DE4237785A1 - - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Steuersystem für eine verstellbare Nockenwelle eines Kraftfahrzeugmotors, bei dem die Phase oder die Umfangslage einer Nockenwelle relativ zu der einer Kurbelwelle und möglicherweise auch zu einer oder mehreren anderen Nockenwellen verändert wird, indem die Län­ gen der Abschnitte einer Kette oder eines Riemens, die die Nockenwelle(n) oder die Nockenwelle(n) und die Kurbelwelle miteinander verbinden, verändert werden.

Die US-PS 50 02 023 des gleichen Anmelders, die hiermit in die vorliegende Offenbarung eingearbeitet wird, beschreibt ein Steuersystem für eine verstellbare Nockenwelle (VCT- System), bei dem eine Nockenwelle über eine Kette oder einen Riemen mit einer Kurbelwelle verbunden ist, wobei die Ab­ schnitte der Kette oder des Riemens zwischen den miteinander verbundenen Elementen während der Drehung der Nockenwelle keine merklichen Längenänderungen erfahren, und zwar trotz der Drehmomentpulsationen, denen die Nockenwelle während ihres Normalbetriebes ausgesetzt ist, und der in der Kette oder im Riemen entstehenden Spannungspulsationen. Es ist je­ doch bekannt, daß die Steuerung einer Nockenwelle relativ zu einer Kurbelwelle durchgeführt werden kann, indem man die Längen der verschiedenen Abschnitte der Kette oder des Rie­ mens ändert, die bzw. der um die Kettenräder oder Riemen­ scheiben an der Nockenwelle bzw. den Nockenwellen und der Kurbelwelle gezogen sind. Verschiedene Motor- und Fahrzeug­ hersteller bevorzugen diese Technik als einen Weg zum Er­ reichen von Phasenänderungen der Nockenwelle, d. h. Änderun­ gen der Position der Nockenwelle relativ zur Position der Kurbelwelle. VCT-Längenänderungssysteme des Standes der Technik sind beispielsweise in der US-PS 48 62 845 des An­ melders und in der US-PS 36 83 875 beschrieben.

Die bekannten VCT-Kettenlängenänderungssysteme, wie sie bei­ spielsweise in den vorstehenden Veröffentlichungen beschrie­ ben sind, benötigen alle eine aktive separat betätigte Vor­ richtung, um die Längen der Abschnitte einer Kette oder ei­ nes Riemens zwischen einem Kettenrad oder einer Riemen­ scheibe an einer Nockenwelle und einem Kettenrad oder einer Riemenscheibe an einer Kurbelwelle zu ändern. In einem hydraulisch betätigten System, bei dem das Schmieröl des Mo­ tors als Hydraulikmittel verwendet wird, kann dies durchge­ führt werden, indem man die Schmiermittelpumpe für das Motoröl benutzt, um die VCT-Kettenlängenänderungsvorrichtun­ gen zu betätigen. Dies macht jedoch eine beträchtlich ver­ größerte Pumpe erforderlich, insbesondere im Hinblick auf die schnellen Ansprechzeiten, die bei modernen VCT-Systemen benötigt werden.

Erfindungsgemäß wird eine VCT-Vorrichtung mit verstellbarer Ketten- oder Riemenlänge selbstwirkend gemacht, indem man normale Spannungsänderungen der Kette oder des Riemens über geeignete Steuerungen ausnutzt, um das Ausströmen von Hydraulikmittel aus einer Hydraulikvorrichtung, die die Länge in einem Abschnitt der Kette oder des Riemens verän­ dert, in eine zweite, entgegengesetzt wirkende Hydraulikvor­ richtung, in der der Hydraulikdruck niedriger ist und die gemeinsam mit der ersten Vorrichtung die Länge in einem an­ deren Abschnitt der Kette oder des Riemens verändert, um eine konstante Gesamtlänge der Kette oder des Riemens auf­ rechtzuerhalten, zu ermöglichen oder zu verhindern.

Hydraulikmittel, vorzugsweise in der Form des Schmieröles für den Motor, wird von einer der Hydraulikvorrichtungen zur anderen Hydraulikvorrichtung infolge einer Druckdifferenz zwischen diesen Vorrichtungen geführt, wenn ein Steuerventil eine derartige Überführung zuläßt. Die Hydraulikdruckdiffe­ renz zwischen den Vorrichtungen tritt als Ergebnis der Span­ nungsunterschiede zwischen verschiedenen Abschnitten der Kette oder des Bandes auf, wobei ein Abschnitt eine Last auf eine der Hydraulikvorrichtungen und ein anderer Abschnitt eine Last auf die andere Hydraulikvorrichtung aufbringt. Zu einem vorgegebenen Zeitpunkt während der Drehung einer Nockenwelle befindet sich ein Abschnitt der Kette oder des Riemens, die bzw. der um eine derartige Nockenwelle gezogen ist, unter einer höheren Spannung als ein anderer Abschnitt, und die Identität dieser Abschnitte ändert sich von Zeit zu Zeit während jeder Umdrehung der Nockenwelle infolge der sich konstant ändernden Stellung eines jeden ventilbetäti­ genden Nockens relativ zum Folger des durch einen derartigen Nocken betätigten Motorventiles. Durch dieses Phänomen wer­ den entgegengesetzt gerichtete Drehmomentpulsationen in die Nockenwelle während jeder Umdrehung derselben eingeführt, wie dies in der vorstehend genannten US-PS 50 02 023 erläu­ tert ist.

