DE102019105714A1

DE102019105714A1 - Nulldruck-entriegelungssystem für einen phasenversteller

Info

Publication number: DE102019105714A1
Application number: DE102019105714.0A
Authority: DE
Inventors: Braman Wing; Mark M. Wigsten; Chad McCloy; Chris PLUTA; Jonas ADLER; Jason Moss; Keith Feldt
Original assignee: BorgWarner Inc
Current assignee: BorgWarner Inc
Priority date: 2018-03-07
Filing date: 2019-03-06
Publication date: 2019-09-12
Also published as: CN110242379A; US10690019B2; CN110242379B; JP2019157853A; US20190277167A1

Abstract

Ein bestehendes Versteller-Steuerventil und ein Elektromagnet werden verwendet, um eine Pumpkammer zu schaffen, die ausreichend Öldruck zum Ausrücken eines Sperrstifts unter allen Bedingungen bereitstellt.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
GEBIET DER ERFINDUNG
Die Erfindung betrifft das technische Gebiet der variablen Nockenwellenversteller. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Nulldruck-Entriegelungssystem für einen variablen Nockenphasenverstell er.
BESCHREIBUNG DES STANDS DER TECHNIK
Verbrennungsmotoren haben bisher verschiedene Mechanismen eingesetzt, um die relative Zeitsteuerung zwischen der Nockenwelle und der Kurbelwelle für eine verbesserte Motorleistung oder verringerte Emissionen zu variieren. Die Mehrheit dieser variable Nockenwellenverstell- oder VCT-Mechanismen verwenden einen oder mehrere „Flügelzellenversteller“ an der Motornockenwelle (oder Nockenwellen in einem Motor mit mehreren Nockenwellen). Flügelversteller weisen einen Rotor mit einem oder mehreren Flügeln auf, die an dem Ende der Nockenwelle montiert sind, umgeben von einer Gehäuseanordnung mit den Flügelkammern, in welche die Flügel passen. Es ist auch möglich, die Flügel in der Gehäuseanordnung zu montieren, und die Kammern in der Rotoranordnung. Der äußere Umfang des Gehäuses bildet das Kettenrad, die Riemenscheibe oder das Zahnrad, das/die über eine Kette, einen Riemen oder Zahnräder üblicherweise von der Kurbelwelle, oder ggf. von einer weiteren Nockenwelle in einem Motor mit mehreren Nockenwellen Antriebskraft empfängt.
In nockendrehmomentbetätigten (CTA) variablen Nockenwellensteuerungs- oder VCT-Systemen werden Nockendrehmomente von dem Motor verwendet, um den einen oder die mehreren Flügel zu bewegen, und wird Fluid zwischen den Arbeitskammern zirkuliert, ohne das Fluid an den Sumpf abzuführen. Ein Sperrstift zum Sperren und Entriegeln der Bewegung zwischen der Gehäuseanordnung und der Rotoranordnung kann durch ein Steuerventil gesteuert werden. Bei einem Abschalten des Motors wird das Steuerventil in eine Stellung bewegt, so dass Fluid innerhalb der Kammern durch Rezirkulieren gehalten wird, und jegliches Fluid, das den Sperrstift speist, wird aus dem Kreis durch das Steuerventil abgeblasen.
Beim Anlassen des Motors oder kurz danach kann kein ausreichender Öldruck zum Entriegeln des Sperrstifts vorhanden sein, da die Öldurchgänge des Motors, darunter jene, die zu dem Versteller führen, entleert sein können. Die Ölpumpe, die durch die Drehung des Motors angetrieben wird, benötigt Zeit, um den Motorölkreis zu füllen und in diesem Druck aufzubauen.
Neben nockendrehmomentbetätigten (CTA) variablen Nockenwellensteuerungssystemen (VCT) arbeitet die Mehrzahl von hydraulischen VCT-Systemen nach zwei Prinzipien: der Öldruckbetätigung (OPA) oder der Torsionsunterstützung (TA). In den öldruckbetätigten VCT-Systemen leitet ein Ölsteuerventil (OCV) Motoröldruck an eine Arbeitskammer in dem VCT-Versteller, während gleichzeitig die gegenüberliegende Arbeitskammer, die durch die Gehäuseanordnung, die Rotoranordnung und den Flügel definiert wird, entlüftet wird. Dies schafft eine Druckdifferenz über einen oder mehrere der Flügel, um den VCT-Versteller hydraulisch in die eine oder die andere Richtung zu schieben. Eine Neutralisierung oder Bewegung des Ölsteuerventils in eine Nullstellung übt einen gleichen Druck auf gegenüberliegende Seiten des Flügels aus und hält den Versteller in einer Zwischenstellung. Bewegt sich der Versteller in eine Richtung, so dass sich die Ventile früher öffnen oder schließen, nennt man dies die Vorverschiebungsstellung des Verstellers; bewegt er sich in eine Richtung, so dass sich die Ventile später öffnen oder schließen, nennt man dies die Verzögerungsstellung des Verstellers.
Die torsionsunterstützten oder TA-Systeme arbeiten mit einem ähnlichen Prinzip, mit der Ausnahme, dass sie ein oder mehrere Absperrventile aufweisen, um den VCT-Versteller daran zu hindern, sich in eine der befohlenen Richtung entgegengesetzte Richtung zu bewegen, falls er auf eine entgegengesetzte Kraft trifft, etwa einen Drehmomentimpuls, der durch den Nockenbetrieb verursacht wird.
Das Problem mit OPA- oder TA-Systemen bei der Ausführung der oben erläuterten Operationen besteht darin, dass das Ölsteuerventil im Regelfall in einer Stellung ist, die das gesamte Öl aus der Vorverschiebungs- oder Verzögerungs-Arbeitskammer entleert und die entgegengesetzte Kammer füllt. In diesem Modus ist der Versteller so voreingestellt, dass er sich in einer Richtung bis zu einem Endanschlag bewegt, wo der Sperrstift einrückt. Eine Vorspannfeder kann verwendet werden, um den Versteller vorzugsweise in eine gewünschte Stellung zu führen. Die OPA- oder TA-Systeme sind nicht in der Lage, den VCT-Versteller während des Motorstartzyklus, wenn der Motor noch keinen Öldruck entwickelt, in irgendeine andere Stellung zu führen, und können den Sperrstift nicht freigeben.
Einige Fahrzeuge können einen „Stopp-Start-Modus“ verwenden, der den Verbrennungsmotor automatisch stoppt und automatisch wieder startet, um die Zeit zu verringern, in der der Motor leerläuft, wenn das Fahrzeug angehalten wird, zum Beispiel bei einer roten Ampel oder wenn es im Verkehr anhalten muss. Dieser Modus verringert Emissionen und erhöht die Kraftstoffeffizienz. Dieses Stoppen des Motors unterscheidet sich von einer „Schlüssel-Aus“-Stellung oder einem manuellen Abstellen durch Deaktivieren des Zündschalters, bei dem der Benutzer des Fahrzeugs den Motor abstellt oder das Fahrzeug parkt und abschaltet. Im „Stopp-Start-Modus“ stoppt der Motor, wenn das Fahrzeug angehalten wird, und startet dann automatisch auf eine Weise wieder, die vom Benutzer des Fahrzeugs kaum wahrgenommen wird. Im „Stopp-Start-Modus“ hat sich gezeigt, dass die volle Verzögerungsstellung des Verstellers die zum Start des Motors erforderliche Energie verringert, und dass die Verzögerungsstellung auch die Motorschwingungen und -geräusche (NVH) während eines Motorwarmneustarts verringert. Andere Strategien können entwickelt werden, die eine andere Verriegelungsstellung als beschrieben erfordern können.
