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Die Erfindung betrifft einen hydraulischen Nockenwellenversteller sowie ein Verfahren zur Ansteuerung eines hydraulischen Nockenwellenverstellers gemäß dem Oberbegriff der unabhängigen Ansprüche.
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Hydraulische Nockenwellenversteller werden bei Verbrennungsmotoren eingesetzt, um einen Lastzustand des Verbrennungsmotors anzupassen und somit die Effizienz des Verbrennungsmotors zu steigern. Aus dem Stand der Technik sind hydraulische Nockenwellenversteller bekannt, welche nach dem Flügelzellenprinzip arbeiten. Diese Nockenwellenversteller weisen im Allgemeinen in ihrem Grundaufbau einen von einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine antreibbaren Stator und einen drehfest mit der Nockenwelle der Brennkraftmaschine verbundenen Rotor auf. Zwischen dem Stator und dem Rotor ist ein Ringraum vorgesehen, welcher durch drehfest mit dem Stator verbundene, radial nach innen ragende Vorsprünge in eine Mehrzahl von Arbeitskammern unterteilt ist, die jeweils durch einen radial von dem Rotor nach außen abragenden Flügel in zwei Druckkammern unterteilt sind. Je nach der Beaufschlagung der Druckkammern mit einem hydraulischen Druckmittel kann die Lage des Rotors gegenüber dem Stator und damit auch die Lage der Nockenwelle gegenüber der Kurbelwelle in Richtung „früh“ oder „spät“ verstellt werden. Es sind hydraulische Nockenwellenversteller mit einer Mittenverriegelung bekannt, bei denen der Rotor neben den jeweiligen Endpositionen auch in einer mittleren Position verriegelt werden kann, um insbesondere einen Motorstart zu erleichtern. In Ausnahmefällen, beispielsweise bei einem Abwürgen des Verbrennungsmotors ist es aber möglich, dass die Verriegelungseinrichtung den Rotor nicht bestimmungsgemäß verriegelt, und der Nockenwellenversteller in der sich anschließenden Startphase mit unverriegeltem Rotor betrieben werden muss. Da manche Verbrennungsmotoren jedoch ein sehr schlechtes Startverhalten haben, wenn der Rotor nicht in der Mittenposition verriegelt ist, muss der Rotor dann in der Startphase selbstständig in die Mittenverrieglungsposition verdreht und anschließend verriegelt werden.
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Eine solche selbstständige Verdrehung und Verriegelung des Rotors gegenüber dem Stator ist aus der
DE 10 2008 011 915 A1 bekannt. Die dort beschriebene Verriegelungseinrichtung umfasst eine Mehrzahl von federbelasteten Verriegelungsstiften, welche bei einer Verdrehung des Rotors sukzessiv in an einem Dichtdeckel oder dem Stator des Nockenwellenverstellers vorgesehene Verriegelungskulisse verriegeln und dabei vor dem Erreichen der Mittenverrieglungsposition jeweils eine Verdrehung des Rotors in Richtung der Mittenverriegelungsposition zulassen, aber eine Verdrehung des Rotors in entgegengesetzte Richtung blockieren. Nach dem Warmlaufen des Verbrennungsmotors und/oder dem vollständigen Befüllen des hydraulischen Nockenwellenverstellers mit Druckmittel werden die Verriegelungsstifte druckmittelbetätigt aus den Verriegelungskulissen verdrängt, sodass der Rotor anschließend bestimmungsgemäß zur Verstellung der Drehwinkellage der Nockenwelle gegenüber dem Stator verdreht werden kann.