Die Verlängerungs- oder Verkürzungsvorrichtungen der vorlie­ genden Erfindung für einen Ketten- oder Riemenabschnitt ar­ beiten gemeinsam und erhöhen oder verringern die Länge des Abschnittes der Kette oder des Riemens, der sich auf der Seite mit höherer Spannung eines angetriebenen Elementes, beispielsweise einer Nockenwelle bei einem Kraftfahrzeugmo­ tor, befindet. Die Vorrichtungen verringern oder erhöhen entsprechend die Länge des Abschnittes der Kette oder des Riemens, der sich auf der Seite mit niedrigerer Spannung des angetriebenen Elementes befindet. Wie vorstehend erläutert, kann sich die Identität der Seiten mit höherer und niedrige­ rer Spannung des angetriebenen Elementes während jeder Um­ drehung desselben von Abschnitt zu Abschnitt ändern. Wenn das VCT-System der vorliegenden Erfindung so gesteuert wird, daß es die Phase einer angetriebenen Nockenwelle relativ zu einer antreibenden Kurbelwelle vorrückt, wird beispielsweise eine der Vorrichtungen so gesteuert, daß sie einen Längenan­ stieg eines Abschnittes der Kette oder des Riemens, die bzw. der die Kurbelwelle und Nockenwelle miteinander verbindet, nur dann ermöglicht, wenn sich das Hydraulikmittel in dieser Vorrichtung unter einem niedrigeren Druck als das Hydraulik­ mittel in der anderen Vorrichtung befindet. Dieser Zustand tritt nur während eines Abschnittes einer jeden Umdrehung der Nockenwelle auf, wenn die Richtung des Drehmomentes eine vorgegebene Richtung ist. Während eines anderen Abschnittes der Umdrehung der Nockenwelle nach einer Drehmoment­ richtungsumkehr derselben ist der Hydraulikdruck in einer der Vorrichtungen größer als in der anderen Vorrichtung, und es tritt keine Phasenänderung der Nockenwelle relativ zur Kurbelwelle auf. Umgekehrt findet eine Längenerhöhung des anderen Abschnittes der Kette oder des Riemens nur während der Zeiten statt, wenn das Steuersystem umgestellt wurde, um die Nockenwellenphase relativ zur Kurbelwelle zu verzögern. Dies tritt nur auf, wenn das Drehmoment der Nockenwelle in entgegengesetzter Richtung wirkt. In jedem Falle wird durch Ausnutzen einer natürlich auftretenden Hydraulikdruckdiffe­ renz in den Hydraulikvorrichtungen zur Durchführung der Län­ genänderungen in den verschiedenen Abschnitten der Kette oder des Bandes, um die entsprechende Phasenverstellung der Nockenwelle durchzuführen, keine signifikante zusätzliche Last auf die Schmierölpumpe des Motors aufgebracht und es wird keine zusätzliche primäre Hydraulikbewegungseinrichtung benötigt. Des weiteren kann in einem erfindungsgemäß ausge­ bildeten VCT-System eine Phasenverstellung der Nockenwelle sehr rasch durchgeführt werden. Ein solches VCT-System kann so gesteuert werden, daß es in einer eine kontinuierliche Verstellung bewirkenden Weise funktioniert, während VCT- Systeme mit verstellbarer Kette oder Riemen des Standes der Technik nur in einer zwei Positionen betreffenden Art und Weise, nämlich mit voller Voreilung und voller Nacheilung, arbeiten können.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes VCT-System eines Typs zu schaffen, bei dem die Phasenver­ stellung einer Nockenwelle relativ zu einer Kurbelwelle durch Änderung der Längen der Abschnitte einer Kette oder eines Riemens, die die Nockenwelle und die Kurbelwelle mit­ einander verbinden, durchgeführt werden kann. Genauer gesagt soll erfindungsgemäß ein selbstwirkendes VCT-System des vor­ stehend beschriebenen Typs zur Verfügung gestellt werden.

Die vorstehend genannte Aufgabe wird durch ein System mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.

Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbei­ spielen in Verbindung mit der Zeichnung im einzelnen erläu­ tert. Es zeigt

Fig. 1A eine schematische Darstellung einer be­ vorzugten Ausführungsform eines erfin­ dungsgemäß ausgebildeten Steuersystems für eine verstellbare Nockenwelle in der Phase mit voller Voreilung einer ange­ triebenen Nockenwelle relativ zu einer treibenden Kurbelwelle, die die Nocken­ welle mit Hilfe eines Kettentriebes an­ treibt;

Fig. 1B eine schematische Ansicht des Steuer­ systems der Fig. 1A in der Position mit voller Nacheilung der Nockenwelle relativ zur Kurbelwelle;

Fig. 2 eine schematische Darstellung des Hydrau­ liksystems des Steuersystems für eine verstellbare Nockenwelle gemäß der bevor­ zugten Ausführungsform der Erfindung, wo­ bei ein Zustand dargestellt ist, in dem die Nockenwellenphase in einer vorgegebe­ nen Position zwischen ihrer Stellung mit voller Voreilung und voller Nacheilung gehalten wird;