Das Problem bei der Konstruktion eines Einlassnockenwellenverstellers, der einen erweiterten Wirkungsbereich und die Fähigkeit zur Verriegelung am vollen Verzögerungsanschlag aufweist, besteht darin, dass, wenn der Motor abgestellt wird, wenn der Einlassnockenwellenversteller an oder nahe des Verzögerungsanschlags verriegelt ist, und der Motor abkühlen gelassen wird, der Motor nicht in der Lage sein kann, einen erfolgreichen Kaltstart durchzuführen, wenn der Versteller nahe des Verzögerungsanschlags verriegelt ist. Beim Anlassen des Motors kann kein ausreichender Motoröldruck zur Freigabe des Sperrstifts vorhanden sein.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Ein bestehendes Versteller-Steuerventil und ein Elektromagnet werden verwendet, um eine Pumpkammer zu schaffen, die ausreichend Öldruck zum Ausrücken eines Sperrstifts unter allen Bedingungen bereitstellt.
Figurenliste

1 zeigt ein Schema eines variablen Nockenphasenverstellers einer Ausführungsform beim Abstellen des Verstellers und Füllen der Schieberkammer.
2 zeigt ein Schema eines variablen Nockenphasenverstellers einer Ausführungsform während des Betriebs der Schieberpumpe.
3 zeigt ein Schema eines variablen Nockenphasenverstellers einer Ausführungsform während der Entlüftung des Pumpenkreises, sobald der Versteller aus einer verriegelten Stellung weg verstellt wurde.
4 zeigt ein Schema eines variablen Nockenphasenverstellers einer Ausführungsform während des Normalbetriebs, sobald der Motor läuft und der Öldruck eine Schwelle erreicht hat.
5 zeigt eine Schnittansicht des variablen Nockenphasenverstellers, die die Rotoranordnung und das Pilotventil zeigt.
6 zeigt eine Schnittansicht des variablen Nockenphasenverstellers, die das Steuerventil und den Sperrstift zeigt.
7 zeigt eine weitere Schnittansicht des variablen Nockenphasenverstellers, die das Steuerventil und den Durchgang von der Pumpenkammer in dem Schieber zu dem Pilotventil zeigt.
8 zeigt eine weitere Schnittansicht des variablen Nockenphasenverstellers, die das Steuerventil und das Pilotventil zeigt.
9A zeigt eine vergrößerte Ansicht der verriegelten Stellung, wobei das Entlüftungsmerkmal an der Endplatte geschlossen ist.
9B zeigt eine weitere vergrößerte Ansicht der verriegelten Stellung, wobei das Entlüftungsmerkmal an der Endplatte geschlossen ist.
10A zeigt eine vergrößerte Ansicht der nicht verriegelten Stellung, wobei das Entlüftungsmerkmal an der Endplatte offen ist.
10B zeigt eine weitere vergrößerte Ansicht der nicht verriegelten Stellung, wobei das Entlüftungsmerkmal an der Endplatte offen ist.
11 zeigt einen Graphen des Drucks in Relation zur Stellung.
12 zeigt ein Schema eines variablen Nockenphasenverstellers einer weiteren Ausführungsform beim Abstellen des Verstellers und Füllen der Schieberkammer.
13 zeigt ein Schema eines variablen Nockenphasenverstellers einer weiteren Ausführungsform während des Betriebs der Schieberpumpe.
14 zeigt ein Schema eines variablen Nockenphasenverstellers einer weiteren Ausführungsform während der Entlüftung des Pumpenkreises, sobald der Versteller aus einer verriegelten Stellung weg verstellt wurde.
15 zeigt ein Schema eines variablen Nockenphasenverstellers einer weiteren Ausführungsform während des Normalbetriebs, sobald der Motor läuft und der Öldruck eine Schwelle erreicht hat.
16 zeigt eine Schnittansicht eines variablen Nockenphasenverstellers einer weiteren Ausführungsform.
17 zeigt eine Querschnittsansicht entlang der Linie 17-17 von 16.
18 zeigt eine weitere Querschnittsansicht entlang der Linie 18-18 von 16.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Die 1 bis 10B zeigen die Betriebsmodi eines VCT-Verstellers in Abhängigkeit von der Stellung des Schieberventils. Die in den Figuren gezeigten Positionen definieren die Richtung, in die sich der VCT-Versteller bewegt. Es ist klar, dass das Phasensteuerventil eine unendliche Anzahl von Zwischenstellungen aufweist, so dass das Steuerventil nicht nur die Richtung steuert, in die sich der VCT-Phase bewegt, sondern in Abhängigkeit von der diskreten Schieberstellung auch die Rate steuert, mit der der VCT-Versteller seine Stellung verändert. Daher ist klar, dass das Phasensteuerventil auch in unendlich vielen Zwischenstellungen arbeiten kann und nicht auf die in den Figuren dargestellten Stellungen beschränkt ist.
Unter Bezugnahme auf 5 weist die Gehäuseanordnung 100 des Verstellers einen äußeren Umfang 101 zur Aufnahme einer Antriebskraft auf. Die Gehäuseanordnung 100 des Verstellers umfasst eine innenseitige Platte 100a und eine außenseitige Platte 100b. Die Rotoranordnung 105 ist mit der Nockenwelle (nicht dargestellt) verbunden und ist koaxial innerhalb der Gehäuseanordnung 100 angeordnet. Die Rotoranordnung 105 weist zumindest einen Flügel 104 auf, der eine Kammer 117, die zwischen der Gehäuseanordnung 100 und der Rotoranordnung 105 ausgebildet ist, in Arbeitskammern trennt, etwa eine Vorverschiebungskammer 102 und eine Verzögerungskammer 103. Der Flügel 104 ist zur Drehung in der Lage, um die relative Winkelstellung der Gehäuseanordnung 100 und der Rotoranordnung 105 zu verschieben.
Die innenseitige Platte 100a der Gehäuseanordnung 100 kann eine Endplattentasche 155 umfassen, die mit einer Entlüftung 128 verbunden ist, die zum Sumpf führt. Die Rotoranordnung 105 weist eine entsprechende Rotortasche 157 auf, die, wenn sie mit der Endplattentasche 155 ausgerichtet ist, die Entlüftung eines Steuerventils 109 ermöglicht und so ein Blockieren verhindert. Die Entlüftung 128 ist in 9A, 9B, 10A und 10B als eine Öffnung dargestellt, doch kann die Entlüftung 128 auch ein Schneckengang oder eine andere verengte Öffnung sein.
Ein Sperrstift 125 ist verschiebbar in einer Bohrung 122 in der Rotoranordnung 105 untergebracht und weist einen Endabschnitt 125a auf, der durch eine Feder 124 zu einer Ausnehmung 127 in der Innenplatte 100b der Gehäuseanordnung 100 hin vorgespannt ist und in diese hineinpasst, wie zum Beispiel in 6 dargestellt. Alternativ kann der Sperrstift 125 in der Gehäuseanordnung 100 untergebracht sein und durch die Feder 124 zu einer Ausnehmung 127 in der Rotoranordnung 105 hin vorgespannt sein. Die äußere Endplatte 100b kann eine Entlüftung 129 umfassen, zum Beispiel einen Schneckengang oder eine andere begrenzte Öffnung, die es erlaubt, den Sperrstift 125 zu entlüften und die hydraulische Blockierung des Sperrstifts 125 verhindert.
Der Sperrstift 125 weist eine erste, nicht verriegelte Stellung auf, in welcher der Endabschnitt 125a des Sperrstifts 125 nicht mit der Ausnehmung 127 in Eingriff steht, sowie eine zweite, verriegelte Stellung, in welcher der Endabschnitt 125a des Sperrstifts 125 in die Ausnehmung 127 eingreift und die relative Bewegung der Rotoranordnung 105 relativ zu der Gehäuseanordnung 100 blockiert. Die Ausnehmung 127 steht über ein Pilotventil 130 in Fluidverbindung mit dem Phasensteuerventil 109. Die Druckbeaufschlagung des Sperrstifts 125 wird durch das Schalten/die Bewegung des Phasensteuerventils 109 und des Pilotventils 130 gesteuert.
