DE19756017A1

DE19756017A1 - Device for changing the relative rotational position of a shaft to the drive wheel

Info

Publication number: DE19756017A1
Application number: DE19756017A
Authority: DE
Inventors: Alfred Trzmiel; Wolfgang Stephan; Axel-Willi Jochim
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG; Hydraulik Ring GmbH
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG; Hilite Germany GmbH
Priority date: 1997-12-17
Filing date: 1997-12-17
Publication date: 1999-06-24
Also published as: EP0924391A3; JPH11241609A; EP0924391A2; KR19990063115A

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur relativen Drehlagenänderung einer Welle zum Antriebsrad, insbesondere einer Nockenwelle einer Brennkraftmaschine, nach der Gattung des Hauptanspruches.The invention relates to a device for the relative change in the rotational position of a shaft Drive wheel, in particular a camshaft of an internal combustion engine, according to the Genus of the main claim.

Eine derartige Einrichtung ist beispielsweise aus der WO 95/31633 bekannt. Diese beschreibt eine Einrichtung zur Drehlagenänderung der Nockenwelle einer Brennkraftmaschine, wobei die Nockenwelle drehfest mit einem Innenrad verbunden ist, das radiale Stege aufweist, die zugeordnete Zellen eines Zellenrades in jeweils zwei gegeneinander wirkende Druckräume unterteilt. Dieses Zellenrad wird über einen Ketten- bzw. Riementrieb von der Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine angetrieben. Die Druckbeaufschlagung der jeweiligen Druckräume erfolgt dabei über ein als 4/3-Wegeventil ausgebildetes Steuerventil, über das die Druckräume in Abhängigkeit von der erwünschten Drehlagenänderung mit einer Druckmittelpumpe bzw. einem Druckmitteltank verbunden sind. Dazu führt von diesem Steuerventil jeweils eine Druckleitung zu allen gleichsinnig wirkenden Druckräumen. In diesen Druckleitungen ist darüber hinaus jeweils ein hydraulisch entsperrbares Rückschlagventil angeordnet, dessen Sperrwirkung jeweils vom Druck in der anderen Druckleitung aufhebbar ist. Über diese Rückschlagventile kann in der Neutralstellung des Steuerventils bei Vernachlässigung der Leckage-Verluste eine hydraulische Klemmung der beiden relativ zueinander verdrehbaren Bauteile erzielt werden. Eine derartige Einrichtung ist jedoch relativ aufwendig. Darüber hinaus kann es während des Verstellvorganges aufgrund der nahezu ungedrosselten Verbindung der einen Druckraumgruppe zum Druckmitteltank zu ungewollten Lageabweichungen und ungenauen bzw. schwankenden Verstellvorgängen kommen.Such a device is known for example from WO 95/31633. This describes a device for changing the rotational position of the camshaft Internal combustion engine, wherein the camshaft is rotatably connected to an inner wheel is, which has radial webs, the assigned cells of a cell wheel in each case subdivided two opposing pressure rooms. This cell wheel is over a Chain or belt drive driven by the crankshaft of an internal combustion engine. The pressurization of the respective pressure rooms takes place via an as 4/3-way valve designed control valve, via which the pressure chambers in dependence of the desired change in rotational position with a pressure medium pump or a Pressure medium tank are connected. This leads to one of these control valves Pressure line to all pressure chambers acting in the same direction. In these pressure lines is in addition, a hydraulically unlockable check valve is arranged, whose locking effect can be canceled by the pressure in the other pressure line. These check valves can be used in the neutral position of the control valve Neglecting the leakage losses a hydraulic clamping of the two relative rotatable components can be achieved. However, such a facility is relatively complex. In addition, it may be due to the adjustment process the almost unthrottled connection of one pressure chamber group to the Pressure medium tank for unwanted position deviations and inaccurate or fluctuating adjustment processes come.

Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, die gattungsgemäße Einrichtung zur relativen Drehlagenänderung einer Welle zum Antriebsrad dahingehend zu verbessern, daß diese einfacher und kostengünstiger aufgebaut ist und eine schwankungsfreie Drehlagenänderung ermöglicht. Dabei soll vor allem auf die Verwendung aufwendiger und teurer Steuerventile verzichtet werden.The invention is based on the object, the generic Device for changing the relative rotational position of a shaft to the drive wheel in this regard to improve that this is simple and inexpensive and a fluctuation-free change of the rotation position enables. It should focus on the Use of complex and expensive control valves can be dispensed with.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruches gelöst. Durch die ständige Druckbeaufschlagung der gegensinnig wirkenden Druckräume ist in allen Betriebslagen und auch während des Verstellvorganges eine wirksame hydraulische Klemmung bzw. Einspannung zu erzielen, so daß schwankende Überlagerungen der Drehlagenänderung weitgehend ausgeschlossen sind. Der Verstellvorgang wird dabei durch das steuer- bzw. regelbare Verbinden eines der Druckräume bzw. der Druckraumgruppe zum Druckmitteltank gewährleistet. Durch entsprechende Ansteuerung des einen Steuerventils wird dabei gewährleistet, daß über den gesamten Verstellvorgang ein für ein schwankungsarmes Verdrehen ausreichender Gegendruck aufrechterhalten bleibt. Eine derartige Einrichtung kann trotz der Verwendung zweier Steuerventile einfach und kostengünstig aufgebaut werden, da diese beiden Steuerventile in der Regel kostengünstiger als die Verwendung eines (Proportional-) 4/3-Wegeventil ist.This object is achieved with the characterizing features of Main claim solved. By constantly pressurizing the opposite acting pressure rooms is in all operating situations and also during the Adjustment process effective hydraulic clamping or clamping achieve so that fluctuating superpositions of the change in rotational position largely excluded are. The adjustment process is controlled by the controllable Connect one of the pressure chambers or the pressure chamber group to the pressure medium tank guaranteed. By controlling the one control valve accordingly ensures that over the entire adjustment process for a low-fluctuation Twisting sufficient back pressure is maintained. Such Setup can be simple and inexpensive despite the use of two control valves be built up because these two control valves are usually cheaper than that Using a (proportional) 4/3-way valve.

Eine sichere Fixierung der eingestellten relativen Drehlage in der Neutralstellung der beiden Steuerventile kann auf vorteilhafte und einfache Weise erreicht werden, indem in jede der Steuerleitungen bzw. Druckleitungen ein zur Verstellvorrichtung hin öffnendes Rückschlagventil angeordnet ist. Ein Rückfluß von Druckmitteln aus den Druckräumen wird dabei auch in der Neutralstellung der beiden Steuerventile wirksam verhindert.A secure fixation of the set relative rotational position in the neutral position of the two control valves can be achieved in an advantageous and simple manner by into each of the control lines or pressure lines towards the adjustment device opening check valve is arranged. A backflow of pressure medium from the Pressure chambers are also effective in the neutral position of the two control valves prevented.