Fig. 3 eine schematische Ansicht ähnlich Fig. 2, wobei die Nockenwellenphase in Richtung auf ihre Voreilstellung verscho­ ben wird;

Fig. 4 eine schematische Darstellung ähnlich der Fig. 2 und 3, wobei die Nockenwellen­ phase in Richtung auf ihre Stellung mit voller Nacheilung verschoben wird;

Fig. 5A eine Ansicht ähnlich Fig. 1A einer ande­ ren Ausführungsform eines Steuersystems für eine verstellbare Nockenwelle in der Stellung nit voller Voreilung der Nocken­ welle;

Fig. 5B eine Ansicht ähnlich Fig. 1B des Steuer­ systems für eine verstellbare Nockenwelle der Fig. 5A in der Stellung der Nocken­ welle mit voller Nacheilung;

Fig. 6A eine Ansicht ähnlich Fig. 1A einer Aus­ führungsform eines Systems zur Verände­ rung der zeitlichen Steuerung einer Nockenwelle relativ zu der einer anderen Nockenwelle in der Stellung mit voller Voreilung der verstellbaren Nockenwelle;

Fig. 6B eine Ansicht ähnlich Fig. 1B des Steuer­ systems der Fig. 6A in der Stellung der verstellbaren Nockenwelle mit voller Nacheilung;

Fig. 7A eine Ansicht ähnlich Fig. 6A einer wei­ teren Ausführungsform eines Steuersystems für eine verstellbare Nockenwelle bei mehreren Nockenwellen in der Stellung der verstellbaren Nockenwelle mit voller Vor­ eilung; und

Fig. 7B eine Ansicht ähnlich Fig. 6B des Steuer­ systems der Fig. 7A in der Stellung der verstellbaren Nockenwelle mit voller Nacheilung.

Wie schematisch in den Fig. 1A und 1B gezeigt, besitzt eine drehbare Kurbelwelle 12 eines Kraftfahrzeugmotors, der im übrigen nicht dargestellt ist, ein damit verkeiltes Ket­ tenrad 14 und wirkt als Antriebselement zum Antrieb einer Nockenwelle 16, deren Drehachse, d. h. deren Längsmittel­ achse, parallel zur Drehachse der Kurbelwelle 12 verläuft, wobei die Drehachse der Kurbelwelle ebenfalls deren Längs­ mittelachse ist. Die Nockenwelle 16 besitzt ebenfalls ein damit verkeiltes Kettenrad 18. Die Drehbewegung wird vom Kettenrad 14 auf das Kettenrad 18 über eine Kette 20 über­ tragen, die um jede der Kettenräder 14 und 18 gezogen ist. Falls gewünscht, kann die Kette 20 durch einen Zahnriemen ersetzt werden. In diesem Fall müssen die Kettenräder 14, 18 durch geeignete Riemenscheiben ersetzt werden, da einige Fahrzeug- und Motorhersteller riemengetriebene Motoren ket­ tengetriebenen Motoren des dargestellten Typs vorziehen.

Bei der dargestellten Anordnung besitzt die Kette 20 zwei Hauptabschnitte, nämlich die Abschnitte 20a, 20b, wobei sich der Abschnitt 20a in einer Richtung von der Nockenwelle 16 zur Kurbelwelle 12 bewegt, wenn sich die Kurbelwelle in Richtung des bogenförmigen Pfeiles A dreht, während sich der Abschnitt 20b in einer Richtung von der Kurbelwelle 12 zur Nockenwelle 16 während eines derartigen Drehzustandes be­ wegt. In jedem Fall wird der Abschnitt 20a der Kette 20 durch eine hydraulische Spanneinrichtung 22, beispielsweise einen Hydraulikzylinder, der nur schematisch dargestellt ist, unter Spannung gehalten. Der Abschnitt 20b der Kette 20 wird durch eine hydraulische Spanneinrichtung 24, die eine entsprechende Konstruktion und Funktion besitzt wie die Spanneinrichtung 22, unter Spannung gehalten. Die Spannein­ richtungen 22 und 24 wirken direkt auf gelenkig gelagerte Schuhe 26, 28 ein, deren Kettenkontaktflächen gekrümmt und an die entsprechenden Krümmungen der Kettenabschnitte 20a, 20b angepaßt sind, um eine gleichmäßigere Verteilung der von den Spanneinrichtungen 22, 24 auf die Kettenabschnitte 20a, 20b ausgeübten Belastungen zu erreichen.