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Zur Verriegelung des Rotors gegenüber dem Stator muss das Druckmittel zuerst aus der Verriegelungskulisse in das Druckmittelreservoir abfließen, damit die Verriegelungsstifte in der Kulisse eingreifen können. Ferner bleibt nach dem Abstellen des Verbrennungsmotors in der Regel nur ein Zeitraum von ca. 0,4 - 0,6 Sekunden bis zum endgültigen Motorstillstand. Die Verriegelung des Rotors muss damit in einer möglichst kurzen Zeitspanne vollzogen sein, was insbesondere bei einer eingeschränkten Fließfähigkeit des Druckmittels, insbesondere bei tiefen Temperaturen und/oder nach einem Kaltstart des Verbrennungsmotors, problematisch sein kann. Ferner wird der Druckmittelstrom mittels eines Ventils mit einem begrenzten Magnethub, welches nur einen relativ kleinen Spalt freigibt, durch den das Druckmittel fließen kann. Bei einer eingeschränkten Fließfähigkeit des Druckmittels kann der Druckmittelstrom durch den in dem Spalt erzeugten Widerstand aber soweit gesenkt werden, dass das Druckmittel nicht schnell genug aus der Verriegelungskulisse entweichen kann.
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Aus der
EP 2 161 418 B1 ist ein hydraulischer Nockenwellenversteller mit einem gestuften Verriegelungspin bekannt, welcher von beiden Druckkammern aus angesteuert werden kann. Dabei kann eine Verbindung zu einer der Druckkammern nur dann freigeschaltet werden, wenn der Verriegelungspin sich nicht in der Verriegelungsposition befindet und eine hydraulische Verbindung zu der entsprechenden Druckkammer freigeschaltet ist.
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Aufgabe der Erfindung ist es, einen hydraulischen Nockenwellenversteller mit einer Mittenverriegelung bereitzustellen, welcher die Vorteile eines Nockenwellenverstellers mit integriertem Volumenspeicher und die Vorteile einer Ansteuerung der beiden Verriegelungspins kombiniert und sich dabei durch eine besonders einfache und kostengünstige Fertigung auszeichnet.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch einen hydraulischen Nockenwellenversteller zur Verstellung der Steuerzeiten von Gaswechselventilen eines Verbrennungsmotors mit einem Stator, welcher synchron mit einer Kurbelwelle des Verbrennungsmotors drehbar ist, und einem verdrehbar zum Stator angeordneten Rotor, welcher synchron mit einer Nockenwelle drehbar ist, gelöst, wobei an dem Stator mehrere Stege vorgesehen sind, welche einen Ringraum zwischen dem Stator und dem Rotor in eine Mehrzahl von Druckräumen unterteilen, wobei der Rotor eine Rotornabe und eine Mehrzahl von sich aus der Rotornabe radial nach außen erstreckender Flügel aufweist, welche die Druckräume in zwei Gruppen von jeweils mit einem in einem Druckmittelkreislauf zu- oder abströmenden Druckmittel beaufschlagbaren Arbeitskammern mit einer unterschiedlichen Wirkrichtung unterteilen. Ferner weist der hydraulische Nockenwellenversteller eine Mittenverriegelungseinrichtung zur Verriegelung des Rotors in einer Mittenverriegelungsposition gegenüber dem Stator auf, wobei die Mittenverriegelungseinrichtung mindestens eine Verriegelungskulisse aufweist, in der ein erster Verriegelungsstift und ein zweiter Verriegelungsstift die Position des Rotors relativ zum Stator fixieren können. Dazu sind der erste Verriegelungsstift in einem ersten hydraulischen Zulauf zu der ersten Gruppe von Arbeitskammern und der zweite Verriegelungsstift in einem zweiten hydraulischen Zulauf zu der zweiten Gruppe von Arbeitskammern angeordnet. Die Druckmittelversorgung der Arbeitskammern wird durch ein Zentralventil gesteuert. Die Verriegelungsstifte sind als gestufte Verriegelungsstifte ausgebildet, wobei die Verriegelungsstifte in Abhängigkeit ihrer Position den Druckmittelzufluss zu den Arbeitskammern freigeben oder sperren. Durch den vorgeschlagenen hydraulischen Nockenwellenversteller ist es möglich, den Stator nach einem Start des Verbrennungsmotors aus einer beliebigen Position in die Mittenverriegelungsposition zu drehen und somit den Motorstart und die darauffolgende Warmlaufphase des Verbrennungsmotors zu erleichtern. Dabei ist ein selbstgeregelter hydraulischer Freilauf vorhanden, welcher die vorhandenen Nockenwellenmomente beim Verdrehen des Rotors aus der Startposition in die Mittenverriegelungsposition unterstützt. Zudem kann bei dem erfindungsgemäßen hydraulischen Nockenwellenversteller ein sogenannter C-Kanal, welcher bei aus dem Stand der Technik bekannten hydraulischen Nockenwellenverstellern zum hydraulischen Entriegeln der Verriegelungsstifte dient, entfallen, sodass weniger Bohrungen in dem hydraulischen Nockenwellenversteller notwendig sind.
