WO2009027178A1 - 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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    • F01L2820/01—Absolute values

Definitions

  • the invention relates to a device for variably setting the timing of gas exchange valves of an internal combustion engine with a drive element, an output element, at least one pressure chamber, a pressure medium system and a pressure accumulator, wherein the pressure chamber and the pressure accumulator communicate with the pressure medium system, wherein a phase position between the output element and the drive element by pressure medium supply to or pressure medium removal from the pressure chamber via the pressure medium system is variable.
  • 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 the crankshaft and the camshaft in a defined angular range, between a maximum early and a maximum late position variable.
  • the device is integrated into a drive train, via which torque is transmitted from the crankshaft to the camshaft.
  • This drive train can be realized for example as a belt, chain or gear drive.
  • Such a device is known, for example, from EP 1 025 343 B1.
  • the device comprises two mutually rotatable rotors, wherein an outer rotor is in driving connection with the crankshaft and the Internal rotor rotatably connected to the camshaft.
  • the device comprises a plurality of pressure chambers, wherein each of the pressure chambers is subdivided by means of a vane into two counteracting pressure chambers.
  • the pressure medium inflow to, or the pressure outflow from the pressure chambers is controlled by means of a pressure medium system comprising a pressure medium pump, a tank, a control valve, and a plurality of pressure medium lines.
  • a pressure medium line connects the pressure medium pump with the control valve.
  • a pressure medium line connects one of the working ports of the control valve with the pressure chambers.
  • the pressure in the pressure medium system must exceed a certain value in each operating phase of the internal combustion engine. This is critical especially in the idling phases of the internal combustion engine, since the pressure medium pump is driven by the crankshaft and thus the system pressure increases with the speed of the internal combustion engine.
  • the system pressure provided by the pressure medium pump is further dependent on the pressure medium temperature, wherein the system pressure decreases with increasing temperature.
  • the pressure medium pump must be designed such that it provides sufficient system pressure under the most unfavorable conditions in order to ensure an adjustment of the phase position of the inner rotor to the outer rotor.
  • This adjustment which is to take place solely by the pressure medium stored in the pressure accumulator, requires a high pressure in the pressure accumulator.
  • the accumulator is thus designed so that the pressure at which the pressure accumulator is completely filled, is well above the pressure prevailing when idling the internal combustion engine in the pressure medium system. If the speed of the internal combustion engine drops, the accumulator expands before the idling speed is reached. Thus, the available pressure medium volume, which can be called up in idle phases, too small to ensure an adjustment in these phases.
  • 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, a functionally reliable, rapid setting of the control times in each phase of the engine is to be ensured without the pressure medium pump of the internal combustion engine must be dimensioned larger.
  • the object is achieved in that the pressure accumulator is designed such that its minimum filling pressure is less than the pressure within the pressure fluid system at idle speed of the internal combustion engine.
  • the minimum filling pressure is to be understood as the system pressure at which the pressure medium volume within the pressure accumulator has its capacity. reached maximum. At the pressure within the pressure medium system at idling speed of the internal combustion engine is to be turned off on the pressure prevailing when the internal combustion engine has reached operating temperature.
  • the device is for example, as in the prior art, in the form of a negotiategelradverstellers and has a drive element (outer rotor), which is driven for example by means of a Switzerlandstoff- or gear drive from a crankshaft of the internal combustion engine. Furthermore, an output element (inner rotor) is provided, which has a constant phase läge to a camshaft, for example, by means of a frictional, cohesive or cohesive connection or screw rotatably connected thereto.
  • a plurality of pressure chambers are formed, which are divided by a respective wing in two counteracting pressure chambers.
  • the wings are connected to the output element or the drive element.
  • the pressure chambers can be connected by means of a control valve with a pressure medium pump or a tank. By supplying pressure medium to or pressure fluid removal from the pressure chambers, the wings are moved within the pressure chambers, whereby the relative phase position of the output element to the drive element and thus the camshaft can be adjusted to the crankshaft changeable.
  • a device 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. Also conceivable is an embodiment in which only one of the mutually acting pressure chambers is acted upon by pressure medium, while an adjustment of the phase position in the other direction is effected by means of one or more spring elements.
  • the device has a locking mechanism which allows a mechanical, for example positive, coupling of the output element to the drive element.
  • the locking mechanism may consist of one or more rotational angle limiting devices.
  • the rotary Angle limiting devices can assume a locked state in which the possible phase angles of the Abthebselements be limited to the drive element to an angular interval which is smaller than the maximum permitted by the device angle interval.
  • 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 as 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.
  • an accumulator which communicates with the hydraulic fluid system in particular one of the pressure medium line.
  • the pressure accumulator can open into a pressure medium line which connects the pressure medium pump with the control valve or the control valve with the pressure chambers.
  • the pressure accumulator can be designed, for example, as a spring accumulator, piston accumulator, diaphragm accumulator, bladder accumulator or disc spring accumulator.
  • the response pressure of the pressure accumulator pressure at which the filling of the pressure accumulator begins
  • pressure at which the filling of the pressure accumulator begins is selected to be smaller than the pressure within the pressure fluid system at idling speed of the internal combustion engine
  • a filling of the pressure accumulator takes place during operation of the internal combustion engine.
  • the minimum filling pressure of the accumulator also chosen smaller than the System pressure at idle speed, so the accumulator is completely filled even at idle speed with pressure medium.
  • the system pressure of the pressure medium system drops below the minimum filling pressure and the pressure accumulator begins to empty.
  • the pressure level in the fluid system of the device is maintained at a higher pressure level and an additional amount of pressure medium is provided.
  • the pressure medium pump can be designed such that its delivery rate and delivery pressure at idle speed of the internal combustion engine in the presence of the operating temperature just sufficient to hold an angular position.
  • the pressure accumulator supports the adjustment.
  • the function of the device can be secured without having to interpret the pressure medium pump larger.
  • the device has a rotation angle limiting device which has a receptacle and at least one force-loaded in the direction of recording engagement element, wherein the rotation angle limiting device in a locked state in which the engagement element engages in the receptacle, the phase position of the output element limited at least to an angular range relative to the drive element, wherein the rotational angle limiting device can be converted by pressurizing the recording in an unlocked state and wherein the minimum response pressure of the pressure accumulator is greater than the minimum response pressure of Drehwinkelbegrenzungsvorrich- device.
  • the minimum response pressure of the pressure accumulator is selected such that it is higher than the minimum response pressure of the rotational angle limiting devices, the entire filling volume of the pressure accumulator is available to the system within a narrow pressure band below the pressure prevailing when the internal combustion engine is idling.
  • a sudden and complete emptying of the pressure accumulator takes place. This ensures a prompt and complete response of the device to the adjustment request.
  • the pressure medium system has a control valve, a pressure medium pump and a plurality of pressure medium lines, wherein the control valve has at least one inlet connection and at least one working connection, wherein a first pressure medium line connects the working connection with the pressure chamber, wherein a further Pressure medium line connects the pressure medium pump with the inlet port and wherein the pressure accumulator upstream of the control valve opens into the further pressure medium line.
  • the pressure accumulator communicates directly with the pressure medium pump in each operating phase of the internal combustion engine.
  • adjustment requirements can be realized both in the direction of early and late control times. For this purpose, only the appropriate control position of the control valve must be set.
