DE4415524A1 - Elektromechanisch betätigtes Ventilsteuerzeitensystem - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein elektromechanisch betätigtes Ven­ tilsteuerzeitensystem (VCT) nach dem Oberbegriff des Patent­ anspruchs 1. Dabei wird die Nockenwellenlage dem Umfang nach gegenüber der Kurbelwellenlage als Reaktion auf Drehmoment- Umkehrungen verändert, die die Nockenwelle im normalen Be­ trieb erfährt. In einem solchen VCT-System ist ein elektro­ mechanisches-hydraulisches System vorgesehen, um die Nocken­ welle beim Auftreten solcher Drehmoment-Umkehrungen wieder zurückzustellen und ein Steuersystem ist vorgesehen, um wahlweise dafür zu sorgen, daß das hydraulische System diese Rückstellung vornimmt oder nicht.

Insbesondere betrifft die Erfindung ein Steuersystem, das von einem Magnetventil mit veränderlicher Kraft Gebrauch macht, um direkt die Position des voll belüfteten Schieber­ ventils zu steuern, das ein nützliches Teil des hydrauli­ schen Systems bildet.

Zum Stand der Technik wird auf folgende Druckschriften hin­ gewiesen:
U.S. 5,002,023 betrifft ein VCT-System mit zwei gegenwirken­ den hydraulischen Zylindern und Strömungselementen für den Flüssigkeitsaustausch zwischen den Zylindern, um die Um­ fangsposition einer Nockenwelle gegenüber der Kurbelwelle in beiden Drehrichtungen zu ändern. Das Ventil weist einen Schieber auf, der aus einer Mittel- oder Ruhelage in beiden Richtungen verschiebbar ist. Damit ändert sich der hydrau­ lische Druck, der auf ein Schieberende wirkt und damit das Verhältnis zwischen der hydraulischen Kraft an einem Ende und einer entgegengesetzt wirkenden mechanischen Kraft am anderen Ende, die von einer Feder herrührt.
U.S. 5,107,804 erläutert ein anderes VCT-System, bei dem die vorgenannten Zylinder durch einen Flügel mit Nocken in einem Gehäuse ersetzt sind. Der Flügel ist gegenüber dem Gehäuse drehbar und verschiebt dadurch Flüssigkeit im Gehäuse von einer Seite eines Nockens zur anderen und umgekehrt, so daß der Flügel in der einen oder anderen Richtung verdreht wird. Eine entsprechende Verdrehung der Nockenwelle ist die Folge.
U.S. 5,172,659 und 5,184,578 beschäftigen sich mit Problemen solcher VCT-Systeme, um die auf den Schieberkolben des Ven­ tils wirkenden Kräfte zum Ausgleich zu bringen, indem beide Schieberenden hydraulisch beaufschlagt werden. Damit lassen sich Druckänderungen bzw. Viskositätsänderungen eliminieren und die Mittellage des Schiebers bleibt bestehen.

Nachteilig ist jedoch, daß die Schieberposition in der Auf­ wärmphase des Motors nicht sauber steuerbar ist. Beim Motor­ start bedarf es mehrerer Sekunden, bis sich der Öldruck ein­ stellt. Während dieser Zeit ist die Lage des Schieberkolbens unbekannt.

Ferner ist das dynamische Ansprechverhalten träge. Auch wenn die Motordrehzahl eine normale Betriebsdrehzahl erreicht, gibt es je nach Motor unterschiedliche Eigenschaften. So be­ sitzt eine neue Maschine bei hoher Drehzahl und geringer Temperatur einen völlig unterschiedlichen Öldruck als eine vielgefahrene Maschine im heilen Zustand und Leerlauf. Will man alle diese unterschiedlichen Eigenschaften betriebsmäßig erfassen (durch größere Querschnitte für den hydraulischen Kolben und zu kleine Federn), so führt dies zu einem trägen Ansprechverhalten und eine entsprechende Auslegung des Reg­ lers, um Stabilität zu erhalten.

Solche Regler mit höherem Verstärkungsfaktor machen jedoch das System empfindlich gegenüber Toleranzen und Betriebsbe­ dingungen. Dies jedoch (beispielsweise in der Impulsbreiten­ steuerung zur Nulleinstellung des Schieberventils) führt zu einer Verschlechterung des Regelverhaltens im Gesamtsystem.