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Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Merkmale sind vorteilhafte Verbesserungen und Weiterbildungen des im unabhängigen Anspruch angegebenen hydraulischen Nockenwellenverstellers möglich.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Verriegelungsstifte in ihrer der Verriegelungskulisse zugewandten Stufe einen kleineren Druckmesser als an ihrer der Verriegelungskulisse abgewandten Stufe aufweisen. Dabei kann die der Verriegelungskulisse zugewandte Stufe bei Anheben aus ihrem Sitz einen Ölversorgungskanal zu den jeweiligen Arbeitskammern freigeben, ohne dass zusätzliche Ventile oder Bohrungen in den Verriegelungsstiften notwendig sind.
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Ferner ist in einer weiteren Verbesserung der Erfindung vorgesehen, dass an zumindest einer Teilmenge der Arbeitskammern Steuerkanten ausgebildet sind, wobei aufgrund einer Kombination der Stellung der Verriegelungsstifte und der mindestens einen Steuerkante ein hydraulischer Freilauf des hydraulischen Nockenwellenverstellers derart gesteuert wird, dass eine Mittenverriegelung des Rotors möglich ist. Durch entsprechende Steuerkanten können die entsprechenden Arbeitskammern auch bei Anliegen des Rotorflügels an einem Steg ohne zusätzlichen Aufwand befüllt werden, wodurch der Druckmittelzufluss zu den jeweiligen Arbeitskammern erleichtert werden kann.
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Besonders bevorzugt ist dabei, wenn der Verriegelungsstift für die Verstellung des Rotors in Richtung „früh“ bei einer Entriegelung eine Steuerleitung zu der Steuerkante versperrt. Durch eine Entriegelung des Verriegelungsstiftes wird eine hydraulische Verbindung zu einer Gruppe von Arbeitskammern freigegeben, wodurch eine Verdrehung des Rotors in die erwünschte Richtung ermöglicht wird. Dabei kann des Verdrehen in eine Mittenverriegelungsposition durch das entsprechende Öffnen des hydraulischen Zulaufs zu der Arbeitskammer erleichtert werden, wodurch die Mittenverriegelungsposition schneller erreicht wird.
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In einer weiteren, vorteilhaften Verbesserung der Erfindung ist vorgesehen, dass der hydraulische Nockenwellenversteller ein Reservoir zur Aufnahme von Druckmittel aus den Arbeitskammern und zur Abgabe von Druckmittel an die Arbeitskammern aufweist. Durch das Reservoir kann auf vorteilhafte Weise die Druckmittelversorgung der Arbeitskammern des hydraulischen Nockenwellenverstellers auch dann sichergestellt werden, wenn eine Versorgung der entsprechenden Arbeitskammer alleine durch die Druckmittelpumpe nicht gewährleistet werden kann und in den entsprechenden Druckkammern ansonsten ein Unterdruck entstehen würde. Dabei saugen die entsprechenden Druckkammern dann zusätzlich Druckmittel aus dem Reservoir an, wodurch höhere Verstellgeschwindigkeiten möglich sind. Zudem können durch den Druckmittelspeicher Fehlfunktionen und Beschädigungen des hydraulischen Nockenwellenverstellers vermieden werden.