Unter Bezugnahme auf 1-4 und 5-8 umfasst ein Phasensteuerventil 109, vorzugsweise ein Schieberventil, einen Schieber 111 mit zumindest einem zylindrischen Steg lila, der verschiebbar in einer Hülse 116 innerhalb einer Bohrung in der Rotoranordnung 105 aufgenommen ist und die Nockenwelle (nicht dargestellt) pilotsteuert. Das Versteller-Steuerventil 109 kann entfernt von dem Versteller angeordnet sein, innerhalb einer Bohrung in der Rotoranordnung 105, die von der Nockenwelle geführt wird, oder in einem Zentralbolzen des Verstellers. Ein Ende des Schiebers steht mit der Feder 115 in Kontakt, und das entgegengesetzte Ende des Schiebers steht mit einem pulsweitenmodulierten Elektromagneten mit variabler Kraft (VFS) 107 in Kontakt. Der Elektromagnet 107 kann auch linear gesteuert werden, indem der Strom oder die Spannung variiert werden, oder durch andere Verfahren, soweit diese anwendbar sind. Zusätzlich kann das entgegengesetzte Ende des Schiebers 111 einen Motor oder andere Stellglieder kontaktieren und durch diese(n) beeinflusst werden. Zwischen dem Ende des Schiebers 111, das mit der Feder 115 in Kontakt steht, und dem Innendurchmesser 116a der Hülse 116 ist eine Pumpenkammer 150 ausgebildet. Die Pumpenkammer 150 speichert Öl zur Versorgung und der Druck des Öls in dieser Kammer 150 wird durch die Bewegung des Pilotventils 130 und des Schiebers 111 hochgepumpt oder erhöht.
Die Stellung des Versteller-Steuerventils 109 wird durch eine Motorsteuereinheit (ECU) 106 gesteuert, die den Lastzyklus des Elektromagneten 107 mit variabler Kraft steuert. Die ECU 106 umfasst vorzugsweise eine Zentraleinheit (CPU), die die verschiedenen Berechnungsvorgänge zur Steuerung des Motors ausführt, einen Speicher und Eingangs- und Ausgangsanschlüsse, die zum Datenaustausch mit externen Einrichtungen und Sensoren verwendet werden.
Die Stellung des Schiebers 111 wird durch die Feder 115 und den durch die ECU 106 gesteuerten Elektromagnet 107 beeinflusst. Weitere Details bezüglich der Steuerung des Verstellers werden weiter unten genauer erörtert. Die Stellung des Schiebers 111 steuert die Bewegung (z. B. zur Bewegung zur Vorverschiebungsstellung, Haltestellung, oder Verzögerungsstellung hin) des Verstellers, sowie welches Fluid verwendet wird, um den Sperrstift zu sperren oder freizugeben.
Ein Pilotventil 130, vorzugsweise ein Schieberventil, umfasst einen Schieber 131 mit zylindrischen Stegen 131a, 131b, 131c, 131d, der verschiebbar in einer Hülse 132 innerhalb einer Bohrung in der Rotoranordnung 105 aufgenommen ist. Ein Durchgang 134 ist zwischen den Stegen 131a und 131b ausgebildet. Das Pilotventil 130 kann sich entfernt von dem Versteller oder innerhalb einer Bohrung in der Rotoranordnung 105 befinden, wodurch die Nockenwelle (nicht dargestellt) pilotgesteuert wird. Ein Ende des Schiebers 131 steht mit der Feder 133 in Kontakt, und das entgegengesetzte Ende des Schiebers 131 steht über die Leitung 118 in Fluidverbindung mit der Versorgung S. Die Versorgungsleitung 118 kann ein Einlass-Rückschlagventil 119 enthalten, das die Fluidströmung in die Versorgungsleitung 118 erlaubt, aber die Fluidströmung aus der Versorgungsleitung 118 verhindert. Das Pilotventil 130 steht mit dem Phasensteuerventil 109 über die Leitungen 141 und 142, sowie mit der Ausnehmung 127 der Gehäuseanordnung 100 durch die Leitung 140 in Fluidverbindung. Das Pilotventil 130 steht zusätzlich in Fluidverbindung mit einer Versorgungsleitung 144. Die Versorgungsleitung 144 ist steht vorzugsweise in Fluidverbindung mit der Versorgung S. Die Versorgung 144 könnte direkt mit der Leitung 118 in Fluidverbindung stehen, oder selektiv durch das Schieberventil 109. Alternativ könnte die Versorgung 144 durch die Vorverschiebungskammer 102 oder die Verzögerungskammer 103 gesteuert werden. Auch eine Entlüftungsöffnung 145 liegt innerhalb der Hülse 132 vor.
Die Stellung des Schiebers 131 wird durch die Feder 115 und den Elektromagnet 107 mit variabler Kraft beeinflusst. Die Stellung des Schiebers 111 steuert, welches Fluid verwendet wird, um den Sperrstift 125 zu verriegeln oder zu entriegeln, und ob Öl zur Versorgung an eine Pumpenkammer 150 geliefert wird, die zwischen dem Schieber 111 und der Hülse 116 vorliegt. Das Pilotventil 130 hat zwei Stellungen. In einer ersten Stellung des Pilotventils 130 blockiert der Schiebersteg 131d den Fluss von der Versorgungsleitung 144, und in einer zweiten Stellung ist die Versorgungsleitung 144 zu der Versorgung S offen, und die Leitung 141 wird durch den Schiebersteg 131a blockiert.
Ein schiebergesteuerter Sperrstiftkreis besteht aus einer Versorgungsleitung 144 in Fluidverbindung mit dem Pilotventil 130, dem Pilotventil 130, der Leitung 140 in Fluidverbindung mit der Ausnehmung 127 der Gehäuseanordnung 100 und dem Sperrstift 125. Wenn der Motor abgestellt ist, ist der Sperrstift 125 in der verriegelten Stellung.
Ein Pumpenkammerkreis besteht aus einer Versorgungsleitung 118 in Fluidverbindung mit dem Pilotventil 130, dem Pilotventil 130, der Leitung 141 in Fluidverbindung mit dem Pilotventil 130 und der Pumpenkammer 150, der Leitung 142 in Fluidverbindung mit der Pumpenkammer 150 und dem Pilotventil 130. Die Pumpenkammer 150 füllt sich durch abnehmenden Öldruck und Fluid, das von dem Sperrstift 125 entlüftet wird, entweder bis der Druck ist nicht länger ausreichend ist, um Fluid in die Pumpenkammer 150 zu drücken, oder bis die Pumpenkammer 150 voll ist. Daher ist die Pumpenkammer 150 gefüllt, wenn der Motoröldruck abfällt.
Der Pumpenkammerkreis ist gefüllt, während der Motor abgestellt ist. Das gesamte in dem Versteller selbst vorhandene Fluid, mit Ausnahme der Vorverschiebungs- und Verzögerungskammern eines CTA-Verstellers, läuft zurück in die Pumpenkammer 150. Restdruck aus dem Ölsystem füllt den Pumpenkammerkreis, entweder bis der Druck ist nicht länger ausreichend ist, um Fluid in die Pumpenkammer 150 zu drücken, oder bis die Pumpenkammer 150 voll ist.
