DE19529563A1 - Vorrichtung zum Verstellen der Phasenlage zumindest einer Welle - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Verstellen der Phasenlage zu­ mindest einer Welle in einem Steuerungsantrieb einer Brennkraftmaschine, insbesondere zumindest einer angetriebenen Nockenwelle, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Bekannt sind beispielsweise Vorrichtungen zum Verstellen der Phasenlage von Nockenwellen von ventilgesteuerten Brennkraftmaschinen mit verstell­ baren Spannern, die am Umschlingungsmittel, z. B. einer Kette oder einem Zahnriemen, an deren Los- und Lasttrum angreifen und deren Längen ent­ sprechend verstellen. Abhängig von den konstruktiven Gegebenheiten ist deren Verstellbereich jedoch begrenzt und deren Anordnung aufgrund bauli­ cher Beengtheit oft problematisch.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung der gattungsgemäßen Art vorzuschlagen, die bei baulich günstiger Anordnung eine schnelle Verstel­ lung über große Verstellwinkel ermöglicht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den weiteren Patentansprüchen entnehmbar.

Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, an dem antreibenden und dem ange­ triebenen Zahnrad jeweils ein den wirksamen Abwälzradius der Zahnräder änderndes Segmentteil anzuordnen, welches beabsichtigt je Umdrehung des Zahnrades einen Zahnsprung oder auch ein Überspringen mehrerer Zähne in Drehrichtung oder entgegengesetzt zur Drehrichtung bewirkt. Durch mehrmaliges Wirksamschalten des Segmentteiles kann dann je Zahn­ radumdrehung eine Vor- oder Nachverstellung der Phasenlage zumindest um je einen Zahn bewerkstelligt werden.

Das Segmentteil kann einen integralen Abschnitt des Zahnrades bilden, in dem z. B. ein Umfangsabschnitt des Zahnrades radial nach außen definiert verstellt wird, oder es kann bevorzugt gemäß Anspruch 2 seitlich an dem Zahnrad angeordnet sein und höckerförmig auf den Außenumfang des Zahnrad aufgeschoben oder entsprechend eingeschwenkt werden. Selbst­ verständlich steuert man dieses Aufschieben oder Einschwenken in einem freien Umfangsabschnitt des Zahnrades, d. h., in einem Umfangsabschnitt, der nicht von dem Umschlingungsmittel bedeckt ist.

Bevorzugt werden die Segmentteile hydraulisch betätigt, dies kann bei­ spielsweise durch einen entsprechenden Anschluß der hydraulischen Steue­ rung an das Druckumlaufschmiersystem der Brennkraftmaschine erfolgen.

Besonders vorteilhaft kann an einer den Zahnrädern benachbarten Maschi­ nenwand eine hydraulisch verstellbare Rampe vorgesehen sein, die beim Vorbeilaufen des Zahnrades bzw. des darauf befestigten, schwenkbaren Segmentteiles dieses in die Wirklage bewegt. Die Rampe wird dabei ab­ hängig von der Drehlage der Zahnräder, die mittels Drehwinkelsensoren abfragbar ist, entsprechend hydraulisch ausgefahren.

Die Zurückverstellung der Segmentteile in deren Ruhelage kann bevorzugt mittels vorgespannter Federn automatisch erfolgen.

Die bei der Verstellung der Phasenlage kurzzeitig zwangsläufig erfolgende Längenänderung des Umschlingungsmittels kann durch die Anordnung zumindest eines auf das Umschlingungsmittel wirkenden Spannmittels ausgeglichen werden. Derartige Spannmittel sind zur Aufrechterhaltung ei­ ner gleichmäßigen Spannung des Umschlingungsmittels ohnehin erforder­ lich. Bevorzugt kann die Betätigung des Spannelementes hydraulisch erfol­ gen, wobei dessen Betätigung derart an die hydraulische Steuerung der Segmentteile bzw. der ausfahrbaren Rampen angekoppelt ist, daß Überbe­ anspruchungen des Umschlingungsmittels bzw. hörbare Geräusche wäh­ rend der Verstellung weitgehendst ausgeschlossen sind.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist im folgenden mit weiteren Einzel­ heiten näher erläutert. Die schematische Zeichnung zeigt rechtsseitig eine Draufsicht auf eine Vorrichtung zum Verstellen der Phasenlage einer Nocken­ welle und linksseitig eine Seitenansicht der Nockenwelle mit der hydrau­ lisch gesteuerten Rampe zum Verschwenken eines auf dem Zahnrad gela­ gerten Segmentteiles.

