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WO2009089984A1 - Vorrichtung zur variablen einstellung der steuerzeiten von gaswechselventilen einer brennkraftmaschine - Google Patents

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

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WO2009089984A1
WO2009089984A1 PCT/EP2008/067864 EP2008067864W WO2009089984A1 WO 2009089984 A1 WO2009089984 A1 WO 2009089984A1 EP 2008067864 W EP2008067864 W EP 2008067864W WO 2009089984 A1 WO2009089984 A1 WO 2009089984A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
pressure
angle limiting
accumulator
pressure medium
limiting device
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
PCT/EP2008/067864
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
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.)
IHO Holding GmbH and Co KG
Original Assignee
Schaeffler 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 KG filed Critical Schaeffler KG
Priority to KR1020107015811A priority Critical patent/KR101489985B1/ko
Priority to AT08870856T priority patent/ATE533925T1/de
Priority to EP08870856A priority patent/EP2238319B1/de
Priority to US12/863,326 priority patent/US8459221B2/en
Priority to CN2008801249921A priority patent/CN101910571B/zh
Publication of WO2009089984A1 publication Critical patent/WO2009089984A1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
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    • 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
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    • F01L2001/34423—Details relating to the hydraulic feeding circuit
    • F01L2001/34446—Fluid accumulators for the feeding circuit
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F01L2001/3445—Details relating to the hydraulic means for changing the angular relationship
    • F01L2001/34453—Locking means between driving and driven members
    • F01L2001/34466—Locking means between driving and driven members with multiple locking devices

Definitions

  • the invention relates to a device for variably setting the control times of gas exchange valves of an internal combustion engine with a drive element, an output element, at least one pressure chamber, at least one rotation angle limiting device and at least one pressure accumulator, wherein a phase angle between the output element and the drive element by pressure medium supply to or pressure medium removal from the pressure chamber within a maximum possible angular range is variable, each rotational angle limiting device in a locked state, the phase angle at least an angular range, smaller than the maximum possible angular range limited, the rotational angle limiting device can be transferred by pressurizing a control line in an unlocked state, and wherein the pressure accumulator during operation of the internal combustion engine at least temporarily communicates with the control line.
  • the device In modern internal combustion engines devices for variable adjustment of the timing of gas exchange valves are used to make the phase relation between crankshaft and camshaft in a defined angular range, between a maximum early and a maximum late position variable.
  • the device is integrated in a drive train via which torque from the crankshaft to the Camshaft is transmitted.
  • This drive train can be realized for example as a belt, chain or gear drive.
  • Such a device is known, for example, from US Pat. No. 6,450,137 B2.
  • the device comprises two mutually rotatable rotors, wherein an outer rotor is in driving connection with the crankshaft and the inner rotor is rotatably connected to the camshaft.
  • the device comprises four pressure chambers, wherein each of the pressure chambers is subdivided by means of a wing into two counteracting pressure chambers.
  • control unit usually a hydraulic directional control valve (control valve).
  • control valve pressure medium lines are provided, which open into the respective pressure chambers.
  • the control unit is controlled by means of a regulator which, with the aid of sensors, determines the actual and desired position of the phase angle 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 adjusts the pressure medium flows to the pressure chambers 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 or idling phases of the internal combustion engine. During these phases, the device would make uncontrolled oscillations, resulting in increased noise emissions, increased wear, choppy running, and increased raw engine emissions. In order to prevent this, a locking mechanism is provided which couples the two rotors mechanically non-rotatably during the critical operating phases of the internal combustion engine.
  • the locking mechanism comprises two Drehwinkelbegrenzungsvorrich- tions, wherein a first rotation 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 rotation angle limiting devices consists of a spring-loaded pin, which is arranged in a bore of the outer rotor. Each of the pins is acted upon by a spring in the direction of the inner rotor with a force. On the inner rotor per pin a receptacle is formed, which faces the corresponding pin in certain operating positions of the devices. In these operating positions, the spring-loaded pins can engage in the receptacle. In this case, the respective rotary angle limiting device moves from the ent to the locked state.
  • Each of the rotation angle limiting devices can be transferred by pressurizing the recording from the locked to the unlocked state.
  • the pressure medium urges the pin back into its seat, whereby the mechanical coupling of the inner rotor to the outer rotor is canceled.
  • each of the rotation angle limiting devices is in communication with one of the pressure medium lines. These run from the control valve to the respectively receiving one of the rotation angle limiting devices and from there into the corresponding pressure chamber.
  • the two rotors are mechanically coupled by means of the rotation angle limiting devices.
  • the inner rotor performs a small amplitude oscillatory motion relative to the outer rotor.
  • the cause of these oscillations is the locking play of the rotation angle limiting devices, which is necessary in order to enable secure locking of the pins into the receptacles, in conjunction with the alternating moment, which acts on the camshaft during operation of the internal combustion engine. Due to the alternating moments, the inner rotor is first rotated relative to the outer rotor in a circumferential direction until this rotation is stopped by the one rotational angle limiting device (first end position).
  • the pressure chambers are empty or not completely filled with pressure medium during the idling phases or the starting phase, then the oscillation of the inner rotor relative to the outer rotor could cause a pumping effect.
  • This pumping effect can promote pressure medium in one or more pressure chambers. There- by one or more pressure chambers can be completely filled with pressure medium without the pressure medium pump provides sufficient system pressure to operate the device functionally reliable, ie to keep phase positions safely or to adjust specifically.
  • Deviation is provided here only one receptacle for the pins of both rotation angle limiting device. Furthermore, the recording is acted upon via a connecting line with pressure medium, which is formed separately from the pressure medium line, which connect the control valve with the pressure chambers.
  • the connecting line communicates on the one hand with the receptacle, on the other hand with a connection of the control valve.
  • pressure peaks are generated in the device, which can propagate through the control valve to the recording and lead to the same problems.
  • 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, wherein an unintentional unlocking a Drehwinkelbegrenzungs- Device during idle phases and / or the start phase to be avoided.
  • a minimum contact pressure of the rotational angle limiting device is greater than a minimum response pressure of the pressure accumulator.
  • the minimum response pressure is understood to be the system pressure at which a filling of the pressure accumulator begins, or the engagement element begins to lift off a stop of the receptacle.
  • the device may be provided, for example devices in Axialverstellerbauweise, in which an axially displaceable by pressure medium piston cooperates by means of helical gears with the output element and the drive element.
  • the device has a locking mechanism which has a mechanical, for example positive, coupling of the output element to the drive element allows.
  • the locking mechanism may consist of one or more rotational angle limiting devices.
  • the rotational angle limiting devices can assume a locked state in which the possible phase angles of the output element to the drive element are limited to an angular interval which is smaller than the maximum permitted angular interval of the device.
  • the rotation angle limiting device restrict the permitted phase range to a defined angular interval or a defined (gap-laden) angle. By means of pressurizing the Drehwinkelbegrenzungsvor- directions these can be converted into an unlocked state in which the device whose entire angular interval is available.
  • a conceivable embodiment of a rotation angle limiting device consists of an engagement element, for example a pin or a plate, and a receptacle for the engagement element.
  • the receptacle can be designed, for example, as a long groove along a section of a circular line or a recess which is adapted to the engagement element.
  • an embodiment in the form of a stepped link in which a recess adapted to the engagement element is additionally formed within a slot.
  • the recording of the rotation angle limiting device can be acted upon via a control line, for example with one of the pressure chambers or via the control valve and additional pressure medium lines with pressure medium.
  • the pressure accumulator can be configured, for example, as a pressure spring accumulator, bladder accumulator or disc spring accumulator.
  • the response pressure of the pressure accumulator is chosen to be smaller than the response pressure of the rotational angle limiting device, initially the accumulator is filled before the rotational angle limiting device is transferred to an unlocked state.
  • the pressure spikes that occur when the inner rotor is mechanically coupled to the outer rotor are trapped by the pressure accumulator.
  • the device initially remains in the locked state and the starting capability and the idling behavior of the internal combustion engine are not adversely affected.
  • the minimum response pressure of the rotational angle limiting device is greater than a minimum filling pressure at which the pressure accumulator is filled to the maximum.
  • the Entriegelvor- gang the rotation angle limiting device only begins when the pressure accumulator is completely filled.
  • the output element is fixed relative to the drive element with locked Drehwinkelbegrenzungsvorrich- or locked Drehwinkelbegrenzungsvoriquesen in an angular interval about a defined phase position, wherein the angular interval is defined by the locking lash, wherein in this locked state of the device
  • Pressure chamber can assume a maximum and a minimum volume and wherein the volume of the pressure accumulator corresponds to at least the volume difference between the maximum and the minimum volume.
  • V corresponds to the volume which, during an oscillation, which occurs when the inner rotor is mechanically coupled to the outer rotor, can be conveyed maximally in the direction of receiving a rotational angle limiting device.
  • the volume of the pressure accumulator corresponds at least to the volume which is conveyed into one of the pressure chambers during the starting phase. If the inertia of the pressure accumulator exceeds a certain value, there is the possibility that during the expansion of that pressure chamber which is connected to the receptacle, pressure medium does not return from the pressure accumulator is conveyed into the pressure chamber, but remains in this. Due to the pumping effect pressure medium can be replenished via the control valve in the pressure chamber in this case. Thus, a defined amount of pressure medium is introduced into the pressure accumulator in each period of the oscillation of the inner rotor relative to the outer rotor.
  • the volume that can accommodate the pressure accumulator corresponds to the volume that can accommodate the pressure accumulator, so this is absorbed by the pressure accumulator. Consequently, the rotation angle limiting devices remain in the locked state.
  • the volume which can be supplied to the pressure chamber at maximum during the start phase corresponds to the volume V of equation (1) multiplied by the number of oscillations which are carried out until the start phase has ended, for example idling speed is reached.
  • the rotation angle limiting device has at least one receptacle and at least one engagement element subjected to force in the direction of the receptacle, the pressure accumulator communicating with the receptacle via a relief line.
  • the relief line may be formed, for example, as a groove in a side cover of the device, the inner rotor or a bore in the inner rotor.
