-
Die Erfindung betrifft einen hydraulischen Nockenwellenversteller sowie ein Verfahren zur Verriegelung eines Rotors bei einem hydraulischen Nockenwellenversteller gemäß dem Oberbegriff der unabhängigen Ansprüche.
-
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.
-
Aus der
DE10 2012 211 870 A1 ist ein hydraulischer Nockenwellenversteller mit einer Mittenverriegelungseinrichtung bekannt. Dabei weist die Mittenverriegelungseinrichtung eine erste und eine zweite Verriegelungskulisse auf, wobei die erste Verriegelungskulisse an einem ersten Deckel und die zweite Verriegelungskulisse an einem, dem ersten Deckel gegenüberliegenden zweiten Deckel ausgebildet sind und die Verriegelungsstifte an gegenüberliegenden Stirnseiten des Rotors austreten.
-
Aus der
DE 10 2014 212 617 A1 ist ein hydraulischer Nockenwellenversteller mit einer Mittenverriegelungsfunktion bekannt, wobei der Rotor nach dem Prinzip einer hydraulischen Ratsche aus einer beliebigen Position in die Mittenverriegelungsposition gedreht werden kann, wobei eine Drehbewegung entgegen dieser Drehung gesperrt ist. Die hydraulische Ratsche verwendet dazu Wechselmomente des Nockenwellenantriebs, um den Rotor je nach Ausgangsposition von einer Verstellposition „früh“ oder einer Verstellposition „spät“ in die Mittenposition zu ziehen. Dazu muss jeweils eine Gruppe von Arbeitskammern geschlossen werden, um ein Drehen entgegen der beabsichtigten Drehrichtung zu unterbinden und die entsprechenden Momente der Nockenwelle abzustützen. Dabei können die Verriegelungsstifte sowohl auf unterschiedlichen Stirnseiten des Rotors angeordnet sein als auch auf der gleichen Seite.
-
Aus der
DE 10 2007 004 196 ist ein hydraulischer Nockenwellenversteller mit einem zweiteiligen Verriegelungsdeckel bekannt. Um das Spiel der Verriegelungsstifte in ihren Ausnehmungen genau einstellen zu können ist vorgesehen, dass der Verriegelungsdeckel aus zwei Deckeln besteht, wobei jeder der Deckel je eine Ausnehmung zum Eingriff einen Verriegelungsstift aufweist.
-
Ferner ist aus dem Stand der Technik ein hydraulischer Nockenwellenversteller mit einem Druckmittelreservoir und einer sogenannten „Smart-Phasing-Funktion“ bekannt, bei welchem die Arbeitskammern im Falle einer Unterversorgung mit Druckmittel durch die Druckmittelpumpe aus einem Reservoir zusätzliches Druckmittel ansaugen können, um ein Ansaugen von Luft und eine damit verbundene Funktionsstörung des hydraulischen Nockenwellenverstellers zu vermeiden.
-
Nachteilig ist dabei, dass die Funktion einer hydraulischen Ratsche stark von der Druckmittelversorgung und der Viskosität des Druckmittels abhängig ist. Bei kalten Temperaturen kann die Funktion aufgrund der dann hohen Strömungswiderstände eingeschränkt sein oder ausfallen. Dies spielt bei einem regulären Motorstopp keine Rolle, da das Druckmittel durch den Motorbetrieb aufgewärmt ist und eine niedrige Viskosität aufweist. Wird der Motor z.B. durch Abwürgen unverriegelt abgestellt, muss der hydraulische Nockenwellenversteller den Verbrennungsmotor als Fail-Safe-Funktion beim Motorstart verriegeln. Erfolgt der Motorstart nach längerer Abkühlung bei niedriger Umgebungstemperatur, kann die hydraulische Ratsche ausfallen und die Verriegelung in der Mittenverriegelungsposition findet nicht statt.
-
Aufgabe der Erfindung ist es, einen hydraulischen Nockenwellenversteller derart weiterzubilden, dass unabhängig von den äußeren Bedingungen eine betriebssichere Verriegelung des Rotors in der Mittenverriegelungsposition erfolgt.