  • a check valve is arranged, which allows only a pressure medium flow in the direction of the mouth position of the pressure accumulator at this point. This prevents that the pressure medium supplied by the pressure accumulator flows back to the pressure medium pump.
  • the entire pressure medium volume of the pressure accumulator is available for phase adjustment.
  • the pressure accumulator is arranged within a camshaft. This is particularly advantageous in applications where the camshaft is hollow.
  • the accumulator can be used without increasing the space requirement of the internal combustion engine ne. Furthermore, this realizes a minimum distance between the pressure accumulator and the device and thus improves the response.
  • the volume of the pressure accumulator corresponds at least to the volume that must be supplied to the device in order to allow an adjustment which corresponds to a maximum permissible phase difference at a constant speed. This ensures that during an adjustment at idle speed sufficient pressure medium for the adjustment is available.
  • FIG. 1 shows very schematically an internal combustion engine
  • FIG. 2a shows a plan view of a first embodiment according to the invention of a device for changing the timing of gas exchange valves of an internal combustion engine including a connected hydraulic circuit
  • FIG. 2b shows a longitudinal section through the device from FIG. 2a along the line MB-IIB,
  • FIG. 4 shows a plan view of a further embodiment of a device according to the invention for changing the timing of gas exchange valves of an internal combustion engine, including a connected hydraulic circuit.
  • an internal combustion engine 1 is sketched, wherein a piston 3 seated on a crankshaft 2 is indicated in a cylinder 4.
  • the crankshaft 2 is in the illustrated embodiment via a respective traction drive 5 with an intake camshaft 6 and exhaust camshaft 7 in combination, with a first and a second device 10 for a relative rotation between the crankshaft 2 and the camshafts 6, 7 can provide.
  • Cams 8 of the camshafts 6, 7 actuate one or more inlet gas exchange valves 9a or one or more exhaust gas exchange valves 9b.
  • it may be provided to equip only one of the camshafts 6, 7 with a device 10, or to provide only one camshaft 6, 7, which is provided with a device 10.
  • FIGS 2a and 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 22a and two side covers 24, 25 disposed on the axial side surfaces of the housing 22a.
  • the inner rotor 23 is designed in the form of an impeller and has a substantially cylindrical hub element 26, from the outer cylindrical shell of which surface in the illustrated embodiment, five wings 27 extend in the radial direction outwards.
  • the vanes 27 are formed separately from the inner rotor 23 and arranged in vane grooves 28 formed on the hub member 26. The vanes 27 are acted upon by means of winged springs 27 a, which are arranged between the groove bases of the vane grooves 28 and the wings 27, radially outwardly with a force.
  • a plurality of projections 30 extend radially inwardly.
  • the projections 30 are integrally formed with the peripheral wall 29.
  • 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.
  • a sprocket 21 is arranged, by means of which via a chain drive, not shown, torque can be transmitted from the crankshaft 2 to the outer rotor 22.
  • each projection 30, is penetrated by a fastening element 32, for example a screw, which serves for the rotationally fixed fixing of the side covers 24, 25 on the housing 22a.
  • a pressure space 33 is formed between two respective circumferentially adjacent projections 30.
  • 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.
  • the inner rotor 23 is rotatable in a defined Winkeibreich to the outer rotor 22.
  • the angular range is limited in one direction of rotation of the inner rotor 23 in that the wings 27 on each corresponding boundary wall 34 (early stop 34a) of the pressure chambers 33 come into contact.
  • the angular range in the other direction of rotation is limited by the fact that the wings 27 come to rest on the other boundary walls 34 of the pressure chambers 33, which serve as a late stop 34b.
  • the twist angle can be limited for example by means of a pin which engages in a groove.
  • a pressure medium system 37 which comprises a pressure medium pump 38, a tank 39, a control valve 40 and a plurality of pressure medium lines 41 a, b, p.
  • the control valve 40 has an inlet connection P, a tank connection T and two working connections A, B.
  • the first pressure medium line 41a connects the first working connection A with the first pressure chambers 35.
  • the second pressure medium line 41b connects the second working connection B with the second pressure chambers 36.
  • the third pressure medium line 41p connects the pressure medium pump 38 with the inlet port P.
  • the pressure medium lines 41 a, b extend in the inner rotor 23. These can bei- For example, be formed as holes or radially extending grooves in the axial side surfaces.
  • the pressure medium line 41 a, b include additional hydraulic medium paths connecting the control valve 40 with the bores or grooves formed on the inner rotor 23.
  • Pressure medium conveyed by the pressure medium pump 38 is supplied to the control valve 40 via the third pressure medium line 41 p, in which a check valve 42 is arranged.
  • the third pressure medium line 41 p with the first pressure medium line 41 a, the second pressure medium line 41 b or with both or none of the pressure medium lines 41 a, b connected.
  • the pressure medium supplied to the control valve 40 via the third pressure medium line 41p is conducted via the second pressure medium line 41b to the second pressure chambers 36.
  • the wings 27 are displaced in the direction of the late stop 34b, as a result of which a rotational movement of the inner rotor 23 to the outer rotor 22 opposite to the direction of rotation of the device 10 is achieved.
  • the supply of pressure medium to all chen pressure chambers 35, 36 either prevented or approved.
  • 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 pressure medium pump 38 When designing the pressure medium pump 38, it must be taken into account that the pressure provided within the pressure medium system 37 in each operating state of the internal combustion engine 1 is sufficient to ensure a phase adjustment. Since the pressure medium pump 38 is driven by the crankshaft 2, the pressure provided, or the pressure fluid volume flow provided depends on the speed of the internal combustion engine 1. Thus, the pressure conditions at low speeds, especially at idle the internal combustion engine 1, must be considered. If an adjustment of the phase position is arranged by the control unit of the internal combustion engine 1 during an idling phase, then the pressure medium volume provided by the pressure medium pump 38 may not be sufficient to carry out this adjustment request at the desired adjustment speed.
  • phase position between the inner rotor 23 and the outer rotor 22 leads to a pressure drop in the pressure medium system 37, under the pressure that usually prevails at idling speed.
  • the desired phase position can not be set or not fast enough and the performance parameters of the internal combustion engine 1, such as provided torque or raw emissions, deteriorate.
  • the pressure medium pump 38 must be dimensioned larger, whereby the space requirement, the cost and the fuel consumption of the internal combustion engine 1 are increased.
  • regulated pressure medium pumps 38 can be used, whereby, however, the costs and the control effort are further increased.
  • a pressure accumulator 43 is provided. In the illustrated embodiment, this opens between the check valve 42 and the control valve 40 in the third pressure medium line 41 p.
  • FIG. 3 shows a possible embodiment of a pressure accumulator 43, in the form of a spring accumulator. It would also be conceivable to use other pressure accumulators 43, Memory. It would also be conceivable to use other pressure accumulators 43, for example piston, bladder or diaphragm accumulators.
  • the pressure accumulator 43 comprises a pressure vessel 44, which communicates via an opening 45 with the third pressure medium line 41 p. Within the pressure vessel 44, a pressure piston 46 is arranged.
  • the pressure piston 46 acts on the one hand, a force that exerts the pressure medium from the third pressure medium line 41 p on this. This force urges the pressure piston 46 within the pressure vessel 44 away from the opening 45.