  • the recording can be acted upon via a control line with pressure medium and the pressure accumulator communicates with a discharge line, which opens downstream of the control line into the receptacle.
  • the accumulator communicates directly with the recording.
  • pressure medium can be supplied from the rotational angle limiting device to the pressure accumulator without the interposition of further pressure medium paths. It can be provided that the movement of a movable element of the pressure accumulator, for example a pressure piston of a spring piston accumulator, is partially covered by an edge of the receptacle. Thus, can be prevented that this emerges from the accumulator in the recording.
  • the discharge line or the accumulator itself opens between the place of origin of the pressure peaks and the rotation angle limiting device in the control line, so that the pressure peaks first meet the accumulator before they act on the rotation angle limiting device.
  • a control valve and at least two pressure medium lines which communicate with the control valve are provided, wherein one of the pressure medium lines communicates with the pressure chamber and the other pressure medium line with the control line and wherein the pressure memory directly or via a discharge line with one of these pressure medium lines communicated.
  • the discharge line opens into the pressure medium line, which communicates with the pressure chamber or the control line.
  • the pressure accumulator is arranged in the output element.
  • the unused area of the inner rotor is utilized.
  • the functional reliability is increased by the proximity to the Drehwinkelbegrenzungs- device.
  • the control line may be formed as a recess on the output element or the drive element. Likewise it can be provided that the control line opens on the one hand into the pressure chamber and on the other hand communicates with the rotation angle limiting device.
  • FIG. 1 shows very schematically an internal combustion engine
  • Figure 2a is a plan view of a first embodiment according to the invention of a device for changing the timing of BO
  • FIG. 2b shows a longitudinal section through the device from FIG. 2a along the line IIB-IIB
  • FIG. 3 shows a plan view of a second embodiment according to the invention of a device for changing the control times of gas exchange valves of an internal combustion engine, including a connected hydraulic circuit,
  • FIG. 4b shows a longitudinal section through the device from FIG. 4a along the line IVB-IVB
  • FIGS 2a and 2b show a first embodiment of a device 10 according to the invention in longitudinal section and in a side plan view.
  • the device 10 has a drive element designed as an outer rotor 22 and an output element designed as an inner rotor 23.
  • the outer rotor 22 has a housing 22 a and two side covers 24, 25, which are arranged on the axia- len side surfaces of the housing 22 a.
  • 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. In this case, the wings 27 can be formed in one piece with the hub element 26.
  • the wings 27, as shown in Figure 2a may be formed separately and disposed in axially extending vane grooves 28 formed on the hub member 26.
  • the wings 27 are acted upon by means of winged springs 27a, which are arranged between the Nutrichn the vane grooves 28 and the wings 27, radially outwardly with a force.
  • a plurality of projections 30 extend radially inwardly.
  • the protrusions 30 are integrally formed with the peripheral wall 29.
  • additional wings are provided which are attached to the peripheral wall 29 and extend radially inwards.
  • the outer rotor 22 is mounted by means of radially inner circumferential walls of the projections 30 relative to the inner rotor 23 rotatably mounted on this.
  • each of the projections 30 an axial opening is provided for this purpose, wherein each axial opening is penetrated by a fastening element 32, for example a bolt or a screw, which serves for the rotationally fixed fixing of the side covers 24, 25 on the housing 22a.
  • a fastening element 32 for example a bolt or a screw
  • a pressure chamber 33 is formed between each two adjacent projections 30 in the circumferential direction.
  • Each of the pressure chambers 33 is circumferentially bounded by opposing, substantially radially extending boundary walls 34 of adjacent projections 30, in the axial direction of the side covers 24, 25, radially inwardly of the hub member 26 and radially outwardly of the peripheral wall 29.
  • In each of the pressure chambers 33 projects a wing 27, wherein the wings 27 are formed such that they rest against both the side covers 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.
  • a rotation limiting device may be provided which limits the maximum possible rotation angle range of the inner rotor 23 to the outer rotor 22.
  • a pressure medium system which comprises a pressure medium pump, not shown, a likewise not shown tank, a control valve 37 and a plurality of pressure medium lines 38 a, b, p, s.
  • the control valve 37 has a pressure medium connection P, a tank connection T, two working connections A, B and a control connection S.
  • the first pressure-medium line 38a connects the first working port A to the first pressure chambers 35.
  • the second pressure-medium line 38b connects the second working port B to the second pressure chambers 36.
  • the third pressure-medium line 38p connects the pressure-medium pump to the pressure-medium port P.
  • the pressure medium supplied to the control valve 37 via the third pressure medium line 38p is conducted via the first pressure medium line 38a to the first pressure chambers 35.
  • pressure medium from the second pressure chambers 36 reaches the control valve 37 via 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.
  • 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.
  • the system pressure increases with the rotational speed of the crankshaft 2.
  • a locking mechanism 41st provided, which establishes a mechanical connection between the two rotors 22, 23.
  • the system pressure is too low even during idle periods to ensure safe operation of the device. In these cases, the mechanical coupling is also provided during the idling phases.
  • the locking position is selected such that the wings 27 are in the locked state of the device 10 in a position between the early stop 34a and the late stop 34b.
  • the locking mechanism 41 consists in this embodiment of a first and a second rotational angle limiting device 42, 43.
  • each of the Drehwinkelbegrenzungsvor- directions 42, 43 comprises an axially displaceable engagement element, which is formed in the specific embodiment as a pin 44.
  • Each of the pins 44 is received in a bore of the inner rotor 23.
  • other engagement elements can be used, such as plates.
  • two receptacles 45 in the form of circumferentially extending grooves are formed in the first side cover 24. These are indicated in Figure 2a in the form of broken lines.
  • Each of the pins 44 is acted upon by means of a spring element 46 with a force in the direction of the first side cover 24.
  • the receptacle 45 of the first rotation angle limiting device 42 is embodied such that the phase position of the inner rotor 23 relative to the outer rotor 22, with the first rotation angle limiting device 42 locked, is restricted to a region between a maximum early and the locking position.
  • the pin 44 of the first rotational angle limiting device 42 is located at a circumferential direction formed by the receptacle 45 stop, thereby preventing further adjustment in the direction of later control times.
  • the receptacle 45 of the second rotation angle limiting device 43 is designed such that when locked second Drehwinkelbegrenzungsvor- direction 43, the phase angle of the inner rotor 23 to the outer rotor 22 is limited to a range between a maximum late position and the locking position.
  • the control lines 48 are formed as grooves in the first side cover 24. Alternatively, they may also be formed in the side surface of the inner rotor 23.
  • the hydraulic clamping of the vanes 27 within the pressure chambers 33 is generally not ensured due to the system pressure being too low.
  • the inner rotor 23 performs 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 angle amplitude ⁇ is determined by the locking game.
  • the oscillations result in a pumping action whereby residual oil present in the pressure medium lines 38a, b can be conveyed into the pressure chambers 35, 36. This is especially true when the pressure chambers 35, 36 are not connected to the tank port T, but, for example, with the pressure medium line 38p.
  • Negative effects can also occur if one of the working ports A, B is closed. In this case, pressure medium, due to leakage within the control valve 37 to the pressure chambers 35, 36 are promoted. If in this way the second pressure chamber 36, which is connected to the receptacle 45 of the first rotation angle limiting device 42, completely filled with pressure medium, the pressure peaks generated in the pressure chamber 35 propagate to the pin 44 of the first rotation angle limiting device 42. This can lead to an undesired, premature unlocking of the first rotation angle limiting device 42, at a point in time in which the system pressure is still too low to ensure hydraulic clamping of the vanes 27. This effect can also occur during the idling phases of the internal combustion engine 1.
  • the pressure peaks can even propagate via the first or second pressure medium line 38a, b, the control valve 37, the fourth pressure medium line 38s, the channel 49 and the control line 48 to the receptacle 45 of the second rotation angle limiter 43 and these also prematurely unlocked Transfer state.
  • both pressure accumulators 50a, b are provided. Both accumulators 50a, b are integrated in the illustrated embodiment in the inner rotor 23.
  • this may be a compression spring accumulator.
  • This pressure accumulator 50a, b has a pressure piston 51, which is arranged within a bore of the inner rotor 23 and is urged by a spring 52 against the first side cover 24.
  • the pressure piston 51 does not produce a positive connection between the inner rotor 23 and the outer rotor 22, but provides only an additional volume for the pressure medium.
  • the first pressure accumulator 50a communicates via a first relief line 54 with the receptacle 45 of the first rotation angle limiting device 42.
  • the relief line 54 is formed as a groove in the first side cover 24 and designed such that it communicates with the first pressure accumulator 50a as long as the inner rotor 23 assumes a relative phase to the outer rotor 22, which lies between the locking position and the maximum early position. For this purpose, this extends along a circular line, the first pressure accumulator 50a departs during an adjustment from the maximum early position to the locking position.
  • the pins 44 of the rotational angle limiting devices 42, 43 are moved counter to the force of the spring elements 46, whereby the mechanical coupling of the inner rotor 23 to the outer rotor 22 is canceled.
  • the pressure accumulators 50a, b and the rotational angle limiting devices 42, 43 are designed such that the second response pressure is higher than the first response pressure. This can be done for example by suitable design of the springs 52 and spring elements 46, taking into account the surfaces on which the pressure medium acts. Thus, first of all, the pressure accumulator 50a, b is filled before the pin 44 of the corresponding rotation angle limiting device 42, 43 is pushed back into its bore.
  • the second response pressure may be selected to be greater than the pressure that is at least necessary to completely fill the corresponding pressure accumulator 50a, b (minimum inflation pressure).
  • the pressure pistons 51 are displaced under the action of the pressure peaks.
  • the accumulators 50a, b relax during the operating phases following the pressure peaks, i. the pressure pistons 51 move back in the direction of their rest positions, in which the accumulators 50a, b are emptied.
  • the pressure accumulators 50a, b act primarily during the start phases.
  • FIG. 3 shows a second embodiment of a device 10.
  • This embodiment is substantially identical to the first embodiment.
