druckmittelzufuhr zu den Voreilkammern (35), bei gleichzeitigem Druckmittelabfluss von den Nacheilkammern (36), der mit der Nockenwelle (6, 7) zusammenwirkende Rotor (22, 23) relativ zu dem mit der Kurbelwelle (2) zusammenwirkenden Rotor (22, 23) in Richtung einer maximalen Frühposition verdreht wird,
    - wobei durch Druckmittelzufuhr zu den Nacheilkammern (36), bei gleichzeitigem Druckmittelabfluss von den Voreilkammern (35), der mit der Nockenwelle (6, 7) zusammenwirkende Rotor (22, 23) relativ zu dem mit der Kurbelwelle (2) zusammenwirkenden Rotor (22, 23) in Richtung einer maximalen Spätposition verdreht wird,
    - wobei zumindest ein erster und eine zweiter Verriegelungsstift (42, 43) vorgesehen sind,
    - wobei jeder Verriegelungsstift (42, 43) einen entriegelten und einen eingeriegelten Zustand einnehmen kann, wobei der Verriegelungszustand durch Druckmittelzufuhr zu bzw. Druckmittelabfluss von der jeweiligen Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung (42, 43) einstellbar ist,
    - wobei bei eingeriegeltem ersten und zweiten Verriegelungsstift (42, 43) der Innenrotor (23) relativ zum Außenrotor (22) in einer Verriegelungsposition fixiert ist,
    - wobei ein Steuerventil (37) vorgesehen ist, das mehrere Steuerstellungen einnehmen kann und den Druckmittelzufluss zu bzw. den Druckmittelabfluss von den Druckkammern (35, 36) und den Verriegelungsstift (42, 43) steuert,
    - wobei das Steuerventil (37) zumindest einen Zulaufanschluss (P), zumindest einen Ablaufanschluss (T), zumindest zwei Arbeitsanschlüsse (A, B) und zumindest einen separaten Steueranschluss (S) aufweist,
    - wobei der Zulaufanschluss (P) mit einer Druckmittelquelle, der Ablaufanschluss (T) mit einem Tank, der erste Arbeitsanschluss (A) mit den Voreilkammern (35), der zweite Arbeitsanschluss (B) mit den Nacheilkammern (36) und der Steueranschluss (S) mit zumindest einem der Verriegelungsstift (42, 43) kommuniziert, dadurch gekennzeichnet, dass
    - das Steuerventil (37) eine Startstellung (S1) aufweist, in der einer der Arbeitsanschlüsse (A, B) weder mit dem Ablaufanschluss (T) noch mit dem Zulaufanschluss (P) verbunden ist und
    - dass der andere Arbeitsanschluss (A, B) und die Verriegelungsstift (42, 43) in der Startstellung ausschließlich mit dem Ablaufanschluss (T) kommunizieren.
  12. Vorrichtung (10) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine Stelleinheit (50) vorgesehen ist, die das Steuerventil (37) in verschiedene Steuerstellungen (S1-S7) überführen kann, wobei das Steuerventil (37) die Startstellung (S1) bei nicht erregter oder alternativ bei maximal erregter Stelleinheit (50) einnimmt.
  13. Vorrichtung (10) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der ers te Verriegelungsstift (42) im eingeriegelten Zustand die Drehung des mit der Nockenwelle (6, 7) zusammenwirkenden Rotors (22, 23) relativ zu dem mit der Kurbelwelle (2) zusammenwirkenden Rotor (22, 23) bei Einnahme der Verriegelungsposition in Richtung der maximalen Frühposition verhindert.
  14. Vorrichtung (10) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der erse Verriegelungsstift (42) im eingeriegelten Zustand die Phasenlage des mit der Nockenwelle (6, 7) zusammenwirkenden Rotors (22, 23) relativ zu dem mit der Kurbelwelle (2) zusammenwirkenden Rotor (22, 23) auf einen Win kelbereich zwischen der maximalen Spätposition und der Verrieglungsposi tion beschränkt.
  15. Vorrichtung (10) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Verriegelungsstift (43) im eingeriegelten Zustand eine Phasenlage des mit der Nockenwelle (6, 7) zusammenwirkenden Rotors (22, 23) relativ zu dem mit der Kurbelwelle (2) zusammenwirkenden Rotor (22, 23) auf einen Winkelbereich zwischen der maximalen Frühposition und der Verrieglungsposition beschränkt.
  16. Vorrichtung (10) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Verriegelungsstift (43) ausschließlich mit dem Steueranschluss (S) kommuniziert.
  17. Vorrichtung (10) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerventil (37) zusätzlich eine Entriegelstellung (S2) aufweist, in der der Steueranschluss (S) mit dem Zulaufanschluss (P) kommuniziert und die Arbeitsanschlüsse (A, B) nicht mit dem Zulaufanschluss (P) kommunizieren.
  18. Vorrichtung (10) nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerventil (37) zusätzlich eine Nacheilstellung (S3) aufweist, in der der erste Arbeitsanschluss (A) mit dem Tank (T) und der zweite Arbeitsanschluss (B) und der Steueranschluss (S) mit dem Zulaufanschluss (P) kommunizieren.
  19. Vorrichtung (10) nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerventil (37) zusätzlich eine Voreilstellung (S7) aufweist, in der der erste Arbeitsanschluss (A) mit dem Zulaufanschluss (P) und der zweite Arbeitsanschluss (B) und der Steueranschluss (S) mit dem Tank (T) verbunden sind.
  20. Vorrichtung (10) nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass mit zunehmender oder alternativ abnehmender Erregung der Stelleinheit (50) die Steuerstellungen in der Reihenfolge Startstellungen (S1) - Entriegelstellung (S2) - Nacheilstellung (S3)- Voreilstellung (S7) eingenommen werden.
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