  • a spring 47 is provided which urges the pressure piston 46 in the direction of the opening 45.
  • the spring force increases with the distance of the pressure piston 46 to the opening 45.
  • the plunger 46 may assume any position between two stops 48a, b depending on the forces acting thereon.
  • the pressure piston 46 is executed cup-shaped, wherein on a cylindrical outer surface a sealing element 49 is arranged, which largely prevents a pressure medium flow between the front and the back of the pressure piston 46. Pressure medium, which has nevertheless penetrated into the space of the spring 47, can be removed via a vent opening 50 in the tank 39.
  • the spring 47 is installed under prestress in the pressure accumulator 43.
  • the pressure piston 46 is at unpressurized state of the third pressure medium line 41 p at the opening side (first) stop 48a ( Figure 3, upper section). Due to the bias of the spring 47, this state is maintained with increasing pressure until the pressure in the third pressure medium line 41p exceeds a first pressure value (minimum response pressure) at which the pressure piston 46 just does not lift off the first stop 48a.
  • the pressure piston 46 is displaced against the force of the spring 47 in the direction of the vent side (second) stop 48 b, wherein the pressure piston 46 at a certain second pressure value (minimum filling pressure ) abuts the second stop 48b ( Figure 3, lower section).
  • the pressure accumulator 43 is filled with pressure medium.
  • the maximum filling volume of the pressure accumulator 43 is the volume difference of the pressure medium present in the pressure accumulator 43 between the maximum and minimum distance of the pressure piston 46 from the first stop 48a.
  • the spring force acting on the pressure piston 46 increases due to the deflection of the spring 47 with increasing displacement of the pressure piston 46 in the direction of the second end stop 48b.
  • the spring 47 and the surface of the pressure piston 46, on which the pressure medium can act, are designed such that the minimum filling pressure of the pressure accumulator 43 is below the pressure prevailing in the third pressure medium line 41 p at idling of the internal combustion engine 1, wherein the Pressure is turned off, which is present at the normal operating temperature of the internal combustion engine 1.
  • the accumulator 43 is completely filled with pressure medium during the idling phases of the internal combustion engine 1.
  • the pressure in the pressure medium system 37 drops below the pressure which usually prevails during the idling phase until the minimum filling pressure of the pressure accumulator 43 is reached. If this pressure value is reached, the pressure accumulator 43 provides the stored pressure medium volume. The system pressure is kept constant or decreases more slowly. At the same time, the pressure medium system 37 is provided with an additional pressure medium volume, namely the filling volume of the pressure accumulator 43. In this case, the check valve prevents 42, this volume can flow back to the pressure medium pump 38.
  • the optimum phase angle of the inner rotor 23 to the outer rotor 22 is dependent on the one hand by the current speed of the internal combustion engine 1, on the other hand by the applied load. At each speed of the internal combustion engine 1, the optimum phase positions is in an angular range which is dependent on the present speed. The optimum phase angle within this range is determined by the applied load.
  • the filling volume of the pressure accumulator 43 corresponds to the volume that is supplied to the device 10 to perform the largest possible phase shift within the largest range at a constant speed. At least the filling volume of the pressure accumulator 43 must correspond to the volume which has to be supplied to the device 10 in order to carry out the largest possible phase jump within the range valid for the idling speed.
  • a locking mechanism 51 is provided which establishes a mechanical connection between the two rotors 22, 23.
  • 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 51 in this embodiment consists of a first and a second rotational angle limiting device 52, 53.
  • each of the rotational angle limiting devices 52, 53 comprises an axially displaceable engagement element, which in the specific embodiment is formed as a pin 54.
  • Each of the pins 54 is received in a bore of the inner rotor 23.
  • other engagement elements can be used, such as plates.
  • two receptacles 55 in the form of circumferential 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 54 is acted upon by means of a spring element 56 with a force in the direction of the first side cover 24.
  • the receptacle 55 of the first rotational angle limiting device 52 is embodied such that the phase position of the inner rotor 23 to the outer rotor 22, with the first rotational angle limiting device 52 locked, is limited to a region between a maximum early and the locking position.
  • the pin 54 of the first rotational angle limiting device 52 abuts against a stop formed circumferentially by the retainer 55, thereby preventing further displacement in the direction of later timing.
  • the receptacle 55 of the second rotation angle limiting device 53 is designed such that, when the second rotation angle limiting device 53 is locked, the phase angle of the inner rotor 23 to the outer rotor 22 is limited to a range between a maximum retarded position and the locking position.
  • the respective pin 54 is pushed back against the force of the spring element 56 into the bore and thus repealed the rotation angle limit.
  • they are receptacles 55 connected via control lines 57 each having one of the pressure chambers 35, 36. If the pressure in the pressure medium system 37 is below the pressure which is necessary in order to push the pins 54 back into the bore, a positive connection exists between the inner rotor 23 and the outer rotor 22. In these operating phases, no adjustment between the inner rotor 23 and the outer rotor 22 is provided, so that no additional pressure medium volume is needed.
  • the minimum response pressure of the accumulator 43 can be designed to be greater than the pressure which is necessary in order to convert the rotation angle limiting devices 52, 53 into the unlocked state.
  • the invention can also be used in an embodiment in which the rotation angle limiting devices 52, 53 are acted upon by a separate control line with pressure medium, which does not communicate with the pressure chambers 35, 36, but is directly connected to an additionally formed on the control valve 40 control port.
  • FIG. 4 shows a further embodiment of a device 10.
  • only one rotational angle limiting device 52 is provided here, which rotates the inner rotor 23 in a defined phase position (preferably in the maximum early or maximum retard position of the inner rotor 23)
  • External rotor 22, middle positions are also conceivable) with the outer rotor 22 can couple.
  • the receptacle 55 is not formed here as a groove in the circumferential direction, but as a recess which is adapted to the pin 54.

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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), einem Druckmittelsystem (37) und einem Druckspeicher (43), wobei die Druckkammer (35, 36) und der Druckspeicher (43) mit dem Druckmittelsystem (37) kommunizieren, wobei eine Phasenlage zwischen dem Abtriebselement (23) und dem Antriebselement (22) durch Druckmittelzufuhr zu bzw. Druckmittelabfuhr aus der Druckkammer (35, 36) über das Druckmittelsystem (37) veränderbar ist.

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, einem Druckmittelsystem und einem Druckspeicher, wobei die Druckkammer und der Druck- Speicher mit dem Druckmittelsystem kommunizieren, wobei eine Phasenlage zwischen dem Abtriebselement und dem Antriebselement durch Druckmittelzufuhr zu bzw. Druckmittelabfuhr aus der Druckkammer über das Druckmittelsystem veränderbar ist.
Hintergrund der Erfindung
In modernen Brennkraftmaschinen werden Vorrichtungen zur variablen Einstellung der Steuerzeiten von Gaswechselventilen eingesetzt, um die Phasenrelation zwischen Kurbelwelle und Nockenwelle in einem definierten Win- kelbereich, 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 EP 1 025 343 B1 bekannt. 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 um- fasst mehrere Druckräume, wobei jeder der Druckräume mittels eines Flügels in zwei gegeneinander wirkende Druckkammern unterteilt wird. Durch Druckmittelzufuhr zu bzw. Druckmittelabfuhr von den Druckkammern werden die FIu- gel 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 eines Druckmittelsystems gesteuert, das eine Druckmittelpumpe, einen Tank ein Steuerventil, und mehrere Druckmittelleitungen umfasst. Dabei verbindet eine Druckmittelleitung die Druckmittelpumpe mit dem Steuerventil. Jeweils eine Druckmittelleitung verbindet einen der Arbeitsanschlüsse des Steuerventils mit den Druckkammern.
