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Die Erfindung betrifft einen Nockenwellenversteller, der bevorzugt als ein hydraulisch wirkender Flügelzellenversteller aufgebaut ist und der zur Steuerzeitenänderung von Gaswechselventilen einer Brennkraftmaschine eingesetzt ist, gemäß den oberbegriffsbildenden Merkmalen von Anspruch 1. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Entriegelung eines Nockenwellenverstellers nach dem Oberbegriff von Anspruch 10.
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Nockenwellenversteller werden in Brennkraftmaschinen zur Variation der Steuerzeiten der Gaswechselventile eingesetzt, um eine Phasenrelation zwischen einer Kurbelwelle und einer Nockenwelle in einem definierten Winkelbereich zwischen einer Früh- und einer Spätposition variabel gestalten zu können. Die Anpassung der Steuerzeiten an die aktuelle Last und Drehzahl senkt den Kraftstoffverbrauch sowie die Emissionen und verbessert das Betriebsverhalten der Brennkraftmaschine im Allgemeinen. Zu diesem Zweck sind Nockenwellenversteller in einen Antriebsstrang integriert, über den ein Drehmoment von der Kurbelwelle auf die Nockenwelle übertragen wird. Dieser Antriebsstrang kann beispielsweise als Riemen-, Ketten- oder Zahnradtrieb ausgebildet sein.
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Eine bevorzugte Bauart der hydraulischen Nockenwellenversteller ist der Flügelzellenversteller. Der Flügelzellenversteller umfasst einen Stator, einen Rotor sowie ein Antriebsrad, wobei der Rotor als Abtriebselement drehfest mit der Nockenwelle verbunden ist. In dem Stator, dem Antriebselement, der das Antriebsrad einschließt, ist der Rotor integriert. Der Rotor und der Stator begrenzen bevorzugt mit Öl als Hydraulikmittel beaufschlagbare Druckräume. Durch dem Rotor zugeordnete, sich radial erstreckende Flügel stellt sich eine Aufteilung der Druckräume in zwei zusammenwirkende Arbeitskammern ein, die durch Öldruck wechselweise beaufschlagbar sind, um eine Relativdrehung zwischen dem Stator und dem Rotor zu ermöglichen.
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In der Startphase und bei einem Stopp, d. h. beim Anfahren und Auslaufen einer Brennkraftmaschine, entstehen bei einem leergelaufenen bzw. ölleeren Flügelzellenversteller durch das Wechseldrehmoment der Nockenwelle Klappergeräusche. Zur Vermeidung dieses Problems ist es bekannt, zwischen dem Rotor und dem Stator eine Verriegelungseinrichtung vorzusehen, welche den Rotor beim Abstellen der Brennkraftmaschine in einer für den Start günstigen Drehwinkelposition gegenüber dem Stator verriegelt. Diese Maßnahme wirkt sich neben einer Geräuschunterdrückung gleichzeitig positiv auf das Startverhalten der Brennkraftmaschine aus.
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Zur gegenseitigen Verriegelung bzw. Versperrung von Stator und Rotor ist aus der
DE 197 26 300 A1 ein hydraulischer Flügelzellenversteller bekannt, dessen Rotor ein federbelastetes Verriegelungselement einschließt. Bei einer Lageübereinstimmung mit einer Öffnung im Seitendeckel des Verstellers verrastet das Verriegelungselement und bewirkt eine starre Lage des Rotors gegenüber dem Stator. Das Dokument
US 6 684 835 B2 zeigt ebenfalls einen als Flügelzellenversteller aufgebauten Nockenwellenversteller, dessen Mittenverriegelung beim Abstellen der Brennkraftmaschine erfolgt. Eine elektronische Steuereinheit erfasst ein Signal, das beim Abstellen der Brennkraftmaschine erzeugt wird und Signale, die den Stand vom Stator relativ zum Rotor wiedergeben. Ein elektrisch betätigtes Hydraulikventil umfasst fünf Ports, von denen ein Port den Ölzufluss aus dem Schmierölkreislauf der Brennkraftmaschine oder der Druckmittelpumpe aufnimmt. Ein weiterer Port steht mit einer Verriegelungseinrichtung in Wirkverbindung. Zwei Ports verbinden das Hydraulikventil mit den Arbeitskammern von Druckräumen des Nockenwellenverstellers. Außerdem umfasst das Hydraulikventil einen mit einem Tank verbundenen Port.