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Bevorzugt ist dabei, wenn das Reservoir über eine separate Rücklaufleitung mit einem Vorratsbehälter zur Bevorratung des Druckmittels verbunden ist. Durch eine separate Rücklaufleitung werden die Versorgungskanäle zur Druckmittelversorgung bzw. zum Ableiten von Druckmittel nicht durch das im Reservoir befindliche Druckmittel gestört, sodass das Druckmittel im Wesentlichen ungehindert aus den Arbeitskammern abfließen kann, wenn die Druckmittelpumpe abgeschaltet wird bzw. die Druckmittelzufuhr zu den Arbeitskammern durch das Zentralventil verhindert wird. Dadurch können die Verriegelungsstifte ungehindert in die Verriegelungskulisse einsinken, wodurch ein schnelleres Verriegeln möglich ist.
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Gemäß einer weiteren Verbesserung ist vorgesehen, dass sowohl die Druckmittelversorgung der Arbeitskammern als auch die Verriegelung bzw. Entriegelung der Verriegelungsstifte durch das Zentralventil steuerbar sind. Dadurch können weitere Ventile zur Steuerung der Druckmittel Ver- und Entsorgung der Arbeitskammern und/oder der Verriegelungsstifte entfallen, wodurch sich der Aufwand in der Fertigung und Montage reduziert.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Verriegelungsstifte durch die Federkraft einer Feder federbelastet sind. Durch federbelastete Verriegelungsstifte wird sichergestellt, dass die Stifte bei einem Druckabfall in die Verriegelungskulisse absinken und den Rotor in der Mittenverriegelungsposition verriegeln. Somit kann insbesondere ein nachfolgender Neustart des Verbrennungsmotors erleichtert werden und es wird sichergestellt, dass der Rotor nicht in einer der Verstellpositionen verbleibt.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Verriegelungskulisse an einem Verriegelungsdeckel ausgebildet ist, welcher den Stator in axialer Richtung begrenzt. Durch eine Verriegelung in einem der Deckel ist eine konstruktiv vergleichsweise einfache Verriegelungskulisse möglich, wobei die Verriegelungsstifte in axialer Richtung unter dem Einfluss des Druckmittels bzw. der Federkraft verschiebbar sind.
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Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur Steuerung eines erfindungsgemäßen hydraulischen Nockenwellenverstellers vorgeschlagen, bei dem der Rotor bei einem Motorstart aus einer beliebigen Position in eine Mittenverriegelungsposition gedreht wird. Durch eine entsprechende hydraulische Ansteuerung der Verriegelungsstifte nach einem Motorstart kann eine Verdrehung des Rotors in eine gewünschte Richtung ermöglicht und eine Verdrehung entgegen dieser Richtung gesperrt werden. Dadurch kann der Rotor in eine Mittenverriegelungsposition verdreht werden, welche bei einem Neustart und einer anschließenden Warmlaufphase des Verbrennungsmotors die Laufruhe und/oder die Emissionen des Verbrennungsmotors verbessert. Nach dieser Warmlaufphase, insbesondere wenn das Druckmittel einen definierten Schwellenwert der Viskosität unterschritten hat, kann der hydraulische Nockenwellenversteller dann bestimmungsgemäß die Ventilsteuerzeiten der Einlass- oder Auslassventile des Verbrennungsmotors verändern.
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Die verschiedenen in dieser Anmeldung genannten Ausführungsformen der Erfindung sind, sofern im Einzelfall nicht anders ausgeführt, mit Vorteil miteinander kombinierbar.
