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(11) | EP 0 831 207 B1 |
| (12) | EUROPÄISCHE PATENTSCHRIFT |
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In einer Wellen-Antriebsverbindung zur relativen Drehwinkeländerung der getriebenen Welle angeordnete Verstellvorrichtung, insbesondere für eine Nockenwelle einer Brennkraftmaschine Adjusting device in a drive connection between shafts for varying the angular relationship of the driven shaft in particular for the camshaft of an internal combustion engine Dispositif de réglage dans une liaison d'entraînement d'arbre pour changer le calage angulaire de l'arbre entraîné, en particulier pour l'arbre à cames d'un moteur à combustion interne |
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| Anmerkung: Innerhalb von neun Monaten nach der Bekanntmachung des Hinweises auf die Erteilung des europäischen Patents kann jedermann beim Europäischen Patentamt gegen das erteilte europäischen Patent Einspruch einlegen. Der Einspruch ist schriftlich einzureichen und zu begründen. Er gilt erst als eingelegt, wenn die Einspruchsgebühr entrichtet worden ist. (Art. 99(1) Europäisches Patentübereinkommen). |
[0002] Ein Problem bekannter hydraulischer Verstellvorrichtungen ist, daß bei einer längeren Betriebsunterbrechung der jeweiligen Maschine das Hydraulikmedium über Leckage-Stellen aus der Kammer bzw. den Kammern der Verstellvorrichtung in einen Vorratsbehälter abläuft. Bei einer Verstellvorrichtung an einer Brennkraftmaschine für deren Nockenwelle wird beim Starten der Brennkraftmaschine das jeweilige Drehwinkel-Stellelement der Verstellvorrichtung über die Wechselmomente der Nockenwelle in Verbindung mit den kombinierten Gerad-/Schräg-Verzahnungen oszillierend gegen einen Anschlag getrieben, wodurch nachteilige Geräusche entstehen. Da die in der Regel maschinenangetriebene Ölpumpe beim Startvorgang einer Maschine aufgrund der geringen Drehzahlen weder einen ausreichenden Öldruck noch eine entsprechende Volumenleistung aufbringen kann, sind in der Startphase relativ lang andauernde Klappergeräusche der Verstellvorrichtung festzustellen.
[0003] Aus der DE 195 05 741 A ist zur Lösung dieses Problems bei einer Verstellvorrichtung mit einem Kolben als Drehwinkel-Stellelement bekannt geworden, den oszillierenden Kolben zum Ansaugen des Hydraulikmediums in den jeweiligen Kammerabschnitt einzusetzen zur Bildung eines die Anschläge dämpfenden Polsters. Damit kann zwar die Dauer der Klappergeräusche der Verstellvorrichtung reduziert werden, jedoch ist hiermit bezüglich einer frühzeitigen Erreichung einer hohen Abgasqualität eine schnelle Verstellbereitschaft der Verstellvorrichtung nicht erzielbar. Desweiteren wirkt ein in einer der Hydraulikleitungen vorgesehenes Rückschlagventil gegen Leerlaufen der Verstellungvorrichtung.
[0004] Weiter ist aus der DE 195 08 505 A eine Verstelivorrichtung bekannt, bei der die Kammern versorgende Hydraulikleitungen über eine auf einem Lagerdeckel der Nockenwelle angeordnete Ventilvorrichtung gesteuert sind. Nachteilig hierbei ist die Leckage über das Lagerspiel der Nockenwelle im Lagerdeckel.
[0005] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Verstellvorrichtung derart zu verbessern, daß einerseits Anschlaggeräusche in der Verstellvorrichtung bis zum wirksam werden der Ölpumpe vermieden sind und daß andererseits mit wirksam einsetzender Pumpe sofort die Verstellbereitschaft der Verstellvorrichtung gegeben ist.
[0007] Mit der Erfindung ist in vorteilhafter Weise eine Verstellvorrichtung geschaffen, die auch nach längerem Betriebsstillstand mit Hydraulikmedium befüllt ist, wobei unter Vermeidung von Klappergeräuschen in vorteilhafter Weise weiter eine schnelle Verstellbereitschaft gegeben ist.