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Die
DE 10 2010 023 193 A1 zeigt eine Ventilzeitverhalten-Steuervorrichtung für das Steuern eines Ventilzeitverhaltens eines Ventils, das durch eine Nockenwelle geöffnet und geschlossen wird, und zwar entsprechend einem Drehmoment, das von einer Kurbelwelle in einer Brennkraftmaschine übertragen wird, indem Hydraulikfluid verwendet wird, das von einer Zuführquelle mit einem Antriebsbetrieb der Brennkraftmaschine zugeführt wird. Ein Flügelrotor weist einen Flügel auf, um eine Voreilkammer von einer Verzögerungskammer zu trennen. Ein Ventilelement stellt die Verbindung zwischen einem Verriegelungsanschluss und einem Auslassanschluss her, um ein Fluid aus dem Verriegelungsanschluss abzulassen, wenn eine Bewegung in einen ersten Bereich stattfindet, der ein Ende eines beweglichen Bereiches in der ersten Richtung aufweist. Das Regulierelement bewegt sich im Flügelrotor in eine Schubrichtung in einer Aussparung, die von einer Innenfläche des Gehäuses ausgespart ist, wobei eine Vorspannung von einem Federelement erfolgt, um die Rotationsphase in einer Regulierphase im ersten Bereich zu verriegeln, wenn ein Fluid aus der Verriegelungskammer abgelassen wird. Das Ventilelement ist konfiguriert, einen Betriebsanschluss mit einem Zuführanschluss zu verbinden, um ein Fluid der Voreilkammer zuzuführen, wenn es in einem Drosselbereich im ersten Bereich ist, sodass eine Strömung eines Fluids, das der Voreilkammer zugeführt wird, reduziert ist, wenn das Ventilelement am Ende des beweglichen Bereiches in der ersten Richtung ist.
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Die
JP 2009-168 038 A zeigt einen Nockenwellenverstellvorrichtung mit zwei Verriegelungselementen, wobei ein Verriegelungselement durch die gleichzeitige Druckbeaufschlagung beider Arbeitskammern entriegelt wird.
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Die
JP 2014-152 660 A zeigt eine Nockenwellenverstellvorrichtung, wobei die in Entriegelungsrichtung verlagerten Verriegelungselemente eine Verbindung zwischen den zwei benachbarten Arbeitskammer blockieren.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, durch einfach umsetzbare Maßnahmen einen Nockenwellenversteller mit einem optimierten Verriegelungsverhalten und gleichzeitig höheren Verstellgeschwindigkeiten bereitzustellen.
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Diese Aufgabe wird durch einen Nockenwellenversteller mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10 gelöst. Weitere bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung können den Unteransprüchen, den Figuren und der zugehörigen Beschreibung entnommen werden.
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Gemäß dem Grundgedanken der Erfindung wird zur Lösung der Aufgabe eine Verriegelungseinrichtung vorgeschlagen, die zwei in entgegengesetzte Richtungen verstellbare, federkraftbeaufschlagte Verriegelungselemente umfasst. Dabei sind die Verriegelungselemente jeweils einer der zusammenwirkenden Arbeitskammern eines Druckraums sowie voneinander getrennten Verriegelungskulissen zugeordnet. Zur Verstellung der Verriegelungselemente ist vorgesehen, dass diese mittels einer hydraulischen Kreuzschaltung über die in Wirkverbindung stehenden Arbeitskammern mit einem Hydraulikmittel beaufschlagbar sind.
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Durch das erfindungsgemäße Verriegelungskonzept, das zwei entgegengesetzt wirkende, mittels Federkraft in die Mittenverriegelungsposition beaufschlagte Verriegelungselemente umfasst, stellt sich vorteilhaft ein Kräftegleichgewicht ein. Die zusammenwirkenden Arbeitskammern werden bei einem Stopp der Brennkraftmaschine durch eine entsprechende Schaltung des Zentral- bzw. Hydraulikventils entleert. Der ölleere Nockenwellenversteller wird dann durch das Nockenwellenverstellmoment in der Auslaufphase in Verbindung mit dem erfindungsgemäßen Verriegelungskonzept in der Mittenposition verriegelt. Dadurch können bisher in den Flügeln integrierte Steuerpins entfallen, da kein Kurzschluss zwischen den zusammenwirkenden Arbeitskammern erforderlich ist.
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Die erfindungsgemäße Ansteuerung der beiden Verriegelungselemente über die Arbeitskammern – von denen die erste bei Druckbeaufschlagung den Nockenwellenversteller in Richtung spät verstellt und die weitere Arbeitskammer bei Druckbeaufschlagung den Versteller in Richtung früh verstellt – gewährleistet eine einfach aufgebaute, funktionssichere Verriegelungseinrichtung.