  • the receptacles 45 of both rotational angle limiting devices 42, 43 communicate via a respective control line 48 with the third pressure medium line 38s, which is connected to the control port S of the control valve 37.
  • the control valve 37 regulates in In this embodiment, therefore, there is no direct connection between the pressure chambers 35, 36 and the receptacles 45 of the rotational angle limiting devices 42, 43. Pressure peaks can thus occur only propagate along the pressure medium line 38a, b via the control valve 37, the third pressure medium line 38s, the channels 49 and the control lines 48 to the receptacles 45.
  • the pressure accumulators 50a, b are not integrated in the inner rotor 23 in this embodiment.
  • a Druckspei- rather 50a communicates permanently with the control line 48.
  • the pressure accumulator 50a is thus arranged between the point of origin of the pressure peaks, the pressure chambers 35, 36, and the receptacles 45.
  • the pressure accumulators 50a, b are designed to be identical to those described in the first embodiment.
  • FIGS. 4a and 4b show a further embodiment according to the invention.
  • the pressure accumulator 50b is arranged inside the pin 44 of the second rotational angle limiting device 43.
  • the pressure accumulator 50b consists of a pressure piston 51 which is arranged inside the hollow pin 44.
  • the pressure piston 51 can against the Force of a spring 52 are displaced within the pin 44 in the axial direction.
  • the spring 52 is supported on lugs 47, which are formed integrally with the pin 44 and, for example, after the insertion of the pressure piston 51 and the spring 52 into the bore of the pin 44 in the radial direction.
  • an annular circumferential collar can serve to support the spring 52.
  • the pressure accumulator 50a is arranged in this embodiment such that it communicates directly with the receptacle 45 of the first rotation angle limiting device 42. In the illustrated case of a spring piston accumulator, this opens directly into the receptacle 45. In this case, the pressure accumulator 50a is arranged in a radial direction offset from the pin 44, so that the pressure piston 51 is partially covered by an edge of the receptacle 45. This ensures that the pressure piston 51 can be acted upon by the receptacle 45 with pressure medium, but 45 does not engage in this unpressurized recording. Alternatively, the pressure accumulator 50a may also have stops for the pressure piston 51 in order to retain it. In this embodiment, the pressure accumulator 50a can be arbitrarily arranged as long as it communicates with the receptacle 45.
  • FIG. 5 shows a further embodiment of a device 10.
  • the receptacle 45 is not formed here as a groove in the circumferential direction, but as a recess which is adapted to the pin 44.
  • Preferred locking phase positions are in the maximum early or maximum retarded position of the inner rotor 23 to the outer rotor 22. However, also middle positions are conceivable.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (10) zur variablen Einstellung der Steuerzeiten von Gaswechselventilen (9a,b) einer Brennkraftmaschine (1) mit einem Antriebselement (22), einem Abtriebselement (23), zumindest einer Druckkammer (35, 36), zumindest einer Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung (42, 43) und einem Druckspeicher (50a,b). Eine Phasenlage zwischen dem Abtriebselement (23) und dem Antriebselement (22) ist durch Druckmittelzufuhr zu bzw. Druckmittelabfuhr aus den Druckkammern (35, 36) veränderbar. Des Weiteren weist die Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung (42, 43) zumindest eine Aufnahme (45) und zumindest ein in Richtung der Aufnahme (45) kraftbeaufschlagtes Eingriffselement (44) auf,wobei die Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung (42, 43) in einem eingeriegelten Zustand, in dem das Eingriffselement (44) in die Aufnahme (45) eingreift, die Phasenlage des Abtriebselements (23) relativ zum Antriebselement (22) zumindest auf einen Winkelbereich begrenzt. Die Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung (42, 43) kann durch Druckmittelbeaufschlagung der Aufnahme (45) in einen entriegelten Zustand überführt werden. Der Druckspeicher (50a,b) kommuniziert während des Betriebs der Brennkraftmaschine (1) zumindest zeitweise mit der Aufnahme (45).

Description

Bezeichnung der Erfindung
Vorrichtung zur variablen Einstellung der Steuerzeiten von Gaswechselventilen einer Brennkraftmaschine
Beschreibung
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur variablen Einstellung der Steuerzeiten von Gaswechselventilen einer Brennkraftmaschine mit einem Antriebselement, einem Abtriebselement, zumindest einer Druckkammer, zumindest einer Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung und zumindest einem Druckspeicher, wo- bei eine Phasenlage zwischen dem Abtriebselement und dem Antriebselement durch Druckmittelzufuhr zu bzw. Druckmittelabfuhr aus der Druckkammer innerhalb eines maximal möglichen Winkelbereichs veränderbar ist, wobei jede Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung in einem eingeriegelten Zustand die Phasenlage zumindest auf einen Winkelbereich, kleiner dem maximal möglichen Winkelbereich, begrenzt, wobei die Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung durch Druckmittelbeaufschlagung über eine Steuerleitung in einen entriegelten Zustand überführt werden kann, und wobei der Druckspeicher während des Betriebs der Brennkraftmaschine zumindest zeitweise mit der Steuerleitung kommuniziert.
Hintergrund der Erfindung
In modernen Brennkraftmaschinen werden Vorrichtungen zur variablen Einstellung der Steuerzeiten von Gaswechselventilen eingesetzt, um die Phasenrela- tion 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.
Eine derartige Vorrichtung ist beispielsweise aus der US 6,450,137 B2 be- kannt. Die Vorrichtung umfasst zwei gegeneinander verdrehbare Rotoren, wobei ein Außenrotor in Antriebsverbindung mit der Kurbelwelle steht und der Innenrotor drehfest mit der Nockenwelle verbunden ist. Die Vorrichtung umfasst vier Druckräume, wobei jeder der Druckräume mittels eines Flügels in zwei gegeneinander wirkende Druckkammern unterteilt wird. Durch Druckmit- telzufuhr zu den Druckkammern bzw. Druckmittelabfuhr von den Kammern werden die Flügel innerhalb der Druckräume 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. Ausgehend von dem Steuerventil sind Druckmittelleitungen vorgesehen, die in die jeweiligen Druckkammern münden. Die Kontrolleinheit wiederum wird mittels eines Reglers gesteuert, welcher mit Hilfe von Sensoren die Ist- und Sollposition der Phasenlage der Nockenwelle in der Brennkraftmaschine bestimmt und miteinander vergleicht. Wird ein Unterschied zwischen beiden Positionen festgestellt, so 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 oder Leerlaufphasen der Brennkraftmaschine 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 ist ein Verriegelungsmechanismus vorgesehen, der wäh- rend der kritischen Betriebsphasen der Brennkraftmaschine die beiden Rotoren mechanisch drehfest koppelt.
Der Verriegelungsmechanismus umfasst zwei Drehwinkelbegrenzungsvorrich- tungen, 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 Stift, welcher in einer Bohrung des Außenrotors angeordnet ist. Je- der der Stifte wird mittels einer Feder in Richtung des Innenrotors mit einer Kraft beaufschlagt. An dem Innenrotor ist pro Stift eine Aufnahme ausgebildet, die dem korrespondierenden Stift in bestimmten Betriebspositionen der Vorrichtungen gegenübersteht. In diesen Betriebspositionen können die federbeaufschlagten Stifte in die Aufnahme eingreifen. Dabei geht die jeweilige Dreh- Winkelbegrenzungsvorrichtung vom ent- in den eingeriegelten Zustand über.
Jede der Drehwinkelbegrenzungsvorrichtungen kann durch Druckmittelbeaufschlagung der Aufnahme vom eingeriegelten in den entriegelten Zustand überführt werden. In diesem Fall drängt das Druckmittel den Stift in dessen Auf- nähme zurück, wodurch die mechanische Kopplung des Innenrotors zum Außenrotor aufgehoben wird. Um die Druckmittelzufuhr zu gewährleisten, steht jede der Drehwinkelbegrenzungsvorrichtungen mit einer der Druckmittelleitungen in Verbindung. Diese verlaufen ausgehend von dem Steuerventil zu der jeweiligen Aufnahme einer der Drehwinkelbegrenzungsvorrichtungen und von dort weiter in die korrespondierende Druckkammer.
Während des Startvorgangs und der Leerlaufphasen der Brennkraftmaschine sind die beiden Rotoren mittels der Drehwinkelbegrenzungsvorrichtungen mechanisch gekoppelt. Der Innenrotor führt jedoch eine oszillatorische Bewegung kleiner Amplitude relativ zum Außenrotor aus. Ursache dieser Oszillationen ist das Verriegelungsspiel der Drehwinkelbegrenzungsvorrichtungen, welches nötig ist, um ein sicheres Einriegeln der Stifte in die Aufnahmen zu ermögli- chen, in Verbindung mit dem Wechselmoment, welches während des Betriebs der Brennkraftmaschine auf die Nockenwelle wirkt. Auf Grund der Wechselmomente wird der Innenrotor relativ zum Außenrotor zunächst in eine Um- fangsrichtung verdreht, bis diese Verdrehung durch die eine Drehwinkelbe- grenzungsvorrichtung gestoppt wird (erste Endstellung). Anschließend erfolgt eine Verdrehung in die entgegengesetzte Umfangsrichtung bis diese Verdrehung durch die andere Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung gestoppt wird (zweite Endstellung). Die Phasenlagendifferenz zwischen diesen Endstellungen entspricht einem Winkel φ, der durch das Verriegelungsspiel definiert ist. Bei einer Bewegung von der ersten in die zweite Endstellung verkleinert sich das Volumen einer der beiden gegeneinander wirkenden Druckkammern um den Betrag V, während sich das Volumen der anderen Druckkammer um den Betrag V erhöht. Dabei gilt:
360° v ' wobei h die axiale Länge der Druckkammer, R der Abstand zwischen der Dreh- achse des Nockenwellenverstellers und der Innenmantelfläche der Druckkammer und r der Abstand zwischen der Drehachse des Nockenwellenverstellers und der Außenmantelfläche des Innenrotors neben den Flügeln ist.