In der Regel liegt beim Anlassen des Motors nach einem Motorstillstand kein Öldruck vor, um den Sperrstift 125 freizugeben, und daher kann keine Phasenverstellung beginnen, bevor der Sperrstift 125 nicht in eine nicht verriegelte Stellung druckvorgespannt wurde. In der vorliegenden Erfindung wird der Sperrstift 125 beim Anlassen und/oder Hochfahren des Motors nach einem Stillstand in eine nicht verriegelte Stellung bewegt, wenn der Pumpenkammerkreis in Fluidverbindung mit dem schiebergesteuerten Sperrstiftkreis steht. Mit anderen Worten, wenn sich Fluid von der Pumpenkammer 150, durch Leitung 142 zwischen den Schieberstegen 131c und 131d des Pilotventils 130 durch Leitung 140 zu der Ausnehmung 127 bewegt, wird der Sperrstift 125 gegen die Kraft der Feder 124 bewegt, so dass das Ende 125a des Sperrstifts 125 nicht länger in die Ausnehmung 127 eingreift.
Sobald das Ende 125a des Sperrstifts 125 aus der Ausnehmung 127 ausgerückt ist, kann die Rotoranordnung 105 relativ zu der Gehäuseanordnung 100 bewegt werden, und der Versteller phasenverstellt werden, zum Beispiel in eine Verzögerungsstellung, eine Zwischenstellung, eine Vorverschiebungsstellung und in manchen Verstellern auch in eine Haltestellung. Fluid wird von der Versorgungsleitung 144 an die Ausnehmung 127 des Sperrstifts 125 zugeführt, um den Sperrstift 125 in der nicht verriegelten Stellung zu halten, wenn Versorgungsdruck vorhanden ist und der Versteller eine Phasenverstellung ausführt. An diesem Punkt wird kein Fluid in der Pumpenkammer 150 gehalten. Wenn der Pumpenkreis nicht verwendet wird, um den Versteller freizugeben, kann der Schieber 111 seine normale Funktion zur Freigabe des Verstellers ausführen, sobald der Öldruck ein Betriebsniveau erreicht hat, da das Pilotventil 130 sich hochbewegt hat, um die Pumpenkammer 150 zu entlüften und den Durchgang 144 mit dem Durchgang 140 zu verbinden.
Auf der Grundlage des Lastzyklus des pulsbreitenmodulierten Elektromagneten mit variabler Kraft 107 bewegt sich der Schieber 111 in eine entsprechende Stellung entlang seines Hubwegs. Ist der Lastzyklus des Elektromagneten mit variabler Kraft 107 ungefähr 40 %, 60 % oder 80 %, wird der Schieber 111 in Stellungen bewegt, die jeweils dem Verzögerungsmodus, dem Nullmodus und dem Vorverschiebungsmodus entsprechen, und das pilotgesteuerte Ventil 130 wird druckbeaufschlagt und bewegt sich in die zweite Stellung, wodurch der Sperrstift 125 druckbeaufschlagt und freigegeben wird.
Wenn, unter Bezugnahme auf 1, der Lastzyklus des Elektromagneten mit variabler Kraft 107 0 % ist, wird der Schieber 111 des Phasensteuerventils 109 durch die Feder 115 in eine solche Stellung bewegt, dass die Pumpenkammer 150 jegliches Fluid, das in der Versorgungsleitung 118 vorhanden ist, durch das Pilotventil 130 zwischen den Stegen 131a und 131b über die Leitung 141 aufnimmt. Da der Druck des Fluids von der Versorgung S aufgrund des Motorstillstands unter einer Schwelle liegt, spannt die Feder 133 den Schieber 131 des Pilotventils 130 in eine solche Stellung vor, dass die Versorgung 144 daran gehindert wird, Fluid über die Leitung 140 an den Sperrstift 125 zuzuführen. Jegliches in der Leitung 140 vorhandene Fluid kann über das Pilotventil 130 und Leitung 142 an die Pumpenkammer 150 ablaufen. Aufgrund des fehlenden Fluiddrucks in Leitung 140 wird der Sperrstift 125 durch die Feder 124 vorgespannt, um in die Ausnehmung 127 einzurücken und die relative Bewegung der Rotoranordnung 105 relativ zu der Gehäuseanordnung 100 zu blockieren. Die Füllung der Pumpenkammer 150 veranlasst im Wesentlichen das Phasensteuerventil 109, als eine Pumpe zu wirken. Das Fluidvolumen, das sich in der Fluidkammer 150 sammelt, ist vorzugsweise ein solches Volumen, das erforderlich ist, um den Sperrstift 125 freizugeben, unter Berücksichtigung eines bestimmten Ausmaßes an Leckage. Die Rotortasche 157 ist nicht mit der Endplattentasche 155 ausgerichtet und die Entlüftung 128 ist blockiert.
2 zeigt ein Schema eines variablen Nockenphasenverstellers einer Ausführungsform während des Betriebs der Schieberpumpe beim Anlassen des Motors. Während des Anlassens des Motors ist nur sehr wenig oder gar kein Druck vorhanden, da der Versorgungsöldruck fehlt. Da ein Versorgungsdruck weder von der Versorgungsleitung 118 noch von der Leitung 144 vorliegt, ist kein Druck vorhanden, um den Sperrstift 125 zu entriegeln und den Versteller kurz nach dem Anlassen oder während des Anlassens des Motors zur Phasenverstellung zu verwenden.
Während des Anlassens des Motors wird der Schieber 111 des Phasensteuerventils 109 durch den VFS 107 gegen die Kraft der Feder 115 in eine solche Stellung bewegt, dass der Schieber 111 die Fluidströmung an die Pumpenkammer 150 über die Leitung 141 blockiert. Um während des Anlassens des Motors das Fluid von der Pumpenkammer 150 zu pumpen, beginnt der Lastzyklus bei 0 % und geht auf 100 %, um das Phasensteuerventil 109 zu zwingen, das in der Pumpenkammer 150 vorhandene Fluid auszustoßen und von der Pumpenkammer 150 in die Leitung 142 zu entleeren, da die Leitung 141 blockiert ist. Die Bewegung des Schiebers durch den VFS 107 gegen die Kraft der Feder 115 erzeugt Druck in der Pumpenkammer 150, wodurch das Fluid unter hohem Druck in die Leitung 142 gepumpt oder gedrückt wird. Von der Leitung 142 strömt das Fluid zwischen den Stegen 131c und 131d des Pilotventils 130 zu der Leitung 140 in Fluidverbindung mit der Ausnehmung 127 in der Gehäuseanordnung 100, wodurch der Sperrstift 125 gegen die Feder 124 zu einer nicht verriegelten Stellung hin vorgespannt wird. Die Rotortasche 157 ist nicht mit der Endplattentasche 155 ausgerichtet und die Entlüftung 128 ist blockiert.
3 zeigt den Versteller während des Anlassens des Motors, aber nachdem der Sperrstift 125 in eine nicht verriegelte Stellung bewegt worden ist. Es ist anzumerken, dass der Lastzyklus in den Bereich gebracht wird, der jeweils nötig ist, um eine Zielphasenverstellung des variablen Nockenphasenverstellers zu erreichen. Nachdem der Sperrstift 125 entriegelt worden ist und nicht länger in die Ausnehmung 127 der Gehäuseanordnung 100 eingreift, kann sich die Rotoranordnung 105 frei drehen. Aus der Pumpenkammer 150 austretendes Fluid läuft in die Leitung 143 in Kommunikation mit der Entlüftung 128 ab, wenn die Rotortasche 157 mit der Endplattentasche 155 ausgerichtet wird, was dem Schieber 111 erlaubt, sich zu bewegen und eine Blockierung zu verhindern und eine Phasenverstellung zu erlauben. Die Versorgung 144 wird durch den Steg 131d des Pilotventils 130 daran gehindert, Fluid an den Sperrstift 125 zuzuführen, so dass das Fluid nicht an zu der Versorgung 144 zurückströmen kann. Es ist anzumerken, dass die Versorgung 144 blockiert ist, da der Fluiddruck in der Versorgungsleitung 118 nicht ausreicht, um das Pilotventil 130 in eine zweite Stellung gegen die Feder 133 vorzuspannen (z. B. hat der Öldruck nicht die erforderliche Schwelle erreicht).