Insbesondere beim Einsatz einer derartigen Einrichtung in einer Brennkraftmaschine mit drehzahlabhängiger Druckversorgung kann ein Schwanken bzw. eine ungleichmäßige Drehlagenänderung vermieden werden,. wenn die Druckversorgung der Druckräume über jeweils ein Drosselelement in den Steuerleitungen erfolgt. Über dieses Drosselelement wird erreicht, daß höherfrequente Druckänderungen in den Steuerleitungen nicht bzw. nur in geringem Maße auf die Druckräume übertragen werden. Darüber hinaus wir durch diese Drosselelemente ein Hochlaufen der Pumpe beim Öffnen der Bypassverbindung zum Druckmitteltank verhindert bzw. verzögert und somit eine wirksame Druckverringerung trotz der ständigen Verbindung mit der Druckmittelpumpe ermöglicht. Diese Drosselelemente sind dabei zwischen Druckmittelpumpe und der Bypassverbindung angeordnet, so daß nur der Zufluß zu den Druckräumen gedrosselt wird und der Rückfluß von den Druckräumen über die Bypassverbindungen zum Druckmitteltank ungedrosselt erfolgt. Durch den ungedrosselten Rückfluß wird auf besonders vorteilhafte Weise eine sehr schnelle Verstellung und Regelung ermöglicht.In particular when using such a device in an internal combustion engine with speed-dependent pressure supply, a fluctuation or a uneven changes in the rotational position are avoided. if the pressure supply the pressure chambers are each via a throttle element in the control lines. about this throttle element is achieved that higher-frequency pressure changes in the Do not transfer control lines or only to a small extent to the pressure rooms become. In addition, these throttle elements make the pump run up prevented or delayed when opening the bypass connection to the pressure medium tank and thus an effective pressure reduction despite the constant connection with the Pressure fluid pump enables. These throttle elements are between Pressure fluid pump and the bypass connection arranged so that only the inflow to the pressure chambers is throttled and the backflow from the pressure chambers over the Bypass connections to the pressure medium tank are made without throttling. By the unthrottled reflux becomes very rapid in a particularly advantageous manner Adjustment and regulation enabled.

Eine geregelte Lageänderung der beiden relativ zueinander verdrehbaren Bauteile kann auf besonders einfache und vorteilhafte Weise erreicht werden, wenn die beiden Steuerventile als getaktete Ventile, insbesondere als pulsweitenmodulierte Ventile ausgebildet sind.A controlled change in position of the two components that can be rotated relative to one another can be achieved in a particularly simple and advantageous manner if the two Control valves as clocked valves, in particular as pulse width modulated valves are trained.

Weitere Vorteile und vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der Beschreibung.Further advantages and advantageous developments of the invention result from the Subclaims and the description.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der nachfolgenden Beschreibung und Zeichnung näher erläutert. Letztere zeigt inAn embodiment of the invention is in the following description and Drawing explained in more detail. The latter shows in

Fig. 1 eine Ansicht der Verstelleinrichtung von der der Nockenwelle abgewandten Seite her gesehen und in Fig. 1 is a view of the adjusting device from the side facing away from the camshaft and in

Fig. 2 einen Schnitt entlang der Linie II-II nach Fig. 1 mit schematisch dargestellter Druckmittelversorgung. Fig. 2 shows a section along the line II-II of FIG. 1 with a schematically illustrated pressure medium supply.