Der Druck des Hydraulikmittels in den Spanneinrichtungen 22, 24 ist infolge der von den Schuhen 26, 28 auf die Spannein­ richtungen 22, 24 ausgeübten Belastungen von den Spannungs­ graden innerhalb der Kettenabschnitte 20a, 20b abhängig. Da die Nockenwelle 16 während jeder ihrer Umdrehungen einer Drehmomentrichtungsumkehr ausgesetzt ist, wie in der vor­ stehend genannten US-PS 50 02 003 erläutert, ist während ei­ nes Abschnittes einer jeden Drehung der Nockenwelle 16 die Spannung im Abschnitt 20a der Kette 20 größer als die Span­ nung im Abschnitt 20b. Nach einer Drehmomentrichtungsumkehr der Nockenwelle 16 ist die Spannung im Abschnitt 20a der Kette 20 geringer als die Spannung im Abschnitt 20b. Dieses Phänomen kann ausgenutzt werden, um die Phase der Nocken­ welle 16 relativ zur Kurbelwelle 12 aus der vollen Vorei­ lung, wie in Fig. 1A gezeigt, in die volle Nacheilung, wie in Fig. 1B gezeigt, oder in irgendeine Phase dazwischen (nicht gezeigt) zu verstellen. Ein Vergleich der Position eines Punktes 18a auf dem Kettenrad 18 in der Position des Kettenrades gemäß Fig. 1A zu der Position des Punktes 18a in der Position des Kettenrades 18 gemäß Fig. 1B zeigt dies.

Das Vorbewegen oder Zurückbewegen der Phase oder Position der Nockenwelle 16 relativ zur Kurbelwelle 12 kann in ge­ steuerter Weise erreicht werden, indem man mit Hilfe des in den Fig. 2-4 gezeigten Hydrauliksystems auf der Basis der Richtung der Druckdifferenz des darin befindlichen Hydrau­ likmittels das Hydraulikmittel von einer der Spanneinrich­ tungen 22, 24 zur anderen überführt. Wie die Fig. 2 bis 4 zeigen, strömt das Hydraulikmittel in den Spanneinrichtungen 22, 24, bei dem es sich vorzugsweise um das Motorschmieröl handelt, über eine gemeinsame Einlaßleitung 32 in die Spann­ einrichtungen 22, 24. Die Einlaßleitung 32 endet an einer Verbindungsstelle zwischen gegenüberliegenden Rückschlagven­ tilen 34 und 36, die über Zweigleitungen 38 und 40 an die Spanneinrichtungen 22, 24 angeschlossen sind. Die Rück­ schlagventile 34 und 36 weisen ringförmige Sitze 34a und 36a auf, um den Durchfluß des Hydraulikmittels durch die Rück­ schlagventile 34 und 36 in die Spanneinrichtungen 22, 24 zu ermöglichen. Ein Rückfluß des Hydraulikmittels durch die Rückschlagventile 34 und 36 wird jedoch über schwimmende Ku­ gelelemente 34b und 36b blockiert, die durch Federn 34c, 36c elastisch gegen die Sitze 34a und 36a gedrückt werden. Die Rückschlagventile 34, 36 ermöglichen somit das anfängliche Füllen der Spanneinrichtungen 22, 24 und sorgen für eine kontinuierliche Zufuhr von Ergänzungshydraulikmittel, um eine entsprechende Leckage zu kompensieren. Hydraulikmittel dringt über einen Ventilschieber 42 in die Leitung 32 ein und wird von den Spanneinrichtungen 22, 24 über Rückführlei­ tungen 44 und 46 zum Ventilschieber 42 zurückgeführt.

Der Ventilschieber 42 besteht aus einem zylindrischen Ele­ ment 48 und einem Schieber 50, der innerhalb des Elementes 48 vor und zurück gleitet. Der Schieber 50 besitzt zylin­ drische Erweiterungen 50a, 50b an gegenüberliegenden Enden. Die Erweiterungen 50a, 50b, die eng anliegend im Element 48 angeordnet sind, sind so vorgesehen, daß die Erweiterung 50b den Austritt von Hydraulikmittel aus der Rückführleitung 46 blockiert, wie in Fig. 4 gezeigt, wenn sich die Nockenwelle 16 in Richtung auf ihre Nacheilstellung verschiebt. Die Er­ weiterung 50a blockiert den Austritt von Hydraulikmittel aus der Rückführleitung 44, wie in Fig. 3 gezeigt, wenn sich die Nockenwelle 16 in Richtung auf ihre Voreilstellung ver­ schiebt, oder die Erweiterungen 50a und 50b blockieren den Austritt von Hydraulikmittel aus beiden Rückführleitungen 44 und 46, wie in Fig. 2 gezeigt, wenn die Nockenwelle 16 in einer gewünschten Position, ihrer Stellung mit voller Vorei­ lung, ihrer Stellung mit voller Nacheilung oder irgendeiner Zwischenposition gehalten wird.