4 zeigt ein Schema eines variablen Nockenphasenverstellers einer Ausführungsform während des Normalbetriebs, sobald der Motor läuft und der Öldruck eine Schwelle erreicht hat. Sobald der Öldruck in Leitung 118 einen Druck erreicht, mit dem er den Schieber 131 gegen die Feder 133 vorspannen kann, wird der Schieber 131 in eine zweite Stellung bewegt, in welcher der Schiebersteg 131a die Leitung 141 blockiert. Jegliches in der Pumpenkammer 150 des Phasensteuerventils 109 vorhandene Fluid ist überflüssig und wird durch die Entlüftung 145 des Pilotventils 130 abgeblasen. Fluid wird auch von der Versorgung 144, durch das Pilotventil 130 zwischen den Schieberstegen 131c und 131d an die Leitung 140 zugeführt, wodurch der Sperrstift 125 in einer nicht verriegelten Stellung gehalten und der Sperrstift 125 gegen die Feder 124 vorgespannt wird. Es ist anzumerken, dass der Sperrstift 125 auch ohne Fluid von der Versorgung 144 in einem nicht verriegelten Zustand gehalten werden kann, bis der Sperrstift 125 mit der Ausnehmung 127 ausgerichtet ist. Der normale Motorbetrieb kann stattfinden und der Sperrstift 125 kann in eine nicht verriegelte Stellung und eine verriegelte Stellung bewegt werden, je nach den Motorbetriebsbedingungen. Außerdem ist die Rotortasche 157 mit der Endplattentasche 155 ausgerichtet und die Entlüftung 128 ist offen.
11 ist ein beispielhafter Graph für den Druck in Abhängigkeit von der Stellung. Während des normalen Betriebs des Verstellers, wie zum Beispiel in 4 dargestellt, kann der Öldruck auf den Sperrstift 125 ungefähr 5 bar betragen. Wird der Motor dann abgestellt, wie in 1 dargestellt, beginnt der Motoröldruck auf den Sperrstift 125 nachzulassen, oder abzufallen, zum Beispiel auf ungefähr 1,25 bar. Der Sperrstift 125 ist verriegelt oder steht in Eingriff mit der Ausnehmung 127 und kann unter ungefähr 0,8 bar nicht ausgerückt oder entriegelt werden (d. h., die Feder 124 hat eine Kraft, die größer ist als die Kraft des Drucks auf den Sperrstift 125). Das Pilotventil 130 bewegt sich, um der Pumpenkammer 150 zu ermöglichen, sich mit ungefähr 0,4 bar zu füllen. Wenn der Öldruck auf den Sperrstift 125 bei null bar liegt, wird kein zusätzliches Öl an die Pumpenkammer 150 geliefert.
Während des Anlassens des Motors beim erneuten Starten wird der Schieber 111 durch den VFS 107 bewegt, so dass das Volumen an Öl in der Pumpenkammer 150 auf mehr als 0,8 bar unter Druck gesetzt und ausgestoßen wird, um den schiebergesteuerten Sperrstiftkreis zu aktivieren und mit Druck zu beaufschlagen, wie in 2 gezeigt. Es ist anzumerken, dass die in 11 angegebenen Drücke rein beispielhaft sind und während des Motorbetriebs variieren können.
Während die oben beschriebenen Ausführungsformen ein einzelnes Pilotventil 130 einer bestimmten Länge enthalten, kann das Pilotventil 130 in zumindest zwei Pilotventile mit einer bestimmten Länge geteilt werden, die geringer ist als die Länge des einzelnen Pilotventils 130, wodurch der für den Versteller erforderliche axiale Bauraum verringert wird.
12-18 zeigen die Betriebsmodi des VCT-Verstellers auf Grundlage unterschiedlicher Motorbetriebszustände. Die in den Figuren gezeigten Positionen definieren die Richtung, in die sich der VCT-Versteller bewegt. Es ist klar, dass das Phasensteuerventil eine unendliche Anzahl von Zwischenstellungen aufweist, so dass das Steuerventil nicht nur die Richtung steuert, in die sich der VCT-Phase bewegt, sondern in Abhängigkeit von der diskreten Schieberstellung auch die Rate steuert, mit der der VCT-Versteller seine Stellung verändert. Daher ist klar, dass das Phasensteuerventil auch in unendlich vielen Zwischenstellungen arbeiten kann und nicht auf die in den Figuren dargestellten Stellungen beschränkt ist.
Unter Bezugnahme auf 12-18 umfasst ein Phasensteuerventil 109, vorzugsweise ein Schieberventil, einen Schieber 111 mit zumindest einem zylindrischen Steg lila, der verschiebbar in einer Hülse 116 innerhalb einer Bohrung in der Rotoranordnung 105 aufgenommen ist und in der Nockenwelle (nicht dargestellt) pilotsteuert. Das Versteller-Steuerventil 109 kann entfernt von dem Versteller angeordnet sein, innerhalb einer Bohrung in der Rotoranordnung 105, die von der Nockenwelle geführt wird, oder in einem Zentralbolzen des Verstellers. Ein Ende des Schiebers steht mit der Feder 115 in Kontakt, und das entgegengesetzte Ende des Schiebers steht mit einem pulsweitenmodulierten Elektromagneten mit variabler Kraft (VFS) 107 in Kontakt. Der Elektromagnet 107 kann auch linear gesteuert werden, indem der Strom oder die Spannung variiert werden, oder durch andere Verfahren, soweit diese anwendbar sind. Zusätzlich kann das entgegengesetzte Ende des Schiebers 111 einen Motor oder andere Stellglieder kontaktieren und durch diese(n) beeinflusst werden. Zwischen dem Ende des Schiebers 111, das mit der Feder 115 in Kontakt steht, und dem Innendurchmesser 116a der Hülse 116 ist eine Pumpenkammer 150 ausgebildet. Die Pumpenkammer 150 speichert Öl zur Versorgung und der Druck des Öls in dieser Kammer 150 wird durch die Bewegung des Schiebers 111 erhöht.
Die Stellung des Versteller-Steuerventils 109 wird durch eine Motorsteuereinheit (ECU) 106 gesteuert, die den Lastzyklus des Elektromagneten 107 mit variabler Kraft steuert. Die ECU 106 umfasst vorzugsweise eine Zentraleinheit (CPU), die die verschiedenen Berechnungsvorgänge zur Steuerung des Motors ausführt, einen Speicher und Eingangs- und Ausgangsanschlüsse, die zum Datenaustausch mit externen Einrichtungen und Sensoren verwendet werden.
Die Stellung des Schiebers 111 wird durch die Feder 115 und den durch die ECU 106 gesteuerten Elektromagnet 107 beeinflusst. Weitere Details bezüglich der Steuerung des Verstellers werden weiter unten genauer erörtert. Die Stellung des Schiebers 111 steuert die Bewegung (z. B. zur Bewegung zur Vorverschiebungsstellung, Haltestellung, oder Verzögerungsstellung hin) des Verstellers.