-
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, sowie mit einem verdrehbar zum Stator angeordneten Rotor, welcher synchron mit einer Nockenwelle drehbar ist, gelöst. Der hydraulische Nockenwellenversteller weist ferner zwei Gruppen von jeweils mit einem in einem Druckmittelkreislauf zu- oder abströmenden Druckmittel beaufschlagbaren Arbeitskammer mit unterschiedlicher Wirkrichtung sowie eine Mittenverriegelungseinrichtung zur temporären Verriegelung des Rotors in einer definierten Position relativ zum Stator auf, wobei die Mittenverriegelungseinrichtung ein erstes Verriegelungselement und ein zweites Verriegelungselement umfasst. Es ist vorgesehen, dass das erste Verriegelungselement als ein hydraulisches Steuerelement ausgebildet ist, welches in einem ersten Betriebszustand eine hydraulische Verbindung zwischen einer zweiten Arbeitskammer des hydraulischen Nockenwellenverstellers und einem Vorratsbehälter für das Druckmittel sperrt und in einem zweiten Betriebszustand eine hydraulische Verbindung zwischen der zweiten Arbeitskammer und dem Vorratsbehälter für das Druckmittel freigibt, wobei das zweite Verriegelungselement ausschließlich zur mechanischen Verriegelung des Rotors in der Verriegelungskulisse dient und frei von einer hydraulischen Steuerfunktion ausgeführt ist. Dadurch kann der Rotor des hydraulischen Nockenwellenversteller im Wesentlichen unabhängig von der Viskosität des Druckmittels in die Mittenverrieglungsposition gedreht werden und erleichtert somit das Verriegeln in der Mittenverrieglungsposition. Dabei können die mechanische Ratsche und die hydraulische Ratsche gleichzeitig zur Verstellung des Rotors in die Mittenverriegelungsposition beitragen. Die hydraulische Ratsche wirkt dann, wenn der Abfluss der auf die Mittenverriegelungsposition hin schiebenden Arbeitskammer verschlossen ist. Der erste Verriegelungsstift verschließt diesen Abfluss in eingeriegelter Position. Dabei kann die erste Druckkammer in jedem Betriebszustand Druckmittel abgeben und hat keine Sperrfunktion mehr. Der Verriegelungsstift der zweiten Druckkammer hat eine hydraulische Steuerfunktion und kann damit die Funktion einer hydraulischen Ratsche unterstützen. Bei einer kritischen Verriegelung aus einer Verstellposition von „spät“ in Richtung Mitte wird die Verriegelung durch eine mechanische und ein hydraulische Ratschenfunktion unterstützt. Bei einer Verstellung von „früh“ in Richtung Mitte erfolgt keine hydraulische Unterstützung, jedoch wird der Rotor hier von der Nockenwellenreibung in Richtung der Mittenposition gezogen. Durch den Entfall einer hydraulischen Steuerfunktion in dem zweiten Verriegelungsstift können auch zusätzliche Bohrungen im Rotor entfallen, wodurch sich die Komplexität des Rotors reduziert. Dadurch können die Fertigungskosten für den Rotor und somit für den hydraulischen Nockenwellenversteller reduziert werden.
-
Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Merkmale sind vorteilhafte Verbesserungen und Weiterbildungen des im unabhängigen Anspruch angegebenen hydraulischen Nockenwellenverstellers möglich.
-
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass das erste Verriegelungselement und das zweite Verriegelungselement in einer gemeinsamen Verriegelungsnut eingerastet sind, wenn der Rotor in der Mittenposition verriegelt ist. Dadurch kann der Platzbedarf für den Verriegelungsmechanismus reduziert werden. Dabei können die beiden Verriegelungselemente in der Rotornabe des Rotors angeordnet werden, wobei diese durch den Entfall der Versorgungsbohrung für das zweite Verriegelungselement dichter zusammenrücken können.