Die Position des Schiebers 50 innerhalb des Elementes 48 wird durch eine Feder 52 beeinflußt, die auf das Ende der Erweiterung 50b einwirkt. Somit drückt die Feder 52 den Schieber 50 elastisch nach rechts in der in den Fig. 2-4 gezeigten Orientierung. Der Schieber wird ferner durch Hydraulikdruck innerhalb eines Steuerdruckzylinders 84, des­ sen Kolben 84a gegen eine Verlängerung 50c des Schiebers 50 gelagert ist, nach rechts gedrückt. Die Position des Schie­ bers 50 innerhalb des Elementes 48 wird weiter beeinflußt durch die Zuführung von unter Druck stehendem Hydraulikmit­ tel in einen Abschnitt 48a des Elementes 48 auf der Außen­ seite der Erweiterung 50a und durch eine Feder, die auf das Ende der Erweiterung 50a einwirkt. Beide Kräfte drücken den Schieber 50 nach links. Das Zurückfahren der einen oder an­ deren Spanneinrichtung 22, 24 in Verbindung mit einem Aus­ fahren der anderen Spanneinrichtung führt zur Freigabe der Rückführleitung 44 oder der Rückführleitung 46, wie vor­ stehend beschrieben, da das diese Rückführleitung passie­ rende Hydraulikmittel über einen Ringraum 54 in die Einlaß­ leitung 32 strömt. Der Ringraum wird durch die Innenseite des Elementes 98 und die Außenseite eines Abschnittes 50d mit reduziertem Durchmesser des Schiebers 50, der zwischen den Erweiterungen 50a und 50b angeordnet ist, begrenzt. So­ mit führt die Expansion der expandierenden Spanneinrichtung 22 oder 24 zu einer direkten Überführung von Hydraulikmittel von der kontraktierenden Spanneinrichtung 22 oder 24 und be­ wirkt somit keine Größenzunahme der Pumpe für das Motor­ schmieröl. Es wird auch keine separate Hydraulikpumpe benö­ tigt, um dieses Ergebnis zu erreichen.

Der Druck innerhalb des Zylinders 84, dessen Kolben 84a eine wesentlich größere Fläche besitzt als die Fläche des Endes der Erweiterung 50a des Schiebers, wird über ein Druck­ steuersignal von einer Steuereinheit 56 auf einen niedrige­ ren Druck gesteuert als der Druck innerhalb des Abschnittes 48a. Bei diesem Drucksteuersignal handelt es sich vorzugs­ weise um ein pulsbreitenmoduliertes Signal (PWM), wobei die­ ses Signal in Abhängigkeit von einem Steuersignal von einer elektronischen Motorsteuereinheit (ECU) 58 abgegeben wird. Die Motorsteuereinheit ist nur schematisch dargestellt und kann eine herkömmliche Konstruktion besitzen. Die Steuerein­ heit 56 erhält über eine Einlaßleitung 70 Motoröl vom Hauptölkanal 60 des Motors. Des weiteren wird Motoröl aus dem Ölkanal unter vollständigem Druck über eine Zuführlei­ tung 62 dem Abschnitt 48a des zylindrischen Elementes 48 zu­ geführt. Verbrauchtes Öl von der Steuereinheit 56 wird über eine Auslaßleitung 68 zu einem Sumpf 66 zurückgeführt. Das Ergänzungsöl für die Spanneinrichtungen 22, 24 zur Kompensa­ tion von Ölleckagen wird vom Abschnitt 48a des zylindrischen Elementes 48 über einen kleinen Innenkanal 76 im Schieber 50 vom Abschnitt 48a des zylindrischen Elementes 48 zum Ring­ raum 54 geführt, von dem es über den Einlaßkanal 32 den Spanneinrichtungen 22, 24 zuströmen kann. Ein Rückschlagven­ til 72 ist im Innenkanal 76 angeordnet und blockiert den Zu­ fluß von Öl vom Raum 54 zu dem Abschnitt 48a des zylin­ drischen Elementes 48.

Wenn das Verhältnis zwischen dem Druck im Zylinder 84 und dem Druck im Abschnitt 48a zu dem Verhältnis zwischen der Fläche des Kolbens 48a zur Fläche des Endes der Erweiterung 50a umgekehrt ist, sind die auf den Schieber 50 einwirkenden hydraulischen Lasten ausgeglichen. Wenn diese hydraulischen Lasten ausgeglichen sind, führen die Federn 52 und 53, wenn sie so ausgebildet sind, daß sie in der zentrierten Position oder Nullposition des Schiebers 50 gemäß Fig. 2 gleiche Lasten auf den Schieber aufbringen, den Schieber rasch in seine Position gemäß Fig. 2 zurück. Durch Erhöhung oder Er­ niedrigung des Einschaltzyklus des Solenoides 56 gemäß den von der Steuereinheit 58 abgegebenen Befehlen wird dann der Schieber 50 nach rechts oder links bewegt.

Die Spanneinrichtungen 22, 24 widerstehen den positiven und negativen Drehmomentimpulsen in der Nockenwelle 16 und den resultierenden Schwankungen der Spannungsmuster in den Ket­ tenabschnitten 20a, 20b. Sie werden dadurch abwechselnd un­ ter Druck gesetzt, da jeder Kraft eine gleiche und entgegen­ gesetzt gerichtete Reaktionskraft entgegenwirkt. Ein solches zyklisches Unterdrucksetzen der Spanneinrichtungen 22, 24 wird durch die gesteuerte Positionierung des Schiebers 50 im zylindrischen Element des Ventils 42 und durch die Strö­ mungsrichtungsempfindlichkeit der Rückschlagventile 34 und 36 in einen Hydraulikmittelfluß und eine Längenänderung der Abschnitte 20a, 20b der Kette 20 relativ zueinander über­ führt.