Ein erstes Pilotventil 230, vorzugsweise ein Schieberventil, umfasst einen Schieber 231 mit zylindrischen Stegen 231a, 231b, der verschiebbar in einer Hülse 232 innerhalb einer Bohrung in der Rotoranordnung 105 aufgenommen ist. Das erste Pilotventil 230 kann sich entfernt von dem Versteller oder innerhalb einer Bohrung in der Rotoranordnung 105 befinden, wodurch die Nockenwelle (nicht dargestellt) pilotgesteuert wird. Ein Ende des Schiebers 231 steht mit der Feder 233 in Kontakt, und das entgegengesetzte Ende des Schiebers 231 steht über die Leitung 118 in Fluidverbindung mit der Versorgung S. Die Versorgungsleitung 118 kann ein Einlass-Rückschlagventil 119 enthalten, das die Fluidströmung in die Versorgungsleitung 118 erlaubt, aber die Fluidströmung aus der Versorgungsleitung 118 verhindert. Das erste Pilotventil 230 steht mit dem Phasensteuerventil 109 durch die Leitungen 236 und 142, sowie mit der Ausnehmung 127 der Gehäuseanordnung 100 durch die Leitung 140 in Fluidverbindung. Das erste Pilotventil 230 steht zusätzlich in Fluidverbindung mit einer Versorgungsleitung 234. Die Versorgungsleitung 234 steht vorzugsweise in Fluidverbindung mit der Versorgung S. Die Versorgung 234 könnte auch direkt mit der Leitung 118 in Fluidverbindung stehen, oder selektiv durch das Schieberventil 109, etwa bei dem schiebergesteuerten Sperrstiftkreis, der im Folgenden noch detaillierter beschrieben wird. Alternativ könnte die Versorgung 234 durch die Vorverschiebungskammer 102 oder die Verzögerungskammer 103 gesteuert werden. Auch eine Entlüftungsöffnung 235 ist innerhalb der Hülse 232 des ersten Pilotventils 230 vorhanden. Die Stellung des ersten Pilotventils 230 bestimmt, welcher Kreis mit dem Sperrstift verbunden ist: der schiebergesteuerte Sperrstiftkreis oder der Pumpenkammerkreis. Mit anderen Worten bestimmt das erste Pilotventil 230, welcher der beiden Sperrstiftsteuerkreise mit dem Sperrstift verbunden ist.
Ein zweites Pilotventil 240, vorzugsweise ein Schieberventil, umfasst einen Schieber 241 mit zylindrischen Stegen 241a, 241b, der verschiebbar in einer Hülse 242 innerhalb einer Bohrung in der Rotoranordnung 105 aufgenommen ist. Das zweite Pilotventil 240 kann sich entfernt von dem Versteller oder innerhalb einer Bohrung in der Rotoranordnung 105 befinden, wodurch die Nockenwelle (nicht dargestellt) pilotgesteuert wird. Ein Ende des Schiebers 241 steht mit der Feder 243 in Kontakt, und das entgegengesetzte Ende des Schiebers 241 steht über die Leitung 118 in Fluidverbindung mit der Versorgung S. Das zweite Pilotventil 240 steht durch die Leitungen 246 und 142 mit dem Phasensteuerventil 109 in Fluidverbindung. Das zweite Pilotventil 240 steht zusätzlich in Fluidverbindung mit einer Entlüftung 244. Die Versorgungsleitung 118 steht vorzugsweise mit der Leitung 245 des zweiten Pilotventils 240 und direkt mit Leitung 118 in Fluidverbindung. Auch eine Entlüftungsöffnung 247 ist innerhalb der Hülse 242 des ersten Pilotventils 240 vorhanden. Das zweite Pilotventil steht nicht direkt mit dem Sperrstift 125 in Fluidverbindung.
Die Stellung des Schiebers 111 wird durch die Feder 115 und den Elektromagnet 107 mit variabler Kraft beeinflusst. Die Stellung des Schiebers 111 steuert den schiebergesteuerten Sperrstiftkreis, sowie ob Öl zur Versorgung an eine Pumpenkammer 150 geliefert wird, die zwischen dem Schieber 111 und der Hülse 116 mit dem zweiten Pilotventil 240 vorhanden ist. Das erste Pilotventil 230 und das zweite Pilotventil 240 haben jeweils zwei Stellungen.
In einer ersten Stellung des ersten Pilotventils 230 blockiert der Schiebersteg 231b die Fluidströmung von der Versorgungsleitung 234, und in einer zweiten Stellung ist die Versorgungsleitung 234 offen, um Fluid von einer Versorgung zu empfangen, vorzugsweise von dem schiebergesteuerten Sperrstiftkreis, und die Leitung 236 wird durch den Schiebersteg 231a blockiert. In der ersten Stellung des zweiten Pilotventils 240 blockiert der Schiebersteg 241b die Entlüftung 244. In einer zweiten Stellung des zweiten Pilotventils 240 ist die Entlüftung 244 offen und der Schiebersteg 241a blockiert die Versorgungsleitung 245.
Ein schiebergesteuerter Sperrstiftkreis besteht aus einer Versorgungsleitung 234 in Fluidverbindung mit dem ersten Pilotventil 230, dem ersten Pilotventil 230, der Leitung 140 in Fluidverbindung mit der Ausnehmung 127 der Gehäuseanordnung 100 und dem Sperrstift 125. Wenn der Motor abgestellt ist, ist der Sperrstift 125 in der verriegelten Stellung.
Ein Pumpenkammerkreis besteht aus einer Versorgungsleitung 118 in Fluidverbindung mit dem ersten Pilotventil 230 und dem zweiten Pilotventil 240, dem ersten Pilotventil 230 und dem zweiten Pilotventil 240, der Leitung 246 in Fluidverbindung mit der Leitung 142 und dem zweiten Pilotventil 240, der Leitung 236 in Fluidverbindung mit der Leitung 142 und dem ersten Pilotventil 230, der Pumpenkammer 150, und der Leitung 142 in Fluidverbindung mit der Pumpenkammer 150 und dem ersten und zweiten Pilotventil 230, 240. Die Pumpenkammer 150 füllt sich durch abnehmenden Öldruck und Fluid, das von dem Sperrstift 125 und dem ersten und zweiten Pilotventil 230, 240 entlüftet wird, entweder bis der Druck nicht länger ausreichend ist, um Fluid in die Pumpenkammer 150 zu drücken, oder bis die Pumpenkammer 150 voll ist. Daher ist die Pumpenkammer 150 gefüllt, wenn der Motoröldruck abfällt.
Der Pumpenkammerkreis ist gefüllt, während der Motor abgestellt ist. Ein Teil des in dem Versteller selbst vorhandenen Fluids, mit Ausnahme der Vorverschiebungs- und Verzögerungskammern eines CTA-Verstellers, kann zurück in die Pumpenkammer 150 ablaufen. Das primäre Verfahren zum Füllen der Pumpenkammer ist der Restöldruck. Restdruck aus dem Ölsystem füllt den Pumpenkammerkreis, entweder bis der Druck ist nicht länger ausreichend ist, um Fluid in die Pumpenkammer 150 zu drücken, oder bis die Pumpenkammer 150 voll ist.
In der Regel liegt beim Anlassen des Motors nach einem Motorstillstand kein Öldruck vor, um den Sperrstift 125 zu entriegeln, und daher kann keine Phasenverstellung beginnen, bevor der Sperrstift 125 nicht in eine nicht verriegelte Stellung druckvorgespannt wurde. In der vorliegenden Erfindung wird der Sperrstift 125 beim Anlassen und/oder Hochfahren des Motors nach einem Stillstand in eine nicht verriegelte Stellung bewegt, wenn die Pumpenkammer in Fluidverbindung mit dem Sperrstift 125 steht und der Schieber 111 bewegt wird. Mit anderen Worten, wenn sich Fluid von der Pumpenkammer 150, durch Leitung 142 zwischen den Schieberstegen 231a und 231b des ersten Pilotventils 230 durch Leitung 140 zu der Ausnehmung 127 bewegt, wird der Sperrstift 125 gegen die Kraft der Feder 124 bewegt, so dass das Ende 125a des Sperrstifts 125 nicht länger in die Ausnehmung 127 eingreift.
