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 und einem Volumenspeicher wobei das Abtriebselement drehbar zu dem Antriebselement angeordnet ist, und die Druckkammer zumindest teilweise von diesen Bauteilen begrenzt wird, wobei eine Phasenlage zwischen dem Abtriebselement und dem Antriebselement durch Druckmittelzufuhr zu bzw Druckmittelabfuhr aus der Druckkammer variabel einstellbar ist wobei Druckmittelleitungen vorgesehen sind über die der Druckkammer Druckmittel zugeführt oder aus dieser abge- fuhrt werden kann, wobei der Volumenspeicher zumindest ein Gehäuse und ein dann verlagerbares Trennelement aufweist, das einen Vorratsraum, der mit einer der Druckmittelleitungen kommuniziert von einem entlüfteten Komple- mentarraum trennt, wobei durch Druckmittelbeaufschlagung des Vorratsraums das Trennelement derart in dem Gehäuse verlagert wird, dass das Volumen des Vorratsraums auf Kosten des Komplementarraums zunimmt

Hintergrund der Erfindung In modernen Brennkraftmaschinen werden Vorrichtungen zur variablen Einstellung der Steuerzeiten von Gaswechselventilen eingesetzt, um die Phasenlage einer Nockenwelle relativ zu einer Kurbelwelle in einem definierten Winkelbe- reich, zwischen einer maximalen Früh- und einer maximalen Spatposition, van- abel 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 DE 10 2007 041 552 A1 bekannt. Die Vorrichtung umfasst eine Phasenstelleinrichtung mit einem Antriebselement, welches in Antriebsverbindung mit der Kurbelwelle steht, und einem Abtriebselement, das drehfest mit der Nockenwelle verbunden ist. Dar- über hinaus umfasst die Phasenstelleinrichtung 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 Flügel innerhalb der Druckräume verschoben, wodurch eine Änderung der Phasenlage zwischen dem Abtπebsele- ments und dem Antriebselement erfolgt.

Der Druckmittelzufluss zu, bzw. der Druckabfluss von den Druckkammern wird mittels eines Hydraulikkreislaufs gesteuert, der eine Druckmittelpumpe, ein Druckmittelreservoir, ein Steuerventil, und mehrere Druckmittelleitungen um- fasst. Das Steuerventil weist mehrere Druckmittelanschlüsse auf, wobei eine Druckmittelleitung die Druckmittelpumpe mit dem Steuerventil verbindet. Jeweils eine weitere Druckmittelleitung verbindet einen der Arbeitsanschlüsse des Steuerventils mit jeweils einer Gruppe der gegeneinander wirkenden Druckkammern.

Während des Betriebs der Brennkraftmaschine wirken auf die Nockenwelle Wechseldrehmomente, die durch das Abwälzen der Nocken auf den mit jeweils einer Ventilfeder vorgespannten Gaswechselventilen verursacht werden. Diese Drehmomente werden auf die Phasenstelleinrichtung übertragen und wirken sich bremsend bzw. beschleunigend auf die Verstellgeschwindigkeit der Phasenlage aus. Dabei wird während des Öffnens des Gaswechselventils eine Phasenverstellung in Richtung später Steuerzeiten und während des Schlie- ßens des Gaswechselventils eine Phasenverstellung in Richtung früher Steuerzeiten unterstützt. Während der Phasen, in denen die Wechseldrehmomente Zeiten unterstutzt Wahrend der Phasen, in denen die Wechseldrehmomente die Phasenverstellung unterstutzen, steigt der Druckmittelbedarf der Phasenstelleinrichtung rapide an und kann den von der Druckmittelpumpe geforderten Volumenstrom übersteigen In diesem Fall wird die Phasenverstellgeschwin- digkeit nicht durch das unterstutzende Wechseldrehmoment, sondern durch den Volumenstrom der Druckmitte I pumpe bestimmt In diesem Fall kann der unterstutzende Beitrag der Wechseldrehmomente nicht voll ausgeschöpft werden Dieser negative Effekt tritt umso deutlicher auf, je kleiner die Druckmittelpumpe dimensioniert ist

Um die Funktion der Phasenstelleinπchtung zu gewährleisten, muss die Druckmittelpumpe in jeder Betriebsphase der Brennkraftmaschine den von der Phasenstelleinrichtung benotigten Volumenstrom liefern Zu diesem Zweck ist in der DE 10 2007 041 552 A1 ein Volumenspeicher vorgesehen, der mit der Druckmittelleitung kommuniziert die die Druckmittelpumpe mit dem Steuerventil verbindet In Phasen in denen der Druckmittelbedarf der Phasenstelleinrichtung geringer als das von der Druckmittelpumpe geforderte Druckmittelvolumen ist, befullt sich der Volumenspeicher Dabei wird ein Kolben innerhalb eines Gehäuses gegen einen Kraftspeicher, in der dargestellten Ausfuhrungsform eine Druckfeder, verschoben In diesen Phasen wird der Kraftspeicher gespannt, d h der Kraftspeicher nimmt einen Energiebetrag auf der dem Hydrauliksystem wieder zugeführt werden kann Sinkt der Systemdruck, so entleert sich der Volumenspeicher unter dem Einfluss des sich entspannenden Kraftspeichers in den Hydraulikkreislauf und unterstutzt somit die Phasenverstel- lung der Nockenwelle relativ zu der Kurbelwelle