In der Zeichnung ist mit 1 die Nockenwelle einer Brennkraftmaschine dargestellt, an deren freien Ende das Innenteil 2 einer Verstellvorrichtung 3 drehfest angeordnet ist. Dieses Innenteil 2 ist in diesem Ausführungsbeispiel mit vier radial angeordneten Stegen 4a bis 4c versehen. Das Innenteil wird von einem Zellenrad 5 umfaßt, das auf nicht näher dargestellte Weise mit der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine verbunden ist und demzufolge als Antriebsrad wirkt. Das Zellenrad 5 ist mit vier nach innen ragenden radialen Stegen 6a bis 6d versehen, zwischen denen vier Zellen ausgebildet sind, die durch die Stege des Innenteils in jeweils zwei Druckräume 7a bis 7d bzw. 8a bis 8d unterteilt sind. Diese Druckräume sind so ausgebildet, daß die Summe der hydraulisch wirksamen Flächen in beide Verstellrichtungen gleich ist. Die Druckräume 7a bis 7d sind jeweils über eine radiale Bohrung 9a bis 9d im Innenteil mit einer Ringnut 10 an der Nockenwelle 1 verbunden. Die Druckräume 8a bis 8d sind in analoger Weise über radiale Bohrungen 11a bis 11d im Innenteil mit einer zweiten Ringnut 12 in der Nockenwelle verbunden. Die beiden Ringnuten 10 und 12 sind jeweils mit einem in der Nockenwelle verlaufenden Druckkanal 13 bzw. 14 verbunden. Diese Druckkanäle 13 und 14 sind auf an sich bekannte Weise über ein Nockenwellenlager 15 mit jeweils einer Steuerleitung 16 bzw. 17 verbunden.In the drawing, 1 shows the camshaft of an internal combustion engine, at the free end of which the inner part 2 of an adjusting device 3 is arranged in a rotationally fixed manner. This inner part 2 is provided in this embodiment with four radially arranged webs 4 a to 4 c. The inner part is encompassed by a cellular wheel 5 , which is connected in a manner not shown to the crankshaft of the internal combustion engine and consequently acts as a drive wheel. The cellular wheel 5 is provided with four inwardly projecting radial webs 6 a to 6 d, between which four cells are formed which are divided into two pressure spaces 7 a to 7 d and 8 a to 8 d by the webs of the inner part. These pressure chambers are designed so that the sum of the hydraulically effective areas is the same in both adjustment directions. The pressure chambers 7 a to 7 d are each connected via a radial bore 9 a to 9 d in the inner part with an annular groove 10 on the camshaft 1 . The pressure chambers 8 a to 8 d are connected in an analogous manner via radial bores 11 a to 11 d in the inner part with a second annular groove 12 in the camshaft. The two annular grooves 10 and 12 are each connected to a pressure channel 13 and 14 running in the camshaft. These pressure channels 13 and 14 are connected in a manner known per se via a camshaft bearing 15 to a control line 16 and 17 , respectively.

Die beiden Steuerleitungen 16 und 17 sind mit dem Druckanschluß 18 einer Druckmittelpumpe 19 verbunden, die beispielsweise die Ölpumpe der Brennkraftmaschine sein kann. In beiden Steuerleitungen 16 und 17 ist jeweils ein Rückschlagventil 20, 21 angeordnet, das in Richtung von der Druckmittelpumpe 19 zur Verstellvorrichtung 3 hin öffnet. Jedem der beiden Rückschlagventile 20 und 21 ist in der jeweiligen Steuerleitung 16 bzw. 17 ein Drosselelement 22 bzw. 23 nachgeschaltet. Stromab der Drosselelemente 22 bzw. 23 ist jede der beiden Steuerleitungen 16 bzw. 17 mit einer Bypaßleitung 24 bzw. 25 verbunden, die zu jeweils einem Steuerventil 26 bzw. 27 führen. Die beiden Steuerventile 26 und 27 sind in diesem Ausführungsbeispiel als getaktete, pulsweitenmodulierte 2/2-Wegeventile ausgebildet. In der Schaltstellung 1 der beiden Steuerventile 26 und 27 sind die zugeordneten Bypaßleitungen 24 bzw. 25 jeweils endseitig verschlossen und in der Schaltstellung II jeweils mit einem Druckmitteltank 28 verbunden. The two control lines 16 and 17 are connected to the pressure connection 18 of a pressure medium pump 19 , which can be, for example, the oil pump of the internal combustion engine. A check valve 20 , 21 is arranged in each of the two control lines 16 and 17 and opens in the direction from the pressure medium pump 19 to the adjusting device 3 . Each of the two check valves 20 and 21 is followed by a throttle element 22 or 23 in the respective control line 16 or 17 . Downstream of the throttle elements 22 and 23 , each of the two control lines 16 and 17 is connected to a bypass line 24 and 25 , which lead to a control valve 26 and 27 , respectively. In this exemplary embodiment, the two control valves 26 and 27 are designed as clocked, pulse-width-modulated 2/2-way valves. In switch position 1 of the two control valves 26 and 27 , the associated bypass lines 24 and 25 are each closed at the ends and in switch position II are each connected to a pressure medium tank 28 .