Um die Funktion der Vorrichtung zu gewährleisten, muss der Druck im Druckmittelsystem in jeder Betriebsphase der Brennkraftmaschine einen bestimmten Wert übersteigen. Dies ist besonders in den Leerlaufphasen der Brennkraftmaschine kritisch, da die Druckmittelpumpe von der Kurbelwelle angetrieben wird und somit der Systemdruck mit der Drehzahl der Brennkraftmaschine ansteigt. Der von der Druckmittelpumpe bereitgestellte Systemdruck ist weiterhin von der Druckmitteltemperatur abhängig, wobei der Systemdruck bei steigender Temperatur sinkt. Somit muss die Druckmittelpumpe derart ausgelegt werden, dass diese unter den ungünstigsten Bedingungen ausreichend Systemdruck zur Verfügung stellt, um eine Verstellung der Phasenlage des Innenrotors zum Außenrotor zu gewährleisten.
Wird während einer Leerlaufphase der Brennkraftmaschine eine Verstellanforderung an die Vorrichtung gestellt, so sinkt mit Beginn des Verstellvorgangs auf Grund des höheren Druckmittelbedarfs der Systemdruck weiter ab. Dies kann dazu führen, dass der Verstellvorgang nur mit zu geringer Verstellgeschwindigkeit durchgeführt werden kann. Somit wird die Performanz der Brennkraftmaschine herabgesetzt, wobei es beispielsweise zu Einbußen bei dem bereitgestellten Drehmoment und erhöhten Rohemissionen kommen kann. Des Weiteren ist in der US 5,775,279 A eine weitere derartige Vorrichtung offenbart, in der ein Druckspeicher vorgesehen ist, der mit einer Druckmittellei- tung kommuniziert, die die Druckmittelpumpe mit dem Steuerventil verbindet. Dieser Druckspeicher dient dazu, während des Abstellens der Brennkraftmaschine den Innenrotor relativ zum Außenrotor gegen die Wechsel- und Schleppmomente der Nockenwelle in eine Basisposition zu verstellen. Diese Verstellung, die alleine durch das in dem Druckspeicher gespeicherte Druckmittel erfolgen soll, erfordert einen hohen Druck in dem Druckspeicher. Der Druckspeicher ist folglich derart ausgelegt, dass der Druck, bei dem der Druckspeicher vollständig befüllt ist, deutlich oberhalb des Drucks liegt, der im Leerlauf der Brennkraftmaschine im Druckmittelsystem vorherrscht. Sinkt die Drehzahl der Brennkraftmaschine, so entleert sich der Druckspeicher bevor die Leerlaufdrehzahl erreicht ist. Somit ist das zur Verfügung stehende Druckmit- telvolumen, das in Leerlaufphasen abgerufen werden kann, zu gering um eine Verstellung in diesen Phasen zu gewährleisten.
Aufgabe der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine Vorrichtung zur variablen Einstellung der Steuerzeiten von Gaswechselventilen einer Brennkraftmaschine zu schaffen, wobei ein funktionssicheres, zügiges Einstellen der Steuerzeiten in jeder Betriebsphase der Brennkraftmaschine sichergestellt werden soll, ohne die Druckmittelpumpe der Brennkraftmaschine größer dimensionieren zu müs- sen.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Druckspeicher derart ausgelegt ist, dass dessen minimaler Befülldruck kleiner als der Druck innerhalb des Druckmittelsystems bei Leerlaufdrehzahl der Brennkraftmaschine ist.
Dabei ist unter dem minimalen Befülldruck derjenige Systemdruck zu verstehen, bei dem das Druckmittelvolumen innerhalb des Druckspeichers sein Ma- ximum erreicht. Bei dem Druck innerhalb des Druckmittelsystems bei Leerlaufdrehzahl der Brennkraftmaschine ist auf den Druck abzustellen, der vorherrscht, wenn die Brennkraftmaschine Betriebstemperatur erreicht hat.
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 Phasen- läge zu einer Nockenwelle aufweist, beispielsweise mittels einer reib-, kraft- oder stoffschlüssigen Verbindung oder Schraubverbindung 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 An- triebselement 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 einer Vorrichtung vorgesehen sein, beispielsweise Vorrichtungen in Axialverstellerbauweise, in denen ein axial durch Druckmittel verschiebbarer Kolben mittels Schrägverzahnungen mit dem Abtriebselement und dem Antriebselement zusammenwirkt. Ebenfalls denkbar ist eine Ausführungsform, in der nur eine der gegeneinander wirkenden Druckkammern mit Druckmittel beaufschlagt wird, während eine Verstellung der Phasenlage in die andere Richtung mittels eines oder mehrerer Federelementen bewirkt wird.
Die Vorrichtung weist einen Verriegelungsmechanismus auf, der eine mechanische, beispielsweise formschlüssige, Kopplung des Abtriebselements zum Antriebselement 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 Abthebselements 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 als 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 Hydraulikmittelsystem insbesondere einer der Druckmittelleitung kommuniziert. Dabei kann der Druckspeicher in eine Druckmittelleitung münden, die die Druckmittelpumpe mit dem Steuerventil oder das Steuerventil mit den Druckkammern verbindet.
Der Druckspeicher kann beispielsweise als Federspeicher, Kolbenspeicher, Membranspeicher, Blasenspeicher oder Tellerfederspeicher ausgebildet sein.
Wird der Ansprechdruck des Druckspeichers (Druck bei dem die Befüllung des Druckspeichers beginnt) kleiner gewählt, als der Druck innerhalb des Druckmittelsystems bei Leerlaufdrehzahl der Brennkraftmaschine, so erfolgt während des Betriebs der Brennkraftmaschine eine Befüllung des Druckspeichers. Ist der minimale Befülldruck des Druckspeichers ebenfalls kleiner gewählt als der Systemdruck bei Leerlaufdrehzahl, so ist der Druckspeicher selbst bei Leerlaufdrehzahl vollständig mit Druckmittel befüllt. Erfolgt nun eine Verstellanforderung an die Vorrichtung sinkt der Systemdruck des Druckmittelsystems unter den minimalen Befülldruck ab und der Druckspeicher beginnt sich zu entleeren. Somit wird das Druckniveau im Druckmittelsystem der Vorrichtung auf einem höheren Druckniveau gehalten und es wird eine zusätzliche Druckmittelmenge bereitgestellt. Somit kann die Druckmittelpumpe derart ausgelegt werden, dass dessen Fördermenge und Förderdruck bei Leerlaufdrehzahl der Brennkraftmaschine bei Vorliegen der Betriebstemperatur gerade ausreicht um eine Winkel- position zu halten. Bei einer Verstellanforderung unterstützt der Druckspeicher die Verstellung. Somit kann die Funktion der Vorrichtung gesichert werden, ohne die Druckmittelpumpe größer auslegen zu müssen.
In einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Vorrichtung eine Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung aufweist, die eine Aufnahme und zumindest ein in Richtung der Aufnahme kraftbeaufschlagtes Eingriffselement aufweist, wobei die Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung in einem eingeriegelten Zustand, in dem das Eingriffselement in die Aufnahme eingreift, die Phasenlage des Abtriebselements relativ zum Antriebselement zumindest auf einen Winkelbereich begrenzt, wobei die Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung durch Druckmittelbeaufschlagung der Aufnahme in einen entriegelten Zustand überführt werden kann und wobei der minimale Ansprechdruck des Druckspeichers größer ist, als der minimale Ansprechdruck der Drehwinkelbegrenzungsvorrich- tung.
Während der Betriebsphasen in der der Systemdruck des Druckmittelsystems unterhalb des minimalen Ansprechdrucks der Drehwinkelbegrenzungsvorrich- tungen liegt, beispielsweise während der Startphase der Brennkraftmaschine, befinden sich die Drehwinkelbegrenzungsvorrichtungen in dem verriegelten Zustand. Somit besteht eine formschlüssige, drehfeste Verbindung zwischen dem Abtriebselement und dem Antriebselement und Veränderungen der Phasenlage der Bauteile zueinander sind nicht vorgesehen. In diesen Phasen ist somit eine Unterstützung des Druckmittelsystems durch den Druckspeicher nicht notwendig. Erst wenn der Systemdruck ausreicht die Drehwinkelbegren- zungsvorrichtungen in einen entriegelten Zustand zu überführen, kann eine Verstellung der Phasenlage erfolgen. Wird der minimale Ansprechdruck des Druckspeichers derart gewählt, dass dieser höher liegt als der minimale An- sprechdruck der Drehwinkelbegrenzungsvorrichtungen, so steht das gesamte Befüllvolumen des Druckspeicher dem System innerhalb eines schmalen Druckbandes unterhalb des Drucks der bei Leerlauf der Brennkraftmaschine herrscht dem Druckmittelsystem zur Verfügung. Somit erfolgt bei einer Verstellanforderung bei Leerlaufdrehzahl, die an die Vorrichtung gerichtet ist, eine plötzliche und vollständige Entleerung des Druckspeichers. Dies gewährleistet eine prompte und vollständige Reaktion der Vorrichtung auf die Verstellanforderung.
In einer Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das Druck- mittelsystem ein Steuerventil, eine Druckmittelpumpe und mehrere Druckmittelleitungen aufweist, wobei das Steuerventil zumindest einen Zulaufanschluss und zumindest einen Arbeitsanschluss aufweist, wobei eine erste Druckmittelleitung den Arbeitsanschluss mit der Druckkammer verbindet, wobei eine weitere Druckmittelleitung die Druckmittelpumpe mit dem Zulaufanschluss verbindet und wobei der Druckspeicher stromaufwärts des Steuerventils in die weitere Druckmittelleitung mündet. Somit kommuniziert der Druckspeicher in jeder Betriebsphase der Brennkraftmaschine direkt mit der Druckmittelpumpe. Des Weiteren können Verstellanforderungen sowohl in Richtung früher als auch später Steuerzeiten realisiert werden. Dazu muss lediglich die geeignete Steuerstel- lung des Steuerventil eingestellt werden.
Des Weiteren kann vorgesehen sein, dass in dem Druckmittelsystem stromaufwärts der Position, an der der Druckspeicher in das Druckmittelsystem mündet, ein Rückschlagventil angeordnet ist, das an dieser Stelle lediglich einen Druckmittelfluss in Richtung der Mündungsposition des Druckspeichers zulässt. Dadurch wird verhindert, dass das von dem Druckspeicher gelieferte Druckmittel zur Druckmittelpumpe zurückströmt. Somit steht das gesamte Druckmittelvolumen des Druckspeichers zur Phasenverstellung zur Verfügung. In einer Konkretisierung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Druckspeicher innerhalb einer Nockenwelle angeordnet ist. Dies ist besonders vorteilhaft in Anwendungen, in denen die Nockenwelle hohl ausgebildet ist. Somit kann der Druckspeicher Einsatz finden, ohne den Bauraumbedarf der Brennkraftmaschi- ne zu erhöhen. Des Weiteren wird dadurch ein minimaler Abstand zwischen dem Druckspeicher und der Vorrichtung realisiert und somit das Ansprechverhalten verbessert.
Vorteilhafterweise entspricht das Volumen des Druckspeichers zumindest dem Volumen, dass der Vorrichtung zugeführt werden muss um eine Verstellung zu ermöglichen, die einer maximalen zulässigen Phasendifferenz bei einer konstanten Drehzahl entspricht. Somit ist sichergestellt, dass während einer Verstellung bei Leerlaufdrehzahl ausreichend Druckmittel für die Verstellung zur Verfügung steht.
In einer Konkretisierung der Erfindung wird vorgeschlagen den minimale Be- fülldruck des Druckspeichers kleiner 1 bar zu wählen. Des Weiteren kann vorgesehen sein den minimalen Ansprechdruck des Druckspeichers größer als 0,3 bar zu wählen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Be- Schreibung 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 Gaswechselventilen einer Brennkraftmaschine incl. einem angeschlossenen Hydraulikkreislauf, Figur 2b einen Längsschnitt durch die Vorrichtung aus Figur 2a entlang der Linie MB-IIB,
Figur 3 einen Längsschnitt durch einen Druckspeicher,
Figur 4 eine Draufsicht auf eine weitere erfindungsgemäße Ausführungs- form einer Vorrichtung zur Veränderung der Steuerzeiten von Gaswechselventilen einer Brennkraftmaschine incl. einem ange- schlossenen Hydraulikkreislauf.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
In Figur 1 ist eine Brennkraftmaschine 1 skizziert, wobei ein auf einer Kurbel- welle 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 No- ckenwellen 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 axialen 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 Mantel- fläche sich in der dargestellten Ausführungsform fünf Flügel 27 in radialer Richtung nach außen erstrecken. Die Flügel 27 sind separat zum Innenrotor 23 ausgebildet und in Flügelnuten 28 angeordnet, die an dem Nabenelement 26 ausgebildeten sind. Die Flügel 27 werden mittels Flügelfedern 27a, die zwi- sehen 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 Ausfüh- rungsform sind die Vorsprünge 30 einteilig mit der Umfangswand 29 ausgebildet. 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 an- geordnet, mittels welchem über einen nicht dargestellten Kettentrieb Drehmoment von der Kurbelwelle 2 auf den Außenrotor 22 übertragen werden kann.
Je einer der Seitendeckel 24, 25 ist an einer der axialen Seitenflächen des Gehäuses 22a angeordnet und drehfest an diesem fixiert. Zu diesem Zweck ist in jedem Vorsprung 30 eine Axialöffnung vorgesehen, die von einem Befestigungselement 32, beispielsweise 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 Umfangsrichtung be- nachbarten 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 dadurch begrenzt, dass die Flügel 27 an je einer korrespondierenden Begren- zungswand 34 (Frühanschlag 34a) der Druckräume 33 zum Anliegen kommen. 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. Ebenso denkbar sind Ausführungsformen, in denen jeweils nur ein oder einige der Flügel 27 an den Endanschlägen 34a, b zum Anliegen kommen. Alternativ kann der Verdrehwinkel beispielsweise mittels eines Pins, der in eine Nut eingreift begrenzt werden.