Nachteilig an der dargestellten Ausfuhrungsform ist, dass auf Grund der gespannten Druckfeder die Entleerung des Volumenspeichers bereits zu einem Zeitpunkt beginnt, zu dem der von der Druckmittelpumpe gelieferte Volumenstrom ausreicht um die Verstellung zu gewahrleisten Das in dieser Phase aus dem Volumenspeicher verdrängte Druckmittelvolumen steht in den Phasen der Mangelversorgung der Phasenstelleinπchtung nicht mehr zur Verfugung Aufgabe der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine Vorrichtung zur variablen Einsteilung der Steuerzeiten von Gaswechselventilen einer Brennkraftmaschine zu schaffen, wobei der auf die Phasenstelleinrichtung wirkende Bremseffekt, hervorgerufen durch Druckmittel mangelversorg ung, minimiert werden soll, ohne die Druckmittelpumpe der Brennkraftmaschine großer dimensionieren zu müssen Lösung der Aufgabe

Die Aufgabe wird erfindungsgemaß dadurch gelost, dass der Volumenspeicher keinen Kraftspeicher, der bei Befüllung des Vorratsraums gespannt wird, aufweist

Die Phasenstelleinπchtung ist beispielsweise in Form eines Flugelradverstel- lers ausgebildet und weist ein Antriebselement auf, welches beispielsweise mittels eines Zugmittel- oder Zahnradtriebs von einer Kurbelwelle der Brennkraftmaschine angetrieben wird. Des Weiteren ist ein Abtriebselement vorge- sehen, welches eine konstante Phasenlage zu einer Nockenwelle aufweist, beispielsweise mittels einer reib-, kraft- oder stoffschlussigen Verbindung oder Schraubverbindung drehfest mit dieser verbunden ist Das Abtriebselement ist drehbar zu dem Antπebεelement angeordnet und zumindest teilweise in diesem aufgenommen. Innerhalb der Phasenstelleinrichtung ist zumindest eine Druckkammer vorgesehen. Durch Druckmittelzufuhr zu bzw Druckmittelabfuhr von der Druckkammer kann die relative Phasenlage des Abtriebselements zum Antriebselement und damit der Nockenwelle zur Kurbelwelle veränderbar eingestellt werden Zu diesem Zweck sind Druckmittelleitungen vorgesehen, über die die Druckkammer, beispielsweise unter Zwischenschaltung eines hydrauli- sehen Steuerventils, mit einer Druckmittelpumpe und einem Druckmittelreservoir der Brennkraftmaschine kommunizieren kann

Alternativ können auch andere Ausfuhrungsformen einer Phasenstelleinrichtung vorgesehen sein, beispielsweise Phasenstelleinrichtung in Axialversteller- bauweise, in denen ein axial durch Druckmittel verschiebbarer Kolben mittels Schrägverzahnungen mit dem Abtriebselement und dem Antriebselemeπt zusammenwirkt. Eine derartige Phasenstelleinrichtung ist beispielsweise aus der DE 42 18 078 C1 bekannt.

Zusätzlich ist ein Volumenspeicher vorgesehen, der zumindest ein Gehäuse und ein innerhalb des Gehäuses angeordnetes Trennelement aufweist. Das Trennelement kann beispielsweise als Kolben oder nicht elastische Membran ausgebildet sein und trennt im Inneren des Gehäuses einen Vorratsraum von einem Komplementärraum Dabei kommuniziert der Vorratsraum mit einer der Druckmittelleitungen, während der Komplementärraum über eine Entlüftung verfügt und beispielsweise mit dem Inneren der Brennkraftmaschine kommuniziert Führt die mit dem Volumenspeicher verbundene Druckmittelleitung Druckmittel, so befüllt sich der Vorratsraum und das Trennelement wird innerhalb des Gehäuses verlagert, so dass das Volumen des Vorratsraums vergro- ßert und das Volumen des Komplementärraums in gleichem Maße verringert wird Dabei kann vorgesehen sein, dass der Komplementärraum eine Entlüf- tungsoffnung aufweist, die mit dem Inneren der Brenn kraftmaschine kommuniziert Somit kann Gas aus dem Komplementärraum beispielsweise in das Kurbelgehäuse oder den Zylinderkopf der Brennkraftmaschine entweichen, so dass sich in dem Komplementärraum kein Druck aufbaut.

Findet ein Kolben als Trennelement Verwendung, so wird dieser beim Befullen des Volumenspeichers innerhalb des Gehäuses verschoben Im Fall einer Membran stülpt sich diese in Richtung des Komplementärraums um.