Sobald das Ende 125a des Sperrstifts 125 aus der Ausnehmung 127 ausgerückt ist, kann die Rotoranordnung 105 relativ zu der Gehäuseanordnung 100 bewegt werden, und der Versteller phasenverstellt werden, zum Beispiel in eine Verzögerungsstellung, eine Zwischenstellung, eine Vorverschiebungsstellung und in manchen Verstellern auch in eine Haltestellung. Fluid wird von der Versorgungsleitung 234 des ersten Pilotventils 230 an die Ausnehmung 127 des Sperrstifts 125 zugeführt, um den Sperrstift 125 in der nicht verriegelten Stellung zu halten, wenn Versorgungsdruck vorhanden ist und der Versteller eine Phasenverstellung ausführt. An diesem Punkt wird kein Fluid in der Pumpenkammer 150 gehalten. Wenn der Pumpenkammerkreis nicht verwendet wird, um den Versteller zu entriegeln, kann der Schieber 111 seine normale Funktion zur Freigabe des Verstellers ausführen, sobald der Öldruck ein Betriebsniveau erreicht hat, da das erste Pilotventil 230 sich hochbewegt hat, um die Pumpenkammer 150 zu entlüften und den Durchgang 234 mit dem Durchgang 140 zu verbinden. Das zweite Pilotventil 240 steuert, wann Öl zur Versorgung S mit der Pumpenkammer 150 verbunden wird, um sie zu füllen, und wann die Pumpenkammer 150 entlüftet wird, um dem Schieberventil 109 zu erlauben, sich frei zu bewegen.
Auf der Grundlage des Lastzyklus des pulsbreitenmodulierten Elektromagneten mit variabler Kraft 107 bewegt sich der Schieber 111 in eine entsprechende Stellung entlang seines Hubwegs. Ist der Lastzyklus des Elektromagneten mit variabler Kraft 107 ungefähr 40 %, 60 % oder 80 %, wird der Schieber 111 in Stellungen bewegt, die jeweils dem Verzögerungsmodus, dem Nullmodus und dem Vorverschiebungsmodus entsprechen. Das erste und zweite Pilotventil 230, 240 sind druckbeaufschlagt und bewegen sich in die zweite Stellung, wenn der Versorgungsdruck ausreichend ist, und der Sperrstift 125 wird druckbeaufschlagt und entriegelt.
Wenn, unter Bezugnahme auf 12, der Lastzyklus des Elektromagneten mit variabler Kraft 107 0 % ist, wird der Schieber 111 des Phasensteuerventils 109 durch die Feder 115 in eine solche Stellung bewegt, dass die Pumpenkammer 150 jegliches Fluid, das in der Versorgungsleitung 118 vorhanden ist, durch das zweite Pilotventil 240 zwischen den Stegen 241a und 241b über die Leitung 245 zur Leitung 246 empfängt, und der Sperrstift 125 kann über den schiebergesteuerten Sperrstiftkreis druckbeaufschlagt und entriegelt werden. Von der Leitung 246 strömt Fluid in die Leitung 142 und zu der Pumpenkammer 150. Da der Druck des Fluids von der Versorgung S aufgrund des Motorstillstands unter einer Schwelle liegt, spannt die Feder 233 den Schieber 231 des ersten Pilotventils 230 in eine solche Stellung vor, dass die Versorgung 234 daran gehindert wird, Fluid über die Leitung 140 an den Sperrstift 125 zuzuführen. Gleichzeitig wird aufgrund des Durchgangs von Fluid zwischen den Stegen 241a und 241b des zweiten Pilotventils 240 und der Federkraft der Feder 243 die Entlüftung 244 zusätzlich blockiert. Jegliches in der Leitung 140 vorhandene Fluid kann über das erste Pilotventil 130 an die Pumpenkammer 150 ablaufen, indem es durch das erste Pilotventil 230 in die Leitung 236 und die Leitung 142 strömt. Aufgrund des fehlenden Fluiddrucks in Leitung 140 wird der Sperrstift 125 durch die Feder 124 vorgespannt, um in die Ausnehmung 127 einzurücken und die relative Bewegung der Rotoranordnung 105 relativ zu der Gehäuseanordnung 100 zu blockieren. Die Füllung der Pumpenkammer 150 veranlasst im Wesentlichen das Phasensteuerventil 109, als eine Pumpe zu wirken. Das Fluidvolumen, das sich in der Fluidkammer 150 sammelt, ist vorzugsweise ein solches Volumen, das erforderlich ist, um den Sperrstift 125 zu entriegeln, unter Berücksichtigung eines bestimmten Ausmaßes an Leckage. Die Rotortasche 157 ist nicht mit der Endplattentasche 155 ausgerichtet und die Entlüftung 128 ist blockiert.
13 zeigt ein Schema eines variablen Nockenphasenverstellers einer weiteren Ausführungsform während des Betriebs der Schieberpumpe beim Anlassen des Motors. Während des Anlassens des Motors ist nur sehr wenig oder gar kein Druck vorhanden, da der Versorgungsöldruck fehlt. Da ein Versorgungsdruck weder von der Versorgungsleitung 118 noch von der Leitung 234 vorliegt, ist kein Druck vorhanden, um den Sperrstift 125 zu entriegeln und den Versteller kurz nach dem Anlassen oder während des Anlassens des Motors zur Phasenverstellung zu verwenden.
Während des Anlassens des Motors wird der Schieber 111 des Phasensteuerventils 109 durch den VFS 107 gegen die Kraft der Feder 115 in eine Stellung bewegt. Um während des Anlassens des Motors das Fluid von der Pumpenkammer 150 zu pumpen, beginnt der Lastzyklus bei 0 % und geht auf 100 %, um das Phasensteuerventil 109 zu zwingen, das in der Pumpenkammer 150 vorhandene Fluid auszustoßen und von der Pumpenkammer 150 in die Leitung 142 zu entleeren. Die Bewegung des Schiebers durch den VFS 107 gegen die Kraft der Feder 115 erzeugt Druck in der Pumpenkammer 150, wodurch das Fluid unter hohem Druck in die Leitung 142 gepumpt oder gedrückt wird. Von der Leitung 142 strömt das Fluid zwischen den Stegen 231a und 231b des ersten Pilotventils 230 zu der Leitung 140 in Fluidverbindung mit der Ausnehmung 127 in der Gehäuseanordnung 100, wodurch der Sperrstift 125 gegen die Feder 124 zu einer nicht verriegelten Stellung hin vorgespannt wird. Die Rotortasche 157 ist nicht mit der Endplattentasche 155 ausgerichtet und die Entlüftung 128 ist blockiert.
14 zeigt den Versteller während des Anlassens des Motors, aber nachdem der Sperrstift 125 in eine nicht verriegelte Stellung bewegt worden ist. Es ist anzumerken, dass der Lastzyklus in den Bereich gebracht wird, der jeweils nötig ist, um eine Zielphasenverstellung des variablen Nockenphasenverstellers zu erreichen. Nachdem der Sperrstift 125 freigegeben worden ist und nicht länger in die Ausnehmung 127 der Gehäuseanordnung 100 eingreift, kann sich die Rotoranordnung 105 frei drehen. Aus der Pumpenkammer 150 austretendes Fluid läuft in die Leitung 143 in Kommunikation mit der Entlüftung 128 ab, wenn die Rotortasche 157 mit der Endplattentasche 155 ausgerichtet wird, was dem Schieber 111 erlaubt, sich zu bewegen und eine Blockierung zu verhindern und eine Phasenverstellung zu erlauben. Die Versorgung 234 wird durch den Steg 231b des ersten Pilotventils 230 daran gehindert, Fluid an den Sperrstift 125 zuzuführen, so dass das Fluid nicht zu der Versorgung 234 zurückströmen kann. Es ist anzumerken, dass die Versorgung 234 blockiert ist, da der Fluiddruck in der Versorgungsleitung 118 nicht ausreicht, um das erste Pilotventil 230 (oder das zweite Pilotventil 240) in eine zweite Stellung gegen die Feder 233, 243 vorzuspannen (z. B. hat der Öldruck nicht die erforderliche Schwelle erreicht).