Ferner führen die beweglichen Teile eines mit Impulsen ange­ steuerten Magnetventils, wie es üblicherweise bei solchen Systemen benutzt wird, zu lästigen Geräuschen. Im Betrieb schaltet das Magnetventil bei jedem Ansteuerimpuls den vol­ len Hub. Das schnelle Schalten führt zu einem Flattern des Ankers und des Stößels, d. h. ein Hämmern mit hoher Frequenz, das die Geräusche hervorruft.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das System der eingangs geschilderten Art zu verbessern, um die Position eines belüfteten Kolbens in einem hydraulischen Regelventil zu steuern. Insbesondere handelte es sich um eine verbesser­ te Ansteuerung des belüfteten Kolbens eines Regelsystems in einem VCT-System, wobei das Ventil ähnlich dem Ventil ist, das in U.S. 5,002,023 beschrieben ist oder auch in U.S. 5,107,804.

Die genannte Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen finden sich in den Unteransprüchen.

Erfindungsgemäß entfällt die hydraulische Beaufschlagung des einen Kolbenendes mit Hydraulikflüssigkeit aus dem Motor­ schmierölsystem bei vollem hydraulischen Druck P_S, wie es bei bekannten VCT-Systemen der Fall ist. Die Kraft am ande­ ren Ende des belüfteten Kolbens rührt von einer elektrome­ chanischen Betätigung her, vorzugsweise eines Magneten mit variabler Kraft, der unmittelbar auf den Kolben wirkt, wenn er von einem elektrischen Signal angesteuert wird, das von einer Motorsteuereinheit (ECU) entsprechend verschiedenen Motorparametern beliefert wird. Die ECU erhält Signale von Sensoren für die Positionen der Nockenwelle und Kurbelwelle und benutzt diese Information, um einen relativen Phasen­ winkel zu errechnen. Die bevorzugte Ausführungsform bedient sich eines geschlossenen Regelsystems, das beispielsweise in U.S. 5,184,578 erläutert ist, um den Phasenwinkelfehler zu korrigieren. Die Erfindung bietet eine wirksame und wirt­ schaftliche Lösung der vorgenannten Probleme und besitzt noch weitere Vorteile.

Ist das Verhältnis zwischen Kolbenlage und Steuersignal (Magnetstrom) unabhängig vom Motoröldruck, so entfallen alle mit dem Öldruck und seinen Schwankungen verbundenen Proble­ me. So führt beispielsweise ein mangelnder Betriebsöldruck beim Starten des Motors nicht zu Fehlern, da das Signal der ECU unmittelbar den Magneten ansteuert, der direkt den Kol­ ben positioniert.

Der Magnet mit einstellbarer Kraft (Proportionalmagnet) löst auch das Problem des trägen dynamischen Regelverhaltens. Die Magneteinrichtung kann so schnell sein wie das mechanische Ansprechverhalten des Schieberventils und mit Sicherheit we­ sentlich schneller als die bekannten, vollhydraulischen Ven­ tile. Die höhere Schnelligkeit ermöglicht höhere Verstär­ kungsfaktoren im Regelkreis und vermindert die Systememp­ findlichkeit gegenüber Bauteiltoleranzen und Betriebsbedin­ gungen.

Ferner ist der Hub des Proportionalmagneten sehr klein und wird vom Strom der ECU gesteuert, im Gegensatz zu den voll­ ständigen Schalthüben eines impulsbreitengesteuerten Mag­ neten. Da der erforderliche Hub nur selten die Endlagen er­ reicht, wird das Hämmern und Flattern vermieden und das Sy­ stem arbeitet praktisch geräuschlos.

Der vermutlich wichtigste Vorteil gegenüber bekannten Ven­ tilanordnungen ist die verbesserte Regelung des Basis­ systems. Die Erfindung liefert eine Einrichtung, deren Eigenschaften wesentlich verbessert sind, um ein Eingangs­ signal für die Phaseneinstellung schnell zu erfassen und ge­ nau zu befolgen.

Da - wie gesagt - die erfindungsgemäße Anordnung nicht vom Öldruck abhängig ist, kann sie auch dort eingesetzt werden, wo eine öllose Betätigung wünschenswert ist, beispielsweise bei Motoren mit Riemen für die Ventilsteuerzeiten.

Gemäß einer anderen Ausführungsform ist zwischen der elek­ tromechanischen Betätigung und dem Kolben eine Hebelanord­ nung oder äquivalente Anordnung vorgesehen. Die Hebelan­ ordnung wirkt als Hubverstärker/Kraftdämpfer, so daß entwe­ der der Magnetstrom verringert wird oder der Luftspaltab­ stand, ohne den Ventilhub zu verschlechtern.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Teilansicht eines Ventiltriebs mit doppelter Nockenwelle und VCT-System;

Fig. 2 eine Teilansicht der Einlaßnockenwelle in Voreil­ position gegenüber der Auslaßnockenwelle;

Fig. 3 eine Teilansicht längs der Linie 3-3 in Fig. 6 mit weggelassenen Teilen in der Nacheilposition;

Fig. 4 eine Teilansicht ähnlich Fig. 3 mit der Einlaß­ nockenwelle in Voreilposition gegenüber der Aus­ laßnockenwelle;