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 37 vorgesehen, welches eine Druckmittelpumpe 38, einen Tank 39, ein Steuerventil 40 und mehrere Druckmittelleitungen 41 a,b,p umfasst. Das Steuerventil 40 weist einen Zulaufanschluss P, einen Tankan- schluss T und zwei Arbeitsanschlüsse A, B. Die erste Druckmittelleitung 41 a verbindet den ersten Arbeitsanschluss A mit den ersten Druckkammern 35. Die zweite Druckmittelleitung 41 b verbindet den zweiten Arbeitsanschluss B mit den zweiten Druckkammern 36. Die dritte Druckmittelleitung 41 p verbindet die Druckmittelpumpe 38 mit dem Zulaufanschluss P. Im Falle eines Steuerventils 40, welches in der Axialöffnung 31 der Vorrichtung 10 angeordnet ist, erstrecken sich die Druckmittelleitungen 41 a,b im Innenrotor 23. Diese können bei- spielsweise als Bohrungen oder radial verlaufende Nuten in den axialen Seitenflächen ausgebildet sein. Im Falle von Steuerventilen 40, welche in einer Aufnahme außerhalb der Vorrichtung 10 aufgenommen sind, beispielsweise einem Zylinderkopf, umfassen die Druckmittelleitung 41 a,b zusätzliche Hydrau- likmittelwege, die das Steuerventil 40 mit den an dem Innenrotor 23 ausgebildeten Bohrungen oder Nuten verbinden.
Von der Druckmittelpumpe 38 gefördertes Druckmittel wird über die dritte Druckmittelleitung 41 p, in der ein Rückschlagventil 42 angeordnet ist, dem Steuerventil 40 zugeführt. Je nach Steuerzustand des Steuerventils 40 wird die dritte Druckmittelleitung 41 p mit der ersten Druckmittelleitung 41 a, der zweiten Druckmittelleitung 41 b oder mit beiden bzw. keiner der Druckmittelleitungen 41 a,b verbunden.
Um die Steuerzeiten (Öffnungs- und Schließzeitpunkte) der Gaswechselventile 9a, 9b in Richtung früh zu verschieben, wird das dem Steuerventil 40 über die dritte Druckmittelleitung 41 p zugeführte Druckmittel über die erste Druckmittelleitung 41 a zu den ersten Druckkammern 35 geleitet. Gleichzeitig gelangt Druckmittel aus den zweiten Druckkammern 36 über die zweite Druckmittellei- tung 41 b zum Steuerventil 40 und wird in den Tank 39 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 40 über die dritte Druckmittelleitung 41 p zugeführte Druckmittel über die zweite Druckmittelleitung 41 b zu den zweiten Druckkammern 36 geleitet. Gleichzeitig gelangt Druckmittel aus den ersten Druckkammern 35 über die erste Druckmittelleitung 41 a zum Steuerventil 40 und wird in den Tank 39 ausgestoßen. Dadurch werden die Flügel 27 in Rich- tung 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 sämtli- chen 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.
Bei der Auslegung der Druckmittelpumpe 38 muss berücksichtigt werden, dass der bereitgestellte Druck innerhalb des Druckmittelsystems 37 in jedem Betriebszustand der Brennkraftmaschine 1 ausreicht, eine Phasenverstellung zu gewährleisten. Da die Druckmittelpumpe 38 von der Kurbelwelle 2 angetrieben wird, ist der bereitgestellte Druck, bzw. der bereitgestellte Druckmittelvolumenstrom von der Drehzahl der Brennkraftmaschine 1 abhängig. Somit müssen die Druckverhältnisse bei niedrigen Drehzahlen, vor allem im Leerlauf der Brennkraftmaschine 1 , berücksichtigt werden. Wird während einer Leerlaufphase der Brennkraftmaschine 1 von deren Steu- ergerät eine Verstellung der Phasenlage angeordnet, so kann das von der Druckmittelpumpe 38 bereitgestellte Druckmittelvolumen nicht ausreichen, um diese Verstellanforderung in der gewünschten Verstellgeschwindigkeit auszuführen. Eine anfängliche Verstellung der Phasenlage zwischen dem Innenrotor 23 und dem Außenrotor 22 führt zu einem Druckabfall im Druckmittelsystem 37, unter den Druck, der bei Leerlaufdrehzahl üblicherweise herrscht. Somit kann die gewünschte Phasenlage nicht bzw. nicht schnell genug eingestellt werden und die Leistungsparameter der Brennkraftmaschine 1 , wie bereitgestelltes Drehmoment oder Rohemissionen, verschlechtern sich. Um dies zu verhindern muss die Druckmittelpumpe 38 größer dimensioniert werden, wodurch der Bauraumbedarf, die Kosten und der Kraftstoffverbrauch der Brennkraftmaschine 1 erhöht werden. Um den Kraftstoffverbrauch zu senken können geregelte Druckmittelpumpen 38 eingesetzt werden, wodurch allerdings die Kosten und der Regelaufwand weiter erhöht werden.
Um diese Nachteile zu vermeiden, ist ein Druckspeicher 43 vorgesehen. In der dargestellten Ausführungsform mündet dieser zwischen dem Rückschlagventil 42 und dem Steuerventil 40 in die dritte Druckmittelleitung 41 p. Figur 3 zeigt eine mögliche Ausführungsform eines Druckspeichers 43, in Form eines Federspeichers. Ebenso denkbar wäre der Einsatz anderer Druckspeicher 43, Speichers. Ebenso denkbar wäre der Einsatz anderer Druckspeicher 43, beispielsweise von Kolben-, Blasen- oder Membranspeichern. Der Druckspeicher 43 umfasst einen Druckbehälter 44, der über eine Öffnung 45 mit der dritten Druckmittelleitung 41 p kommuniziert. Innerhalb des Druckbe- hälters 44 ist ein Druckkolben 46 angeordnet. Auf den Druckkolben 46 wirkt zum einen eine Kraft, die das Druckmittel aus der dritten Druckmittelleitung 41 p auf diesen ausübt. Diese Kraft drängt den Druckkolben 46 innerhalb des Druckbehälters 44 von der Öffnung 45 weg. Zusätzlich ist auf der der Öffnung 45 abgewandten Seite des Druckkolbens 46 eine Feder 47 vorgesehen, die den Druckkolben 46 in Richtung der Öffnung 45 drängt. Dabei steigt die Federkraft mit dem Abstand des Druckkolbens 46 zur Öffnung 45 an. Der Druckkolben 46 kann abhängig von den Kräften, die auf diesen wirken, jede Position zwischen zwei Anschlägen 48a, b einnehmen. In der dargestellten Ausführungsform ist der Druckkolben 46 topfförmig ausge- führt, wobei an einer zylindrischen Außenmantelfläche ein Dichtelement 49 angeordnet ist, welches einen Druckmittelfluss zwischen der Vorder- und der Rückseite des Druckkolbens 46 weitgehend verhindert. Druckmittel, welches dennoch in den Raum der Feder 47 eingedrungen ist, kann über eine Entlüftungsöffnung 50 in den Tank 39 abgeführt werden.