[0008] Eine bezüglich geringen Bauaufwandes vorteilhafte Gestaltung ist besonders wirksam gegen das Leerlaufen der Kammern der Verstellvorrichtung dadurch, daß der Druckleitungsabschnitt mit einem das Leerlaufen des einen Kammerteils verhindemden Rückschlagventil ausgerüstet ist und daß der mit dem anderen Kammerteil in Verbindung stehende Rücklaufleitungsabschnitt eine Steigleitung umfaßt mit einer im Bereich des in der Verstellvorrichtung höchstmöglichen Hydraulikmediumstandes angeordneten Ausflußöffnung.
[0009] Beide vorgenannten Einrichtungen ergänzen sich insofern vorteilhaft dadurch, daß mit der Steigleitung ein nach dem Gesetz der kommunizierenden Röhren siphonartiger Leitungsabschnitt gebildet ist, wobei über die andere Leitung in Verbindung mit der Ventilanordnung deren eventuelle Leckage durch ein Rückschlagventil als weitere Einrichtung in dem Druckleitungsabschnitt dem Leerlaufen der Verstellvorrichtung entgegenwirkt. Mit der somit auch nach längerer Betriebsunterbrechung erfindungsgemäß befüllten Verstellvorrichtung ist in vorteilhafter Weise ein gegenüber der Ölversorgung autarker Zustand erzielt.
[0010] In einer weiteren einfachen Ausgestaltung der Erfindung kann anstelle der Steigleitung ein Rückschlagventil oder ein gesteuertes Wegeventil treten. Jedes der vorgenannten Ventile kann aber auch in einer Steigleitung vorgesehen sein, insbesondere dann, wenn diese aus baulichen Gründen nicht bis zum geodätisch höchstmöglichen Hydraulik-Mediumstand hochgeführt werden kann.
[0011] Als weitere Maßnahme zur Vermeidung des Leerlaufens bzw. des Entleerens der Versteilvorrichtung ist diese leckagefrei zu gestalten, wobei in weiterer Ausgestaltung vorgeschlagen wird, daß die dem jeweiligen Kammer-Zu- und -Ablauf dienenden Abschnitte der Hydraulikleitungen mit zu einer Gehäusebohrung offenen Außenumfangsnuten in einem Verteilerzapfen der Verstellvorrichtung in Verbindung stehen, wobei die Außenumfangsnuten gegenüber der Gehäusebohrung mittels im Verteilerzapfen angeordneten Rechteckringen mit Hakenverschluß abgedichtet sind. Die vorbeschriebene Anordnung ergibt in vorteilhafter Weise eine verschleißsichere Dichtungsanordnung, wobei die erfindungsgemäß vorgesehenen Rechteckringe mit sich verhakenden Enden einen hohen Strömungswiderstand gegen Leerlaufen der Verstellvorrichtung bilden.
[0012] Eine vorteilhafte Gesamtgestaltung der Erfindung für eine Verstellvorrichtung ist dadurch erreicht, daß der Verteilerzapfen im freien Endbereich einer Nockenwelle ausgebildet ist mit einer Zentrieraufnahme für eine mit der Nockenwelle drehfest verbindbare Verstellvorrichtung, die in einem antriebsseitigen Teil in einer Ring-kammer einen hydraulisch verlagerbaren Kolben mit einem mit korrespondierenden antriebsseitigen und abtriebs- bzw. wellenseitigen Verzahnungen zusammenwirkenden kombinierten Verzahnungssatz aus einer Gerad- und einer Schräg-Verzahnung als Drehwinkel-Stellelement umfaßt.
[0013] Bei dieser vorbeschriebenen, bevorzugten Ausgestaltung einer Verstellvorrichtung kann im Verbindungsbereich zwischen der Verstellvorrichtung und dem wellenseitigen Verteilerzapfen zusätzlich eine Dichtanordnung zur Erhöhung der Leckage-Sicherheit vorgesehen sein.