-
In einer vorteilhaften Ausführungsform des hydraulischen Nockenwellenverstellers ist vorgesehen, dass an dem ersten Verriegelungselement eine Nut ausgebildet ist, welche die hydraulische Verbindung zwischen der zweiten Arbeitskammer und dem Vorratsbehälter öffnet. Durch eine vorzugsweise umlaufende Nut kann der Durchmesser des Verriegelungselements, insbesondere eines zylindrischen Verriegelungsstiftes, reduziert werden, sodass der Querschnitt des Verriegelungselements im Bereich der Nut die hydraulische Verbindung nicht mehr vollständig versperrt und somit einen Durchfluss von Druckmittel ermöglicht. Dabei erlaubt die Nut eine beliebige Verdrehung des Verriegelungselements durch die Verriegelungsfeder, sodass eine zusätzliche Führung für das Verriegelungselement nicht notwendig ist. Alternativ zu einer Nut kann das Verriegelungselement auch eine Durchgangsbohrung aufweisen, um eine hydraulische Verbindung zwischen der zweiten Arbeitskammer und dem Zentralventil herzustellen. Dies bedingt allerdings, dass eine Verdrehung des Verriegelungselements betriebssicher verhindert wird, was beispielsweise durch Führungsflächen an dem Verriegelungselement und der entsprechenden Aufnahmebohrung für das Verriegelungselement geschehen kann.
-
In einer weiteren Verbesserung der Erfindung ist vorgesehen, dass das erste Verriegelungselement und das zweite Verriegelungselement in dem Rotor des hydraulischen Nockenwellenverstellers angeordnet sind. Dadurch können die Versorgungskanäle im Rotor vergleichsweise kurz ausgeführt werden, wodurch der Bearbeitungsaufwand für den Rotor reduziert werden kann, was die Fertigungskosten verringert. Zudem können dadurch Versorgungskanäle in den Flügeln des Rotors entfallen. Dadurch können die Flügel schmaler und mit weniger Materialeinsatz ausgeführt werden, was die Kosten des Rotors zusätzlich senkt.
-
In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die erste Arbeitskammer in allen Betriebszuständen hydraulisch mit einem Zentralventil des hydraulischen Nockenwellenverstellers verbunden ist. Dadurch kann das zweite Verriegelungselement als einfacher Zylinderstift ausgeführt werden und ist somit besonders einfach und kostengünstig herstellbar. Zudem kann das Druckmittel aus der ersten Arbeitskammer stets in Richtung des Zentralventils und von dort in den Vorratsbehälter abfließen, wodurch eine hydraulische Sperrfunktion dieser Kammer aufgehoben wird. Dadurch vereinfacht sich der Druckmittelkreislauf, wodurch auch das Zentralventil vergleichsweise einfach und kostengünstig ausgeführt werden kann.
-
In einer vorteilhaften Weiterentwicklung ist vorgesehen, dass die Verriegelungskulisse asymmetrisch ausgeführt ist, wobei die Verriegelungskulisse ausschließlich auf ihrer dem zweiten Verriegelungselement zugewandten Seite eine Stufe aufweist. Durch eine Stufe kann das zweite Verriegelungselement nach dem Prinzip einer mechanischen Ratsche in Richtung des Bodens der Verriegelungskulisse wandern und dort den Rotor in seiner Mittenposition verriegeln. Dabei kann auf der anderen Seite der Verriegelungskulisse auf eine solche Stufe verzichtet werden, wodurch sich die Breite der Verrieglungskulisse reduziert.
-
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass ein Reservoir vorgesehen ist, welches über eine erste Verbindungsleitung mit der ersten Arbeitskammer und über eine zweite Verbindungsleitung mit der zweiten Arbeitskammer verbunden ist. Durch ein Reservoir kann eine Unterversorgung einer der Druckkammern mit Druckmittel vermieden werden und somit vermieden werden, dass ein Unterdruck in einer der Druckkammern entsteht und somit Luft angesaugt wird.
-
Besonders bevorzugt ist dabei, wenn in den Verbindungsleitungen jeweils ein Rückschlagventil angeordnet ist. Durch ein Rückschlagventil in der Versorgungsleitung kann auf einfache und kostengünstige Art ein Rückströmen des Druckmittels aus den Arbeitskammern in das Reservoir verhindert werden. Somit kann der Druckaufbau in den Arbeitskammern sichergestellt werden.