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Die Erfindung wird nachfolgend an von einem bevorzugten Ausführungsbeispiel und den zugehörigen Zeichnungen näher erläutert. Gleiche Bauteile oder Bauteile mit gleicher Funktion sind dabei mit den gleichen Bezugsziffern gekennzeichnet. Es zeigen:
- 1 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen hydraulischen Nockenwellenverstellers in einer abgewickelten Darstellung in einer Mittenverriegelungsposition;
- 2 den erfindungsgemäßen hydraulischen Nockenwellenversteller bei einem Start aus der Mittenverriegelungsposition;
- 3 den erfindungsgemäßen hydraulischen Nockenwellenversteller nach einem Start, wobei der Rotor zur Verstellung in eine entriegelte Position gebracht wird;
- 4 den erfindungsgemäßen hydraulischen Nockenwellenversteller bei einer Verdrehung des Rotors in Richtung „früh“;
- 5 den erfindungsgemäßen hydraulischen Nockenwellenversteller bei einer Verdrehung des Rotors in Richtung „spät“;
- 6 eine Verriegelung des Rotors eines erfindungsgemäßen hydraulischen Nockenwellenverstellers nach einem Motorstopp des Verbrennungsmotors in der „spät“-Position;
- 7 eine Verriegelung des Rotors eines erfindungsgemäßen hydraulischen Nockenwellenverstellers nach einem Motorstopp des Verbrennungsmotors in der „früh“-Position.
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In 1 ist ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen hydraulischen Nockenwellenverstellers 1 zum Verstellen der Ventilsteuerzeiten eines Verbrennungsmotors dargestellt. Der in 1 schematisch dargestellte hydraulische Nockenwellenversteller 1 ist in bekannter Weise als Flügelzellenversteller ausgebildet und umfasst einen von einer nicht dargestellten Kurbelwelle eines Verbrennungsmotors antreibbaren Stator 2 und eine drehfest mit einer ebenfalls nicht dargestellten Nockenwelle verbindbaren Rotor 3. Der Rotor 3 weist eine Rotornabe 4 auf, aus der sich in radialer Richtung mehrere Flügel 6 erstrecken. In der gezeigten Darstellung ist der hydraulische Nockenwellenversteller 1 in einer Abwicklung dargestellt, während zusätzlich ein Ausschnitt der Rotornabe 4 mit einer Mittenverriegelungseinrichtung 11 sowie einem Zentralventil 22 und einem Reservoir 16 zur Steuerung der Druckmittelversorgung des hydraulischen Nockenwellenverstellers 1 dargestellt sind.
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Der Stator 2 weist eine Mehrzahl von Stegen 5 auf, welche einen Ringraum 7 zwischen dem Stator 2 und dem Rotor 3 in mehrere Druckräume 8 unterteilen. Die Druckräume 8 werden durch die Flügel 6 des Rotors 3 jeweils in zwei Arbeitskammern 9, 10 mit unterschiedlicher Wirkrichtung unterteilt. Die Mittenverriegelungseinrichtung 11 umfasst zwei Verriegelungsstifte 13, 14, welche zur Verriegelung des Rotors 3 gegenüber dem Stator 2 in einer Verriegelungskulisse 12 verriegelbar sind. Die Verriegelungsstifte 13, 14 sind in dem Rotor 3 verschiebbar gelagert und jeweils durch eine Feder 23 belastet. Die Verriegelungskulisse 12 ist vorzugsweise in einem nicht dargestellten Verriegelungsdeckel des hydraulischen Nockenwellenverstellers 1 ausgebildet, welcher den Stator 2 in axialer Richtung begrenzt, kann alternativ aber auch im Stator 2 selbst ausgebildet sein.