Da kein Kraftspeicher vorgesehen ist, der während des Befüllvorgangs des Volumenspeichers gespannt wird, erfolgt die Befüllung bereits bei minimalen Betriebsdrücken. Darüber hinaus entleert sich der befüllte Volumenspeicher bei abfallendem Druck in der Druckmittelleitung zunächst nicht. Erst wenn der Druck in der Druckmittelleitung unter den Druck, der in dem Komplementärraum und damit beispielsweise innerhalb des Kurbelgehäuses herrscht, abfällt, entleert sich der Vorratsraum in die Druckmittelleitung. Somit steht das gesamte Volumen des Volumenspeichers der Phasenstelleinrichtung erst ab dem Zeitpunkt zur Verfügung, zu dem deren Druckmittelbedarf größer als der von der Druckmittelpumpe bereitgestellte Volumenstrom ist. Somit können die auf die Nockenwelle wirkenden Wechseldrehmomente in höherem Ausmaß genutzt werden, was zu erheblich höheren Verstellgeschwindigkeiten fuhrt

Wahrend des Stillstands der Breπnkraftmaschine wirken auf das Trennelement keine Kräfte, so dass dieses frei verschiebbar ist Wahrend des Betriebs der Brennkraftmaschine wirkt auf die Flache des Trennelements, die den Vorratsraum begrenzt, lediglich eine Kraft, die durch den in der mit dem Vorratsraum kommunizierenden Druckmittelleitung herrschenden Druck bestimmt wird Die Flache des Trennelements, die den Komplementarraum begrenzt, wird auf Grund der Entlüftung im Wesentlichen kraftlos gehalten Insbesondere wirkt auf diese Flache keine Kraft, die mit dem Grad der Befüllung des Vorratsraums steigt, was bei Druckfedervolumenspeichern der Fa ¹ ,' ist Übersteigt der Druck in der Druckmittelleitung die mit dem Vorratsraum kommuniziert, den atmosphärischen Druck (= Druck in dem Raum mit dem der Komplementarraum kommuniziert) so wird bzw blβiDt der Volumenspeicher befullt Erst wenn der Druck in der Druckmitte'ieitung unter den atmosphärischen Druck abfallt, wird Druckmittel aus dem Volumenspeicher in die Druckmittelleitung gesaugt und steht somit zur Phasenverstellung zur Verfugung Somit wird das Trennelement ausschließlich durch den in der mit dem Volumenspeicher kommunizierenden Druckmittelleitung herrschenden Druck verlagert

In einer Konkretisierung der Erfindung ist vorgesehen, das die Vorrichtung des Weiteren ein Steuerventil und zumindest eine zweite Druckkammer aufweist, die gegen die erste Druckkammer wirkt und dass eine erste Druckmittelleitung mit dem Steuerventil und der ersten Druckkammer kommuniziert dass eine zweite Druckmittelleitung mit dem Steuerventil und der zweiten Druckkammer kommuniziert und dass eine dritte Druckmittelleitung mit dem Steuerventil und einer Druckmittelpumpe kommuniziert, wobei der Vorratsraum mit der dritten Druckmittelleitung kommuniziert

In dieser Ausfuhrungsform ist innerhalb der Phasenstelleinrichtung ein Druck- räum vorgesehen, der durch einen Kolben oder einen Fluge! eines Flügelrades in zwei gegeneinander wirkende Druckkammern getrennt wird Jede der Druckkammern kommuniziert über eine Druckmittelleitung mit einem Arbeitsan- schluss eines Steuerventils Darüber hinaus ist eine weitere Druckmittelleitung vorgesehen, die die Druckmittelpumpe mit einem Zulaufanschluss des Steuerventils verbindet. Mittels des Steuerventils kann die Druckmittelpumpe wahlweise mit der ersten oder zweiten Druckkammer verbunden werden. Gleichzeitig wird die andere Druckkammer mit dem Druckmittelreservoir verbunden, so dass der Kolben bzw. der Flügel innerhalb des Druckraums verschoben wird. Diese Bewegung wird direkt oder indirekt in eine Verstellung der Phasenlage des Abtriebselements relativ zu dem Antriebselsment umgesetzt. Durch die Anbindung des Vorratsraums an die Druckmittelleitung, die die Druckmittelpumpe mit dem Steuerventil verbindet, steht das Druckmittel sowohl für Ver- Stellvorgänge in Richtung früher als auch für Verstellvorgänge in Richtung später Steuerzeiten zur Verfügung Dabei ist vorgesehen, dass der Vorratsraum zwischen dem Steuerventil und der Druckmittelpumpe in die dritte Druckmittel- leitung mündet. Darüber hinaus kann vorgesehen sein, dass in der mit dem Vorratsraum kommunizierenden Druckmittelleitung ein Rückschlagventil stromaufwärts und ein Rückschlagventil stromabwärts des Volumenspeichers angeordnet ist, wobei beide Rückschlagventile einen Rückfluss von Druckmittel in Richtung des Volumenspeichers bzw. der Druckmittelpumpe unterbinden. Die Rückschlagventi- Ie verhindern, dass Druckmittel aus den zu befüllenden Druckkammern, beispielsweise den Druckkammern, die mit dem Zulaufanschluss des Steuerventils verbunden sind, in den Volumenspeicher oder zu der Druckmittelpumpe zurückfließt, wenn auf Grund der auf die Nockenwelle wirkenden Wechseldrehmomente in diesen Druckkammern Druckspitzen entstehen. Das Druckmittel stützt sich somit auf den Rückschlagventilen ab, wodurch die Phasenverstellgeschwmdigkeit erhöht und Phasenschwankungen vermieden werden.

Das Trennelement kann beispielsweise als Kolben ausgebildet sein. Dabei kann dieser beispielsweise aus Kunststoff ausgebildet und zusätzlich mit Ver- steifungsrippen versehen sein. Alternativ kann der Kolben topfformig ausgebildet und aus einem Blechrohling hergestellt sein. Ebenso denkbar sind scheibenförmige Kolben. Der Kolben kann den Vorratsraum von dem Komplementar- raum mittels einer Spielpassung in dem Gehäuse trennen. Alternativ kann der Kolben mit einem Dichtelement versehen sein, welches mit dem Gehäuse dichtend zusammenwirkt.

In einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass in dem Komplemen- tärraum ein Endanschlag für den Kolben vorgesehen ist. Der Endanschlag kann einteilig mit dem Gehäuse ausgebildet oder separat zu diesem hergestellt sein Dabei kann vorgesehen sein, dass die Anlagefläche des Endanschlags kleiner als die Flache des Kolbens ausgebildet ist, die den Komplementarraum begrenzt. Somit wird verhindert, dass der Kolben flächig an dem Gehäuse oder dem Endanschlag zur Anlage kommt, wodurch Adhäsionskräfte, die einer Entleerung des Volumenspeichers entgegenwirken, verringert werden. Der Endanschlag kann beispielsweise um eine Entlüftungsoffnung des Komplementärraums umlaufend ausgebildet sein. Dabei kann der Endanschlag vollständig um die Entlüftungsoffnung umlaufen oder mit einer oder mehrerer Unterbre- chungen ausgebildet sein.

Der Volumenspeicher kann beispielweise innerhalb der Brennkraftmaschine angeordnet sein. In diesem Fall kann Gas und Druckmittel aus dem Komplementärraum direkt in das Innere der Brennkraftmaschine über eine einfache Entlüftungsoffnung entlüftet werden, zusätzliche Abdichtungen sind nicht nötig. Alternativ kann vorgesehen sein, dass der Volumenspeicher außerhalb der Brennkraftmaschine angeordnet ist, wobei eine Entluftungsleitung vorgesehen ist, die einerseits mit dem Komplementärraum und andererseits mit dem Inneren der Brennkraftmaschine kommunizieren. Die Entluftungsleitung kann bei- spielsweise in dem Gehäuse des Volumenspeichers oder einem zusätzlichen Gehäuse ausgebildet sein, das den Volumenspeicher kapselt. In dieser Ausführungsform sind Dichtungen vorzusehen, die die Entlüftungsleitung und die Verbindung zwischen dem Vorratsraum und der Druckmittelleitung gegenüber der Umgebung abdichten.

Der Volumenspeicher kann beispielsweise mittels eines an diesem ausgebildeten Gewindes mit dem Zylinderkopf, dem Kurbeigehause oder einer sonstigen Umgebungskonstruktion verbunden sein. Vorteilhafterweise umfasst das Ge- winde eine Öffnung, über die der Vorratsraum mit der Druckmittelleitung kommuniziert.

In einer Konkretisierung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Voiumenspei- eher innerhalb einer Nockenwelle angeordnet ist. Somit kann der Volumenspeicher ohne den Bauraumbedarf der Brennkraftmaschine zu erhöhen in diese integriert werden. Des Weiteren wird dadurch ein minimaler Abstand zwischen dem Volumenspeicher und ciör Phasenstelleinrichtung realisiert und somit das Ansprechverhalten verbessert. Dabei kann die Innenwandung der Nockenwelle als Gehäuse, 'dienen, in der das Trennelement aufgenommen ist

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Be- Schreibung und aus den Zeichnungen in denen Ausfύhrungsbeispiele der Erfindung vereinfacht dargestellt sind. Es zeigen:

Figur 1 nur sehr schematisch eine Brennkraftmaschine, Figur 2 eine erfindungsgemäße Vorrichtung, wobei die Phasenstelleinrichtung in einer Draufsicht und der Hydrauhkkreislauf schematisch dargestellt sind,

Figur 3 einen Längsschnitt durch die Phasenstelleinrichtung aus Figur 2 entlang der Linie IM-III,

Figur 4 eine Darstellung des auf die Nockenwelle wirkenden Wechseldrehmoments, Figur 5 eine erste Ausführungsform eines Volumenspeichers,

Figur 6 eine zweite Ausführungsform eines Volumenspeichers, Figur 7 eine dritte Ausfuhrungsform eines Volumenspeichers,

Figur 8 eine vierte Ausführungsform eines Volumenspeichers. Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen

In Figur 1 ist eine Brennkraftmaschine 1 skizziert, wobei ein auf einer Kurbelwelle 2 sitzender Kolben 3 in einem Zylinder 4 angedeutet ist. Die Kurbelwelle 2 steht in der dargestellten Ausführüngsform über je einen Zugmitteltrieb 5 mit einer Einlassnockenwelle 6 bzw. Auslassnockenwelle 7 in Verbindung, wobei eine erste und eine zweite Vorrichtung 11 für eine Relativdrehung zwischen Kurbelwelle 2 und den Nockenwellen 6, 7 sorgen können. Nocken 8 der Nockenwellen 6, 7 betätigen ein oder mehrere Einlassgaswechselventile 9 bzw. ein oder mehrere Auslassgaswechselventile 10. Ebenso kann vorgesehen sein nur eine der Nockenwellen 6, 7 mit einer Vorrichtung 1 1 auszustatten, oder nur eine Nockenwelle 6, 7 vorzusehen, welche mit einer Vorrichtung 11 versehen ist.