Die gezeigte Vorrichtung setzt sich im wesentlichen zusammen aus einem auf der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine befestigten, antreibenden Zahn­ rad 10 und einem auf einer Nockenwelle 12 mittels einer Schraube 14 be­ festigtem abtreibenden Zahnrad 16, welche Zahnräder über ein Umschlin­ gungsmittel bzw. eine Kette 18 trieblich miteinander verbunden sind. Ferner ist im Lostrum 18a der Kette 18 ein Spanner 20 vorgesehen, der mittels ei­ ner Kolben-Zylindereinheit 22, 24 mit einem Gleitschuh 26 die Kette 18 mit einer definierten Grundvorspannung vorspannt.

An einem jedem Zahnrad 10, 16 ist ein im wesentlichen baugleiches Seg­ mentteil 28, 30 in der gezeigten Anordnung am jeweiligen Ketteneinlauf be­ weglich gelagert; der einfachheithalber ist nur das Segmentteil 28 im folgen­ den näher beschrieben. Den Segmentteilen gegenüberliegend sind an den Zahnrädern 10, 16 Massen-Ausgleichsgewichte 29, 31 angeordnet.

Das Segmentteil 28 an dem Zahnrad 16 ist an einer an dem Zahnrad 16 befestigten Konsole 32 über eine Achse 34 und einen Arm 36 schwenkbar gelagert, wobei das eigentliche Segmentteil 28a mit einer radial innen lie­ genden Verzahnung 38 versehen ist, die im eingeschwenkten Zustand form­ schlüssig mit Zähnen 40 des Zahnrades 16 zusammenwirkt. Der kreisseg­ mentartige Außenumfang 42 dient dabei zum Auflaufen der Kette 18, wobei dessen Längserstreckung derart berechnet ist, daß dessen Länge der An­ zahl der überdeckten Zähne 40 des Zahnrades 16 plus einem Zahn ent­ spricht. D. h., daß die Kette 18 durch das Segmentteil 28a (bzw. 30a) aus dem formschlüssigen Eingriff mit dem Zahnrad 16 ausgehoben und unter Verschiebung um einen Zahn 40 wieder in die Verzahnung des Zahnrades 16 einläuft.

An der den beiden Zahnrädern 10, 16 benachbarten Maschinenwand 44 der Brennkraftmaschine ist jeweils im freien Umfangsbereich der Zahnräder 10, 16 an deren Ketten-Einlaufbereich eine Kolben-Zylindereinheit 46, 48 an­ geordnet, wobei der Kolben 46 jeweils eine Rampe 50, 52 (die Rampe 50 in der linken Seitenansicht ist um 90° gedreht gezeichnet) trägt. Über die Rampen 50, 52 kann - sofern diese hydraulisch ausgefahren sind - das Seg­ mentteil 28 bzw. 30 alternierend auf einen Umfangsbereich des Zahnrades 10 bzw. 16 höckerförmig aufgeschwenkt werden, wobei durch Auflaufen der Kette 18 im Falle des Zahnrades 16 eine Verstellung der Nockenwelle 12 entgegen der eingezeichneten Drehrichtung und im Falle des Zahnrades 10 eine Verstellung der Nockenwelle 12 in der Drehrichtung bewerkstelligt wer­ den kann.

Die Verstellung der Phasenlage der Nockenwelle 12 relativ zur nicht darge­ stellten Kurbelwelle bzw. zum Zahnrad 10 erfolgt über eine hydraulische Steuerung 54, deren nicht dargestelltes Steuerventil über eine Steuerelek­ tronik 56 angesteuert wird, um sowohl über die Leitungen 54, 55 alternierend die Kolben-Zylindereinheiten 46, 48 der Segmentteile 28, 30 als auch über die Leitung 58 die veränderliche hydraulische Vorspannung des Spanners 20 zu steuern. Die Steuerung 54 wird dabei über die Schmiermittelpumpe 60 der Brennkraftmaschine mit hydraulischem Druck versorgt.