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Durch die entgegengesetzt ausgerichteten, federbeaufschlagten Verriegelungselemente im Rotor, die unterschiedlichen Verriegelungskulissen zugeordnet sind, sowie die vorgesehene hydraulische Steuerung bzw. den Ablauf des Hydraulikmittels ist es möglich, den Nockenwellenversteller zu entriegeln, ohne dass dessen Flügel unkontrolliert schwingen. Das dabei vorgesehene Design verhindert gleichzeitig ein Kurzschließen der zusammenwirkenden Arbeitskammern. Durch den Entfall von bisher in den Flügeln eingesetzten Steuerpins kann durch die Erfindung ein bauteiloptimierter Nockenwellenversteller bereitgestellt werden, der weiterhin kostengünstig herstellbar ist, da das erfindungsgemäße Verriegelungskonzept mittels einfach umsetzbarer Maßnahmen realisierbar ist. Die Verriegelungseinrichtung kann bei Bedarf alternativ zu Verriegelungselementen auch ein oder mehrere Stifte umfassen, mit denen eine sichere Verriegelungsfunktion erreichbar ist und ein Öl- oder Hydraulikstrom des Nockenwellenverstellers gezielt gesteuert bzw. beeinflusst werden kann. Außerdem bietet das vorgeschlagene Verriegelungskonzept die Möglichkeit, größere Öffnungs- bzw. Strömungsquerschnitte für das Hydraulikmittel vorzusehen, wodurch sich vorteilhaft gewünschte höhere Verstellgeschwindigkeiten des Nockenwellenverstellers einstellen. Folglich gewährleistet das erfindungsgemäße Verriegelungskonzept auch bei niedrigen Öltemperaturen und der damit verbundenen hohen Viskosität von Öl eine gesteigerte Durchströmgeschwindigkeit.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist eine als abhängige Kreuzschaltung ausgelegte Ansteuerungslogik für die Verriegelungselemente des Verriegelungskonzepts vorgesehen. Dabei ist jedes Verriegelungselement über die Kreuzschaltung durch eine permanente Verbindung an eine erste Arbeitskammer angeschlossen. Zusätzlich ist jedes Verriegelungselement in der entriegelten Position mit einer Arbeitskammer verbunden. Diese Ansteuerungslogik ersetzt die bisherige separate Ansteuerung der Verriegelungselemente über den C-Port vom Hydraulikventil des Nockenwellenverstellers. Als Alternative schließt die Erfindung eine Ansteuerungslogik ein, bei der die Verbindungen zwischen jedem Verriegelungselement und den Arbeitskammern in einer von einer Mittenposition abweichenden Stellung des Rotors sowie in der entriegelten Position der Verriegelungselemente unterbrochen sind.
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Weiterhin kann gemäß der Erfindung für den Nockenwellenversteller eine Kreuzschaltung vorgesehen werden, bei der ein erstes Verriegelungselement in der Mittenposition des Nockenwellenverstellers über eine Verbindung mit einer ersten Arbeitskammer und in der entriegelten Position über eine weitere Verbindung mit der zweiten Arbeitskammer verbunden ist. Das zweite Verriegelungselement steht über getrennte Verbindungen mit der ersten und der zweiten Arbeitskammer in Kontakt, sobald sich der Rotor von der Mittenposition verstellt. Es ist zunächst nicht erforderlich, dass in der Mittenposition das zweite Verriegelungselement mit einer Arbeitskammer verbunden ist. Es reicht aus, dass die Verbindung des zweiten Verriegelungselements zu beiden Arbeitskammern hergestellt wird, wenn sich der Rotor aus der Mittenposition verstellt. Wird die erste Arbeitskammer mit Druck beaufschlagt, entriegelt das erste Verriegelungselement. Wird danach die zweite Arbeitskammer mit Druck beaufschlagt, hält dieser Druck das erste Verriegelungselement in entriegelter Position. Dadurch kann der Rotor sich in Richtung SPÄT verstellen, obwohl das zweite Verriegelungselement nicht entriegelt ist, weil dieses nicht in der Verriegelungskulisse anschlägt. Es reicht aus, wenn das zweite Verriegelungselement ungleich einer Position von der Verriegelungsposition mit beiden Arbeitskammern verbunden ist und entriegelt. Dadurch kann der Nockenwellenversteller über die Mittenposition hinweg nach früh verstellen. Diese Ansteuerlogik kann analog auf das zweite Verriegelungselement übertragen werden.
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Ein bevorzugter Aufbau des erfindungsgemäßen Nockenwellenverstellers schließt eine Verriegelungseinrichtung ein, die zwei in entgegengesetzte Richtungen verstellbare, insbesondere federkraftbeaufschlagte Verriegelungselemente umfasst. Alternativ dazu kann ein Nockenwellenversteller eingesetzt werden, dessen Verriegelungseinrichtung zwei gleichgerichtet verstellbare Verriegelungselemente einschließt, denen getrennte, winkelversetzt beispielsweise in einem Deckel angeordnete Verriegelungskulissen zugeordnet sind.