Fig. 5 eine Teilansicht der Rückseite von Bauteilen in Fig. 1;

Fig. 6 eine Teilansicht längs der Linie 6-6 in Fig. 4;

Fig. 7 eine Teilansicht längs der Linie 7-7 in Fig. 1;

Fig. 8 einen Schnitt längs der Linie 8-8 in Fig. 1;

Fig. 9 einen Schnitt längs der Linie 9-9 in Fig. 1;

Fig. 10 eine Endansicht einer Nockenwelle mit einer ge­ änderten Ausführung des VCT-Systems;

Fig. 11 eine Ansicht ähnlich Fig. 10 mit weggelassenen Teilen;

Fig. 12 einen Schnitt längs der Linie 12-12 in Fig. 10;

Fig. 13 einen Schnitt längs der Linie 13-13 in Fig. 10;

Fig. 14 einen Schnitt längs der Linie 14-14 in Fig. 11;

Fig. 15 eine Endansicht eines Elements des VCT-Systems der Fig. 10 bis 14;

Fig. 16 eine Endansicht eines Elementes der Fig. 15 vom anderen Ende her;

Fig. 17 eine Endansicht des Elementes der Fig. 15 und 16;

Fig. 18 eine Endansicht des Elementes der Fig. 17 vom anderen Ende her;

Fig. 19 eine vereinfachte schematische Darstellung des VCT-Systems der Fig. 10 bis 18; und

Fig. 20 eine vereinfachte schematische Darstellung ähn­ lich Fig. 19 in einer abgeänderten Ausführung.

In der Ausführungsform der Fig. 1 bis 9 ist ein Kettenrad 24 auf einer Kurbelwelle 22 aufgekeilt, deren Drehung auf eine Auslaßnockenwelle 26 zur Betätigung der Auslaßventile des Motors über eine Kette 28 übertragen wird, die um das Ket­ tenrad 24 und ein auf der Nockenwelle 26 befestigtes Ket­ tenrad 30 geschlungen ist. Kettenspanner können Verwendung finden, auch wenn sie nicht dargestellt sind. Das Kettenrad 30 ist zweimal so groß wie das Kettenrad 24. Dies hat eine Drehung der Nockenwelle 26 zur Folge, die halb so groß ist wie die der Kurbelwelle 22, also richtig für einen Vier­ taktmotor. Anstelle der Kette 28 kann auch ein Riemen vorge­ sehen sein.

Die Nockenwelle 26 besitzt ein weiteres Kettenrad 32 (Fig. 3, 4 und 6), das um einen bestimmten Umfangswinkel gegenüber der Nockenwelle drehbar ist, sonst aber mit der Nockenwelle 26 rotiert. Die Drehung der Nockenwelle 26 wird über eine Kette 36 mittels des Kettenrades 32 und des Kettenrades 38 an der Nockenwelle 34 übertragen. Die Kettenräder 32 und 38 haben gleiche Durchmesser, so daß sich entsprechende Dreh­ zahlen ergeben. Anstelle der Kette 36 kann auch ein Riemen vorgesehen sein.

Fig. 6 zeigt, daß je ein Ende der Nockenwellen 26, 34 in La­ gern 42 und 44 des Zylinderkopfes 50 gelagert ist, der nur in Teilen gezeigt und am Motorblock angeschraubt ist, näm­ lich mit Schrauben 48. Die anderen nicht dargestellten Enden der Nockenwellen 26 und 34 sind in ähnlicher Weise am Zylin­ derkopf gelagert. Das Kettenrad 38 sitzt auf der Nockenwelle 34 außerhalb des Zylinderkopfes 50. Auch die Kettenräder 30 und 32 liegen nebeneinander außerhalb des Kopfes 50, wobei das Kettenrad 32 gegenüber dem Kettenrad 38 liegt und das Kettenrad 30 etwas außerhalb des Kettenrades 32 entsprechend der Lage des Kettenrades 24.