[0014] Bei einer anderen erfindungsgemäßen Verstellvorrichtung kann diese schließlich nach Art einer Flügelzellen-Pumpe gestaltet sein.
[0015] Die Erfindung ist anhand eines in der Zeichnung dargestellten, bevorzugten Ausführungsbeispiels beschrieben. Es zeigt
- Figur 1
- eine erfindungsgemäß gestaltete Verstellvorrichtung mit einer schematisch gezeigten Hydraulikanordnung,
- Figur 2
- in vergrößerter Darstellung einen Hakenverschluß eines Rechteckringes der Dichtanordnung eines Verteilerzapfens.
[0016] In einer Wellen-Antriebsverbindung 1 einer nicht näher gezeigten Brennkraftmaschine 2 ist zur relativen Drehwinkeländerung der getriebenen Nockenwelle 3 eine Verstellvorrichtung 4 vorgesehen. Die Verstellvorrichtung 4 weist eine Kammer 5 auf, in der ein beidseitig hydraulisch beaufschlagbarer Ringkolben 6 über kombinierte Gerad- und Schräg-Verzahnungen 7 und 8 als Drehwinkel-Stellelement für die Nockenwelle 3 relativ zu dem Antriebsrad 9 der Wellen-Antriebsverbindung 1 dient. Weiter zeigt die Figur 1, daß die Kammer 5 mit Leitungen 10, 11 für den jeweils gesteuerten/geregelten Zulauf sowie Rücklauf eines im Vorratsbehälter 12 bevorrateten Hydraulikmediums in Verbindung steht.
[0017] Weiter zeigt die Figur 1, daß die durch den Ringkolben 6 unterteilte Kammer 5 bzw. 5' und 5" mit über ein Schaltventil 13 wechselweise dem Zu- und Ablauf dienenden Abschnitten 10' und 11' der Hydraulikleitungen 10 und 11 in Verbindung steht und diese Leitungs-Abschnitte 10' und 11' mittels des Schaltventils 13 mit einem Druckleitungsabschnitt 11" der einen Hydraulikleitung 11 und einem Rücklaufleitungsabschnitt 10" der anderen Hydraulikleitung 10 verbindbar sind. Der mit einer Hydraulikmedium aus dem Behälter 12 fördernden Pumpe 14 in Verbindung stehende Druckleitungsabschnitt 11" weist ein derart angeordnetes Rückschlagventil 15 auf, daß in der gezeigten Stellung des Schaltventils 13 ein Leerlaufen der Kammer 5" bei in Spätstellung stehendem Ringkolben 6 vermieden ist. Der mit dem anderen Kammerteil 5' bei Spätstellung des Ringkolbens 6 in Verbindung stehende Rücklaufleitungsabschnitt 10" umfaßt eine Steigleitung 16 mit einer im Bereich des in der Verstellvorrichtung 4 geodätisch höchstmöglichen Hydraulik-Mediumstandes gemäß der Horizontalen 17 angeordneten Ausflußöffnung 18.
[0018] Mit der erfindungsgemäßen Kombination eines Rückschlagventiles 15 in dem Druckleitungsabschnitt 11" und einer Steigleitung 16 in dem Rücklaufleitungsabschnitt 10" sind erfindungsgemäß Einrichtungen geschaffen, die bei längerem Stillstand der Brennkraftmaschine ein Leerlaufen bzw. Entleeren der Kammern 5' und 5" einer im wesentlichen leckagefrei ausgebildeten Verstellvorrichtung 4 verhindern. Weiter ist mit den erfindungsgemäßen Einrichtungen 15 und 16 zudem vermieden, daß durch eine Leckage des Schaltventiles 13 die Verstellvorrichtung 4 leerlaufen kann. Durch die auch nach langem Stillstand der Brennkraftmaschine im wesentlichen befüllte Verstellvorrichtung 4 ist bei einem Startvorgang der Brennkraftmaschine 2 ein Anschlagen des Ringkolbens 6 gegen einen Anschlag 19 in der in der unteren Hälfte der geschnittenen Verstellvorrichtung 4 gezeigten Spätstellung infolge der über die Verzahnungen 7 und 8 wirkenden Wechselmomente der Nockenwelle 3 mit Sicherheit vermieden. Vorteilhafterweise sind damit Klappergeräusche vermieden und eine schnelle Verstellbereitschaft der Verstellvorrichtung 4 erreicht.