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Weiterhin bietet es sich erfindungsgemäß an, die Verbindungen der Verriegelungselemente zu den Arbeitskammern unabhängig von einer Winkelposition des Rotors zu den Verriegelungskulissen in dem Rotor anzuordnen. Es ist außerdem konstruktiv möglich, dass die Verbindungen nur in bestimmten Winkelbereichen bestehen und trotzdem eine sichere Entriegelung stattfinden kann.
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Ferner ist zur Darstellung des erfindungsgemäßen Verriegelungskonzepts zur Mittenverriegelung vorgesehen, einen Nockenwellenversteller einzusetzen, dessen Hydraulikventil zur Öl- bzw. Hydraulikmittelbeaufschlagung auf einen A-Port und einen B-Port beschränkt ist. Dieses Konzept erfordert weder die bisher in den Flügeln integrierten Steuerpins noch eine separate Ansteuerung der Verriegelungselemente über einen C-Port vom Hydraulikventil. Das hat den Vorteil, dass einerseits die Rotorgeometrie vereinfacht wird und andererseits das auch als Zentralventil zu bezeichnende Hydraulikventil vereinfacht und folglich kostengünstiger herstellbar ist. Gleichzeitig können Steuerkanten des A-, B-, P- und T-Ports des Hydraulikventils strömungsoptimiert mit größeren Öffnungsquerschnitten ausgelegt werden, um höhere Verstellgeschwindigkeiten des Nockenwellenverstellers zu erreichen.
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Gemäß einer bevorzugten konstruktiven Gestaltung sind gestuft gestaltete Verriegelungselemente für die Verriegelungseinrichtung vorgesehen. Ein erster durchmesserreduzierter Abschnitt der Verriegelungselemente ist einer Verriegelungskulisse zugeordnet und über einen zweiten Abschnitt steuert das Verriegelungselement eine Fluidverbindung im Rotor zu einer Arbeitskammer des Druckraums. Die jeweils rotationssymmetrisch gestalteten, rechtwinkelig zu dem Kettenrad im Rotor eingebrachten Verriegelungselemente sind formschlüssig in eine korrespondierende Aufnahme des Rotors eingesetzt. Dabei werden die Verriegelungselemente bevorzugt von einem als Druckfeder ausgebildeten Federelement in Richtung einer zugehörigen Verriegelungskulisse kraftbeaufschlagt. Der zweite Abschnitt des Verriegelungselementes bildet vorteilhaft weiterhin eine zentrale, für die Druckfeder bestimmte Ausnehmung, die gegenseitig an einem in der Aufnahme des Rotors eingepassten Stopfen oder unmittelbar an einem Deckel des Nockenwellenverstellers abgestützt ist.
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Ein bevorzugter Aufbau des Verriegelungskonzepts gemäß der Erfindung sieht vor, eine erste Verriegelungskulisse in einem ein Kettenrad einschließenden Deckel des Nockenwellenverstellers einzubringen. Die zweite Verriegelungskulisse ist in einem dazu gegenüberliegenden Stirndeckel eingebracht. Weiterhin kann erfindungsgemäß zumindest eine Verriegelungskulisse in einem Statordeckel des Nockenwellenverstellers angeordnet werden, falls beispielsweise das als Antriebselement vorgesehene Ketten- bzw. Riemenrad oder Zahnrad des Nockenwellenverstellers unmittelbar dem Stator zugeordnet ist.
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Als Maßnahme zur verbesserten gezielten Druckmittelbeaufschlagung der Verriegelungselemente ist vorgesehen, in dem Deckel und/oder dem Stirndeckel lokal eine Nut oder Aussparung einzubringen. Mit dieser Maßnahme kann die Stirnseite des Verriegelungselementes optimal druckbeaufschlagt werden. Alternativ dazu bietet es sich an, dass das Verriegelungselement in der Verriegelungsposition an einem oder mehreren partiell vorstehenden Nocken oder Ansätzen des Deckels bzw. des Stirndeckels abgestützt ist.