Sind die Druckkammern während der Leerlaufphasen oder der Startphase leer oder nicht vollständig mit Druckmittel befüllt, so könne die Oszillation des Innenrotors relativ zum Außenrotor einen Pumpeffekt verursachen. Dieser Pumpeffekt kann Druckmittel in eine oder mehrere Druckkammern fördern. Da- durch können sich eine oder mehrere Druckkammern vollständig mit Druckmittel füllen, ohne dass die Druckmittelpumpe ausreichenden Systemdruck bereitstellt um die Vorrichtung funktionssicher zu betreiben, d.h. Phasenlagen sicher zu halten oder gezielt zu verstellen.
Wird das Volumen einer vollständig befüllten Druckkammer auf Grund der Oszillationen um den Betrag V verkleinert, entstehen Druckspitzen in dem Druckmittelsystem, die ausreichen, um einen oder beide Stifte der Drehwinkelbe- grenzungsvorrichtungen aus der Aufnahme in deren Bohrungen zurückzuver- drängen. Somit wird die mechanische Kopplung der Vorrichtung zu einem Zeitpunkt aufgehoben, in dem der Systemdruck nicht ausreicht, um die Phasenlage der Vorrichtung zu fixieren oder einzustellen (beispielsweise in der Start- oder den Leerlaufphasen). Dies führt zu Oszillationen großer Amplitude des Innenrotors relativ zu dem Außenrotor in Umfangsrichtung der Vorrichtung, wodurch das Abgasverhalten der Brennkraftmaschine negativ beeinflusst wird und schlimmstenfalls deren Startfähigkeit nicht gewährleistet ist. Eine weitere Vorrichtung ist aus der US 6,684,835 B2 bekannt. Abweichen ist hier nur eine Aufnahme für die Stifte beider Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung vorgesehen. Des Weiteren wird die Aufnahme über eine Verbindungsleitung mit Druckmittel beaufschlagt, die separat zu den Druckmittelleitung ausgebildet ist, die das Steuerventil mit den Druckkammern verbinden. Die Verbindungsleitung kommuniziert einerseits mit der Aufnahme, andererseits mit einem An- schluss des Steuerventils.
Auch in dieser Ausführungsform werden in der Vorrichtung Druckspitzen generiert, die sich über das Steuerventil bis zu der Aufnahme fortpflanzen können und zu den gleichen Problemen führen.
Aufgabe der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine Vorrichtung zur variablen Einstellung der Steuerzeiten von Gaswechselventilen einer Brennkraftmaschine zu schaffen, wobei eine ungewollte Entriegelung einer Drehwinkelbegrenzungs- Vorrichtung während den Leerlaufphasen und / oder der Startphase vermieden werden soll.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass ein minimaler An- sprechdruck der Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung größer ist, als ein minimaler Ansprechdruck des Druckspeichers.
Dabei ist unter dem minimalen Ansprechdruck derjenige Systemdruck zu verstehen, bei dem eine Befüllung des Druckspeichers beginnt, bzw. das Eingriffselement beginnt von einem Anschlag der Aufnahme abzuheben.
Die Vorrichtung ist beispielsweise, wie im Stand der Technik, in Form eines Flügelradverstellers ausgebildet und weist ein Antriebselement (Außenrotor) auf, welches beispielsweise mittels eines Zugmittel- oder Zahnradtriebs von einer Kurbelwelle der Brennkraftmaschine angetrieben wird. Des Weiteren ist ein Abtriebselement (Innenrotor) vorgesehen, welches eine konstante Phasenlage zu einer Nockenwelle aufweist, beispielsweise mittels einer reib-, schraub- , kraft- oder stoffschlüssigen Verbindung drehfest mit dieser verbunden ist. Innerhalb der Vorrichtung sind mehrere Druckräume ausgebildet, die von jeweils einem Flügel in zwei gegeneinander wirkende Druckkammern unterteilt werden. Die Flügel sind mit dem Abtriebselement oder dem Antriebselement verbunden. Die Druckkammern können mittels eines Steuerventils mit einer Druckmittelpumpe oder einem Tank verbunden werden. Durch Druckmittelzufuhr zu bzw. Druckmittelabfuhr von den Druckkammern werden die Flügel innerhalb der Druckräume verschoben, wodurch die relative Phasenlage des Abtriebselements zum Antriebselement und damit der Nockenwelle zur Kurbelwelle veränderbar eingestellt werden kann.
Alternativ können auch andere Ausführungsformen der Vorrichtung vorgesehen sein, beispielsweise Vorrichtungen in Axialverstellerbauweise, in denen ein axial durch Druckmittel verschiebbarer Kolben mittels Schrägverzahnungen mit dem Abtriebselement und dem Antriebselement zusammenwirkt.
Die Vorrichtung weist einen Verriegelungsmechanismus auf, der eine mechanische, beispielsweise formschlüssige, Kopplung des Abtriebselements zum An- triebselement ermöglicht. Dabei kann der Verriegelungsmechanismus aus einer oder mehreren Drehwinkelbegrenzungsvorrichtungen bestehen. Die Dreh- winkelbegrenzungsvorrichtungen können einen eingeriegelten Zustand einnehmen, in dem die möglichen Phasenlagen des Abtriebselements zum An- triebselement auf ein Winkelintervall eingeschränkt werden, das kleiner ist als das von der Vorrichtung maximal zugelassenen Winkelintervall. Dabei kann die Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung den zugelassenen Phasenbereich auf ein definiertes Winkelintervall oder einen definierten (spielbehafteten) Winkel einschränken. Mittels Druckmittelbeaufschlagung der Drehwinkelbegrenzungsvor- richtungen können diese in einen entriegelten Zustand überführt werden, in dem der Vorrichtung deren gesamtes Winkelintervall zu Verfügung steht. Eine denkbare Ausführungsform einer Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung besteht aus einem Eingriffselement, bspw. einem Stift oder einer Platte, und einer Aufnahme für das Eingriffselement. Die Aufnahme kann beispielsweise als Langnut entlang eines Abschnitts einer Kreislinie oder eine Ausnehmung, die dem Eingriffselement angepasst ist ausgebildet sein. Ebenso denkbar ist eine Ausführung in Form einer Stufenkulisse, in der innerhalb einer Langnut zusätzlich eine dem Eingriffselement angepasste Ausnehmung ausgebildet ist.
Die Aufnahme der Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung kann über eine Steuerleitung beispielsweise mit einer der Druckkammern oder über das Steuerventil und zusätzlichen Druckmittelleitungen mit Druckmittel beaufschlagt werden.
Zusätzlich ist ein Druckspeicher vorgesehen, der mit dem Hydrauli kmittelsys- tem insbesondere mit der Aufnahme der Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung kommuniziert. Diese Kommunikation kann direkt oder über die Steuerleitung und / oder eine Entlastungsleitung erfolgen. Der Druckspeicher kann beispielsweise in dem Abtriebselement oder dem Antriebselement angeordnet sein und über eine Entlastungsleitung mit der Aufnahme oder der Steuerleitung permanent oder nur in bestimmten Phasenstellungen des Abtriebselements relativ zum Antriebselement verbunden sein. Die Entlastungsleitung kann beispielsweise als Ausnehmung an dem Abtriebselement oder dem Antriebselement ausgebildet sein. Alternativ kann der Druckspeicher der Steuerleitung oder der Aufnahme gegenüberliegend angeordnet sein, besonders wenn die Aufnahme als Langnut ausgebildet ist. Somit ist der Druckspeicher permanent oder in bestimmten Phasenlagen, direkt mit der Steuerleitung oder der Aufnahme verbunden.
Erfolgt die Druckmittelversorgung der Aufnahme nicht über eine der Druckkammern, sondern über eine Druckmittelleitung, welche beispielsweise mit einem zusätzlichen Steueranschluss, der an dem Steuerventil ausgebildet ist, verbunden ist, kann der Druckspeicher auch außerhalb der Vorrichtung, bei- spielsweise in einem Zylinderkopf oder Zylinderkopfdeckel angeordnet sein. In diesem Fall können ein oder mehrere Druckspeicher mit einer oder mehrerer Druckmittelleitung, die das Steuerventil mit den Druckkammern und / oder der Aufnahme verbinden, verbunden sein.
Der Druckspeicher kann beispielsweise als Druckfederspeicher, Blasenspeicher oder Tellerfederspeicher ausgebildet sein.
Wird der Ansprechdruck des Druckspeichers kleiner gewählt, als der Ansprechdruck der Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung, so erfolgt zunächst eine Befüllung des Druckspeichers, bevor die Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung in einen entriegelten Zustand überführt wird. Somit werden die Druckspitzen, welche auftreten, wenn der Innenrotor mechanisch mit dem Außenrotor gekoppelt ist, von dem Druckspeicher abgefangen. Somit bleibt die Vorrichtung zunächst in dem verriegelten Zustand und die Startfähigkeit und das Leerlaufverhalten der Brennkraftmaschine werden nicht nachteilig beeinflusst.
Des Weiteren kann vorgesehen sein, dass der minimale Ansprechdruck der Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung größer ist, als ein minimaler Befülldruck, bei dem der Druckspeicher maximal befüllt ist. Somit beginnt der Entriegelvor- gang der Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung erst dann, wenn der Druckspeicher vollständig befüllt ist. In einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Abtriebselement relativ zum Antriebselement bei eingeriegelter Drehwinkelbegrenzungsvorrich- tung bzw. eingeriegelten Drehwinkelbegrenzungsvorrichtungen in einem Winkelintervall um eine definierte Phasenlage fixiert ist, wobei das Winkelintervall durch das Verriegelungsspiel definiert ist, wobei in diesem verriegelten Zustand der Vorrichtung die Druckkammer ein maximales und ein minimales Volumen annehmen kann und wobei das Volumen des Druckspeichers zumindest der Volumendifferenz zwischen dem maximalen und dem minimalen Volumen entspricht. Für eine Ausführungsform der Vorrichtung in Flügelradbauweise ergibt sich:
(1 ) v > JP-. π. h . (R* -rA v ' 360° v ; wobei φ der durch das Verriegelungsspiel der Drehwinkelbegrenzungsvorrich- tungen maximal mögliche Verdrehwinkel zwischen Innenrotor und Außenrotor, h die axiale Länge der Druckkammer, R der Abstand zwischen der Drehachse des Innenrotors und der Innenmantelflache der Druckkammer und r der Abstand zwischen der Drehachse des Innenrotors und dessen Außenmantelfläche ist.