Wie man den Fig. 1A, 1B und 3 entnehmen kann, wird die Spanneinrichtung 22 während positiver Drehmomentimpulse in der Nockenwelle 16 unter Druck gesetzt, wenn die Spannung im Abschnitt 20a der Kette 20 die im Abschnitt 20b übersteigt, während die Spanneinrichtung 24 während negativer Drehmo­ mentimpulse unter Druck gesetzt wird. Durch die Lage des Schiebers 50 kann Hydraulikmittel während eines negativen Drehmomentimpulses durch den Kanal 40, den Kanal 46 und den Hohlraum 54 und durch den Kanal 32, das Rückschlagventil 34 und den Kanal 38 aus der zurückfahrenden Spanneinrichtung 24 heraus und in die ausfahrende Spanneinrichtung 22 herein strömen. Wenn der Drehmomentimpuls positiv wird, wird die Spanneinrichtung 22 unter Druck gesetzt, das Hydraulikmittel kann jedoch nicht aus der Spanneinrichtung 22 herausströmen, da sich das Rückschlagventil 34 schließt und einen Rückfluß durch den Kanal 32 blockiert, während die Erweiterung 50a einen Hydraulikmittelfluß durch den Kanal 44 blockiert. Während daher die Spanneinrichtung 22 ausfahren und die Spanneinrichtung 24 nur zurückfahren kann, bewirkt der Steuermechanismus für die verstellbare Nockenwelle, daß sich die Nockenwelle 60 nur in Voreilrichtung relativ zur Posi­ tion der Kurbelwelle 12 bewegen kann, wenn der Schiebe 50 die Position der Fig. 3 einnimmt.

Fig. 4 zeigt einen Zustand, in dem die Position der Nocken­ welle 16 relativ zur Position der Kurbelwelle 12 nacheilt. Durch die Lage des Schiebers 50 kann Hydrauliknittel während eines positiven Drehmomentimpulses aus der zurückfahrenden Spanneinrichtung 22 durch den Kanal 38, den Kanal 44, den Hohlraum 54, den Kanal 32, das Rückschlagventil 36 und den Kanal 38 in die ausfahrende Spanneinrichtung 24 strömen. Wenn das Drehmoment in der Kurbelwelle 16 negativ wird, wird die Spanneinrichtung 24 relativ zur Spanneinrichtung 22 un­ ter Druck gesetzt. Das Hydraulikmittel kann jedoch nicht aus der Spanneinrichtung 24 strömen, da das Rückschlagventil 36 geschlossen ist und den Rückstrom durch den Kanal 32 blockiert, während die Erweiterung 50b einen Hydraulikmit­ teldurchfluß durch den Kanal 46 blockiert. Wenn daher die Spanneinrichtung 24 ausfahren und nur die Spanneinrichtung 22 zurückfahren kann, bewirkt der Steuermechanismus für die verstellbare Nockenwelle, daß sich die Nockenwelle 60 nur in Nacheilrichtung relativ zur Position der Kurbelwelle 12 be­ wegt, wenn sich der Schieber 50 in der Position der Fig. 4 befindet.

Fig. 2 zeigt einen Zustand, in dem der Schieber 50 in seine neutrale oder Nullstellung zentriert ist. Die Erweiterung 50b verhindert, daß Hydraulikmittel aus der Spanneinrichtung 24 austritt, indem der Austrittskanal 46 blockiert ist. Das Rückschlagventil 36 verhindert ebenfalls, daß Hydraulikmit­ tel die Spanneinrichtung 24 verläßt, ermöglicht jedoch, daß zum Auffüllen dienendes Hydraulikmittel in die Spannein­ richtung 24 strömen kann, um Leckagen zu kompensieren. In entsprechender Weise verhindert die Erweiterung 50a einen Austritt von Hydraulikmittel aus der Spanneinrichtung 22, indem der Austrittskanal 44 blockiert wird. Das Rückschlag­ ventil 34 verhindert ebenfalls einen Austritt von Hydraulik­ mittel aus der Spanneinrichtung 22, ermöglicht jedoch, daß zum Auffüllen dienendes Hydraulikmittel in die Spannein­ richtung 22 fließen kann, um Leckagen zu kompensieren. Indem somit ein Austreten aus beiden Spanneinrichtungen verhindert wird, wodurch ein Zurückziehen der Spanneinrichtungen 22 und 24 verhindert wird, wird die Nockenwelle in einer ausgewähl­ ten Zwischenstellung relativ zur Kurbelwelle 12 "verriegelt".

Wie in den Fig. 3 und 4 gezeigt ist, befindet sich das Schieberventil 50 in der einen oder anderen seiner vollstän­ dig geöffneten Positionen, wodurch das Hydraulikmittel mit der maximalen Anderungsgeschwindigkeit der Nockenwellen­ steuerung relativ zur Kurbelwelle fließen kann. Falls ge­ wünscht, kann das Schieberventil 50 partiell geöffnet wer­ den, wodurch das Hydraulikmittel in einer reduzierten Ge­ schwindigkeit fließt und der Änderungsgrad der Nockenwellen­ steuerung beschränkt wird. Daher sind die Nockenwellensteue­ rungsposition und der Anderungsgrad der Nockenwellensteue­ rungsposition durch das gleiche Ventil steuerbar. Die Aus­ führungsforn der Fig. 5A und 5B entspricht generell der Ausführungsform der Fig. 1A und 1B, mit der Ausnahme, daß die Spanneinrichtung 22 und der Schuh 26 durch eine hydrau­ lische Spanneinrichtung 122 ersetzt sind, die an ihrem freien Ende ein drehbares, mit der Kette in Eingriff treten­ des Kettenrad 126 trägt. Die Spanneinrichtung 24 und der Schuh 28 sind durch eine hydraulische Spanneinrichtung 124 ersetzt, die an ihrem freien Ende ein mit der Kette in Ein­ griff tretendes Kettenrad 128 trägt. Die Kettenräder 126, 128 führen einen geringeren Reibungswiderstand in die Ab­ schnitte 20a, 20b der Kette 20 als die Schuhe 26, 28 der Ausführungsform der Fig. 1A und 1B ein. Die Spannein­ richtungen 122, 124 sind wie bei den Spanneinrichtungen 22, 24 der Ausführungsform der Fig. 1A und 1B über sonst nicht gezeigte Einrichtungen hydraulisch miteinander verbun­ den.