-
In einer weiteren Verbesserung des hydraulischen Nockenwellenversteller ist vorgesehen, dass die Verriegelungskulisse in einem Verriegelungsdeckel ausgebildet ist, welcher den Stator und/oder den Rotor in axialer Richtung begrenzt. Die Verriegelungskulisse kann vergleichsweise einfach und kostengünstig in einen Verriegelungsdeckel eingebracht werden. Eine Verriegelungskulisse in dem Stator wäre prinzipiell auch denkbar, erhöht aber den Fertigungsaufwand und somit die Kosten für den Nockenwellenversteller.
-
Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur Verriegelung eines solchen hydraulischen Nockenwellenverstellers vorgeschlagen, wobei der erste Verriegelungsstift nach dem Wirkprinzip einer hydraulischen Ratsche und der zweite Verriegelungsstift nach dem Wirkprinzip einer mechanischen Ratsche eine Drehung des Rotors relativ zum Stator in Richtung der Mittenverriegelungsposition unterstützt und eine Drehung entgegen dieser Richtung hemmt oder sperrt. Dadurch kann der Rotor des hydraulischen Nockenwellenverstellers im Wesentlichen unabhängig von der Viskosität des Druckmittels in die Mittenverrieglungsposition gedreht werden und erleichtert somit das Verriegeln in der Mittenverrieglungsposition. Dabei können die mechanische Ratsche und die hydraulische Ratsche gleichzeitig zur Verstellung des Rotors in die Mittenverriegelungsposition beitragen. Die hydraulische Ratsche wirkt dann, wenn der Abfluss der auf die Mittenverriegelungsposition hin schiebenden Arbeitskammer verschlossen ist. Der erste Verriegelungsstift verschließt diesen Abfluss in eingeriegelter Position.
-
Die verschiedenen in dieser Anmeldung genannten Ausführungsformen der Erfindung sind, sofern im Einzelfall nicht anders ausgeführt, mit Vorteil miteinander kombinierbar.
-
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 eine schematische Darstellung eines hydraulischen Nockenwellenverstellers in einer Schnittdarstellung;
- 2 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Mittenverriegelungseinrichtung für einen hydraulischen Nockenwellenversteller, wobei sich der Rotor in der verriegelten Mittenposition befindet;
- 3 eine schematische Darstellung einer Verriegelung des Rotors aus einer Verstellposition in Richtung „früh“;
- 4 eine schematische Darstellung einer Verriegelung des Rotors aus einer Verstellposition in Richtung „spät“;
- 5 eine schematische Darstellung einer Verriegelung des Rotors aus einer Verstellposition in Richtung „spät“, wobei das zweite Verriegelungselement nach dem Prinzip einer mechanischen Ratsche auf der Stufe der Verriegelungskulisse anliegt; und
- 6 eine schematische Darstellung der Mittenverriegelungseinrichtung bei einem Normalbetrieb des hydraulischen Nockenwellenverstellers, bei dem der Rotor frei drehbar gegenüber dem Stator ist.
-
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. Dabei weisen der Stator 2 und der Rotor 3 eine gemeinsame Mittelachse 38 auf, um welche der Rotor 3 relativ zum Stator 2 verdrehbar ist. Der Stator 2 weist eine Mehrzahl von Stegen 5 auf, welche einen Ringraum zwischen dem Stator 2 und dem Rotor 3 in mehrere Druckräume 7 unterteilen. Die Druckräume 7 werden durch die Flügel 6 des Rotors 3 jeweils in zwei Arbeitskammern 8, 9 mit unterschiedlicher Wirkrichtung unterteilt. Der Stator 2 ist an einer ersten Stirnseite durch einen Verriegelungsdeckel 15 und an einer der ersten Stirnseite gegenüberliegenden zweiten Stirnseite durch einen Dichtdeckel 18 begrenzt. Der Rotor 3 weist eine Zentralöffnung 21 auf, in welche ein Zentralventil 22 zur Steuerung der Druckmittelversorgung in den Arbeitskammern 8, 9 eingesetzt werden kann. An dem Stator 2 sind mehrere Verschraubungsöffnungen 20 ausgebildet, über welche der Dichtdeckel 18 und der Verriegelungsdeckel 15 mittels Schrauben fixiert werden können. Ferner ist an dem Stator 2 eine Antriebsverzahnung 19 ausgebildet, über welche der Stator 2 mittels eines Zugmittels mit der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors verbunden werden kann. Der Rotor 3 weist zwei axiale Bohrungen auf, in welchen ein erstes Verriegelungselement 12 und ein zweites Verriegelungselement 13 axial verschiebbar angeordnet sind. Die Verriegelungselemente 12, 13 sind in einer Verriegelungskulisse 14 im Verriegelungsdeckel 15 verriegelbar, wodurch eine Verdrehung des Rotors 3 relativ zum Stator 2 temporär unterbunden wird.