Das Kettenrad 32 hat einen bogenförmigen Träger 52 (s. Fig. 7 und 8), der daran angeformt ist und der sich vom Kettenrad 32 durch eine bogenförmige Öffnung 30a im Kettenrad 30 nach außen erstreckt. An dem Kettenrad 30 ist ein bogenförmiges hydraulisches Gehäuse 46 angeschraubt, in dem verschiedene hydraulische Bauteile des Regelsystems angeordnet sind, trägt schwenkbar das gehäuseseitige Ende jeweils zweier gegensinnig arbeitender, einfach wirkender hydraulischer Zylinder 54 und 56, die an entgegengesetzten Seiten der Längsachse der Nockenwelle 26 liegen. Die kolbenseitigen Enden der Zylinder 54 und 56 sind schwenkbar an einem bo­ genförmigen Bügel 58 angelenkt, der wiederum am Kettenrad 32 mit mehreren Schrauben 60 befestigt ist. Wenn sich also einer der Zylinder 54, 56 ausschiebt und gleichzeitig der andere zusammenschiebt, so ändert sich die Umfangsposition des Kettenrades 32 gegenüber dem Kettenrad 30, entweder voreilend für das Kettenrad 32, wenn der Zylinder 34 aus­ schiebt, wie es in den Fig. 2 und 4 dargestellt ist, oder nacheilend, wenn der Zylinder 56 ausschiebt, wie dies in den Fig. 1, 3, 7 und 8 gezeigt ist. Jedenfalls erfolgt beim Vor­ eilen oder Nacheilen des Kettenrades 32 gegenüber dem Ket­ tenrad 30, was wahlweise in Reaktion auf die Drehmoment­ richtung in der Nockenwelle 26 zugelassen oder vermieden wird, wie dies in U.S. 5,002,023 erläutert ist, ein Voreilen oder Nacheilen der Position der Nockenwelle 34 gegenüber derjenigen der Nockenwelle 26 infolge der Kettenverbindung zwischen dem Kettenrad 32, das auf der Nockenwelle 26 be­ grenzt drehbar gelagert ist und dem Kettenrad 38, welches auf der Nockenwelle 34 befestigt ist. Dieses Verhältnis ist aus der Zeichnung ersichtlich, wenn man die relative Posi­ tion einer Zeitmarke 30b am Kettenrad 30 und einer Zeitmarke 38a am Kettenrad 38 in der Nacheilposition der Nockenwelle 34 betrachtet, s. Fig. 1 und 3, und ihre relativen Positio­ nen in der Voreilposition der Nockenwelle 34, s. Fig. 2 und 4.

Die Fig. 10 bis 20 zeigen zwei Ausführungsformen der Erfin­ dung, bei der ein Gehäuse in Form eines Kettenrades 132 drehbar auf einer Nockenwelle 126 gelagert ist. Die Nocken­ welle 126 kann als einzige Nockenwelle einer Brennkraft­ maschine mit einer Nockenwelle angesehen werden, entweder als O.H.-Nockenwelle oder als Block.

Ferner kann die Nockenwelle 126 entweder die Einlaßventile oder die Auslaßventile eines Motors mit doppelter Nocken­ welle bedienen. Jedenfalls sind das Kettenrad 132 und die Nockenwelle 126 gegeneinander verdrehbar und die Drehung erfolgt durch ein Drehmoment, das auf das Kettenrad 132 von einer endlosen Rollenkette 138 ausgeübt wird, die teilweise dargestellt ist und um die nicht dargestellte Kurbelwelle und das Kettenrad 132 geschlungen ist. Wie nachstehend näher erläutert wird, ist das Kettenrad 132 auf der Nockenwelle 126 drehbar gelagert, so daß es um mindestens einen be­ grenzten Kreisbogen gegenüber der Nockenwelle 136 bei der Drehung der Nockenwelle schwenken kann, was die Phasenlage der Nockenwelle 126 gegenüber der Kurbelwelle einstellt.

Ein ringförmiger Pumpenflügel 160 sitzt fest auf der Nocken­ welle 126 und hat zwei diametral entgegengesetzte radial nach außen ragende Nocken 160a, 160b und ist an ein ver­ größertes Endteil 126a der Nockenwelle 126 mit Schrauben 162 befestigt, die durch den Flügel 160 in den Endteil 126a greifen. Dabei ist die Nockenwelle 126 ferner mit einer Anschlagschulter 126b versehen, so daß die Nockenwelle ge­ genüber einem nicht dargestellten Motorblock genau posi­ tioniert ist. Der Pumpenflügel 160 ist ebenfalls relativ zum Endteil 126a mit Hilfe eines Paßstiftes 164 genau positio­ niert. Die Nocken 160a, 160b sitzen in radial nach außen gerichteten Kammern 132a, 132b des Kettenrades 132, wobei die Umfangslänge der Kammern 132a, 132b etwas größer ist als die Umfangslänge der Nocken 160a, 160b, die in jeweils einer Kammer sitzen und damit eine Drehbewegung des Kettenrades 132 gegenüber dem Flügel 160 gestatten. Die Kammern 132a, 132b schliefen sich um die Nocken 160a, 160b über beabstan­ dete, quergerichtete ringförmige Platten 166, 168, die an dem Flügel 160 und damit gegenüber der Nockenwelle 126 mit Schrauben 170 befestigt sind, die sich durch die Anordnung erstrecken. Ferner ist der Innendurchmesser 132c des Ket­ tenrades 132 gegenüber dem Außendurchmesser der Teils 160d des Flügels 160 zwischen den Nocken 160a, 160b abgedichtet und die Spitzen der Nocken 160a, 160b des Flügels 160 sind mit Schlitzen 160e, 160f zur Aufnahme von Dichtungen ver­ sehen. Damit sind die Kammern 132a, 132b des Kettenrades 132 hydraulisch druckdicht abgeschlossen und dies gilt auch für jede Kammer 132a, 132b sowie den Abschnitt auf jeder Seite des Nockens 160a, 160b.