Bei der Ausführungsform der Fig. 6A und 6B ist ein An­ triebselement 212 vorgesehen, bei dem es sich um eine erste Nockenwelle handelt, und ein angetriebenes Element 216, das eine zweite Nockenwelle darstellt. Das Antriebselement 212 trägt ein Kettenrad 214, das darauf gekeilt ist. Das ange­ triebene Element 216 trägt ein darauf gekeiltes Kettenrad 218. Eine Kette 220 ist um die Kettenräder 214, 218 herum gezogen. Eine hydraulische Spanneinrichtung 222 rückt die Phase des angetriebenen Elementes 216 relativ zum Antriebs­ element 212 vor, indem sie durch Ausfahren einen Abschnitt 220a der Kette 220 verlängert, während eine zweite hyrau­ lische Spanneinrichtung 224 zurückfährt, so daß sich ein zweiter Abschnitt 220b der Kette 220 verkürzen kann. Um die Phase des angetriebenen Elementes 216 zu verzögern, wird die zweite hydraulische Spanneinrichtung 224 ausgefahren und die erste hydraulische Spanneinrichtung 222 zurückgefahren. Die Spanneinrichtungen 222, 224 sind über sonst nicht darge­ stellte Mittel hydraulisch miteinander verbunden, wie dies bei den Spanneinrichtungen 22, 24 der Ausführungsform der Fig. 1A und 1B der Fall ist.

Die Ausführungsform der Fig. 7A und 7B entspricht im we­ sentlichen der Ausführungsform der Fig. 6A und 6B, mit der Ausnahme, daß die Spanneinrichtung 222 durch eine Spann­ einrichtung 322 ersetzt ist, die an ihrem freien Ende ein drehbares, mit der Kette in Eingriff stehendes Kettenrad 326 trägt, während die Spanneinrichtung 224 durch eine Spannein­ richtung 324 ersetzt ist, die an ihrem freien Ende ein mit der Kette in Eingriff stehendes Kettenrad 228 trägt. Die Spanneinrichtungen 322, 324 sind ebenfalls wie bei den Spanneinrichtungen 22, 24 der Ausführungsform der Fig. 1A und 1B durch sonst nicht dargestellte Einrichtungen hydrau­ lisch miteinander verbunden.

Claims (12)

1. Verfahren zum Aktivieren einer ersten Spanneinrichtung und einer zweiten Spanneinrichtung für eine endlose An­ triebseinrichtung bei einer Brennkraftmaschine mit einem ersten drehbaren Element (12) und einem zweiten drehbaren Element (16), wobei eines (16) der drehbaren Elemente rela­ tiv zum anderen positionsveränderlich ist und Drehmo­ mentrichtungsumkehrvorgängen während seiner Drehung ausge­ setzt ist, einer endlosen Antriebseinrichtung (20), die das erste und zweite drehbare Element (12, 16) zur gleichzeiti­ gen Drehung derselben miteinander verbindet und einen ersten unter Spannung stehenden Abschnitt (20a), der sich von einem der drehbaren Elemente zum anderen erstreckt, sowie einen zweiten unter Spannung stehenden Abschnitt (20b) besitzt, der sich vom anderen der drehbaren Elemente zu dem einen drehbaren Element erstreckt, wobei die Spannung in einem der ersten und zweiten Abschnitte (20a, 20b) größer ist als die Spannung in dem anderen der ersten und zweiten Abschnitte, wenn das Drehmoment in einem der drehbaren Elemente in einer vorgegebenen Richtung wirkt, und wobei die Spannung im ande­ ren der ersten und zweiten Abschnitte größer ist als die Spannung in dem einen der ersten und zweiten Abschnitte, wenn das Drehmoment in dem einen der drehbaren Elemente in einer entgegengesetzten Richtung wirkt, einer ersten Spann­ einrichtung (22), die auf den ersten Abschnitt (20a) ein­ wirkt, um wahlweise dessen Länge zu erhöhen oder zu verrin­ gern, und einer zweiten Spanneinrichtung (24), die auf den zweiten Abschnitt (20b) einwirkt, um wahlweise dessen Länge zu erhöhen oder zu verringern, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Spanneinrichtung (22) und die zweite Spannein­ richtung (24) in Abhängigkeit von Drehmomentumkehrvorgängen in dem einen (16) der drehbaren Elemente aktiviert wird, um wahlweise die Länge von einem der ersten und zweiten Ab­ schnitte (20a, 20b) zu erhöhen und gleichzeitig die Länge des anderen der ersten und zweiten Abschnitte in Abhängig­ keit von Drehmomentumkehrvorgängen in dem einen (16) der drehbaren Elemente zu verringern.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das eine (16) der drehbaren Elemente eine Nockenwelle und das andere (12) der drehbaren Elemente eine Kurbelwelle ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl das erste als auch das zweite drehbare Element eine Nockenwelle ist.