-
In 2 ist in schematischer Darstellung eine Mittenverriegelungseinrichtung 10 eines hydraulischen Nockenwellenverstellers 1 dargestellt. Die Mittenverriegelungseinrichtung 10 umfasst eine Verriegelungskulisse 14, in welcher die beiden Verriegelungselemente 12, 13 einrasten können. In 2 ist die Mittenverriegelungseinrichtung 10 in einem verriegelten Betriebszustand dargestellt, bei welchem eine Drehung des Rotor 3 relativ zum Stator 2 temporär und reversibel lösbar gesperrt ist. Dabei werden die Verriegelungselemente 12, 13 jeweils durch eine Verriegelungsfeder 29 in die Verriegelungskulisse 14 gedrückt, wobei die Verriegelungskulisse 14 druckfrei ist und kein Druck auf die Stirnflächen der Verriegelungselemente 12, 13 ausgeübt wird, sodass die Stirnflächen der Verriegelungselemente 12, 13 an einem Grund 17 der Verriegelungskulisse 14 anliegen. Die Mantelflächen der Verriegelungselemente 12, 13 liegen an einer Stufe 16 bzw. einer Wand des Verriegelungsdeckels 15 an. In der Mittenposition, welche auch als Mittenverriegelungsposition bezeichnet wird, teilen die Flügel 6 des Rotors 3 die Druckkammer 7 in jeweils etwa gleich große erste Arbeitskammern 8 und zweite Arbeitskammern 9. Dabei ist ein Zentralventil 22 derart gestellt, dass ein Druckmittel 11 sowohl aus den Arbeitskammern 8, 9 als auch aus der Verriegelungskulisse 14 über eine Rücklaufleitung 33 in einen Vorratsbehälter 31 abfließen kann. Dazu ist das Zentralventil 22 über eine erste Versorgungsleitung 23, welche im Folgenden als A-Kanal 23 bezeichnet wird, mit der ersten Arbeitskammer 8 des hydraulischen Nockenwellenverstellers 1 verbunden. Ferner ist das Zentralventil 22 über eine zweite Versorgungsleitung 24, welche im Folgenden als B-Kanal 24 bezeichnet wird, mit der zweiten Arbeitskammer 9 verbunden. Dabei kann die hydraulische Verbindung zwischen dem Zentralventil 22 und der zweiten Arbeitskammer 9 durch das erste Verriegelungselement 12 unterbrochen werden, sodass ein Abströmen von Druckmittel 11 aus der zweiten Arbeitskammer verhindert wird. Das Zentralventil 22 ist über eine dritte Versorgungsleitung 25, welche im Folgenden als C-Kanal 25 bezeichnet wird, mit der Verriegelungskulisse 14 verbunden. Zum Verstellen ist das Zentralventil 22 durch eine Zentralventilfeder 34 belastet und kann durch einen nicht dargestellten Aktuator gegen die Kraft der Zentralventilfeder 34 verstellt werden. Ferner ist eine Ölpumpe 30 vorgesehen, mit welcher das Druckmittel 11 mit Druck beaufschlagt werden kann und in die Arbeitskammern 8, 9 oder in die Verriegelungskulisse 14 gefördert werden kann. Ferner ist an dem hydraulischen Nockenwellenversteller 1 ein Reservoir 26 vorgesehen, welches über eine erste Versorgungsleitung 36 mit der ersten Arbeitskammer 8 und über eine zweite Versorgungsleitung 37 mit der zweiten Arbeitskammer 9 des hydraulischen Nockenwellenverstellers 1 verbunden ist. In den Versorgungsleitungen 36, 37 sind jeweils ein Rückschlagventil 27, 28 angeordnet, welches ein Ausströmen von Druckmittel 11 aus den Arbeitskammern 8, 9 in das Reservoir 26 sperren. Der Vorratsbehälter 31 ist ferner über eine Reservoirleitung 39 mit dem Reservoir 26 verbunden. Zwischen der Ölpumpe 30 und dem Zentralventil 22 ist ein drittes Rückschlagventil 32 vorgesehen, um ein Rückströmen von Druckmittel 11 in Richtung der Ölpumpe 30 zu unterbinden.