Der Betrieb der Ausführungsform gemäß den Fig. 10 bis 18 ist mit Hilfe der Fig. 19 und 20 verständlich. Selbstredend ist das hydraulische Steuersystem der Fig. 19 und 20 auch bei einem VCT-System mit gegensinnigen hydraulischen Zylindern gemäß der Ausführungsform der Fig. 1 bis 9 einsetzbar, ge­ nauso wie für das VCT-System mit Flügel gemäß Fig. 10 bis 18.

Jedenfalls strömt hydraulische Flüssigkeit, hier in Form von Motorschmieröl, in die Kammern 132a, 132b über eine gemein­ same Einlaßleitung 182. Diese endet in der Mitte zwischen zwei Rückschlagventilen 184 und 186, die an die Kammern 132a, 132b über Zweigleitungen 188, 190 angeschlossen sind. Die Rückschlagventile 184, 186 haben ringförmige Sitze 184a, 186a, so daß Druckmittel über die Rückschlagventile 184, 186 in die Kammern strömen kann. Die Strömung wird unterbrochen durch Ventilkugeln 184b, 186b, die von Federn 184c, 186c beaufschlagt sind. Damit können über die Rückschlagventile die Kammern anfänglich gefüllt werden und Strömungsmittel kann nachgeliefert werden, um Leckverluste zu kompensieren. Das Öl gelangt in die Einlaßleitung 182 über ein Schieber­ ventil 192, welches in der Nockenwelle 126 sitzt und kehrt aus den Kammern über Rückführleitungen 194, 196 zum Schie­ berventil 192 zurück.

Das Schieberventil 162 besteht aus einem zylindrischen Ge­ häuse 198 und einem belüfteten Schieber 200, der im Hohlraum 198a gleitet. Der Schieber 200 hat zylindrische Bunde 200a, 200b an jeweils einem Ende, wobei jeder Bund über seine Steuerkante die Rückströmung von den Leitungen 194, 196 steuert, wobei in der Mittellage, nämlich der Nullposition des Schiebers 200, beide Rückführleitungen 194, 196 abge­ sperrt sind, wie die Fig. 19 und 20 zeigen.

Erfindungsgemäß ist die Position des Schiebers 200 im Gehäu­ se 198 von einer Feder 202 beeinflußt, die auf das Ende des Bundes 200a wirkt. Damit drückt die Feder 202 den Kolben 200 nach links. Die Einlaßleitung 182 erhält Druckmittelöl (Mo­ toröl) unmittelbar von der Hauptölverteilung 230 des Motors über eine Leitung 230a, am Schieber 200 vorbei. Dieses Öl schmiert auch das Lager 232 für die Nockenwelle 126.

Die Regelung der Schieberlager erfolgt unmittelbar abhängig von einer elektromechanischen Betätigungseinrichtung 201, vorzugsweise ein Proportionalmagnet, der in Fig. 19 darge­ stellt ist. Der Magnet erhält Strom über ein Kabel 238, das durch das Gehäuse 201d zur Wicklung 201a geführt ist, die den Anker 201b vorschiebt. Der Anker 201b drückt auf die Verlängerung 200c des Kolbens 200 und schiebt so den belüf­ teten Kolben 200 nach rechts, wie Fig. 19 zeigt. Wenn die Kraft der Feder 202 mit der vom Anker 201b gegensinnig aus­ geübten Kraft übereinstimmt, bleibt der Schieber 200 in seiner Nullposition zentriert. So kann der Schieber 200 in jeder Richtung durch Vergrößern oder Verkleinern des Mag­ netstroms verschoben werden. Natürlich kann die Bauweise des Magneten 201 auch so umgekehrt werden, daß die Kraft auf die Schieberverlängerung 200c nicht schiebt, sondern zieht. Dies bedeutet eine Abänderung der Feder 202, die wiederum gegen­ sinnig zur Ankerbewegung wirken muß. Es gibt jedoch Fälle, in denen der Schieber 200 ganz nach links in die vorge­ spannte Position fahren soll. Die Anordnung der Feder 202 im Hohlraum 198c bzw. in 198a, wie dies in Fig. 19 bzw. 20 ge­ zeigt ist, stellt sicher, daß der Schieber 200 in die vorge­ spannte Position zurückgelangt, wenn an der Magnetwicklung 201 kein Stromsignal anliegt, beispielsweise wenn die Ener­ gie ausfällt oder der Motor steht.