Die Figuren 2 und 3 zeigen eine erste Ausfuhrungsform einer erfindungsgemä- ßen Vorrichtung 1 1 , wobei eine Phasenstelleinπchtung 11a in einer Draufsicht bzw. im Querschnitt und der Hydraulikkreislauf schematisch dargestellt sind. Die Phasenstelleinrichtung 11a weist ein Antriebselement 13 und ein Abtriebselement 14 auf. An den axialen Seitenflächen des Antπebselements 13 ist jeweils ein Seltendeckel 15 drehfest befestigt. Das Abtriebselement 14 ist in Form eines Flügelrades ausgeführt und weist ein im Wesentlichen zylindrisch ausgeführtes Nabenelement 16 auf, von dessen äußerer zylindrischer Mantelfläche sich in der dargestellten Ausführungsform fünf Flügel 17 in radialer Richtung nach außen erstrecken. Die Flügel 17 sind separat zum Abtriebselement 14 ausgebildet und in Flügelnuten des Nabenelements 16 angeordnet. Die Flügel 16 werden mittels Flügelfedem 18, die zwischen den Nutgrunden der Flugeinuten und den Flügeln 17 angeordneter sind, radial nach außen mit einer Kraft beaufschlagt. Ausgehend von einer äußeren Umfangswand 19 des Antriebselements 13 erstrecken sich mehrere Vorsprunge 20 radial nach innen In der dargestellten Ausfuhrungsform sind die Vorsprunge 20 einteilig mit der Umfangswand 19 ausgebildet Das Antπebselement 13 ist mittels radial innen liegender Um- fangswande der Vorsprunge 20 relativ zu dem Abtriebselement 14 drehbar auf diesem gelagert

An einer äußeren Mantelflache des Antriebselements 13 ist ein Kette^^j 12 angeordnet, mittels welchem über einen nicht dargestellten Kettentrieb Dreh- moment von der Kurbelwelle 2 auf das Antriebselement 13 übertragen werden kann

Innerhalb der Phasenstelleinπchtij'ng 11 a ist zwischen jeweils zwei in Umfangs- πchtung benachbarten Vorsprungen 20 ein Druckraum 21 ausgebildet Jeder der Druckrsume 21 wird in Umfangsπchtung von gegenüberliegenden, im Wesentlichen radial verlaufenden Begrenzungswanden 22 benachbarter Vorsprunge 20, in axialer Richtung von den Seitendeckeln 15, radial nach innen von dem Nabenelement 16 und radial nach außen von der Umfangswand 19 begrenzt In jeden der Druckraume 21 ragt ein Flügel 17 wobei die Flügel 17 derart ausgebildet sind, dass diese sowohl an den Seitendeckeln 15, als auch an der Umfangswand 19 anliegen Jeder Flügel 17 teilt somit den jeweiligen Druckraum 21 in zwei gegeneinander wirkende Druckkammern 23, 24

Das Abtriebselement 14 ist in dem Antriebselement 13 aufgenommen und in einem definierten Winkeibreich drehbar zu diesem gelagert Der Winkelbereich wird in einer Drehrichtung des Abtriebselements 14 dadurch begrenzt dass die Flügel 17 an je einer korrespondierenden Begrenzungswand 22 (Fruhanschlag 22a) der Druckraume 21 zum Anliegen kommen Analog wird der Winkelbereich in der anderen Drehrichtung dadurch begrenzt, dass die Flügel 17 an den anderen Begrenzungswanden 22 der Druckraume 21 , die als Spatanschlag 22b dienen, zum Anliegen kommen

Durch Druckbeaufschlagung einer Gruppe von Druckkammern 23, 24 und Druckentlastung der anderen Gruppe kann die Phasenlage des Abtriebselements 14 relativ zu dem Antriebselement 13 variiert werden Durch Druckbeaufschlagung beider Gruppen von Druckkammern 23, 24 kann die Phasenlage konstant gehalten werden Alternativ kann vorgesehen sein keine der Druck- kammern 23, 24 wahrend 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 23, 24 ist ein Hydraulikkreislauf 25 vorgesehen, der eine Druckmittelpumpe 26, ein Druckmittelreservoir 27, ein Steuerventil 28 und mehrere Druckmittelieitungen 25a b p umfasst Das Steuerventil 28 weist einen Zulaufanschluss P, einen Tankanschluss T und zwei Arbeitsanschlusse A, B auf Die erste Druckmittellei- tung 25a verbindet den ersten Arbeitsaπschluss A mit den ersten Druckkam- mern 23 Die zweite Druckmittelleitung 25b verbindet den zweiten Arbeitsan- schluss B mit den zweiten Druckkammern 24 Die dritte Druckmittelleitung 25p verbindet die Druckmittelpumpe 26 mit dem Zulaufanschluss P

Von der Druckmittelpumpe 26 gefordertes Druckmittel wird über die dritte Druckmittelleitung 25p dem Zulaufanschluss P des Steuerventils 28 zugeführt Je nach Steuerzustand des Steuerventils 28 ist der Zulaufanschluss P mit der ersten Druckmittelleitung 25a der zweiten Druckmittelleitung 25b oder mit beiden bzw keiner der Druckmittelieitungen 25a, b verbunden