-
Die Funktion des hydraulischen Ratschenmechanismus hängt von der Ölversorgung und der temperaturabhängigen Viskosität des Druckmittels ab. Bei kalten Temperaturen kann die Funktion des hydraulischen Ratschenmechanismus aufgrund der dann hohen Strömungswiderstände ausfallen. Dies spielt insbesondere dann eine Rolle, wenn ein Verbrennungsmotor kurz nach einem Kaltstart unplanmäßig, z.B. durch Abwürgen, abgestellt wird und der hydraulische Nockenwellenversteller 1 unverriegelt bleibt. Erfolgt der Motorstart bei kaltem und somit zähflüssigem Druckmittel 11 kann der hydraulische Ratschenmechanismus ausfallen. Zur Abdeckung einer Fail-Safe-Funktion des hydraulischen Nockenwellenverstellers 1 wird eine zusätzliche mechanische Ratsche eingesetzt. Diese umfasst eine Stufe 16, in welcher das zweite Verriegelungselement 13 zwischen den Endanschlagspositionen und der Mittenverriegelungsposition einrasten kann.
-
Die mechanische Ratsche und die hydraulische Ratsche können und sollen gleichzeitig zur Verstellung des Rotors 3 in die Mittenverriegelungsposition beitragen. Der hydraulische Ratschenmechanismus wirkt dann, wenn der Abfluss über den der auf die Mittenposition hin schiebenden Arbeitskammer 8, 9 verschlossen ist. Bei dem erfindungsgemäßen hydraulischen Nockenwellenversteller 1 kann ausschließlich der B-Kanal 24 verschlossen werden, wobei das erste Verriegelungselement 12 den Abfluss in eingeriegelter Position sperrt.
-
In 3 ist die Mittenverriegelungseinrichtung 10 in einem Betriebszustand dargestellt, in welchem der Rotor 3 aus einer Verstellposition „früh“ in die Mittenverriegelungsposition gedreht wird. Dabei liegt das erste Verriegelungselement 12 mit seiner Stirnfläche an einem Plateau 35 der Verriegelungskulisse 14 an, während das zweite Verriegelungselement 13 bereits in die drucklose Verriegelungskulisse 14 eingeschoben wurde und dort mit seiner Stirnseite am Boden 17 der Verriegelungskulisse anliegt. Durch das zweite Verriegelungselement 13 ist eine Verdrehung in Richtung „spät“ über die Mitte hinaus begrenzt. Durch die Nockenwellenreibung wird der Rotor 3 und somit das erste Verriegelungselement 12 mitgeschleppt, bis das erste Verriegelungselement 12 ebenfalls in der Verriegelungskulisse 14 einrastet und dort am Boden 17 anliegt.
-
In 4 ist der Rotor 3 in einer Verstellposition in Richtung „spät“ verdreht. Dabei ist das erste Verriegelungselement 12 durch die Federkraft der Verriegelungsfeder 29 in die drucklose Verriegelungskulisse 14 eingeschoben, während das zweite Verriegelungselement 13 mit seiner Stirnfläche an dem Plateau 35 der Verriegelungskulisse 14 anliegt. Durch das Einschieben des ersten Verrieglungselements 12 in die Verriegelungskulisse 14 ist die hydraulische Verbindung von der zweiten Arbeitskammer 13 zum Zentralventil 22 und weiter in den Vorratsbehälter 31 unterbunden, sodass kein weiteres Druckmittel 11 aus der zweiten Arbeitskammer 9 abfließen kann. Der Abfluss von Druckmittel 11 aus der ersten Arbeitskammer 9 ist jedoch möglich, sodass der Rotor 3 nach dem Prinzip einer hydraulischen Ratsche in Richtung der Mittenverriegelungsposition gedreht wird.