Die Verschiebung des Ankers 201b erfolgt abhängig vom Strom in der Wicklung 201a, der von einem Regelsignal der ECU 208 geliefert wird und die in Fig. 19 schematisch dargestellt ist. In bekannten Ausführungen des VCT-Systems muß die auf die Schieberverlängerung 200c ausgeübte Kraft mit der Kraft der Feder 202 plus dem Öldruck in der Kammer 198a ausgegli­ chen sein, der das Ende des Bundes 200a beaufschlagt, wenn die Nullposition des Schiebers 200 gewünscht wird. Das Pro­ blem bei diesem Ausgleich besteht darin, daß der Öldruck sehr stark schwanken kann. So besteht die optimale Lösung darin, das Regelsystem unabhängig vom schwankenden Öldruck zu machen.

Wird erfindungsgemäß der Druck in der Kammer 198a entlastet, so braucht nur die Kraft des Ankers 201b gegenüber der Kraft der Feder 202 ausgeglichen zu werden, um die Nullposition des Kolbens zu erreichen. Die Druckentlastung im Raum 198a kann beispielsweise dadurch erfolgen, daß man einen Strö­ mungsweg zum Flügelsystem vorsieht, der im Bypass zum Schie­ ber 200 liegt, d. h. der keinen inneren Kanal zum Zuführen von Öl zur Einlaßleitung 182 benutzt, wie dies bisher der Fall war. Der Bypass für den Schieber 200 kann eine verbin­ dende Bypassleitung 220a unmittelbar zur Einlaßleitung 182 sein, mit einem Austausch des Einlaß-Rückschlagventils 222a gegen das Rückschlagventil, das man bisher im Innenkanal des Schiebers angeordnet hat. In Verbindung mit dem alternativen Strömungsweg und Belüften des Ventils 198 zur Atmosphäre über den Belüftungskanal 198d vervollständigt die Absicht, den Druck im Raum 198a zu entlasten, der bisher die Endflä­ che des Bundes 200a beaufschlagt hat.

Ist somit die Öldruckgröße eliminiert, so sind für die Posi­ tion des Schiebers 200 nur mehr Kräfte verantwortlich, die vorhersehbar sind. Die Kraft des Ankers 201b entspricht dem Stromsignal in der Wicklung 201a und die Kraft der Feder 202 ist ebenfalls bestimmbar (abhängig von der Federposition). Damit ist die Position des Schiebers 200 allein vom Strom­ signal abhängig.

Der in der bevorzugten Ausführungsform benutzte Magnet hat einen zylindrischen Anker entsprechend Fig. 19. Der Luft­ spalt 201c erstreckt sich umfangsmäßig um den Anker 201b und kann nicht magnetisches Lagermaterial aufweisen. Verschiebt sich der Anker 201c axial, so vergrößert sich der zylindri­ sche Bereich des Spaltes 201c, doch bleibt die Kraft und der Abstand von der Wicklung konstant. Da die Kraft von der axialen Ankerposition relativ unbeeinflußt ist, ist es nicht erforderlich, daß der Abstand zwischen Gehäuse 201d und Schieber 200 genau gewählt wird.

Eine andere Ausführungsform der Erfindung ist in Fig. 20 dargestellt. Ein Proportionalmagnet mit flachem Anker bzw. veränderlichem Luftspalt ist verwendet. Die Kraft ist dem Quadrat des Luftspaltes 201c umgekehrt proportional. Damit ist es vorteilhaft, den Luftspalt 201c auf einen verhältnis­ mäßig kleinen Wert zu begrenzen. Benutzt man einen Hubver­ stärker in Verbindung mit dem Magneten mit veränderlichem Spalt, so lädt sich eine Kraftverstärkung erreichen. Der Anker 201b ist mit der Schieberverlängerung 200c über eine Hebelanordnung 201e verbunden, die die Kraftverstärkung liefert. Man kann so die Baugröße der Betätigungseinrichtung 201 verringern, so daß auch das Stromsignal in der Wicklung 201a kleiner wird, der Ventilhub aber gleich bleibt.

Nachdem für die Bewegung des Schiebers in jeder Richtung nur mehr das Ungleichgewicht zwischen einer auf elektrischem Wege erzeugten Kraft an einem Schieberende 200a und der Fe­ derkraft am anderen Ende 200b verantwortlich ist (im Gegen­ satz zu auf beide Enden wirkende hydraulische Kräfte aus einer gemeinsamen Quelle), sind die Regelsysteme der Fig. 19 und 20 vom hydraulischen Systemdruck völlig unabhängig. Da­ mit entfallen alle Maßnahmen, die für einen großen Bereich wechselnder Öldrücke erforderlich waren und die von bestimm­ ten Eigenschaften einzelner Motoren herrühren. Erfindungsge­ mäß ist es damit auch möglich, den Schieber 200 in seiner Nullposition schnell und genau einzustellen.