[0019] Wie aus der Figur 1 ersichtlich, bilden die Leitungsabschnitte 10' und 10" sowie 16 einen nach dem Gesetz der kommunizierenden Röhren wirkenden Siphon.
[0020] In einer weiteren Ausgestaltung kann anstelle der Steigleitung 16 der mit dem anderen Kammerteil 5' bzw. 5" in Verbindung stehende und durch strichlierte Linien veranschaulichte Rücklaufleitungsabschnitt 10" als Einrichtung gegen Leerlaufen bzw. Entleeren der Kammer 5 der Verstellvorrichtung 4 ein Rückschlagventil 20 oder ein nicht gezeigtes kennfeldgesteuertes Wegeventil umfassen. Jedes der vorgenannten Ventile kann vorteilhafterweise auch in der Steigleitung 16 vorgesehen sein.
[0021] Die Verstellvorrichtung 4 ist weiter derart gestaltet, daß die dem jeweiligen Kammer-Zu- und -Ablauf dienenden Abschnitte 10' und 11' der Hydraulikleitungen 10 und 11 mit zu einer Gehäusebohrung 21 offenen Außenumfangsnuten 22, 23 in einem Verteilerzapfen 24 der Verstellvorrichtung 4 in Verbindung stehen, wobei die Außenumfangsnuten 22, 23 gegenüber der Gehäusebohrung 21 mittels im Verteilerzapfen 24 angeordneten Rechteckringen 25 mit Hakenverschluß 26 zur Minimierung der Leckage der Verstellvorrichtung 4 abgedichtet sind. Baulich vorteilhaft ist es hierbei, den Verteilerzapfen 24 im freien Endbereich der Nockenwelle 3 auszubilden mit einer Zentrieraufnahme 28 für die mit der Nockenwelle 3 drehfest verbindbare Verstellvorrichtung 4, wobei im Verbindungsbereich zwischen der Verstellvorrichtung 4 und dem weilenseitigen Verteilerzapfen 24 zusätzlich eine Dichtanordnung 27 vorgesehen ist.
[0022] Die erfindungsgemäße Anordnung von das Leerlaufen bzw. Entleeren einer hydraulisch beaufschlagten Kammer einer jeweiligen Verstellvorrichtung ist nicht auf Verstellvorrichtungen 4 mit einem hydraulisch beaufschlagten Kolben 6 als Drehwinkel-Stellelement beschränkt, vielmehr können als Drehwinkel-Stellelemente auch die Zellenflügel einer Flügelzellen-Verstellvorrichtung ähnlich einer Flügelzellenpumpe dienen.
- die ein in einer Kammer (5) hydraulisch verstellbar angeordnetes Drehwinkel-Stellelement (6) für die getriebene Welle (3) umfaßt, und
- die Kammer (5) mit Leitungen (10, 11) für den jeweils gesteuerten/geregelten Zulauf sowie Rücklauf eines Hydraulikmediums in Verbindung steht, wobei
- die durch das Stellelement (6) unterteilte Kammer (5 bzw. 5', 5") mit Ober eine gesteuerte Ventilanordnung (13) wechselweise dem Zu-und Rücklauf dienenden Abschnitten (10', 11') der Hydraulik-Leitungen (10, 11) in Verbindung steht, und
- diese Leitungs-Abschnitte (10' 11') mittels der Ventilanordnung (13) mit einem Druckleitungsabschnitt (11") der einen Hydraulikleitung (11) und einem Rücklaufleitungsabschnitt (10") der anderen Hydraulikleitung (10) verbindbar sind, wobei
- der Druckleitungsabschnitt (11") zwischen einer Pumpe (14) und der Ventilanordnung (13) mit einem das Leerlaufen des einen Kammerteils (5', 5") verhindemden Rückschlagventil (15) ausgerüstet ist,
dadurch gekennzeichnet,- daß der jeweils gesteuert mit dem anderen Kammerteil (5", 5') in Verbindung stehende Rücklaufleitungsabschnitt (10") mit einer Steigleitung (16) verbunden ist, die
- eine im Bereich des in der Verstellvorrichtung (4) höchstmöglichen Hydraulik-Mediumstandes gemäß der Horizontalen (17) angeordnete Ausflußöffnung (18) aufweist.