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Grundsätzlich wird der Drehwinkel der Nockenwelle zur Kurbelwelle im Normalbetrieb des hydraulischen Nockenwellenverstellers 1 dadurch verstellt, dass eine erste Gruppe von Arbeitskammern 9 mit Druckmittel beaufschlagt werden und dadurch ihr Volumen vergrößern, während gleichzeitig das Druckmittel aus einer zweite Gruppe von Arbeitskammern 10 verdrängt und deren Volumen verringert wird. Die Arbeitskammern 9, deren Volumen bei dieser Verstellbewegung jeweils gruppenweise vergrößert wird, werden im Sinne der Erfindung als Arbeitskammern 9 einer Wirkrichtung bezeichnet, während die Arbeitskammern 10, deren Volumen gleichzeitig verkleinert wird, als Arbeitskammern 10 der entgegengesetzten Wirkrichtung bezeichnet werden. Die Volumenvergrößerung der Arbeitskammern 9 führt dazu, dass der Rotor 3 gegenüber dem Stator 2 in Richtung „früh“ verdreht wird. Die entsprechende Druckmittelversorgung der Arbeitskammern 9, erfolgt durch eine Druckmittelpumpe 17 aus einem Vorratsbehälter 18.
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In 1 befindet sich der hydraulische Nockenwellenversteller 1 in einer Mittenverriegelungsposition, wobei der hydraulische Nockenwellenversteller 1 ohne einen hydraulischen Druck der Druckmittelpumpe 17 dargestellt ist. Dabei ist das Zentralventil 22, welches vorzugsweise als 4/4-Wege-Ventil ausgeführt ist, in einer ersten Schaltposition. Dabei sind die Arbeitskammern 9, 10 mit dem Reservoir 16 verbunden, sodass der hydraulische Druck in den Arbeitskammern 9, 10 abgebaut werden kann. Die beiden Verriegelungsstifte 13, 14 sind in der Verriegelungskulisse 12 verriegelt und die Flügel 6 des Rotors 3, welche jeweils als gestufte Verriegelungsstifte 13, 14 ausgeführt sind, befinden sich in der Mittenverriegelungsposition. In 1 ist schematisch ein hydraulischer Nockenwellenversteller 1 mit drei Druckräumen 8 und drei Flügeln 6 am Rotor 3 dargestellt, prinzipiell kann der hydraulische Nockenwellenversteller 1 auch mehr als drei Druckräume 8 und der Rotor 3 entsprechend mehr Flügel 6 aufweisen.
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In 2 ist der erfindungsgemäße hydraulische Nockenwellenversteller 1 bei einem Start des Verbrennungsmotors aus der Mittenverriegelungsposition gezeigt. Im unbestromten Zustand eines Aktuators für das Zentralventil 22 befindet sind das Zentralventil 22 in der in 1 dargestellten ersten Schaltposition. Mit Start des Verbrennungsmotors wird das Zentralventil 22 in eine zweite Schaltstellung gebracht, in welcher die Druckmittelpumpe 17 über einen ersten Druckmittelversorgungskanal 20, im Folgenden auch als B-Kanal bezeichnet, mit den Arbeitskammern 10 sowie einem Schaltraum zur Entriegelung des zweiten Verriegelungsstiftes 14 verbunden ist. Durch den ersten Verriegelungsstift 13 ist eine hydraulische Verbindung mit der Arbeitskammer B2 noch gesperrt. Durch die Entriegelung des zweiten Verriegelungsstiftes 14 kann das Druckmittel aus den Arbeitskammern 9 in Richtung des Vorratsbehälters ablaufen. In diesem Zustand ist der Rotor 3 durch den ersten Verriegelungsstift 13 und den hydraulischen Druck in den Arbeitskammern 10 hydraulisch verspannt und ermöglicht keine Positionsänderung des Rotors 3, sodass dieser in der Mittenposition verbleibt.