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Gemäß Anspruch 10 ist ein Verfahren zur Entriegelung eines Nockenwellenverstellers vorgesehen, der zur Steuerzeitenänderung von Gaswechselventilen einer Brennkraftmaschine eingesetzt ist. Der Nockenwellenversteller umfasst einen Stator, der mit einer Kurbelwelle der Brennkraftmaschine in Verbindung steht und einem im Stator angeordneten, mit einer Nockenwelle verbundenen Rotor sowie ein Leitungssystem, das unter Zwischenschaltung eines Öls mehreren Druckräumen zugeführt oder abgeführt wird. Die Druckräume sind jeweils von einem rotorfesten Flügel in getrennte, gegeneinander wirkende Arbeitskammern aufgeteilt, über die eine Phasenlage der Nockenwelle relativ zu der Kurbelwelle gehalten oder gezielt verändert werden kann. Eine Verriegelungseinrichtung schließt zwei mit einer Verriegelungskulisse zusammenwirkende Verriegelungselemente ein, über die eine Relativbewegung zwischen dem Rotor und dem Stator unterbunden oder freigegeben werden kann. Zur Entriegelung des Nockenwellenverstellers sind folgende Verfahrensschritte vorgesehen. Zunächst wird eine erste Arbeitskammer mit Öl beaufschlagt, wodurch das zugehörige Verriegelungselement der Verriegelungseinrichtung entriegelt wird. Anschließend wird die zweite Arbeitskammer mit Öl beaufschlagt, wodurch das zugehörige Verriegelungselement der Verriegelungseinrichtung entriegelt wird und das bereits entriegelte Verriegelungselement der ersten Arbeitskammer in entriegelter Position verbleibt. Daran anschließend kann das zweite Verriegelungselement von der ersten Arbeitskammer entriegelt gehalten werden, wenn diese Arbeitskammer druckbeaufschlagt wird.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen mehrerer Zeichnungen näher erläutert, wobei die Erfindung jedoch nicht auf diese Ausführungsbeispiele beschränkt ist. Die Figuren zeigen den Nockenwellenversteller oder Details davon in einer symbolischen oder schematischen Darstellung, wobei die Abbildungen nicht alle Bauteile des Nockenwellenverstellers umfassen. Gleiche Elemente bzw. Bauteile sind mit übereinstimmenden Bezugszeichen versehen. Die Figuren zeigen:
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1: in einer schematischen Funktionsdarstellung eine erste erfindungsgemäße hydraulische Kreuzschaltung als Ansteuerlogik für Verriegelungselemente einer Verriegelungseinrichtung;
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2: eine zweite erfindungsgemäße hydraulische Kreuzschaltung als Ansteuerlogik für Verriegelungselemente einer Verriegelungseinrichtung;
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3 eine dritte erfindungsgemäße hydraulische Kreuzschaltung als Ansteuerlogik für Verriegelungselemente einer Verriegelungseinrichtung;
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4 die hydraulische Kreuzschaltung gemäß 3 in einer abweichenden Schaltposition;
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5 die Vorderansicht eines erfindungsgemäßen Nockenwellenverstellers, der die hydraulischen Verbindungen zwischen Verriegelungselement und den Arbeitskammern zeigt;
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6 eine erste Schnittdarstellung eines erfindungsgemäßen Nockenwellenverstellers, die ein in den Stirndeckel eingeriegeltes, ausgerücktes Verriegelungselement zeigt;
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7 eine zweite Schnittdarstellung eines erfindungsgemäßen Nockenwellenverstellers, die ein Verriegelungselement zeigt, das in den einem Kettenrad zugeordneten Deckel eingeriegelt bzw. ausgerückt ist;
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8 eine dritte Schnittdarstellung eines erfindungsgemäßen Nockenwellenverstellers, der ein entriegeltes, eingerücktes Verriegelungselement zeigt; und
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9 die Vorderansicht eines erfindungsgemäßen Nockenwellenverstellers, dessen Verriegelungskulissen übereinstimmend auf einer Rotorseite vorgesehen sind.
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Die 1 zeigt in einer schematischen Funktionsdarstellung einen Ausschnitt eines erfindungsgemäßen Nockenwellenverstellers 1, der den Aufbau einer ersten erfindungsgemäßen hydraulischen Kreuzschaltung 2 verdeutlicht, über die ein Ansteuern von Verriegelungselementen 3, 4 einer Verriegelungseinrichtung erfolgt. Jedes der in einer eigenen Verriegelungskulisse 6, 7 geführten Verriegelungselemente 3, 4 ist permanent über eine Verbindung 8, 9 mit einer zugehörigen Arbeitskammer 10, 11 verbunden. Weiterhin besteht in einer entriegelten bzw. eingerückten Position das Verriegelungselement 3 über die Verbindung 12 eine Druckmittelverbindung zur Arbeitskammer 11. Gleichzeitig besteht in einer entriegelten bzw. eingerückten Position des Verriegelungselements 4 über die Verbindung 13 eine Druckmittelverbindung zur Arbeitskammer 10. Über die Arbeitskammer 10 kann bei einer Druckbeaufschlagung der Nockenwellenversteller 1 in Richtung S (SPÄT) und bei einer Druckbeaufschlagung der Arbeitskammer 11 in Richtung F (FRÜH) verstellt werden. Folglich kann das Verriegelungselement 3 eine Verstellung in Richtung F (FRÜH) und das Verriegelungselement 4 eine Verstellung in Richtung S (SPÄT) sperren.