Um die Steuerzeiten (Offnungs- und Schließzeitpunkte) der Gaswechselventile 9, 10 in Richtung früh zu verschieben, wird das dem Steuerventil 28 über die dritte Druckmittelleitung 25p zugefuhrte Druckmittel über die erste Druckmittelleitung 25a zu den ersten Druckkammern 23 geleitet Gleichzeitig gelangt Druckmittel aus den zweiten Druckkammern 24 über die zweite Druckmittelleitung 25b zum Steuerventil 28 und wird in das Druckmittelreservoir 27 ausge- stoßen Dadurch werden die Flügel 17 in Richtung des Fruhanschlags 22a verschoben, wodurch eine rotative Bewegung des Abtriebselements 14 relativ zu dem Antriebselement 13 in Drehrichtung der Phasenstelleinrichtung 11a erreicht wird Um die Steuerzeiten der Gaswechselventile 9, 10 in Richtung spät zu verschieben, wird das dem Steuerventil 28 über die dritte Druckmittelleitung 25p zugeführte Druckmittel über die zweite Druckmittelleitung 25b zu den zweiten Druckkammern 24 geleitet. Gleichzeitig gelangt Druckmittel aus den ersten Druckkammern 23 über die erste Druckmittelleitung 25a zum Steuerventil 28 und wird in das Druckmittelreservoir 27 ausgestoßen. Dadurch werden die Flügel 17 in Richtung des Spätanschlags 22b verschoben, wodurch eine rotative Bewegung des Abtriebselements 14 relativ zu dem Antπebselement 13 entgegen der Drehrichtung der Phasenstelleinπchtung 11 a erreicht wird.

Um die Steuerzeiten konstant zu halten wird die Druckmittelzufuhr zu sämtlichen Druckkammern 23, 24 entweder unterbunden oder zugelassen. Dadurch werden die Flügel 17 innerhalb der jeweiligen Druckraume 21 hydraulisch eingespannt, und somit eine rotative Bewegung des Abtriebselements 14 relativ zu dem Antriebselement 13 verhindert.

Während des Betriebs der Brennkraftmaschine 1 rotiert die Nockenwelle 6, 7 um deren Längsachse. Dabei wird jedes Gaswechselventil 9, 10 periodisch gegen die Kraft einer Ventilfeder 30 geöffnet und wieder geschlossen. Während der Öffnungsphase des Gaswechselventils 9, 10 (auflaufender Nocken) wirkt auf die Nockenwelle 6, 7 ein bremsendes Drehmoment, welches dem Vektorprodukt der Kraft der Ventilfeder 30 mit dem Hebelarm des Nockens 8 entspricht. Wahrend des Schließens des Gaswechselventils 9, 10 (ablaufender Nocken) wirkt auf die Nockenwelle 6, 7 ein beschleunigendes Drehmoment, welches dem Vektorprodukt der Kraft der Ventilfeder 30 mit dem Hebelarm des Nockens 8 entspricht. Somit wirkt auf die Nockenwelle 6, 7 ein periodisches Wechseldrehmoment M, das in Figur 4 über dem Kurbelwellenwinkel α aufgetragen dargestellt ist.

Wahrend einer Phasenverstellung in Richtung später (früher) Steuerzeiten unterstützt der in Figur 4 dargestellte positive (negative) Anteil des Wechseldrehmoments M die Phasenverstellung. Dabei wird das Abtriebselement 14 sowohl durch den von der Druckmittelpumpe 26 bereitgestellten Systemdruck, als auch durch den positiven (negativen) Anteil des Wechseldrehmomentes M in Richtung spater (früher) Steuerzeiten verstellt und somit die Phasenverstell- geschwindigkeit erhöht In Brennkraftmaschinen 1 mit hohen Wechseldrehmomenten M kann dies dazu fuhren, dass der durch die Wechseldrehmomente M induzierte Verstellvorgang mit so hohen Geschwindigkeiten erfolgt, dass das von der Druckmittelpumpe 26 geforderte Druckmittelvolumen nicht ausreicht, um die expandierenden zweiten (ersten) Druckkammern 24 (23) ausreichend mit Druckmittel zu versorgen Als Folge davon entsteht in der zweiten (ersten) und dritten Druckmittelleitung 25b (a), p ein Unterdruck, de ^r dem Verstellvorgang entgegenwirkt Somit können die auf die Nockenwelle 6, 7 wirkenden Wechseldrehmomente M nicht optimal ausgenutzt werden, sondern wirken nur bis zu einem Grenzdrehmoment Mi

Gleichzeitig wirkt der negative (positive) Anteil des Wechseldrehmoments M der Phasenverstellung entgegen Übersteigt der negative (positive) Anteil des Wechseldrehmoments M das durch die Druckmittelpumpe 26 generierte Dreh- moment, so wird Druckmittel aus den zweiten (ersten) Druckkammern 24 (23) in die zweite (erste) und dritte Druckmittelleitung 25b (a), p zuruckverdrangt und es erfolgt kurzzeitig eine Phasenverstellung entgegen der gewünschten Richtung Um dies Effekte zu verhindern kann die Druckmittelpumpe 26 entsprechend großer dimensioniert werden, wodurch der Bauraumbedarf, die Kosten und der Kraftstoffverbrauch der Brennkraftmaschine 1 erhöht werden