Bei einer Verstellung beispielsweise in der Drehrichtung (eingezeichnete Pfeile) des beschriebenen Steuerungsantriebes wird über die hydraulische Steuerung 54 über die Leitung 55 die Kolben-Zylindereinheit 46, 48 des Segmentteiles 30 mit hydraulischem Druck beaufschlagt, wodurch die Rampe 52 ausfährt. Dadurch wird beim Verbeistreichen des Segmentteiles 30 an der Rampe 52 letzteres auf das Zahnrad 10 aufgeschwenkt, wodurch die Kette 18 über deren regulären wirksamen Abwälzradius (=Teilkreis T_K) angehoben und auf den Umfangsbereich des Segmentteiles 30 aufläuft. Dies führt zu einer Vorverstellung des Zahnrades 16 auf der Nockenwelle 12 um einen Zahn, wobei sich zugleich das Lasttrum 18a der Kette 18 verkürzt. Während der Verkürzung des Lasttrumes 18a wird über die hydraulische Steuerung 54 die Vorspannung des Spanners 20 vermindert, so daß diese Verkürzung problemlos ausgeglichen werden kann. Läuft das Segmentteil 30 nach ca. 180 Umdrehung wieder in den freien, nicht überdeckten Be­ reich des Zahnrades 10 ein, so wird mittels der Feder 62 das Segmentteil 30 in seine Ruhelage zurückgeschwenkt. Zugleich wird kurzfristig über die hy­ draulische Steuerung 54 die Vorspannung des Spanners 20 erhöht, um spielfrei die plötzliche Längung des Lasttrums 18a der Kette 18 auszuglei­ chen.

Solange die Kolben-Zylindereinheit 46, 48 in der ausgefahrenen Position unter hydraulischem Druck verbleibt, wird mit jeder Umdrehung des Zahnra­ des 10 eine weitere Verstellung um einen Zahn der vorbeschriebenen Weise durchgeführt. Bei Beendung der Verstellung wird über die hydrauli­ sche Steuerung 54 die Leitung 58 drucklos geschaltet, so daß die Rampe 52 wieder in ihre Ruhelage zurückkehrt.

Soll eine umgekehrte Verstellung entgegen der Drehrichtung der Zahnräder 10 bzw. 16 gesteuert werden, so wird in gleicher Weise das Segmentteil 28 auf das Zahnrad 16 aufgeschwenkt und dementsprechend die Kette 18 in umgekehrter Richtung relativ zum Zahnrad 16 verstellt.

Claims (8)

1. Vorrichtung zum Verstellen der Phasenlage zumindest einer Welle in einem Steuerungsantrieb einer Brennkraftmaschine, insbesondere zu­ mindest einer angetriebenen Nockenwelle, mit einem antreibenden Zahnrad, einem angetriebenen Zahnrad und einem endlosen Umschlin­ gungsmittel, gekennzeichnet durch je ein den wirksamen Abwälzradius der Zahnräder (10, 16) änderndes Segmentteil (28, 30) welches verstell­ bar an den Zahnrädern angeordnet ist und in Wirklage eine Relativver­ stellung jeweils zwischen Zahnrad und Umschlingungsmittel (18) um zumindest einen Zahn bewirkt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Seg­ mentteile (28, 30) in Ruhelage seitlich neben den Zahnrädern (10, 16) und in Wirklage höckerartig auf den Zahnrädern (10, 16) angeordnet sind.

3. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Segmentteile (28, 30) schwenkbar oder verschiebbar an den Zahnrä­ dern (10, 16) gelagert sind.

4. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß die Segmentteile (28, 30) alternierend hydraulisch verstellbar sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß an einer den Zahnrädern (10, 16) benachbarten Maschinenwand (44) verstellbare Ram­ pen (50, 52) gelagert sind, die die Segmentteile (28, 30) in die Wirklage bewegen.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Seg­ mentteile (28, 30) mittels Federn (62) in die Ruhelage zurückverstellt werden.

7. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die durch die Segmentteile (28, 30) bewirkte Verände­ rung der Länge des Umschlingungsmittels (18) mittels zumindest eines an einem freien Abschnitt (18a) angreifenden Spannelementes (20) aus­ geglichen wird.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Spann­ element (20) hydraulisch betätigt ist und mit der hydraulischen Steuerung (54) der Segmentteile (28, 30) derart gekoppelt ist, daß dessen Vorspan­ nung bei einer Verkürzung des Umschlingungsmittels (18) kurzzeitig ver­ ringert und bei einer Längung kurzzeitig vergrößert ist.