-
In 5 ist der Rotor 3 im Vergleich zur Darstellung in 4 ein Stück weit in Richtung Mittenverriegelungsposition verdreht, sodass das zweite Verriegelungselement 13 auf die Stufe 16 an der Verriegelungskulisse 14 eingesunken ist. Dabei sperrt das zweite Verriegelungselement durch das Anliegen der Mantelfläche an der Verriegelungskulisse 14 eine Verdrehung des Rotors 3 in Richtung „spät“, während eine Verdrehung in Richtung der Mittenverriegelungsposition weiterhin möglich ist. Dabei sperrt das zweite Verriegelungselement beim Herabwandern von dem Plateau 35 in Richtung des Bodens 17 nach Art einer mechanischen Ratsche in Richtung „spät“ und unterstützt eine Drehung in Richtung der Mittenverriegelungsposition.
-
In 6 ist der Rotor 3 in einer entriegelten Position dargestellt. Dazu wird die Verriegelungskulisse 14 und die zweite Arbeitskammer 9 durch die Ölpumpe 30 mit Druckmittel 11 beaufschlagt. Durch den hydraulischen Druck in der Verriegelungskulisse 14 werden die Verriegelungselemente 12, 13 gegen die Federkraft der Verriegelungsfedern 29 in den Rotor 3 eingeschoben und ermöglichen somit eine Verdrehung des Rotors 3. Dabei wird die hydraulische Verbindung zwischen dem Zentralventil 22 und der zweiten Arbeitskammer 9 wieder geöffnet, sodass das Druckmittel 11 in diese zweite Arbeitskammer 9 einströmen kann.
-
Somit ist es bei einem erfindungsgemäßen, hydraulischen Nockenwellenversteller 1 möglich, das Verdrehen des Rotors 3 in die Mittenverriegelungsposition auch bei niedriger Temperatur und hoher Viskosität des Druckmittels zu verbessern und somit eine betriebssichere Verriegelung in der Mittenverrieglungsposition unabhängig von den äußeren Rahmenbedingungen sicherzustellen.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- hydraulischer Nockenwellenversteller
- 2
- Stator
- 3
- Rotor
- 4
- Rotornabe
- 5
- Steg
- 6
- Flügel
- 7
- Druckraum
- 8
- Arbeitskammer
- 9
- Arbeitskammer
- 10
- Mittenverriegelungseinrichtung
- 11
- Druckmittel
- 12
- Erstes Verriegelungselement
- 13
- Zweites Verriegelungselement
- 14
- Verriegelungskulisse
- 15
- Verriegelungsdeckel
- 16
- Stufe
- 17
- Boden
- 18
- Dichtdeckel
- 19
- Antriebsverzahnung
- 20
- Verschraubungsöffnung
- 21
- Zentralöffnung
- 22
- Zentralventil
- 23
- Erste Versorgungsleitung / A-Kanal
- 24
- Zweite Versorgungsleitung / B-Kanal
- 25
- Dritte Versorgungsleitung / C-Kanal
- 26
- Reservoir
- 27
- Erstes Rückschlagventil
- 28
- Zweites Rückschlagventil
- 29
- Verriegelungsfeder
- 30
- Ölpumpe
- 31
- Vorratsbehälter
- 32
- Drittes Rückschlagventil
- 33
- Rücklaufleitung
- 34
- Zentralventilfeder
- 35
- Plateau
- 36
- Versorgungsleitung
- 37
- Versorgungsleitung
- 38
- Mittelachse
- 39
- Reservoirleitung
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- DE 102012211870 A1 [0003]
- DE 102014212617 A1 [0004]
- DE 102007004196 [0005]