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Durch die Schaltung der Verriegelungselemente 3, 4 ist eine sichere Entriegelung nach S (SPÄT) oder nach F (FRÜH) bei folgender Entriegelungsstrategie möglich. Wenn der ölleere Nockenwellenversteller 1 in der Mittenverriegelungsposition (MVP), wie in 1 gezeigt, verriegelt, kann z. B. zuerst die Arbeitskammer 10 mit Öl bzw. einem Hydraulikmittel gefüllt werden. Daraufhin drückt der Öldruck in der Arbeitskammer 10 den Rotor in Richtung S (SPÄT), wobei gleichzeitig das Verriegelungselement 3 freigestellt wird, in dem der Öldruck aus der Arbeitskammer 10 das Verriegelungselement 3 über die Verbindung 8 entriegelt. Danach kann die Arbeitskammer 11 mit Öl befüllt werden. Da das Verriegelungselement 3 bereits entriegelt ist, steht dieses über die Verbindung 12 auch in Kontakt mit der Arbeitskammer 11. Somit bleibt das Verriegelungselement 3 entriegelt. Außerdem ist das Verriegelungselement 4 über die Verbindung 9 mit der Arbeitskammer 11 verbunden, so dass dieses ebenfalls entriegelt wird. Folglich kann der Rotor 14 (gezeigt in 3) in Richtung F (FRÜH) aus der verriegelten Position verstellt werden. Soll der Rotor 14 aus der verriegelten Position in Richtung S (SPÄT) verstellt werden, so kann eine analoge Strategie angewandt werden, bei der zunächst die Arbeitskammer 11 mit Öl gefüllt wird.
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Folglich ist festzuhalten, dass die Arbeitskammer 11, welche bei Druckbeaufschlagung in Richtung F (FRÜH) verstellt, das Verriegelungselement 4 entriegelt, das eine Verstellung in Richtung S (SPÄT) sperrt. Das Verriegelungselement 4 wird dabei in der entriegelten Position über die Arbeitsammer 10 gehalten. Umgekehrt entriegelt die Arbeitskammer 10, welche bei Druckbeaufschlagung in Richtung S (SPÄT) verstellt, das Verriegelungselement 3, das in Richtung F (FRÜH) sperrt. Das Verriegelungselement 3 wird in der entriegelten Position von der Arbeitskammer 11 gehalten. Somit ist die Funktion unabhängig, welche Arbeitskammer zuerst mit Öl gefüllt wird. Eine Beaufschlagung der Arbeitskammern 10, 11 erfolgt vorteilhaft so, dass die von der Reihenfolge als zweite mit Öl zu befüllende Arbeitskammer und die zugehörige Verbindung zum Verriegelungselement schneller befüllt ist als das schon entriegelte Verriegelungselement absinkt und die Verbindung bzw. Bohrung sperrt. Falls eine Mittenverriegelungsposition (MVP) erfolgen soll, werden die Arbeitskammern 10, 11 mit einem T-Port, einem Tank bzw. Hydraulikmittelreservoir eines Hydraulikventils 15 (gezeigt in 3) verbunden und somit drucklos geschaltet. Daraufhin kann sowohl das Verriegelungselement 3 als auch das Verriegelungselement 4 einriegeln, d. h. in die Verriegelungskulisse 6, 7 verrasten, wenn der Rotor 14 sich in der Mittenposition befindet. Gemäß der in 1 gezeigten Kreuzschaltung 2 sind die Verbindungen 8, 12 des Verriegelungselementes 3 sowie die Verbindungen 9, 13 des Verriegelungselementes 4 zu den Arbeitskammern 10, 11 unabhängig von der Winkelposition des Rotors 14 relativ zu den Verriegelungskulissen 6, 7 angeordnet. Abweichend dazu bietet es sich an, die Verbindungen 8, 12 und 9, 13 nur in bestimmten Winkelbereichen vorzusehen, wodurch ebenfalls eine sichere Entriegelung möglich ist.
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Die 2 zeigt die schematische Funktionsdarstellung von einer zweiten erfindungsgemäßen hydraulischen Kreuzschaltung 22 zum Ansteuern von den Verriegelungselementen 3, 4 der Verriegelungseinrichtung 5. Die Kreuzschaltung 22 ist anwendbar, wenn der Rotor 14 sich in einer Position relativ zur Mittenposition in Richtung S (SPÄT) befindet, verdeutlicht durch einen Versatz des Verriegelungselementes 4 zur Verriegelungskulisse 7. In dieser zur Mittenposition versetzten Lage des Rotors 14 sind die Verbindungen 8, 9 zwischen den Verriegelungselementen 3, 4 und den Arbeitskammern 10, 11 unterbrochen. Weiterhin sind die Strömungsverbindungen 12, 13 zwischen den Verriegelungselementen 3, 4 und den Arbeitskammern 10, 11 unterbrochen, obwohl die Verriegelungselemente 3, 4 eine entriegelte Position einnehmen. Steht der Rotor 14 in Richtung S (SPÄT) relativ zur Mittenposition, ist eine Verbindung der Verriegelungselemente zur Arbeitskammer 10 oder 11 nicht erforderlich, da das Verriegelungselement 4 auch ohne Öldruck nicht einriegelt, da sich das Verriegelungselement 4 außerhalb der Verriegelungskulisse 7 befindet und das Verriegelungselement 3 nicht einriegelt, da es nicht an der Verriegelungskulisse 6 anschlägt. Eine analoge Schaltung ist anwendbar, wenn der Rotor 14 sich in einer Position relativ zur Mittenposition in Richtung F (FRÜH) befindet.