- daß der Druckleitungsabschnitt (11") mit einem das Leerlaufen des einen Kammerteils (5' bzw. 5") verhindernden Rückschlagventil (15) ausgerüstet ist, und
- der mit dem anderen Kammerteil (5", 5') in Verbindung stehende Rücklaufleitungsabschnitt (10") ein Rückschlagventil (20) oder ein kennfeldgesteuertes Wegeventil umfaßt sowie
- gegebenenfalls jeweils eine Steigleitung (16).
- daß die dem jeweiligen Kammer-Zu- und -Ablauf dienende Abschnitte (10', 11') der Hydraulikleitungen (10, 11) mit zu einer Gehäusebohrung (21) offenen Umfangsnuten (22, 23) in einem Verteilerzapfen (24) der Verstellvorrichtung (4) in Verbindung stehen, wobei
- die Außenumfangsnuten (22, 23) gegenüber der Gehäusebohrung (21) mittels im Verteilerzapfen (24) angeordneten Rechteckringen (25) mit Hakenverschluß (26) abgedichtet sind.
- daß der Verteilerzapfen (24) im freien Endbereich einer Nockenwelle (3) ausgebildet ist mit einer Zentrieraufnahme (26) für eine mit der Nockenwelle (3) drehfest verbindbare Verstellvorrichtung (4), die
- in einem antriebsseitigen Teil (4') in einer Ring-Kammer (5 bzw. 5', 5") einen hydraulisch verlagerbaren Kolben (6) mit einem mit korrespondierenden antriebsseitigen und abtriebs- bzw. wellenseitigen Verzahnungen zusammenwirkenden kombinierten Verzahnungssatz aus einer Gerad- und einer Schräg-Verzahnung (7, 8) als Drehwinkel-Stellelement umfaßt.
- the device comprising a hydraulically adjustable element (6) disposed in a chamber (5) for adjusting the angle of rotation of the driven shaft (3), and
- the chamber (5) being connected to lines (10, 11) for an open-loop or closed-loop controlled outflow and return flow of a hydraulic medium, wherein
- the chambers (5 or 5', 5") separated by the adjusting element (6) are connected to portions (10', 11') of the hydraulic lines (10, 11) alternatively providing the outward flow and return flow via a controlled valve arrangement (13), and
- the said line portions (10', 11') can be connected by the valve arrangement (13) to a pressure portion (11") of one hydraulic line (11) and a return flow portion (10") of the other hydraulic line (10), wherein
- the pressure line portion (11") between a pump (14) and the valve arrangement (13) is equipped with a non-return valve (15) which prevents a chamber part (5', 5") from running empty,
characterised in that- the respective return-flow line portion (10") connected in controlled manner to the other chamber part (5", 5') is connected to a rising pipe (16), which
- has an outlet opening (18) disposed in the region of the highest possible level of hydraulic medium in the adjusting device (4) corresponding to the horizontal line (17).
- the pressure line portion (11") is equipped with a non-return valve (15) preventing a chamber part (5' or 5") from running empty, and
- the return flow line portion (10") connected to the other chamber part (5", 5') comprises a non-return valve (20) or a multi-way valve controlled by a performance graph, and
- if required, comprises a respective rising pipe (16).