4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß sich das erste und zweite drehbare Element (12, 16) um voneinander beabstandete Achsen drehen, die sich allgemein parallel zueinander erstrecken.

5. Brennkraftmaschine mit
einem ersten drehbaren Element (12), das um eine erste Achse drehbar ist;
einem zweiten drehbaren Element (16), das um eine zweite Achse drehbar ist, die im Abstand von der ersten Achse ange­ ordnet ist und sich allgemein parallel zur ersten Achse er­ streckt, wobei das zweite drehbare Element des weiteren um seine Drehachse relativ zum ersten drehbaren Element posi­ tionsveränderlich ist;
einer endlosen Antriebseinrichtung (20), die das erste dreh­ bare Element (12) und das zweite drehbare Element (16) für eine gleichzeitige Drehung derselben verbindet und einen ersten Abschnitt (20a) aufweist, der sich zwischen einer ersten Stelle am ersten drehbaren Element und einer ersten Stelle am zweiten drehbaren Element erstreckt, sowie einen zweiten Abschnitt (20b), der sich zwischen einer zweiten Stelle am ersten drehbaren Element und einer zweiten Stelle am zweiten drehbaren Element erstreckt;
einer ersten hydraulischen Spanneinrichtung (22), die aus­ fahrbar und zurückziehbar ist und auf den ersten Abschnitt (20a) der Antriebseinrichtung einwirkt, um in dieser eine Spannung aufrechtzuerhalten;
einer zweiten hydraulischen Spanneinrichtung (24), die aus­ fahrbar und zurückfahrbar ist und auf den zweiten Abschnitt (20b) der Antriebseinrichtung einwirkt, um hierin eine Span­ nung aufrechtzuerhalten; und
eine Einrichtung zur Überführung von Hydraulikmittel von ei­ ner der ersten und zweiten Spanneinrichtung (22, 24) zu der anderen Spanneinrichtung, um die Länge des ersten (20a) oder zweiten (20b) Abschnittes zu erhöhen und die Länge des ande­ ren Abschnittes zu verringern und auf diese Weise die Posi­ tion des zweiten drehbaren Elementes um seine Drehachse re­ lativ zum ersten drehbaren Element zu verändern.

6. Brennkraftmaschine nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das zweite drehbare Element (16) während sei­ ner Drehung Drehmomentumkehrvorgängen ausgesetzt ist, daß einer des ersten und zweiten Abschnittes (20a, 20b) eine höhere Spannung aufweist als der andere Abschnitt, wenn das Drehmoment im zweiten drehbaren Element eine vorgegebene Richtung besitzt, während der andere des ersten und zweiten Abschnittes eine höhere Spannung als der eine Abschnitt auf­ weist, wenn das Drehmoment im zweiten drehbaren Element in entgegengesetzter Richtung wirkt, und daß die Einrichtung zur Uberführung von Hydraulikmittel eine Steuereinrichtung aufweist, die wahlweise einen Hydraulikmittelfluß von einer der ersten und zweiten Spanneinrichtungen (22, 24) zur ande­ ren Spanneinrichtung zuläßt oder im wesentlichen verhindert, und zwar in Abhängigkeit von einem Spannungszustand in einem des ersten und zweiten Abschnittes, der größer ist als die Spannung im anderen Abschnitt.

7. Brennkraftmaschine nach Anspruch 5 oder 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das erste drehbare Element (12) eine Kur­ belwelle und das zweite drehbare Element (16) eine Nocken­ welle ist.

8. Brennkraftmaschine nach Anspruch 5 oder 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das erste und zweite drehbare Element eine Nockenwelle ist.

9. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die endlose Antriebseinrichtung (20) ein erstes Kettenrad (14) aufweist, das auf das erste drehbare Element (12) gekeilt ist, ein zweites Kettenrad (18), das auf das zweite drehbare Element (16) gekeilt ist, und eine um das erste und zweite Kettenrad geführte Endlos­ kette (20).

10. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Spanneinrichtung (22) einen ersten Schwenkschuh mit einer bogenförmigen Fläche aufweist, die direkt mit dem ersten Abschnitt der Kette in Bogenform in Eingriff steht.

11. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Spanneinrichtung (122) ein erstes drehbares Folgekettenrad (126) aufweist, das direkt mit dem ersten Abschnitt in Eingriff steht und durch die Bewegung des ersten Abschnittes infolge der Drehung des ersten drehbaren Elementes und zweiten drehbaren Elementes gedreht wird.

12. Brennkraftmaschine nach Anspruch 12, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die zweite Spanneinrichtung (124) ein zweites drehbares Folgekettenrad (128) aufweist, das direkt mit dem zweiten Abschnitt in Eingriff steht und durch die Bewegung des zweiten Abschnittes infolge der Drehung des ersten dreh­ baren Elementes und des zweiten drehbaren Elementes gedreht wird.