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Die 3 und 4 zeigen eine weitere erfindungsgemäße Kreuzschaltung 32. Die 3 zeigt eine Mittenposition, in der das Verriegelungselement 4 über die Verbindung 9 mit der Arbeitskammer 11 verbunden ist. Befindet sich das Verriegelungselement 4 in entriegelter Position, ist das Verriegelungselement 4 ebenfalls mit der Arbeitskammer 10 verbunden. Dabei ist es zunächst nicht erforderlich, dass das Verriegelungselement 3 in Mittenposition mit einer Arbeitskammer verbunden ist. Es ist ausreichend, wenn das Verriegelungselement 3 über die Verbindungen 8, 12 mit den Arbeitskammern 10, 11 verbunden ist, wenn der Rotor 14 (gezeigt in 5) sich aus der Mittenposition verstellt. Sobald die Arbeitskammer 11 mit Druck beaufschlagt wird, entriegelt das Verriegelungselement 4. Wird danach die Arbeitskammer 10 mit Druck beaufschlagt, hält dieser Druck das Verriegelungselement 4 in entriegelter Position und der Rotor 14 kann in Richtung S (SPÄT) verstellen, obwohl das Verriegelungselement 3 nicht entriegelt ist, weil dieses nicht in der Verriegelungskulisse 6 anschlägt. Es reicht aus, wenn das Verriegelungselement 3 ungleich einer Position von der Verriegelungsposition über die Verbindungen 8, 12 mit den Arbeitskammern 10, 11 verbunden wird und entriegelt. Dann kann der Nockenwellenversteller 1 über die Mittenposition hinweg nach F (FRÜH) verstellen. Diese zuvor beschriebene Ansteuerlogik ist analog auch auf das Verriegelungselement 4 übertragbar.
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Aus der 5 ist die Vorderansicht des erfindungsgemäß aufgebauten Nockenwellenverstellers 1 ersichtlich, die insbesondere die Lage und den Verlauf der hydraulischen Verbindungen 8, 12 zwischen dem Verriegelungselement 3 bzw. der Verriegelungskulisse 6 und den Arbeitskammern 10, 11 zeigt. Der Nockenwellenversteller 1 ist als Flügelzellenversteller aufgebaut, welcher einen von einer nicht dargestellten Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine antreibbaren Stator 16 umfasst, der den relativ zum Stator 16 verdrehbaren Rotor 14 umschließt. Der drehfest mit einer Nockenwelle (nicht gezeigt) verbindbare Rotor 14 weist mehrere sich radial auswärts erstreckende Flügel 17 auf. Durch die Flügel 17 werden Druckräume 18 in jeweils zusammenwirkende Arbeitskammern 10, 11 unterteilt, die radial vom Rotor 14 und vom Stator 16 begrenzt sind. Weiterhin ist dem Nockenwellenversteller 1 ein als Mehrwege-Schaltventil aufgebautes, mehrere Porte einschließendes Hydraulikventil 15 zugeordnet, das mittels eines Stellelements 19 verstellbar ist. Von einem mit einer Druckmittelpumpe oder einem Öl- bzw. Druckmittelkreislauf verbundenen P-Port kann durch eine entsprechende Einstellung des Hydraulikventils 15 das Öl über den A-Port und/oder den B-Port sowie Leitungen (nicht abgebildet) direkt den Arbeitskammern 10, 11 zugeleitet werden. Ein Rückströmen des Öls aus der Arbeitskammer 10 und/oder der Arbeitskammer 11 kann über den T-Port in einen Tank oder Reservoir (nicht gezeigt) erfolgen. Die Verriegelungseinrichtung 5 des Nockenwellenverstellers 1 umfasst die Verriegelungskulisse 6, in die das im Rotor 14 geführte Verriegelungselement 3 formschlüssig eingreift. Die Verriegelungskulisse 6 ist über die Verbindung 8 mit der Arbeitskammer 10 verbunden und kann weiterhin über die Verbindung 12 mit der Arbeitskammer 11 verbunden werden. Die Verbindung 12 wird bevorzugt mittels Bohrungen im Rotor 14 und die Verbindung 8 mittels einer Nut in einem Deckel hergestellt.