Die Feder 47 ist unter Vorspannung in dem Druckspeicher 43 eingebaut. Somit liegt der Druckkolben 46 bei drucklosem Zustand der dritten Druckmittelleitung 41 p an dem öffnungsseitigen (ersten) Anschlag 48a an (Figur 3, oberer Abschnitt). Aufgrund der Vorspannung der Feder 47 wird dieser Zustand bei stei- gendem Druck solange beibehalten, bis der Druck in der dritten Druckmittelleitung 41 p einen ersten Druckwert (minimaler Ansprechdruck) übersteigt, bei dem der Druckkolben 46 gerade noch nicht von dem ersten Anschlag 48a abhebt. Übersteigt der Druck in der dritten Druckmittelleitung 41 b den minimalen Ansprechdruck des Druckspeichers 43, so wird der Druckkoben 46 gegen die Kraft der Feder 47 in Richtung des entlüftungsseitigen (zweiten) Anschlags 48b verschoben, wobei der Druckkolben 46 bei einem gewissen zweiten Druckwert (minimaler Befülldruck) an dem zweiten Anschlag 48b zum Anliegen kommt (Figur 3, unterer Abschnitt). Während der Verschiebung des Druckkolbens 46 vom ersten zum zweiten Anschlag 48a, b wird der Druckspeicher 43 mit Druckmittel befüllt. Dabei ist das maximale Befüllvolumen des Druckspeichers 43 die Volumendifferenz des in dem Druckspeicher 43 vorhandenen Druckmittels zwischen der maximalen und minimalen Entfernung des Druckkolbens 46 von dem ersten Anschlag 48a. Die Federkraft, die auf den Druckkolben 46 wirkt nimmt auf Grund der Auslenkung der Feder 47 mit zunehmender Verschiebung des Druckkolbens 46 in Richtung des zweiten Endanschlags 48b zu.
Die Feder 47 und die Fläche des Druckkolbens 46, auf den das Druckmittel wirken kann, sind derart ausgelegt, dass der minimale Befülldruck des Druckspeichers 43 unterhalb des Druckes liegt, der in der dritten Druckmittelleitung 41 p bei Leerlauf der Brennkraftmaschine 1 herrscht, wobei auf den Druck abgestellt wird, der bei der normalen Betriebstemperatur der Brennkraftmaschine 1 vorliegt. Somit ist der Druckspeicher 43 während der Leerlaufphasen der Brennkraftmaschine 1 vollständig mit Druckmittel befüllt.
Wird von dem Motorsteuergerät eine Verstellanforderung an die Vorrichtung 10 gestellt, so fällt der Druck im Druckmittelsystem 37 unter den Druck, der während der Leerlaufphase üblicherweise vorherrscht, bis der minimale Befülldruck des Druckspeichers 43 erreicht wird. Wird dieser Druckwert erreicht, so stellt der Druckspeicher 43 das gespeicherte Druckmittelvolumen bereit. Der Systemdruck wird konstant gehalten bzw. fällt langsamer ab. Gleichzeitig wird dem Druckmittelsystem 37 ein zusätzliches Druckmittelvolumen, nämlich das Befüllvolumen des Druckspeichers 43, zur Verfügung gestellt. Dabei verhindert das Rückschlagventil 42, das dieses Volumen zur Druckmittelpumpe 38 zurückfließen kann.
Die optimale Phasenlage des Innenrotors 23 zum Außenrotor 22 ist zum einen von der aktuellen Drehzahl der Brennkraftmaschine 1 , zum anderen von der anliegenden Last abhängig. Bei jeder Drehzahl der Brennkraftmaschine 1 befindet sich die optimale Phasenlagen in einem Winkelbereich der von der vorliegenden Drehzahl abhängig ist. Die optimale Phasenlage innerhalb dieses Bereichs wird durch die anliegende Last bestimmt. Dabei sind die Bereiche der Phasenlagen, in denen bei konstanter Drehzahl die optimale Phasenlage liegt, bei verschiedenen Drehzahlen unterschiedlich groß und gegeneinander verschoben. Des Weiteren sind diese Bereiche kleiner als der maximale Verstellbereich der Vorrichtung 10. Um funktionssicher eine Verstellung der Vorrich- tung 10 zu jedem Zeitpunkt zu gewährleisten, ist vorgesehen, dass das Befüll- volumen des Druckspeichers 43 dem Volumen entspricht, das der Vorrichtung 10 zugeführt werden muss um den größtmöglichen Phasensprung innerhalb des größten Bereichs bei einer konstanten Drehzahl durchzuführen. Zumindest muss das Befüllvolumen des Druckspeichers 43 dem Volumen entsprechen, das der Vorrichtung 10 zugeführt werden muss um den größtmöglichen Phasensprung innerhalb für die Leerlaufdrehzahl gültigen Bereichs durchzuführen.
Während des Starts der Brennkraftmaschine 1 steigt der Systemdruck mit der Drehzahl der Kurbelwelle 2 an. Somit liegt anfänglich nicht genügend System- druck 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 51 vorgesehen, der eine mechanische Verbindung zwischen den beiden Rotoren 22, 23 herstellt.
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 Frühanschlag 34a und dem Spätanschlag 34b befinden.
Der Verriegelungsmechanismus 51 besteht in dieser Ausführungsform aus einer ersten und einer zweiten Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung 52, 53. In der dargestellten Ausführungsform umfasst jede der Drehwinkelbegrenzungsvor- richtungen 52, 53 ein axial verschiebbaren Eingriffselement, das in der konkre- ten Ausführungsform als Stift 54 ausgebildet ist. Jeder der Stifte 54 ist in einer Bohrung des Innenrotors 23 aufgenommen. Neben Stiften 54 können auch andere Eingriffelemente Einsatz finden, beispielsweise Platten. Des Weiteren sind in dem ersten Seitendeckel 24 zwei Aufnahmen 55 in Form von in Umfangsrichtung verlaufenden Nuten ausgebildet. Diese sind in Figur 2a in Form von unterbrochenen Linien angedeutet. Jeder der Stifte 54 wird mittels eines Federelements 56 mit einer Kraft in Richtung des ersten Seiten- deckeis 24 beaufschlagt. Nimmt der Innenrotor 23 zum Außenrotor 22 eine Position ein, in der ein Stift 54 in axialer Richtung der zugehörigen Aufnahme 55 gegenübersteht, so wird dieser in die Aufnahme 55 gedrängt und die jeweilige Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung 52, 53 von einem entriegelten in einen eingeriegelten Zustand überführt. Dabei ist die Aufnahme 55 der ersten Dreh- Winkelbegrenzungsvorrichtung 52 derart ausgeführt, dass die Phasenlage des Innenrotors 23 zum Außenrotor 22, bei eingeriegelter erster Drehwinkelbe- grenzungsvorrichtung 52, 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 54 der ersten Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung 52 an einem in Umfangsrichtung durch die Aufnahme 55 ausgebildeten Anschlag an, wodurch ein weiteres Verstellen in Richtung späterer Steuerzeiten verhindert wird. Analog ist die Aufnahme 55 der zweiten Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung 53 derart ausgelegt, dass bei eingeriegelter zweiter Drehwinkelbegrenzungsvor- richtung 53 die Phasenlage des Innenrotors 23 zum Außenrotor 22 auf einen Bereich zwischen einer maximalen Spätposition und der Verriegelungsposition beschränkt ist. Befinden sich beide Drehwinkelbegrenzungsvorrichtungen 52, 53 im eingeriegelten Zustand, so ist eine drehfeste mechanische Kopplung zwischen den Innenrotor 23 und dem Außenrotor 22 hergestellt.