Dies ist besonders dann vorteilhaft, wenn die Aufnahme direkt mit einer der Druckkammern kommuniziert. Dabei entspricht V dem Volumen, welches wäh- rend einer Oszillation, die auftritt, wenn der Innenrotor mechanisch mit dem Außenrotor gekoppelt ist, maximal in Richtung der Aufnahme einer Drehwin- kelbegrenzungsvorrichtung gefördert werden kann. Somit wird Druckmittel, das während der Oszillation in Richtung der Aufnahme gefördert wird, vollständig von dem Druckspeicher aufgenommen und eine Entriegelung der Drehwinkel- begrenzungsvorrichtung verhindert.
In einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Volumen des Druckspeichers zumindest dem Volumen entspricht, welches während der Startphase in eine der Druckkammern gefördert wird. Übersteigt die Trägheit des Druckspeichers einen bestimmten Wert, so besteht die Möglichkeit, dass während der Expansion derjenigen Druckkammer, die mit der Aufnahme verbunden ist, Druckmittel nicht aus dem Druckspeicher zurück in die Druckkammer gefördert wird, sondern in diesem verbleibt. Auf Grund des Pumpeffektes kann in diesem Fall Druckmittel über das Steuerventil in die Druckkammer nachgeliefert werden. Somit wird in jeder Periode der Oszillation des Innenrotors relativ zum Außenrotor eine definierte Menge an Druckmittel in den Druckspeicher eingebracht. Entspricht das Volumen, das der Druckspeicher aufnehmen kann, dem Volumen, welches während der Startphase in diese Druckkammer geliefert werden kann, so wird dieses von dem Druckspeicher aufgenommen. Folglich bleiben die Drehwinkelbegrenzungsvorrichtungen in dem verriegelten Zustand. Das Volumen, welches maximal während der Start- phase in die Druckkammer geliefert werden kann entspricht dem Volumen V aus Gleichung (1) multipliziert mit der Anzahl der Oszillationen, die ausgeführt werden, bis die Startphase beendet ist, beispielsweise Leerlaufdrehzahl erreicht ist.
In einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Drehwinkelbe- grenzungsvorrichtung zumindest eine Aufnahme und zumindest ein in Richtung der Aufnahme kraftbeaufschlagtes Eingriffselement aufweist, wobei der Druckspeicher über eine Entlastungsleitung mit der Aufnahme kommuniziert. Dabei kann die Entlastungsleitung beispielsweise als Nut in einem Seitedeckel der Vorrichtung, dem Innenrotor oder einer Bohrung im Innenrotor ausgebildet sein.
Dabei kann vorgesehen sein, dass die Aufnahme über eine Steuerleitung mit Druckmittel beaufschlagt werden kann und der Druckspeicher mit einer Entlastungsleitung kommuniziert, die stromabwärts der Steuerleitung in die Aufnahme mündet.
Alternativ kann vorgesehen sein, dass der Druckspeicher direkt mit der Aufnahme kommuniziert. Unter direkt ist hier zu verstehen, dass ohne Zwischenschaltung von weiteren Druckmittelpfaden dem Druckspeicher Druckmittel von der Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung zugeführt werden kann. Dabei kann vorgesehen sein, dass ein die Bewegung eines bewegliches Element des Druckspeichers, beispielsweise eines Druckkolbens eines Federkolbenspeichers, teilweise von einem Rand der Aufnahme überdeckt wird. Somit kann verhindert werden, dass dieses aus dem Druckspeicher in die Aufnahme austritt.
Alternativ kann der Druckspeicher innerhalb des Eingriffselements der Dreh- Winkelbegrenzungsvorrichtung angeordnet sein. Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass das Eingriffselements, beispielsweise ein Stift, mit einer Bohrung versehen ist. Diese Bohrung kommuniziert mit der Aufnahme der Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung, beispielsweise über eine Öffnung des Stiftes auf der der Aufnahme zugewandten Stirnseite. Innerhalb der Bohrung ist beispielsweise ein Druckkolben gegen die Kraft einer Feder axial verschiebbar angeordnet. Die Feder kann sich beispielsweise an einem sich radial nach innen erstreckenden Kragen abstützen, der an dem offenen Ende der Bohrung des Stiftes ausgebildet ist. Alternativ können auch sich radial nach innen erstreckende Laschen vorgesehen sein, welche nach dem Einlegen der Feder in die Bohrung in ihre sich radial erstreckende Endposition umgelegt werden.
Alternativ kann vorgesehen sein, dass der Druckspeicher direkt oder über eine Entlastungsleitung mit der Steuerleitung kommuniziert. Dabei kann über die Steuerleitung die Aufnahme mit Druckmittel beaufschlagt werden. Die Steuer- leitung kann beispielsweise als Nut in einem Seitedeckel der Vorrichtung, dem Innenrotor oder einer Bohrung im Innenrotor ausgebildet sein. Ebenso kann die
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die Steuerleitung beispielsweise mit einer oder mehreren der Druckkammern kommunizieren. Alternativ kann die Steuerleitung mit einer Druckmittelleitung kommunizieren, die einerseits mit einem Anschluss des Steuerventils und andererseits mit einer der Druckkammern verbunden ist. Ebenso denkbar wäre, dass diese Druckmittelleitung einerseits mit einem Anschluss des Steuerventils verbunden ist und ausschließlich mit der Steuerleitung kommuniziert. Somit mündet die Entlastungsleitung oder der Druckspeicher selbst zwischen dem Entstehungsort der Druckspitzen und der Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung in die Steuerleitung, so dass die Druckspitzen zuerst auf den Druckspeicher treffen, bevor diese auf die Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung wirken. In einer weiteren Ausführungsform sind ein Steuerventil und zumindest zwei Druckmittelleitungen, die mit dem Steuerventil kommunizieren, vorgesehen, wobei eine der Druckmittelleitungen mit der Druckkammer und die andere Druckmittelleitung mit der Steuerleitung kommuniziert und wobei der Druck- Speicher direkt oder über eine Entlastungsleitung mit einer dieser Druckmittelleitungen kommuniziert.
Dabei kann vorgesehen sein, dass die Entlastungsleitung in die Druckmittelleitung mündet, die mit der Druckkammer oder der Steuerleitung kommuniziert. Somit kann die Anordnung der Druckspeicher innerhalb der Brennkraftmaschi- ne flexibel gestaltet werden und auf Bauraumbeschränkungen flexibel reagiert werden
In einer Ausführungsform der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Druckspeicher im Abtriebselement angeordnet ist. Somit wird kein zusätzlicher Bau- räum benötigt, sondern der ungenutzte Bereich des Innenrotors ausgenutzt. Des Weiteren wird durch die räumliche Nähe zu der Drehwinkelbegrenzungs- vorrichtung die Funktionssicherheit erhöht.
Die Steuerleitung kann als Aussparung an dem Abtriebselement oder dem An- triebselement ausgebildet sein. Ebenso kann vorgesehen sein, dass die Steuerleitung einerseits in die Druckkammer mündet und andererseits mit der Dreh- winkelbegrenzungsvorrichtung kommuniziert.
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 eine Draufsicht auf eine erste erfindungsgemäße Ausführungsform einer Vorrichtung zur Veränderung der Steuerzeiten von B O
Gaswechselventilen einer Brennkraftmaschine incl. einem angeschlossenen Hydraulikkreislauf,
Figur 2b einen Längsschnitt durch die Vorrichtung aus Figur 2a entlang der Linie IIB-IIB,
Figur 3 eine Draufsicht auf eine zweite erfindungsgemäße Ausführungsform einer Vorrichtung zur Veränderung der Steuerzeiten von Gaswechselventilen einer Brennkraftmaschine incl. einem ange- schlossenen Hydraulikkreislauf,
Figur 4a eine Draufsicht auf eine dritte erfindungsgemäße Ausführungsform einer Vorrichtung zur Veränderung der Steuerzeiten von Gaswechselventilen einer Brennkraftmaschine incl. einem ange- schlossenen Hydraulikkreislauf,
Figur 4b einen Längsschnitt durch die Vorrichtung aus Figur 4a entlang der Linie IVB-IVB,
Figur 5 eine Draufsicht auf eine vierte erfindungsgemäße Ausführungsform einer Vorrichtung zur Veränderung der Steuerzeiten von Gaswechselventilen einer Brennkraftmaschine.
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 erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 im Längsschnitt bzw. in einer seitlichen Draufsicht. Die Vorrichtung 10 weist ein als Außenrotor 22 ausgebildetes Antriebselement und ein als Innenrotor 23 ausgebildetes Abtriebselement auf. Der Außenrotor 22 weist ein Gehäuse 22a und zwei Seitendeckel 24, 25 auf, die an den axia- len Seitenflächen des Gehäuses 22a angeordnet sind. 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 Na- benelement 26 ausgebildet sein. Alternativ können die Flügel 27, wie in Figur 2a dargestellt, separat ausgebildet und in axial verlaufenden Flügelnuten 28 angeordnet sein, die an dem Nabenelement 26 ausgebildet sind. Die Flügel 27 werden mittels Flügelfedern 27a, die zwischen den Nutgründen der Flügelnuten 28 und den Flügeln 27 angeordneter sind, radial nach außen mit einer Kraft beaufschlagt.
Ausgehend von einer äußeren Umfangswand 29 des Gehäuses 22a erstrecken sich mehrere Vorsprünge 30 radial nach innen. In der dargestellten Ausführungsform sind die Vorsprünge 30 einteilig mit der Umfangswand 29 ausgebil- det. Denkbar sind aber auch Ausführungsformen, in denen anstatt der Vorsprünge 30 zusätzliche 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 Außenrotor 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 Gehäuses 22a angeordnet und drehfest an diesem fixiert. In jedem der Vorsprünge 30 ist zu diesem Zweck eine Axialöffnung vorgesehen, wobei jede Axialöffnung von einem Befestigungselement 32, beispielsweise einem Bolzen oder einer Schraube, durchgriffen wird, welches zur drehfesten Fixierung der Seitendeckel 24, 25 an dem Gehäuse 22a dient.