In der Neutralstellung I der beiden Steuerventile 26 und 27 sind alle Druckräume 7a bis 7d bzw. 8a bis 8d der Verstellvorrichtung 3 mit Druck beaufschlagt. Aufgrund der gleich großen hydraulisch wirksamen Druckflächen ist die Verstellvorrichtung hydraulisch eingespannt, so daß keine Drehlagenänderung verursacht wird. Zur Drehlagenänderung der Verstellvorrichtung wird in Abhängigkeit von der gewünschten Verstellbewegung eines der beiden Steuerventile 26 bzw. 27 in seine Schaltstellung II geschaltet. Die mit diesem Schaltventil verbundenen Druckräume werden somit über die Bypaßleitung 24 bzw. 25 zum Druckmitteltank 28 entlastet. Aufgrund der Druckdifferenz zu den mit vollem Pumpendruck beaufschlagten Druckräumen wird das Innenteil 2 relativ zum Zellenrad 5 in die zugeordnete Richtung verdreht. Durch getaktete bzw. pulsweitenmodulierte Ansteuerung der Steuerventile ist eine drehgeschwindigkeits- und lageregelbare Verdrehbewegung durch geregelte Druckentlastung möglich.In the neutral position I of the two control valves 26 and 27 , all pressure spaces 7 a to 7 d and 8 a to 8 d of the adjusting device 3 are pressurized. Due to the hydraulically effective pressure surfaces of the same size, the adjustment device is clamped hydraulically so that no change in the rotational position is caused. To change the rotational position of the adjusting device, one of the two control valves 26 and 27 is switched into its switching position II depending on the desired adjusting movement. The pressure chambers connected to this switching valve are thus relieved via the bypass line 24 or 25 to the pressure medium tank 28 . Due to the pressure difference to the pressure chambers charged with full pump pressure, the inner part 2 is rotated relative to the cell wheel 5 in the assigned direction. A clocked or pulse-width-modulated control of the control valves enables a rotational speed and position-adjustable twisting movement through regulated pressure relief.

Claims

1. Device for the relative change in the rotational position of a shaft ( 1 ) to the drive wheel ( 5 ), in particular a camshaft of an internal combustion engine, with an adjusting device ( 3 ) with two pressure chambers acting against one another ( 7 a to 7 d, 8 a to 8 d), with a Pressure medium pump ( 19 ), a pressure medium tank ( 28 ) and at least one control valve, characterized in that each of the two pressure chambers ( 7 a to 7 d, 8 a to 8 d) via a control line ( 16 , 17 ) continuously with the pressure medium pump ( 19 ), and that a control valve ( 26 , 27 ) is arranged on each of the two control lines, with which a bypass connection ( 24 , 25 ) to the pressure medium tank ( 28 ) can be produced.

2. Device for changing the relative rotational position of a shaft to the drive wheel according to claim 1, characterized in that in each control line ( 16 , 17 ) at least one to the adjusting device ( 3 ) opening check valve ( 20 , 21 ) is arranged.

3. Device for changing the relative rotational position of a shaft to the drive wheel according to claim 1 or 2, characterized in that in each control line ( 16 , 17 ) at least one throttle element ( 22 , 23 ) is arranged.

4. Device for changing the rotational position of a shaft to the drive wheel according to claim 3, characterized in that the throttle element ( 22 , 23 ) between the pressure medium pump ( 19 ) and the bypass connection ( 24 , 25 ) is arranged.

5. Device for changing the rotational position of a shaft to the drive wheel according to one of the preceding claims, characterized in that the control valves ( 26 , 27 ) are designed as clocked valves, in particular as pulse-width-modulated valves.

6. Device for changing the relative rotational position of a shaft to the drive wheel according to one of the preceding claims, characterized in that the control valves ( 26 , 27 ) are designed as 2/2-way valves.