- the portions (10', 11') of the hydraulic line (10, 11) providing the respective inflow to and outlet from the chambers are connected to peripheral grooves (22, 23) in a distribution tap (24) of the adjusting device (4) open towards a bore (21) in the casing, wherein
- the external peripheral grooves (22, 23) are sealed from the bore (21) by rectangular collars (25) disposed in the distribution tap (24) and with hook locks (26).
- the distribution tap (24) is formed in the free end region of a camshaft (3) and has a recess (26) for centring a distribution device (4) which is non-rotatably connectable to the camshaft (3) and
- in a drive-side part (4') in an annular chamber (5 or 5', 5") comprises a hydraulically movable piston (6) containing an element for adjusting the angle of rotation in the form of a set of straight-toothed and helical gears (7, 8) co-operating with corresponding gears on the drive side and the driven or shaft side.
- comprenant un élément de réglage de l'angle de calage (6) installé de manière réglable hydrauliquement dans une chambre (5) pour un arbre entraîné (3) et,
- la chambre (5) communique avec des conduites (10, 11) pour l'alimentation et le retour commandés/régulés d'un liquide hydraulique,
- la chambre (5, 5', 5") subdivisée par l'élément de réglage (6) communique par un dispositif de vanne commandé (13), alternativement avec les segments (10', 11') servant d'alimentation et de retour des conduites hydrauliques (10, 11) et,
- ces segments de conduite (10', 11') sont reliés par le dispositif de vanne (distributeur) (13) à un segment de conduite de pression (11") d'une conduite hydraulique (11) et un segment de retour (10") de l'autre conduite hydraulique (10), et
- le segment de conduite de pression (11") entre une pompe (14) et le distributeur (13) est muni d'un clapet anti-retour (15) qui réduit l'évacuation de la partie de chambre (5', 5"),
caractérisé en ce que- le segment de conduit de retour (10") chaque fois commandé, communiquant avec l'autre partie de chambre (5", 5') est relié à un tube montant (16), et
- le tube montant comporte dans la zone du niveau de fluide hydraulique le plus élevé possible, un orifice de sortie (18) prévu sur l'horizontale (17).
caractérisé en ce que
- le segment de conduite de pression (11') est équipé d'un clapet d'arrêt (15) qui évite qu'une partie de chambre (5', 5") ne se vide et,
- le segment de retour (10") qui communique avec l'autre partie de chambre (5", 5') comprend un clapet anti-retour (20) et un distributeur à tiroir commandé en fonction d'un champ de caractéristiques et,
- le cas échéant également une conduite montante (16).
caractérisé en ce que
- les segments (10', 11') des conduites hydrauliques (10, 11) servant d'alimentation et d'évacuation des chambres respectives, communiquent avec des rainures périphériques (22, 23) ouvertes vis-à-vis d'un perçage de boîtier (21), dans un bouchon distributeur (24) du dispositif de réglage (4) et,
- les rainures périphériques extérieures (22, 23) sont rendues étanches par rapport au perçage de boîtier (21) par des anneaux rectangulaires (25) avec une liaison à crochet (26) dans le bouchon distributeur (24).
caractérisé en ce que
- le bouchon distributeur (24) est réalisé dans la zone d'extrémité libre d'un arbre à cames (3) avec un logement de centrage (26) pour un dispositif de réglage (4) susceptible d'être relié solidairement en rotation à l'arbre à cames (3),
- ce dispositif de réglage comporte un piston (6) commandé hydrauliquement dans la partie entraînée (4') d'une chambre annulaire (5, 5', 5"), et un jeu de dentures combinées, coopérant avec une denture d'entraînement et de sortie ou d'arbre, faisant partie d'une denture droite et d'une denture inclinée (7, 8) comme éléments de réglage du calage angulaire.
caractérisé en ce que
la zone de liaison comporte entre le dispositif de réglage (4) et le bouchon distributeur (24) du côté de l'arbre, en plus un dispositif d'étanchéité (27).
caractérisé en ce que
les éléments de réglage de calage angulaires sont les palettes d'un dispositif de réglage à alvéoles délimitées par des palettes.