Alternativ kann erfindungsgemaß ein Volumenspeicher 31 vorgesehen sein Figur 5 zeigt eine mögliche Ausfuhrungsform des Volumenspeichers 31 , der innerhalb der Brennkraftmaschine 1 angeordnet ist Dieser umfasst ein Gehäuse 32, in dem ein Trennelement 33 frei verschiebbar angeordnet ist. Das Trennelement 33 ist in der dargestellten Ausfuhrungsform als Kolben ausgebildet der das Gehäuse 32 in einen Vorratsraum 34 und einen Komplementar- raum 35 teilt Dabei tragt der Kolben ein Dichtelement 38, welches die beiden Räume gegeneinander abdichtet Der Vorratsraum 34 mundet zwischen zwei (optionalen) Rückschlagventilen 29 in die dritte Druckmittelleitung 25p Der Komplementarraum 35 kommuniziert über eine Entluftungsoffnung 36 mit dem Inneren der Brennkraftmaschine 1 Übersteigt der Druck in der dritten Druckmittelleitung 25p den im Inneren der Brennkraftmaschine 1 herrschenden Druck, so wird der Kolben durch das in das Gehäuse 32 stromende Druckmittel in Richtung eines Endanschlags 37 verschoben Somit nimmt das Volumen des Vorratsraums 34 auf Kosten des Volumens des Komplementarraums 35 zu, bis der Kolben an dem Endanschlag 37 zur Anlage kommt (Figur 5, obere Darstellung des Volumenspeichers 31) Gleichzeitig kann das in dem Komplementarraum 35 vorhandene Gas über die Entluftungsoffnung 36 in das Innere der Brennkraftmaschine 1 entweichen Im Unterschied zu den aus dem Stand der Technik bekannten Druckfeder- oder Blasenspeichern ist hier kein Kraftspeicher vorgesehen beispielsweise eine Druckfeder oder ein komprimierbares Gaspolster der wahrend des Befullvor- gangs gespannt wird Dabei ist der Voiürnenspeicher 31 derart angeordnet dass der Verschiebeweg des Trennelements 33 senkrecht zur Schwerkraft verlauft Somit wirkt die Schwerkraft nicht in Verschieberichtung des Trennele ments 33, wodurch der Volumenspeicher 31 auch wahrend des Stillstands der Brennkraftmaschine 1 nicht entleert wird

Der Voiumenspeicher 31 erreicht seinen vollständig befullten Zustand bereits bei geringen Systemdrucken Darüber hinaus erfolgt keine selbsttätige Entleerung des Volumenspeichers 31 bei abfallendem Systemdruck in der dritten Druckmittelleitung 25 p, solange der Druck großer oder gleich dem in dem Inneren der Brennkraftmaschine 1 herrschenden Druck ist

Wirkt auf die Nockenwelle 6, 7 ein die Phasenverstellung unterstutzendes Wechseldrehmoment M ₁ so wird Druckmittel aus der ersten bzw zweiten Druckmittelleitung und der dritten Druckmittelleitung 25a, b,p in die expandie- renden Druckkammern 23, 24 gesaugt wodurch der Druck in diesen Druckmittelleitungen 25a, b p unter den Druck absinkt, der innerhalb der Brennkraftmaschine 1 herrscht Als Folge davon wird des in dem Vorratsraum 34 gespeicherte Druckmittelvolumen in die dritte Druckmittelleitung 25p gesaugt und weiter zu den jeweiligen Druckkammern 23, 24 gefordert Dabei wird der KoI- ben innerhalb des Gehäuses 32 in Richtung der Austπttsoffnung des Vorratsraums 34 verschoben (Figur 5, untere Darstellung des Volumenspeichers 31 ) Somit steht der Phasenstelleinrichtung 11a ein zusatzliches Druckmittelvolumen zur Verfugung, welches erst dann mobilisiert wird, wenn das von der Druckmittelpumpe 26 geförderte Druckmittelvolumen kleiner als das Druckmittelvolumen ist, welches für die durch das Wechseldrehmoment M induzierte Phasenverstellung benötigt wird. Somit wird das maximal nutzbare Grenzdrehmoment M ₂ und damit die Phasenverstellgeschwindigkeit signifikant erhöht. Wirkt das auf die Nockenwelle 6, 7 wirkende Wechseldrehmoment M gegen die Phasenverstellπchtung, so verhindern die Rückschlagventile 29, dass Druckmittel aus den Druckkammern 23, 24 in den Volumenspeicher 31 bzw. in den Hydraulikkreislauf 25 ausgeschoben wird, das Druckmittel stützt sich auf den Rückschlagventilen 29 ab.

Somit wird der unterstutzende Anteil des Wechseldrehmomentes M in höherem Maße zur Steigerung der Phasenverstellgeschwindigkeit ausgenutzt und der entgegengesetzt wirkende Anteil abgefangen. Dabei beginnt die Entleerung des Volumenspeichers 31 auf Grund des frei verschiebbaren Kolbens (d h. des fehlenden Kraftspeichers) erst dann, wenn das von der Druckmittelpumpe 26 geförderte Druckmittelvolumen kleiner als das benötigte Druckmittelvolumen ist.

In dieser Ausfύhrungsform ist der Kolben als zylindrisches Bauteil ausgebildet und kann aus einem metallischen Werkstoff oder einem geeigneten Kunststoff bestehen. Der Endanschlag 37 läuft um die Entlüftungsoffnung 36 um, wobei dessen dem Kolben zugewandte Fläche kleiner als die Kolbenfläche ausgebildet ist, um Adhäsionskräfte zu verringern.