Um die Drehwinkelbegrenzungsvorrichtungen 52, 53 von dem eingeriegelten in den entriegelten Zustand zu überführen ist vorgesehen, dass die jeweilige Aufnahme 55 mit Druckmittel beaufschlagt wird. Dadurch wird der jeweilige Stift 54 entgegen der Kraft des Federelements 56 in die Bohrung zurückgedrängt und somit die Drehwinkelbegrenzung aufgehoben. In der dargestellten Ausführungsform sind sie Aufnahmen 55 über Steuerleitungen 57 mit jeweils einer der Druckkammern 35, 36 verbunden. Liegt der Druck in dem Druckmittelsystem 37 unterhalb des Drucks, der nötig ist, um die Stifte 54 in die Bohrung zurückzudrängen, so liegt eine formschlüssige Verbindung zwischen dem Innenrotor 23 und dem Außenrotor 22 vor. In diesen Betriebsphasen ist keine Verstellung zwischen dem Innenrotor 23 und dem Außenrotor 22 vorgesehen, so dass kein zusätzliches Druckmittelvolumen benötigt wird. Somit kann der minimale Ansprechdruck des Druckspeichers 43 größer als der Druck ausgelegt werden, der nötig ist um die Drehwinkelbegren- zungsvorrichtungen 52, 53 in den entriegelten Zustand zu überführen.
Die Erfindung kann auch Einsatz in einer Ausführungsform finden, in der die Drehwinkelbegrenzungsvorrichtungen 52, 53 mittels einer separaten Steuerleitung mit Druckmittel beaufschlagt werden, die nicht mit den Druckkammern 35, 36 kommuniziert, sondern direkt mit einen zusätzlich am Steuerventil 40 ausgebildeten Steueranschluss verbunden ist.
Figur 4 zeigt eine weitere Ausführungsform einer Vorrichtung 10. Im Unterschied zu den ersten beiden Ausführungsformen ist hier nur eine Drehwinkel- begrenzungsvorrichtung 52 vorgesehen, die den Innenrotor 23 in einer definierten Phasenlage (bevorzugt in der maximalen Früh- oder der maximalen Spätstellung des Innenrotors 23 zum Außenrotor 22, mittlere Positionen sind aber ebenfalls denkbar) mit dem Außenrotor 22 koppeln kann. Zu diesem Zweck ist die Aufnahme 55 hier nicht als Nut in Umfangsrichtung, sondern als Ausnehmung ausgebildet, die dem Stift 54 angepasst ist.
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 Flügelfedern
28 Flügelnuten
29 Umfangswand
30 Vorsprung
31 Axialöffnung
32 Befestigungselement
33 Druckraum
34 Begrenzungswand
34a Frühanschlag
34b Spätanschlag
35 erste Druckkammer 36 zweite Druckkammer
37 Druckmittelsystem
38 Druckmittelpumpe
39 Tank
40 Steuerventil
41 a erste Druckmittelleitung
41 b zweite Druckmittelleitung
41 p dritte Druckmittelleitung
42 Rückschlagventil
43 Druckspeicher
44 Druckbehälter
45 Öffnung
46 Druckkolben
47 Feder
48a erster Anschlag
48b zweiter Anschlag
49 Dichtelement
50 Entlüftungsöffnung
51 Verriegelungsmechanismus
52 Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung
53 Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung
54 Stift
55 Aufnahme
56 Federelement
57 Steuerleitung
A erster Arbeitsanschluss
B zweiter Arbeitsanschluss
P Zulaufanschluss
T Ablaufanschluss

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), einem Druckmittelsystem (37) und einem Druckspeicher (43),
- wobei die Druckkammer (35, 36) und der Druckspeicher (43) mit dem Druckmittelsystem (37) kommunizieren, - wobei eine Phasenlage zwischen dem Abtriebselement (23) und dem Antriebselement (22) durch Druckmittelzufuhr zu bzw. Druckmittelabfuhr aus der Druckkammer (35, 36) über das Druckmittelsystem (37) veränderbar ist,
- dadurch gekennzeichnet, dass der Druckspeicher (43) derart ausgelegt ist, dass dessen minimaler Befülldruck kleiner als der Druck innerhalb des Druckmittelsystems (37) bei Leerlaufdrehzahl der Brennkraftmaschine (1 ) ist.
2. Vorrichtung (10) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (10) eine Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung (52, 53) aufweist, die eine Aufnahme (55) und zumindest ein in Richtung der Aufnahme (55) kraftbeaufschlagtes Eingriffselement (54) aufweist, wobei die Drehwinkelbe- grenzungsvorrichtung (52, 53) in einem eingeriegelten Zustand, in dem das Eingriffselement (54) in die Aufnahme (55) eingreift, die Phasenlage des Abtriebselements (23) relativ zum Antriebselement (22) zumindest auf einen Winkelbereich begrenzt, wobei die Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung (52, 53) durch Druckmittelbeaufschlagung der Aufnahme (55) in einen entriegelten Zustand überführt werden kann und wobei der minimale Ansprechdruck des Druckspeichers (43) größer ist, als der minimale Ansprechdruck der Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung (52, 53).
3. Vorrichtung (10) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Druckmittelsystem (37) ein Steuerventil (40), eine Druckmittelpumpe (38) und mehrere Druckmittelleitungen (41 a,b,p) aufweist, wobei das Steuerven- til (40) zumindest einen Zulaufanschluss (P) und zumindest einen Arbeits- anschluss (A, B) aufweist, wobei eine erste Druckmittelleitung (41 a,b) den Arbeitsanschluss (A, B) mit der Druckkammer (35, 36) verbindet, wobei eine weitere Druckmittelleitung (41 p) die Druckmittelpumpe (38) mit dem Zulauf- anschluss (P) verbindet und wobei der Druckspeicher (43) stromaufwärts des Steuerventils (40) in die weitere Druckmittelleitung (41 p) mündet.
4. Vorrichtung (10) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass in dem Druckmittelsystem (37) stromaufwärts der Position, an der der Druckspei- eher (43) in das Druckmittelsystem (37) mündet, ein Rückschlagventil (42) angeordnet ist, das an dieser Stelle lediglich einen Druckmittelfluss in Richtung der Mündungsposition des Druckspeichers (43) zulässt.
5. Vorrichtung (10) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Druckspeicher (43) innerhalb einer Nockenwelle (6, 7) angeordnet ist.
6. Vorrichtung (10) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Volumen des Druckspeichers (43) zumindest dem Volumen entspricht, dass der Vorrichtung (10) zugeführt werden muss um eine Verstellung zu ermög- liehen, die einer maximalen zulässigen Phasendifferenz bei einer Drehzahl entspricht.
7. Vorrichtung (10) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der minimale Befülldruck des Druckspeichers (43) kleiner als 1 bar ist.
8. Vorrichtung (10) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der minimale Ansprechdruck des Druckspeicher (43) größer als 0,3 bar ist.
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