Innerhalb der Vorrichtung 10 ist zwischen jeweils zwei in Umfangshchtung benachbarten Vorsprüngen 30 ein Druckraum 33 ausgebildet. Jeder der Druckräume 33 wird 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. In jeden der Druckräume 33 ragt ein Flügel 27, wobei die Flügel 27 derart ausgebildet sind, dass diese sowohl an den Seitendeckeln 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 Innenrotor 23 ist in einem definierten Winkeibreich drehbar zu dem Außenrotor 22. Der Winkelbereich wird in einer Drehrichtung des Innenrotors 23 da- durch begrenzt, dass jeder Flügel 27 an einer der Begrenzungswände 34 (Frühanschlag 34a) der Druckräume 33 zum Anliegen kommt. Analog wird der Winkelbereich in der anderen Drehrichtung dadurch begrenzt, dass die Flügel 27 an den anderen Begrenzungswänden 34 der Druckräume 33, die als Spätanschlag 34b dienen, zum Anliegen kommen. Der so definierte Winkelbereich stellt den maximal möglichen Winkelbereich dar, innerhalb dessen die Phasenlage zwischen dem Außenrotor 22 und dem Innenrotor 23 variiert werden kann. Ebenso denkbar sind Ausführungsformen, in denen jeweils nur ein oder einige der Flügel 27 an den Endanschlägen 34a, b zum Anliegen kommen. Alternativ kann eine Rotationsbegrenzungsvorrichtung vorgesehen sein, die den maximal möglichen Drehwinkelbereich des Innenrotors 23 zum Außenrotor 22 begrenzt.
Durch Druckbeaufschlagung einer Gruppe von Druckkammern 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 Druck- mittelpumpe, einen ebenfalls nicht dargestellten Tank, ein Steuerventil 37 und mehrere Druckmittelleitungen 38a,b,p,s umfasst. Das Steuerventil 37 weist einen Druckmittelanschluss P, einen Tankanschluss T, zwei Arbeitsanschlüsse A, B und einen Steueranschluss S auf. Die erste Druckmittelleitung 38a verbindet den ersten Arbeitsanschluss A mit den ersten Druckkammern 35. Die zwei- te Druckmittelleitung 38b verbindet den zweiten Arbeitsanschluss B mit den zweiten Druckkammern 36. Die dritte Druckmittelleitung 38p verbindet die Druckmittelpumpe mit dem Druckmittelanschluss P. Im Falle eines Steuerventils 37, welches in der Axialöffnung 31 der Vorrichtung 10 angeordnet ist, erstrecken sich die Druckmittelleitungen 38a, b,s im Innenrotor 23. Diese kön- nen beispielsweise als Bohrungen oder radial verlaufende Nuten in den axialen Seitenflächen ausgebildet sein. Im Falle von Steuerventilen 37, welche in einer Aufnahme außerhalb der Vorrichtung 10 aufgenommen sind, beispielsweise einem Zylinderkopf, umfassen die Druckmittelleitung 38a, b,s zusätzliche Hydraulikmittelwege, die das Steuerventil 37 mit den an dem Innenrotor 23 ausge- bildeten Bohrungen oder Nuten verbinden.
Von der Druckmittelpumpe gefördertes Druckmittel wird über die dritte Druckmittelleitung 38p dem Steuerventil 37 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.
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 erste Druckmittelleitung 38a zu den ersten Druckkammern 35 geleitet. Gleichzeitig gelangt Druckmittel aus den zweiten Druckkammern 36 über die zweite Druckmittellei- tung 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 ver- schieben, wird das dem Steuerventil 37 über die dritte Druckmittelleitung 38p zugeführte Druckmittel über die zweite Druckmittelleitung 38b zu den zweiten Druckkammern 36 geleitet. Gleichzeitig gelangt Druckmittel aus den ersten Druckkammern 35 über die erste Druckmittelleitung 38a zum Steuerventil 37 und wird in den Tank ausgestoßen. Dadurch werden die Flügel 27 in Richtung des Spätanschlags 34b 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 steigt der Systemdruck mit der Drehzahl der Kurbelwelle 2 an. Somit liegt anfänglich nicht genügend Systemdruck vor 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. In manchen Anwendungen ist der Systemdruck auch während der Leerlaufphasen zu gering um einen sicheren Betrieb der Vorrichtung zu gewährleisten. In diesen Fällen ist die mechanische Kopplung auch während der Leerlaufphasen vorgesehen.
In der in den Figuren 2a, 2b dargestellten Ausführungsform der Vorrichtung 10 ist die Verriegelungsposition derart gewählt, dass sich die Flügel 27 im verriegelten Zustand der Vorrichtung 10 in einer Position zwischen dem Frühan- schlag 34a und dem Spätanschlag 34b befinden.
Der Verriegelungsmechanismus 41 besteht in dieser Ausführungsform aus einer ersten und einer zweiten Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung 42, 43. In der dargestellten Ausführungsform umfasst jede der Drehwinkelbegrenzungsvor- richtungen 42, 43 ein axial verschiebbaren Eingriffselement, das in der konkreten Ausführungsform als Stift 44 ausgebildet ist. Jeder der Stifte 44 ist in einer Bohrung des Innenrotors 23 aufgenommen. Neben Stiften 44 können auch andere Eingriffelemente Einsatz finden, beispielsweise Platten. Des Weiteren sind in dem ersten Seitendeckel 24 zwei Aufnahmen 45 in Form von in Umfangsrichtung verlaufenden Nuten ausgebildet. Diese sind in Figur 2a in Form von unterbrochenen Linien angedeutet. Jeder der Stifte 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 Stift 44 in axialer Richtung der zugehörigen Aufnahme 45 gegenübersteht, so wird dieser in die Aufnahme 45 gedrängt und die jeweilige Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung 42, 43 von einem entriegelten in einen eingeriegelten Zustand überführt. Dabei ist die Aufnahme 45 der ersten Dreh- winkelbegrenzungsvorrichtung 42 derart ausgeführt, dass die Phasenlage des Innenrotors 23 zum Außenrotor 22, bei eingeriegelter erster Drehwinkelbe- grenzungsvorrichtung 42, auf einen Bereich zwischen einer maximalen Früh- und der Verriegelungsposition beschränkt ist. Befindet sich der Innenrotor 23 relativ zum Außenrotor 22 in der Verriegelungsposition, so liegt der Stift 44 der ersten Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung 42 an einem in Umfangsrichtung durch die Aufnahme 45 ausgebildeten Anschlag an, wodurch ein weiteres Verstellen in Richtung späterer Steuerzeiten verhindert wird. Analog ist die Aufnahme 45 der zweiten Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung 43 derart ausgelegt, dass bei eingeriegelter zweiter Drehwinkelbegrenzungsvor- richtung 43 die Phasenlage des Innenrotors 23 zum Außenrotor 22 auf einen Bereich zwischen einer maximalen Spätposition und der Verriegelungsposition beschränkt ist.
Um die Drehwinkelbegrenzungsvorrichtungen 42, 43 von dem eingeriegelten in den entriegelten Zustand zu überführen ist vorgesehen, dass die jeweilige Aufnahme 45 mit Druckmittel beaufschlagt wird. Dadurch wird der jeweilige Stift 44 entgegen der Kraft des Federelements 46 in die Bohrung zurückgedrängt und somit die Drehwinkelbegrenzung aufgehoben. In der dargestellten Ausführungsform ist vorgesehen, die Aufnahme 45 der ersten Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung 42 aus einer der zweiten Druckkammern 36 über eine Steuerleitung 48 mit Druckmittel zu versorgen. Die Steuerleitung 48 erstreckt sich zwischen der zweiten Druckkammer 36 und der Aufnahme 45. Zur Druckmittelbeaufschlagung der Aufnahme 45 der zweiten Drehwinkelbe- grenzungsvorrichtung 43 ist ebenfalls eine Steuerleitung 48 vorgesehen. Diese kommuniziert einerseits mit der Aufnahme 45 und andererseits mit einem Kanal 49, der innerhalb des Innenrotors 23 ausgebildet ist. Der Kanal 49 kommuniziert mit der vierten Druckmittelleitung 38s, welche mit dem Steueranschluss S verbunden ist. Die Steuerleitungen 48 sind als Nuten in dem ersten Seitendeckel 24 ausgebildet. Alternativ können diese auch in der Seitenfläche des Innenrotors 23, ausgebildet sein.
Die unterschiedlichen Ausführungsformen der Druckmittelbeaufschlagung der verschiedenen Drehwinkelbegrenzungsvorrichtungen 42, 43 sind nur zu rein illustrativen Zwecken gewählt, um verschiedene Ausführungen der Erfindung darzustellen. Selbstverständlich können auch beide Drehwinkelbegrenzungs- Vorrichtungen 42, 43 über die Druckkammern 35, 36 oder das Steuerventil 37 mit Druckmittel beaufschlagt werden.
Während der Startphase ist die hydraulische Einspannung der Flügel 27 inner- halb der Druckräume 33 auf Grund zu geringen Systemdrucks im Allgemeinen nicht gewährleistet. Aus diesem Grund führt der Innenrotor 23 gegenüber dem Außenrotor 22 oszillatorische Bewegungen in Umfangsrichtung aus. 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 Winkelamplitude φ durch das Verriegelungsspiel bestimmt. Die Oszillationen haben eine Pumpwirkung zur Folge, wodurch in den Druckmittelleitungen 38a, b vorhandenes Restöl in die Druckkammern 35, 36 gefördert werden kann. Dies erfolgt vor allem dann, wenn die Druckkammern 35, 36 nicht mit dem Tankanschluss T verbunden sind, sondern beispielsweise mit der Druckmittelleitung 38p. Negative Auswirkungen können ebenfalls entstehen, wenn einer der Arbeitsanschlüsse A, B verschlossen ist. In diesem Fall kann Druckmittel, auf Grund von Leckage innerhalb des Steuerventils 37 zu den Druckkammern 35, 36 gefördert werden. Wird auf diese Weise die zweite Druckkammer 36, die mit der Aufnahme 45 der ersten Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung 42 verbunden ist, vollständig mit Druckmittel befüllt, so pflanzen sich die in der Druckkammer 35 generierten Druckspitzen zu dem Stift 44 der ersten Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung 42 fort. Dies kann zu einer unerwünschten, vorzeitigen Entriegelung der ersten Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung 42 führen, zu einem Zeitpunkt, in dem der Systemdruck noch zu niedrig ist um eine hydraulische Einspannung der Flügel 27 zu gewährleisten. Dieser Effekt kann auch während der Leerlaufphasen der Brennkraftmaschine 1 auftreten.