Figur 6 zeigt eine zweite Ausführungsform eines Volumenspeichers 31 einer erfindungsgemaßen Vorrichtung 11. Im Unterschied zu der ersten Ausfύh- rungsform ist der Kolben topfförmig ausgeführt und mittels eines Tiefziehverfahrens aus einem Blechteil hergestellt. Die Abdichtung zwischen dem Vorratsraum 34 und dem Komplementärraum 35 erfolgt über einen eng tolerierten Dichtspalt zwischen der äußeren Mantelfläche des Kolbens und der Innenman- telflache des Gehäuses 32 Der Endanschlag 37 ist einteilig mit dem Gehäuse 32 ausgebildet Ebenso denkbar sind Ausführungsformen, in denen der Endanschlag 37 als separates Bauteil hergestellt und in dem Gehäuse 32 befestigt ist. Dabei kann der separate Endanschlag 37 als Dichtring ausgebildet sein, wodurch die Dichtwirkung zwischen dem Kolben und dem Gehäuse 32 erhöht wird, wenn der Volumenspeicher 31 vollständig befüllt ist.

Das Gehäuse 32 weist einen Zapfen 40 mit einer Durchgangsbohrung auf, die einerseits in den Vorratsraum 34 und andererseits in die dritte Druckmittelleitung 25p mündet. Mittels eines an der Außenmantelfläche des Zapfens 40 aus- gebildeten Gewindes ist das Gehäuse 32 an einer Umgebungskonstruktion 42, beispielsweise einem Zylinderkopf oder einem Kurbelgehäuse, befestigt.

Figur 7 zeigt eine dritte Ausführungsform eines Volumenspeichers 31 einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 1. Im Unterschied zu der ersten Ausfuh- rungsform ist der Endanschlag 37 in Umfangsπchtung durch Ausnehmungen 39 unterbrochen, wodurch die Kontaktfläche zwischen Kolben und Endanschlag 37 und somit zwischen diesen Bauteilen wirkende Adhäsionskräfte weiter reduziert werden. Der Kolben besteht in dieser Au sfύh rungsform aus einem geeigneten Kunststoff und kann mit Versteifungsrippen versehen sein.

Figur 8 zeigt eine vierte Ausführungsform eines Volumenspeichers 31 einer erfindungsgemaßen Vorrichtung 11. Im Unterschied zu den vorhergehenden Ausführungsformen ist dieser Volumenspeicher 31 außerhalb der Brennkraftmaschine 1 angeordnet. Das Gehäuse 32 weist einen Zapfen 40 mit einer Durchgangsbohrung auf, die einerseits in den Vorratsraum 34 und andererseits in die dritte Druckmittelleitung 25p mündet. Das Gehäuse 32 ist von einem zweiten Gehäuse 41 gekapselt, das mittels einer Schraubverbindung an dem Zylinderkopf 42 befestigt ist. Innerhalb des zweiten Gehäuses 41 ist eine Ent- luftungsleitung 43 ausgebildet, mittels derer der Komplementärraum 35 mit dem Inneren der Brennkraftmaschine 1 kommuniziert. Somit kann Gas und Druckmittel aus dem Komplementarraum 35 in das Innere der Brennkraftmaschine 1 geleitet werden, wenn der Kolben in Richtung des Endanschlags 37 bewegt wird. An der Kontaktflache zwischen dem Zylinderkopf 42 und dem ersten bzw. zweiten Gehäuse 31 , 41 sind Dichtringe 44 vorgesehen, um den Austritt von Druckmittel zu verhindern. Ebenso denkbar sind Ausführungsformen, in denen nur ein dickwandiges Gehäuse 31 vorgesehen ist, in dem die Entlüftungsleitung 43 ausgebildet ist.

SEITE BEABSICHTIGT LEER

Bezugszeichen

1 Brennkraftmaschine

2 Kurbelwelle

3 Kolben

4 Zylinder

5 Zugmitteltrieb

6 Einlassnockenwelle

7 Auslassnockenwelle

8 Nocken

9 Einlassgaswechselventil

10 Auslassgaswechselventil

11 Vorrichtung

11a Phasenstelleinrichtung

12 Kettenrad

13 Antriebselement

14 Abtriebselement

15 Seitendeckel

16 Nabenelement

17 Flügel

18 Flügelfeder

19 Umfangswand

20 Vorsprung

21 Druckraum

22 Begrenzungswand

22a Frühanschlag

22b Spätanεchlag

23 erste Druckkammer

24 zweite Druckkammer

25 Hydraulikkreislauf

25a erste Druckmittelleitung

25b zweite Druckmittelleitung

25p dritte Druckmittelleitung 26 Druckmittelpumpe

27 Druckmittelreservoir

28 Steuerventil

29 Rückschlagventil

30 Ventilfeder

31 Volumenspeicher

32 Gehäuse

33 Trennelement

34 Vorratsraum

35 Komplementarraum

36 Entluftungsoffnung

37 Endanschlag

38 Dichtelement

39 Ausnehmung

40 Zapfen

41 zweites Gehäuse

42 Umgebungskonstruktion

43 Entluftungsleitung

44 Dichtring

A erster Arbeitsanschluss

B zweiter Arbeitsanschluss

P Zulaufanschluss

T Ablaufanschluss α Kurbelwellenwinkel

M Wechseldrehmoment

Mi ₁ M ₂ Grenzdrehmoment