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Eine erstmalige Positionsänderung des Rotors 3 nach dem Motorstart des Verbrennungsmotors ist erst durch ein Verstellen des Zentralventils 22 in eine vierte Schaltposition möglich. Wie in 3 dargestellt, bewirkt die Verstellung des Zentralventils 22 eine hydraulische Verbindung der Druckmittelpumpe 17 über einen ersten Druckmittelzufuhrkanal 19, welcher im Folgenden auch als A-Kanal 19 bezeichnet wird, mit der ersten Gruppe von Arbeitskammern 9. Die zweite Gruppe von Arbeitskammern 10 ist über das Zentralventil 22 mit dem Reservoir 16 verbunden, sodass überschüssiges Druckmittel aus der zweiten Gruppe von Arbeitskammern 10 in das Reservoir 16 abfließen kann. Das Reservoir 16 ist zudem über eine separate Rücklaufleitung 21 mit dem Vorratsbehälter 18 verbunden, sodass überschüssiges Druckmittel aus dem Reservoir 18 abfließen kann, ohne die Funktion des hydraulischen Nockenwellenverstellers 1 zu beeinflussen. In diesem Betriebszustand ist erstmalig ein Verstellen des Rotors in Richtung „früh“ möglich. Eine solche Verstellung ist in 4 dargestellt.
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In 4 ist eine Verstellung des Rotors 3 in Richtung „früh“ dargestellt. In diesem Zustand arbeitet der hydraulische Nockenwellenversteller 1 wie die aus dem Stand der Technik bekannten Nockenwellenversteller. Mit einer Betätigung des Zentralventils 22 wird die Verstellrichtung gesteuert. In der zweiten Schaltposition des Zentralventils 22 wird eine Verstellung in Richtung „spät“ gesteuert, während in der vierten Schaltposition eine Verstellung in Richtung „früh“ gesteuert wird. Die Verriegelungsstifte 13, 14 sind als Stufenpins ausgebildet und werden durch die Stufenfunktion mit Druck gehalten. Außerdem würden sie bei einem möglichen Druckabfall in der Stufenkammer durch die Entriegelungsfunktion wieder entriegelt.
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5 zeigt eine Verstellung des Rotors 3 in Richtung „spät“. Die Druckmittelversorgung ist im Normalbetrieb auf bekannte Weise durch die Druckmittelpumpe 17 oder zusätzlich auch durch das Reservoir 16 möglich. Bei einer Start/Stopp-Situation, insbesondere bei einem planmäßigen Stopp des Verbrennungsmotors, kann der Rotor 3 des hydraulischen Nockenwellenverstellers 1 in die Mittenverriegelungsposition gedreht werden und durch die Druckabschaltung der Druckmittelpumpe 17 in dieser Mittenverriegelungsposition mittels der beiden Verriegelungsstifte 13, 14 verriegelt werden.
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Da es erfahrungsgemäß Situationen gibt, in denen der hydraulische Nockenwellenversteller 1 nicht mehr die Möglichkeit hatte, den Rotor 3 bei einem Motorstopp des Verbrennungsmotors in die Mittenverriegelungsposition zu drehen, wird in dem erfindungsgemäßen hydraulischen Nockenwellenversteller 1 die Möglichkeit zur Verstellung von einer beliebigen Position in die Mittenverriegelungsposition bedacht. In 6 ist eine Motorstartsituation dargestellt, bei welcher der Rotor 3 aus einer Verstellposition in Richtung „spät“ in die Mittenverriegelungsposition gedreht wird. Die Anfangsbedingung ist jetzt, dass der erste Verriegelungsstift 13 formschlüssig aus der Verriegelungskulisse 12 entriegelt und der zweite Verriegelungsstift 24 in einem Langloch der Verriegelungskulisse 12 verriegelt bleibt. Eine Entriegelung des zweiten Verriegelungsstiftes 14 kann erst dann erfolgen, wenn der Rotor 3 in die Mittenverriegelungsposition gedreht wurde und in dieser hydraulisch abgestützt wird. Durch die Verriegelung des zweiten Verriegelungsstiftes 14 in dem Langloch der Verriegelungskulisse 12 ist eine hydraulische Verbindung zur einer Steuerkante 15 an einer der Arbeitskammern 9, 10 freigegeben. Diese hydraulische Verbindung ist bis zum Erreichen der Mittenverriegelungsposition gewährleistet. Aufgrund der Ausgangssituation des Rotors 3 in der „spät“-Position wird die Steuerkante 15 durch den Flügel 7 des Rotors 3 verdeckt, wobei ein Druck in der Arbeitskammer 9 entsteht. Dieser hydraulische Druck ermöglicht eine Verstellung des Rotors 3 in die Mittenverriegelungsposition.