Analog können sich die Druckspitzen sogar über die erste oder zweite Druckmittelleitung 38a, b, das Steuerventil 37, die vierte Druckmittelleitung 38s, den Kanal 49 und die Steuerleitung 48 zu der Aufnahme 45 der zweiten Drehwin- kelbegrenzungsvorrichtung 43 fortpflanzen und diese ebenfalls vorzeitig in den entriegelten Zustand überführen. Als Konsequenz entfällt die mechanische Kopplung zwischen dem Innenrotor 23 und dem Außenrotor 22, wodurch die Vorrichtung 10 unkontrollierte Schwingungen hoher Amplitude ausführt, bis der Systemöldruck ein Niveau erreicht hat, das zur Regelung der Vorrichtung 10 ausreicht.
Um diesem Vorgang entgegenzuwirken sind zwei Druckspeicher 50a, b vorgesehen. Beide Druckspeicher 50a, b sind in der dargestellten Ausführungsform in den Innenrotor 23 integriert. Dabei kann es sich beispielsweise, wie in Figur 2b dargestellt, um einen Druckfederspeicher handeln. Dieser Druckspeicher 50a, b weist einen Druckkolben 51 auf, der innerhalb einer Bohrung des Innenrotors 23 angeordnet ist und mittels einer Feder 52 gegen den ersten Seitendeckel 24 gedrängt wird. Im Unterschied zu den Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung 42, 43 stellt der Druckkolben 51 keine formschlüssige Verbindung zwischen dem Innenrotor 23 und dem Außenrotor 22 her, sondern stellt nur ein zusätzliches Volumen für das Druckmittel bereit. Der Druckkolben 51 liegt in der der darge- stellten Ausführungsform an dem ersten Seitendeckel 24 an, wenn der Druckspeicher 50a vollständig entleert ist. Dies hat den Vorteil, dass während der ersten Umdrehungen der Nockenwelle 6, 7 auf Grund der Oszillationen des Innenrotors 23 relativ zum Außenrotor 22 auf den Druckkolben 51 eine Kraft wirkt, die diesen lockert, falls dieser beispielsweise auf Grund von Restdruck- mittel an der Wandung der Bohrung festklebt. Alternativ kann auch ein Anschlag innerhalb der Bohrung vorgesehen sein, der verhindert, dass der Druckkolben 51 an dem ersten Seitendeckel 24 zum Anliegen kommt. Alternativ können auch andere Arten von Druckspeichern, beispielsweise Blasenspeicher oder Tellerfederspeicher, eingesetzt werden.
Der erste Druckspeicher 50a kommuniziert über eine erste Entlastungsleitung 54 mit der Aufnahme 45 der ersten Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung 42. Die Entlastungsleitung 54 ist als Nut in dem ersten Seitendeckel 24 ausgebildet und derart ausgeführt, dass diese mit dem ersten Druckspeicher 50a kommuni- ziert, solange der Innenrotor 23 eine relative Phasenlage zum Außenrotor 22 einnimmt, die zwischen der Verriegelungsposition und der maximale Frühposition liegt. Zu diesem Zweck erstreckt sich diese entlang einer Kreislinie, die der erste Druckspeicher 50a bei einer Verstellung von der maximalen Frühposition zu der Verriegelungsposition abfährt.
Der zweite Druckspeicher 50b kommuniziert über eine zweite Entlastungslei- tung 54 mit dem Kanal 49. Die Entlastungsleitung 54 ist in diesem Fall als Nut in der Seitenfläche des Innenrotors 23 ausgebildet und erstreckt sich von dem Kanal 49 zu dem zweiten Druckspeicher 50b. Somit kommuniziert der zweite Druckspeicher 50b in jeder Stellung des Innenrotors 23 zum Außenrotor 22 mit dem Kanal 49. Im Gegensatz zum ersten Druckspeicher 50a ist eine stirnseiti- ge Vertiefung 53 des Druckkolbens 51 des zweiten Druckspeichers 50b vorgesehen. Diese ist als radial außen liegende Ringfläche ausgebildet. Somit steht dem Druckmittel, welches dem zweiten Druckspeicher 50b zugeführt wird, genügend Wirkfläche zur Verfügung, um den Druckkolben 51 entgegen der Kraft der Feder 52 zu verschieben, selbst wenn dieser an dem ersten Seitendeckel 24 anliegt.
In den Druckkammern 35, 36 generierte Druckspitzen liegen sowohl an den Druckkolben 51 als auch den Stiften 44 an. Übersteigt der Druck der Druckspitzen einen gewissen ersten Druck (erster Ansprechdruck), so werden die Druckkolben 51 entgegen der Kraft der Feder 52 bewegt, wodurch ein zusätzlichen Volumen für das Druckmittel bereitgestellt wird.
Übersteigt der Druck der Druckspitzen einen gewissen zweiten Druck (zweiter Ansprechdruck), so werden die Stifte 44 der Drehwinkelbegrenzungsvorrich- tungen 42, 43 entgegen der Kraft der Federelemente 46 bewegt, wodurch die mechanische Kopplung des Innenrotors 23 zum Außenrotor 22 aufgehoben wird. Die Druckspeicher 50a, b und die Drehwinkelbegrenzungsvorrichtungen 42, 43 sind derart ausgelegt, dass der zweite Ansprechdruck höher liegt als der erste Ansprechdruck. Dies kann beispielsweise durch geeignete Auslegung der Federn 52 und Federelemente 46 unter Berücksichtigung der Flächen, auf die das Druckmittel wirkt, erfolgen. Somit erfolgt zunächst eine Befüllung des Druckspeichers 50a, b, bevor der Stift 44 der korrespondierenden Drehwinkel- begrenzungsvorrichtung 42,43 in dessen Bohrung zurückgeschoben wird. Zusätzlich kann der zweite Ansprechdruck so gewählt werden, dass dieser größer ist, als der Druck, der mindestens nötig ist, um den korrespondierenden Druckspeicher 50a, b vollständig zu befüllen (minimaler Befülldruck). Somit findet eine Entriegelung erst dann statt, wenn der korrespondierende Druckspei- eher 50a, b vollständig befüllt ist.
Somit kann, während der Startphase und der Leerlaufphasen der Brennkraftmaschine 1 verhindert werden, dass die Drehwinkelbegrenzungsvorrichtungen 42, 43 ungewollt in den entriegelten Zustand überführt werden. Anstelle der Stifte 44 werden die Druckkolben 51 unter der Wirkung der Druckspitzen ver- schoben. Die Druckspeicher 50a, b relaxieren während der Betriebsphasen, die auf die Druckspitzen folgen, d.h. die Druckkolben 51 bewegen sich in Richtung ihrer Ruhepositionen zurück, in denen die Druckspeicher 50a, b entleert sind. In Brennkraftmaschinen 1 , in denen die Dynamik der Druckkolben 51 nicht ausreicht zwischen zwei Druckspitzen in deren Ruheposition zurückzukehren, wir- ken die Druckspeicher 50a, b vor allem während der Startphasen. Zwar füllen sich die Druckspeicher 50a, b mit jeder Druckspitze, jedoch wird ein Entriegeln der der Drehwinkelbegrenzungsvorrichtungen 42, 43 bis zur vollständigen Befüllung der Druckspeicher 50a, b verhindert. Wird das Volumen der Druckspeicher 50a, b dahingehend ausgelegt, dass dieses zumindest dem Volumen ent- spricht, welches während des Starvorgangs bis zu dem Zeitpunkt, zu dem ausreichender Systemdruck aufgebaut ist, in einen der Druckräume 33 gefördert wird, so kann eine ungewollte Entriegelung während des Startvorgangs zuverlässig vermieden werden. Des Weiteren verlängert sich die Zeit, in der die Vorrichtung 10 im Leerlauf betrieben werden kann, ohne dass eine ungewollte Entriegelung einer Dreh- winkelbegrenzungsvorrichtung 42, 43 auftritt.
In Figur 3 ist eine zweite Ausführungsform einer Vorrichtung 10 dargestellt. Diese Ausführungsform ist im Wesentlichen identisch zu der ersten Ausfüh- rungsform. Im Gegensatz zur ersten Ausführungsform kommunizieren die Aufnahmen 45 beider Drehwinkelbegrenzungsvorrichtungen 42, 43 über jeweils eine Steuerleitung 48 mit der dritten Druckmittelleitung 38s, die mit dem Steu- eranschluss S des Steuerventils 37 verbunden ist. Das Steuerventil 37 regelt in dieser Ausführungsform sowohl den Druckmittelfluss zu und von den Druckkammern 35, 36 als auch zu und von den Aufnahmen 45. in dieser Ausführungsform besteht also keine direkte Verbindung zwischen den Druckkammern 35, 36 und den Aufnahmen 45 der Drehwinkelbegrenzungsvorrichtungen 42, 43. Druckspitzen können sich somit nur entlang der Druckmittelleitung 38a, b über das Steuerventil 37, die dritte Druckmittelleitung 38s, die Kanäle 49 und die Steuerleitungen 48 zu den Aufnahmen 45 fortpflanzen. Die Druckspeicher 50a, b sind in dieser Ausführungsform nicht in den Innenrotor 23 integriert. In einer ersten Ausführungsform kommuniziert ein Druckspei- eher 50a permanent mit der Steuerleitung 48. Der Druckspeicher 50a ist somit zwischen dem Entstehungsort der Druckspitzen, den Druckkammern 35, 36, und den Aufnahmen 45 angeordnet.