Der Flügel 160 kann wechselsweise im Uhrzeigersinn und Ge­ genuhrzeigersinn von den Drehmomentschwankungen in der Nockenwelle 126 beeinflußt werden und diese Schwankungen können zum Oszillieren des Flügels 160 und damit der Nockenwelle 126 gegenüber dem Kettenrad 132 führen. In der in den Fig. 19 und 20 dargestellten Schieberposition werden jedoch diese Drehschwankungen vom Druckmittel in den Kammern 132a, 132b auf beiden Seiten der Nocken 160a, 160b vermie­ den, da das Öl aus keiner der Kammern 132a, 132b ausströmt. Beide Rückführleitungen 194, 196 sind vom Schieber 200 ab­ gesperrt. Soll jedoch die Nockenwelle 126 und der Flügel 160 im Gegenuhrzeigersinn gegenüber dem Kettenrad 132 verdreht werden, so ist es nur nötig, das Stromsignal in der Wicklung 201a zu vergrößern. Dies drückt den Anker 201b nach rechts und damit auch den Schieber 200, so daß die Rückführleitung 194 öffnet. In diesem Zustand pumpen Drehmomentschwankungen in der Nockenwelle 126 Öl aus der Kammer 132a und somit kann der Nocken 160a in Richtung der Kammer 132a drehen, aus der Öl abgelassen wurde. Eine Umkehrbewegung des Flügels 160 tritt nicht auf, da die Drehmomentschwankungen in der Nockenwelle 126 einander entgegengesetzt gerichtet werden, obwohl und bis der Schieber 200 nach links läuft, da die Strömung durch die Rückführleitung 196 vom Bund 200b des Schiebers 200 abgesperrt ist. Während die Fig. 19 und 20 einen abgeschlossenen Durchgang zeigen, besitzt der Umfang des Flügels 160 einen offenen Durchgangsschlitz 160c, wie die Fig. 10, 11, 15, 16 und 17 zeigen, durch den Öl aus der Kammer 132a auf der rechten Seite des Nockens 160 in die Kammer 132b auf der rechten Seite des Nockens 160b über­ treten kann, welche die nicht aktiven Seiten der Nocken 160a, 160b sind. Damit erfolgt eine Gegenuhrzeigersinn- Bewegung des Flügels 160 gegenüber dem Kettenrad 132, wenn Strömung über die Rückführleitung 164 erfolgt und eine Be­ wegung im Uhrzeigersinn, wenn die Strömung über die Rück­ führleitung 196 erfolgt.

Ferner ist die Einlaßleitung 182 über eine Verlängerung 182a an die nicht aktive Seite jedes Nockens 160a bzw. 160b ange­ schlossen, hier ist der Nocken 160b gezeigt, so daß ständig Öl auf die nicht aktiven Seiten der Nocken 160a, 160b für einen besseren Drehausgleich nachströmen kann, wobei auch die Dämpfung der Flügelbewegung verbessert wird und eine bessere Schmierung der Lagerflächen des Flügels 160 erzielt wird. Dieses Nachströmen von Öl beeinflußt nicht die Wir­ kungsweise der elektromagnetischen Betätigungseinrichtung 201. Das Nachströmöl ist fortlaufend für die Nocken 160a und 160b vorgesehen.

Claims (13)

1. Elektromechanisch betätigtes Ventilsteuerzeiten­ system für eine Brennkraftmaschine mit einer Kurbelwelle, mindestens einer Nockenwelle (126), die bei Drehung Dreh­ momentschwankungen erfährt, mit einem auf der Nockenwelle befestigten Flügel (160) mit zwei beabstandeten Nocken (160a, 160b), einem gegenüber der Nockenwelle begrenzt drehbaren, auf der Nockenwelle sitzenden Gehäuse (132) mit zwei beabstandeten Kammern (132, 132b), in denen die Nocken aufgenommen sind, mit einem Antrieb zwischen Kurbelwelle und Nockenwelle, und einer Vorrichtung zum Einstellen der Dreh­ lage des Gehäuses, abhängig von Drehmomentschwankungen der Kurbelwelle, wozu ein Ventil vorgesehen ist, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Ventil als Schieberventil (200) aus­ gebildet ist, dessen Schieber zwei Bunde (200a, 200b) auf­ weist und belüftet ist, daß von dem Schieber die Verbindung von Rückführleitungen (194, 196) aus jeweils einer Kammer (132a, 132b) je nach Schieberposition gesteuert wird, daß eine Einlaßleitung (182a) über das Ventil mit jeder Kammer (132a, 132b) verbunden ist, daß in der Einlaßleitung Rück­ schlagventile (184, 186) vorgesehen sind, mit denen die Strömung aus jeder Kammer in Richtung Ventil abgesperrt ist, daß Sensoren (207a, 207b) zum Erfassen der Positionen der Kurbelwelle und Nockenwelle vorgesehen sind, wobei von einer Motorsteuerung (208) ein relativer Phasenwinkel zwischen Kurbelwelle und Nockenwelle errechnet wird und daß der Schieber (200) abhängig von einem von der Motorsteuerung gelieferten Signal von einer elektromechanischen Betäti­ gungseinrichtung (201) verstellbar ist, wobei der Schieber (200) so vorgespannt ist, daß der Schieber in die volle Vor­ eilposition dann gedrückt wird, wenn die Betätigungsein­ richtung abgeschaltet ist.