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In 7 ist eine Startsituation des Verbrennungsmotors dargestellt, wenn sich der Rotor 3 aus einem vorhergehenden Betrieb noch in einer „früh“-Position befindet. Dabei befindet sich das Zentralventil 22 zunächst in der ersten Schaltposition, in der die Arbeitskammern 9, 10 mit dem Reservoir 16 verbunden sind und zunächst kein Druck in den Arbeitskammern 9, 10 aufgebaut werden kann. Durch die Verbindung mit dem Reservoir 16 wird die Arbeitskammer B2 mit Druckmittel aus dem Reservoir versorgt, sodass bei einer Vergrößerung der Arbeitskammern 10 keine Luft angesaugt wird. Das in den Arbeitskammern 9 befindliche Fluid kann durch den A-Kanal 19 in das Reservoir 16 abfließen. Dabei gibt der zweite Verriegelungsstift 24 einen Ablauf aus den Arbeitskammern 9 in Richtung des Reservoirs 16 frei. Der erste Verriegelungsstift 13 sperrt einen Ablauf aus der Arbeitskammer B2, sodass das Druckmittel nicht abfließen kann und durch die Wechselmomente der Nockenwelle eine Verstellung in Richtung der Mittenverriegelungsposition bewirkt wird. Ferner sperrt der erste Verriegelungsstift 13 eine Drehung des Rotors 3 entgegen der Drehung in die Mittenverrieglungsposition. Eine Entriegelung des ersten Verriegelungsstiftes 13 kann erst dann erfolgen, wenn der Rotor 3 in die Mittenverriegelungsposition gedreht wurde und in dieser hydraulisch abgestützt wird. Dazu wird das Zentralventil 22 in die zweite Schaltstellung gebracht und der Rotor 3 hydraulisch in die Mittenverrieglungsposition gedreht. Sobald beide Verriegelungsstifte 13, 14 entriegelt sind, kann der Rotor 3 durch eine entsprechenden Schaltstellung des Zentralventils 22 und eine entsprechende Druckmittelversorgung der Arbeitskammern 9, 10 über den A-Kanal 19 bzw. den B-Kanal 20 in Richtung „früh“ oder „spät“ verstellt werden, sodass die Öffnungszeiten der Gaswechselventile an den jeweiligen Betriebszustand des Verbrennungsmotors angepasst werden können.
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Bei einem erfindungsgemäßen hydraulischen Nockenwellenversteller ist es also möglich, den Rotor aus einer beliebigen Startposition in die Mittenverriegelungsposition zu drehen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- hydraulischer Nockenwellenversteller
- 2
- Stator
- 3
- Rotor
- 4
- Rotornabe
- 5
- Steg
- 6
- Flügel
- 7
- Ringraum
- 8
- Druckraum
- 9
- Arbeitskammer
- 10
- Arbeitskammer
- 11
- Mittenverriegelungseinrichtung
- 12
- Verriegelungskulisse
- 13
- erster Verriegelungsstift
- 14
- zweiter Verriegelungsstift
- 15
- Steuerkante
- 16
- Reservoir
- 17
- Druckmittelpumpe
- 18
- Vorratsbehälter
- 19
- A-Kanal
- 20
- B-Kanal
- 21
- Rücklaufleitung
- 22
- Zentralventil
- 23
- Feder
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102008011915 A1 [0003]
- EP 2161418 B1 [0005]