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Die 6 bis 8 zeigen den Nockenwellenversteller 1 in Schnittdarstellungen in Anlehnung an unterschiedliche Schnittverläufe 6-6 bzw. 7-7 gemäß 5. In 6 ist der Schnittverlauf 6-6 gezeigt, der das Verriegelungselement 3 in die Verriegelungskulisse 6 von einem Stirndeckel 20 des Nockenwellenverstellers 1 verriegelt bzw. verrastet. Das gestuft gestaltete, auch als Stufenkolben zu bezeichnende Verriegelungselement 3 ist in eine korrespondierend ausgeführte Aufnahme 21 des Rotors 14 verschiebbar eingesetzt, der gleichzeitig von einer Druckfeder 23 beaufschlagt ist. Mit einem ersten durchmesserreduzierten Abschnitt 24 ist das Verriegelungselement 3 in die Verriegelungskulisse 6 eingepasst. Mit der Mantelfläche von dem zweiten Abschnitt 25 steuert das Verriegelungselement 3 die im Rotor 14 eingebrachte Verbindung 12 zur Arbeitskammer 11, die in 6 geschlossen ist. In dem zweiten Abschnitt 25 des Verriegelungselementes 3 ist stirnseitig zentral eine für die Druckfeder 23 bestimmte Ausnehmung 26 eingebracht, die gegenseitig an einem in der Aufnahme 21 des Rotors 14 eingepressten Stopfen 27 abgestützt ist.
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Die 7 zeigt den Schnittverlauf 7-7, in dem das Verriegelungselement 4, in die Verriegelungskulisse 7 eines Deckels 28 verrastet, dem ein Kettenrad 29 zugeordnet ist, über den der Antrieb des Nockenwellenverstellers 1 erfolgt. Das übereinstimmend mit dem Verriegelungselement 3 (6) gestaltete Verriegelungselement 4 sperrt in der in 7 gezeigten Position die Verbindung 13 zur Arbeitskammer 10. Die Verriegelungselemente 3, 4 werden zum Entriegeln über die Verriegelungskulisse 6, 7 mit Druckmittel beaufschlagt. Bevorzugt weist sowohl der Deckel 28 als auch der Stirndeckel 20 lokal eine Nut 31 bzw. 30 auf, über die eine Stirnseite der Verriegelungselemente 3, 4 effektiver mit dem Druckmittel beaufschlagbar ist. In den 6 und 7 sind die Verriegelungselemente 3, 4 eingeriegelt, folglich kann ein Betätigen dieser Verriegelungselemente 3, 4 nur über die jeweils direkt verbundene Arbeitskammer erfolgen.
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In 8 ist der erfindungsgemäße Nockenwellenversteller 1 in der Schnittdarstellung 6-6 gezeigt. Dabei befindet sich das Verriegelungselement 3 in der entriegelten bzw. eingerückten Position, in der die Verbindung 12 und folglich eine Fluidverbindung zwischen der Aufnahme 21 im Rotor und der Arbeitskammer 11 freigegeben ist. Diese Darstellung ist auf das zweite Verriegelungselement 4 übertragbar. Der zweite Kanal, der mit der zweiten Arbeitskammer verbunden ist, ist von der Mantelfläche des Verriegelungselementes freigegeben. Weitere Beschreibungen zu den 6 und 7 sind auf die 8 übertragbar.
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Die 9 zeigt den Nockenwellenversteller 1 mit der Verriegelungseinrichtung 5, die zwei gleichgerichtete Verriegelungselemente 3, 4 umfasst, die zwei winkelversetzt zueinander im Rotor 14 eingebrachten Verriegelungskulissen 6, 7 zugeordnet sind. Weitere Details entsprechen der Darstellung des Nockenwellenverstellers 1 gemäß der 5.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Nockenwellenversteller
- 2
- Kreuzschaltung
- 3
- Verriegelungselement
- 4
- Verriegelungselement
- 5
- Verriegelungseinrichtung
- 6
- Verriegelungskulisse
- 7
- Verriegelungskulisse
- 8
- Verbindung
- 9
- Verbindung
- 10
- Arbeitskammer
- 11
- Arbeitskammer
- 12
- Verbindung
- 13
- Verbindung
- 14
- Rotor
- 15
- Hydraulikventil
- 16
- Stator
- 17
- Flügel
- 18
- Druckraum
- 19
- Stellelement
- 20
- Stirndeckel
- 21
- Aufnahme
- 22
- Kreuzschaltung
- 23
- Druckfeder
- 24
- Abschnitt
- 25
- Abschnitt
- 26
- Ausnehmung
- 27
- Stopfen
- 28
- Deckel
- 29
- Kettenrad
- 30
- Nut
- 31
- Nut
- 32
- Kreuzschaltung
- A-Port
- (Hydraulikventil)
- B-Port
- (Hydraulikventil)
- P-Port
- (Hydraulikventil)
- T-Port
- (Hydraulikventil)