2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Nocken (160a, 160b) jeweils eine Kammer (132a, 132b) in einen ersten und zweiten Teil unterteilen und beide Teile jeder Kammer druckabgedichtet sind.

3. System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Steuerung umkehrbar ist, so daß Strömungs­ mittel aus dem ersten und zweiten Abschnitt in jeder Kammer austreten und in den jeweils anderen ersten und zweiten Ab­ schnitt jeder der beiden Kammern übertreten kann.

4. System nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Motorschmieröl als Strömungsmittel verwendet wird, und eine Anschlußleitung (230a) an eine Druckölpumpe (230) der Steuerung vorgesehen ist.

5. System nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß gegensinnige Abschnitte der ersten und zweiten Kammer (132a, 132b) über eine Leitung (160c) und eine Leitung (182a) an die Einlaßleitung für Druckmittel angeschlossen sind.

6. System nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlaßleitung (182) an eine Bypassleitung (220a) angeschlossen ist, in der ein Rückschlagventil (222a) vor­ gesehen ist, das die Strömung aus der Einlaßleitung durch das Ventilgehäuse unterbindet.

7. System nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die elektromechanische Betätigungsein­ richtung ein Magnet mit einstellbarer Kraft ist.

8. System nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß für den Magneten eine Wicklung (201a), ein Anker (201b) innerhalb der Wicklung, ein Luftspalt (201c) und ein Gehäuse (201d) vorgesehen ist, wobei von einem Stromsignal in der Wicklung der Anker betätigt wird, um auf den Schieber (200) eine Kraft auszuüben.

9. System nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zwischen der Betätigungseinrichtung und dem Ventil eine Hubverstärkung vorgesehen ist, mit der der Ventilhub verlängert wird.

10. System nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Hubverstärker eine Hebelanordnung (201e) ist.

11. System nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die der Betätigungseinrichtung gegen­ überliegende Stirnfläche des Schiebers (200) von einer Feder (202) beaufschlagt und entlüftet ist (198d).

12. System nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Schieberventil (200) in einer Boh­ rung (182) des auf der Nockenwelle sitzenden Gehäuses (132) eingebaut ist.

13. Elektromechanisch betätigtes Ventilsteuerzeiten­ system für eine Brennkraftmaschine mit einer Kurbelwelle (22), mindestens einer Nockenwelle (26), die bei Drehung Drehmomentschwankungen erfährt, mit einer auf der Nocken­ welle befestigten Einrichtung mit gegensinnig betätigten hydraulischen Kolben-Zylinder-Anordnungen zum Verdrehen der Winkellage zwischen zwei auf der Nockenwelle (26) sitzenden Kettenrädern (30, 32) und mit einem Ventil zum Ansteuern der Kolben-Zylinder-Anordnungen mit Druckmittel, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil als Schieberventil (200) ausgebildet ist, dessen Schieber zwei Bunde (200a, 200b) aufweist und belüftet ist, daß von dem Schieber die Verbin­ dung von Rückführleitungen aus jeweils einem Zylinderraum je nach Schieberposition gesteuert wird, daß eine Einlaßleitung über das Ventil mit jedem Zylinderraum verbunden ist, daß in der Einlaßleitung Rückschlagventile vorgesehen sind, mit de­ nen die Strömung aus jedem Zylinderraum in Richtung Ventil abgesperrt wird, daß Sensoren zum Erfassen der Positionen der Kurbelwelle und Nockenwelle vorgesehen sind, wobei von einer Motorsteuerung (208) ein relativer Phasenwinkel zwi­ schen Kurbelwelle und Nockenwelle errechnet wird und daß der Schieber des Schieberventils (200) abhängig von einem von der Motorsteuerung gelieferten Signal von einer elektrome­ chanischen Betätigungseinrichtung (201) verstellbar ist, wobei der Schieber so vorgespannt ist, daß der Schieber in die volle Voreilposition dann gedrückt wird, wenn die Betä­ tigungseinrichtung abgeschaltet ist.