Alternativ dazu oder zusätzlich können Druckspeicher 50b vorgesehen sein, die mit den Druckmittelleitungen 38a, b kommunizieren. In Ausführungsformen, in denen eine der beiden Druckmittelleitungen 38a, b während der kritischen Start- oder Leerlaufphase mit dem Tank kommuniziert, kann auf den Druckspeicher 50b, der mit dieser Druckmittelleitung 38a, b kommuniziert verzichtet werden, da hier eventuell entstehende Druckspitzen zum Tank abgeleitet werden und sich somit nicht im Druckmittelsystem fortpflanzen können. Der oder die Druckspeicher 50b kommunizieren zeitweise über die erste bzw. zweite Druckmittelleitung 38a, b, das Steuerventil 37, die dritte Druckmittelleitung 38s, die Kanäle 49 und die Steuerleitungen 48 mit den Aufnahmen 45. Dies ist immer dann der Fall, wenn sowohl die dritte Druckmittelleitung 38s und eine der mit den Druckkammern 35, 36 verbundenen Druckmittelleitung 38a, b nicht mit dem Tank verbunden sind.
Die Druckspeicher 50a, b sind identisch zu denen in der ersten Ausführungsform beschriebenen ausgelegt.
Die Figuren 4a und 4b zeigen eine weitere erfindungsgemäße Ausführungs- form. Der Druckspeicher 50b ist in dieser Ausführungsform innerhalb des Stiftes 44 der zweiten Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung 43 angeordnet. Der Druckspeicher 50b besteht aus einem Druckkolben 51 , der innerhalb des hohl ausgeführten Stiftes 44 angeordnet ist. Der Druckkolben 51 kann gegen die Kraft einer Feder 52 innerhalb des Stiftes 44 in axialer Richtung verschoben werden. Die Feder 52 Stützt sich an Laschen 47 ab, die einteilig mit dem Stift 44 ausgebildet sind und beispielsweise nach dem Einlegen des Druckkolbens 51 und der Feder 52 in die Bohrung des Stiftes 44 in die radiale Richtung um- gelegt werden. Alternativ kann auch ein ringförmig umlaufender Kragen zur Abstützung der Feder 52 dienen.
Die Druckmittelbeaufschlagung des Druckkolbens 51 aus der Aufnahme 45 kann mittels einer Öffnung 40 erfolgen, die in der stirnseitigen Seitenfläche des Stiftes 44 ausgebildet ist, die in Richtung der Aufnahme 45 weist.
Der Druckspeicher 50a ist in dieser Ausführungsform derart angeordnet, dass dieser direkt mit der Aufnahme 45 der ersten Drehwinkelbegrenzungsvorrich- tung 42 kommuniziert. Im dargestellten Fall eines Federkolbenspeichers mündet dieser direkt in die Aufnahme 45. Dabei ist der Druckspeicher 50a in radia- ler Richtung versetzt zu dem Stift 44 angeordnet, so dass der Druckkolben 51 zum Teil von einem Rand der Aufnahme 45 überdeckt wird. Somit ist sichergestellt, dass der Druckkolben 51 über die Aufnahme 45 mit Druckmittel beaufschlagt werden kann, aber bei druckloser Aufnahme 45 nicht in diese eingreift. Alternativ kann der Druckspeicher 50a auch Anschläge für den Druckkolben 51 aufweisen, um diesen zurückzuhalten. In dieser Ausführungsform kann der Druckspeicher 50a beliebig angeordnet werden, solange dieser mit der Aufnahme 45 kommuniziert.
Figur 5 zeigt eine weitere Ausführungsform einer Vorrichtung 10. Im Unter- schied zu den ersten beiden Ausführungsformen ist hier nur eine Drehwinkel- begrenzungsvorrichtung 42 vorgesehen, die den Innenrotor 23 in einer definierten Phasenlage (plus Verriegelungsspiel) mit dem Außenrotor 22 koppeln kann. Zu diesem Zweck ist die Aufnahme 45 hier nicht als Nut in Umfangsrich- tung, sondern als Ausnehmung ausgebildet, die dem Stift 44 angepasst ist. Bevorzugte Verriegelungsphasenlagen sind in der maximalen Früh- oder der maximalen Spätstellung des Innenrotors 23 zum Außenrotor 22. Allerdings sind auch mittlere Positionen denkbar. In der dargestellten Ausführungsform kommunizieren der Druckspeicher 50a und die Aufnahme 45 über die Steuerleitung 48 und die Entlastungsleitung 54, die an dem Innenrotor 23 (durchgezogene Linien) ausgebildet sind, mit einer der Druckkammern 35, 36. Alternativ können die Leitungen auch in dem ersten Seitendeckel 24 ausgebildet sein (gestrichelte Linien).
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
22a Gehäuse
23 Innenrotor
24 Seitendeckel
25 Seitendeckel
26 Nabenelement
27 Flügel
27a Flügelfeder
28 Flügelnuten
29 Umfangswand
30 Vorspmng
31 Axialöffnung
32 Befestigungselement
33 Druckraum
34 Begrenzungswand
34a Frühanschlag
34b Spätanschlag
35 erste Druckkammer 36 zweite Druckkammer
37 Steuerventil
38a erste Druckmittelleitung
38b zweite Druckmittelleitung 38p dritte Druckmittelleitung
38s vierte Druckmittelleitung
40 Öffnung
41 Verriegelungsmechanismus
42 Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung 43 Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung
44 Stift
45 Aufnahme
46 Federelement
47 Lasche 48 Steuerleitung
49 Kanal
50a Druckspeicher
50b Druckspeicher
51 Druckkolben 52 Feder
53 Vertiefung
54 Entlastungsleitung
A erster Arbeitsanschluss
B zweiter Arbeitsanschluss P Zulaufanschluss
T Ablaufanschluss
S Steueranschluss

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung (10) zur variablen Einstellung der Steuerzeiten von Gaswechselventilen (9a, b) einer Brennkraftmaschine (1 ) mit - einem Antriebselement (22), einem Abtriebselement (23), zumindest einer Druckkammer (35, 36), zumindest einer Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung (42, 43) und zumindest einem Druckspeicher (50a, b),
- wobei eine Phasenlage zwischen dem Abtriebselement (23) und dem Antriebselement (22) durch Druckmittelzufuhr zu bzw. Druckmittelabfuhr aus der Druckkammer (35, 36) innerhalb eines maximal möglichen Winkelbereichs veränderbar ist,
- wobei jede Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung (42, 43) in einem eingeriegelten Zustand die Phasenlage zumindest auf einen Winkelbereich, kleiner dem maximal möglichen Winkelbereich, begrenzt, - wobei die Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung (42, 43) durch Druckmittelbeaufschlagung über eine Steuerleitung (48) in einen entriegelten Zustand überführt werden kann, und
- wobei der Druckspeicher (50a, b) während des Betriebs der Brennkraftmaschine (1 ) zumindest zeitweise mit der Steuerleitung (48) kommuniziert, da- durch gekennzeichnet, dass
- ein minimaler Ansprechdruck der Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung (42,43) größer ist, als ein minimaler Ansprechdruck des Druckspeichers (50a,b).
2. Vorrichtung (10) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung (42, 43) zumindest eine Aufnahme (45) und zumindest ein in Richtung der Aufnahme (45) kraftbeaufschlagtes Eingriffselement (44) aufweist, wobei der Druckspeicher (50a, b) direkt oder über eine Entlastungsleitung (54) mit der Aufnahme (45) kommuniziert.
3. Vorrichtung (10) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, der Druckspeicher (50a, b) direkt oder über eine Entlastungsleitung (54) mit der Steuerleitung (48) kommuniziert.
4. Vorrichtung (10) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass ein Steuerventil (37) und zumindest zwei Druckmittelleitungen (38a, b,s), die mit dem Steuerventil (37) kommunizieren, vorgesehen sind, wobei eine der Druckmittelleitungen (38a, b) mit der Druckkammer (35, 36) und die andere Druckmittelleitung (38s) mit der Steuerleitung (48) kommuniziert und wobei der Druckspeicher (50a, b) direkt oder über eine Entlastungsleitung (54) mit einer dieser Druckmittelleitungen (38a, b,s) kommuniziert.
5. Vorrichtung (10) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der minimale Ansprechdruck der Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung (42,43) größer ist, als ein minimaler Befülldruck, bei dem der Druckspeicher (50a, b) maximal befüllt ist.
6. Vorrichtung (10) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Druckspeicher (50a, b) im Abtriebselement (23) angeordnet ist.
7. Vorrichtung (10) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerleitung (48) als Aussparung an dem Abtriebselement (23) oder dem Antriebselement (22) ausgebildet ist.
8. Vorrichtung (10) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerleitung (48) einerseits in die Druckkammer (35, 36) mündet und andererseits mit der Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung (42, 43) kommuniziert.
9. Vorrichtung (10) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Abtriebselement (23) relativ zum Antriebselement (22) bei eingeriegelter Dreh- winkelbegrenzungsvorrichtung (42, 43) bzw. eingeriegelten Drehwinkelbe- grenzungsvorrichtungen (42, 43) in einem Winkelintervall um eine definierte Phasenlage fixiert ist, wobei das Winkelintervall durch das Verriegelungsspiel definiert ist, wobei in diesem verriegelten Zustand der Vorrichtung (10) die Druckkammer ein maximales und ein minimales Volumen annehmen kann und wobei das Volumen des Druckspeichers (50a, b) zumindest der Volumendifferenz zwischen dem maximalen und dem minimalen Volumen entspricht.
10. Vorrichtung (10) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung (42, 43) zumindest eine Aufnahme (45) und zumindest ein in Richtung der Aufnahme (45) kraftbeaufschlagtes Eingriffselement (44) aufweist, wobei der Druckspeicher (50a, b) innerhalb des Eingriffselements (44) angeordnet ist.
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