15 zeigt ein Schema eines variablen Nockenphasenverstellers einer Ausführungsform während des Normalbetriebs, sobald der Motor läuft und der Öldruck eine Schwelle erreicht hat. Sobald der Öldruck in Leitung 118 einen Druck erreicht, mit dem er die Schieber 231, 241 des ersten und zweiten Pilotventils 230, 240 gegen die Feder 233, 243 vorspannen kann, werden die Schieber 231, 241 in eine zweite Stellung bewegt, in welcher der Schiebersteg 231a die Leitung 236 blockiert und der Schiebersteg 241a die Leitung 245 blockiert. Jegliches in der Pumpenkammer 150 des Phasensteuerventils 109 vorhandene Fluid ist überflüssig und wird durch die Entlüftung 244 des zweiten Pilotventils 240 abgeblasen. Fluid wird auch von der Versorgung 234, durch das erste Pilotventil 230 zwischen den Schieberstegen 231a und 231b an die Leitung 140 zugeführt, wodurch der Sperrstift 125 in einer nicht verriegelten Stellung gehalten und der Sperrstift 125 gegen die Feder 124 vorgespannt wird. Es ist anzumerken, dass der Sperrstift 125 auch ohne Fluid von der Versorgung 234 in einem nicht verriegelten Zustand gehalten werden kann, bis der Sperrstift 125 mit der Ausnehmung 127 ausgerichtet ist. Der normale Motorbetrieb kann stattfinden und der Sperrstift 125 kann in eine nicht verriegelte Stellung und eine verriegelte Stellung bewegt werden, je nach den Motorbetriebsbedingungen. Außerdem ist die Rotortasche 157 mit der Endplattentasche 155 ausgerichtet und die Entlüftung 128 ist offen.
Dementsprechend ist klar, dass die hierin beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung rein der Veranschaulichung der Anwendung von Prinzipien der Erfindung dienen. Die Bezugnahme hierin auf Details der veranschaulichten Ausführungsformen soll den Umfang der Ansprüche keinesfalls beschränken, die ihrerseits jene Merkmale anführen, die als wesentlich für die Erfindung betrachtet werden.

Claims

Variabler Nockenphasenversteller für einen Verbrennungsmotor, umfassend: eine Gehäuseanordnung umfassend einen äußeren Umfang zur Aufnahme einer Antriebskraft, eine äußere Endplatte und eine innere Endplatte; eine Rotoranordnung zur Verbindung mit einer Nockenwelle, mit einer Vielzahl von Flügeln, die koaxial innerhalb der Gehäuseanordnung angeordnet ist, wobei die Gehäuseanordnung und die Rotoranordnung zumindest eine Kammer definieren, die durch einen Flügel in Arbeitsfluidkammern unterteilt wird, wobei die Bewegung des Flügels innerhalb der zumindest einen Kammer dazu dient, eine relative Winkel stellung der Gehäuseanordnung und der Rotoranordnung zu verschieben; einen Sperrstift, der gleitend in einer von der Rotoranordnung oder der Gehäuseanordnung angeordnet ist, wobei der Sperrstift von einer nicht verriegelten Stellung, in welcher ein Endabschnitt des Sperrstifts nicht in eine Ausnehmung in der jeweils anderen von Rotoranordnung oder Gehäuseanordnung eingreift, in eine verriegelte Stellung beweglich ist, in welcher der Endabschnitt des Sperrstifts in die Ausnehmung eingreift, wodurch die relative Winkelstellung der Gehäuseanordnung und der Rotoranordnung in einer verriegelten Stellung verriegelt wird; ein Steuerventil, das zwischen zumindest einer ersten Stellung und einer zweiten Stellung beweglich ist, wobei das Steuerventil umfasst: einen Schieber, der verschiebbar innerhalb einer Hülse aufgenommen ist, mit einer Pumpenkammer zum Sammeln eines Fluidvolumens, die zwischen dem Schieber und der Hülse definiert ist; ein Pilotventil in Fluidverbindung mit dem Sperrstift, einer Versorgung und dem Steuerventil, wobei das Pilotventil eine erste Stellung aufweist, in welcher Fluid von der Pumpenkammer zu der Ausnehmung des Sperrstifts strömen kann, sowie eine zweite Stellung, in welcher Fluid von der Versorgung zu der Ausnehmung des Sperrstifts strömt; wobei beim Abstellen des Motors Fluid von der Versorgung und/oder der Sperrstiftausnehmung durch das Pilotventil zu der Pumpenkammer in das Steuerventil strömt; wobei während des Anlassens des Motors vor dem Aufbau von Fluiddruck bis zu einer Schwelle das Steuerventil sich aus der ersten Stellung in die zweite Stellung bewegt, um das Fluidvolumen in der Pumpenkammer zu zwingen, durch das Pilotventil zu der Ausnehmung zu strömen, um den Sperrstift in eine nicht verriegelte Stellung zu bewegen.
Variabler Nockenphasenversteller nach Anspruch 1, wobei das Fluidvolumen ein Fluidvolumen zur Bewegung des Sperrstifts von einer nicht verriegelten Stellung in eine verriegelte Stellung ist.
Variabler Nockenphasenversteller nach Anspruch 1, ferner umfassend eine Rotortasche in der Rotoranordnung und eine Gehäusetasche in der äußeren Endplatte in Fluidverbindung mit einer Entlüftung.
Variabler Nockenphasenversteller nach Anspruch 3, wobei, wenn der Motor angelassen wird, die Rotortasche mit der Gehäusetasche und der Entlüftung ausgerichtet ist, so dass Fluid von dem Steuerventil ablaufen und eine Blockierung des Steuerventils verhindern kann.
Variabler Nockenphasenversteller nach Anspruch 1, wobei das Fluid von der Versorgung und/oder der Sperrstiftausnehmung durch das Pilotventil zu der Pumpenkammer in das Steuerventil strömt, bis die Pumpenkammer voll ist.
Variabler Nockenphasenversteller nach Anspruch 1, wobei das Fluid von der Versorgung und/oder der Sperrstiftausnehmung durch das Pilotventil zu der Pumpenkammer in das Steuerventil strömt, bis der Fluiddruck innerhalb des variablen Nockenphasenversteller nicht mehr hoch genug ist, um Fluid in die Pumpenkammer zu drücken.
Variabler Nockenphasenversteller für einen Verbrennungsmotor, umfassend: eine Gehäuseanordnung umfassend einen äußeren Umfang zur Aufnahme einer Antriebskraft, eine äußere Endplatte und eine innere Endplatte; eine Rotoranordnung zur Verbindung mit einer Nockenwelle, mit einer Vielzahl von Flügeln, die koaxial innerhalb der Gehäuseanordnung angeordnet ist, wobei die Gehäuseanordnung und die Rotoranordnung zumindest eine Kammer definieren, die durch einen Flügel in Arbeitsfluidkammern unterteilt wird, wobei die Bewegung des Flügels innerhalb der zumindest einen Kammer dazu dient, eine relative Winkel stellung der Gehäuseanordnung und der Rotoranordnung zu verschieben; einen Sperrstift, der gleitend in einer von der Rotoranordnung oder der Gehäuseanordnung angeordnet ist, wobei der Sperrstift von einer nicht verriegelten Stellung, in welcher ein Endabschnitt des Sperrstifts nicht in eine Ausnehmung in der jeweils anderen von Rotoranordnung oder Gehäuseanordnung eingreift, in eine verriegelte Stellung beweglich ist, in welcher der Endabschnitt des Sperrstifts in die Ausnehmung eingreift, wodurch die relative Winkelstellung der Gehäuseanordnung und der Rotoranordnung in einer verriegelten Stellung verriegelt wird; ein Steuerventil, das zwischen zumindest einer ersten Stellung und einer zweiten Stellung beweglich ist, wobei das Steuerventil umfasst: einen Schieber, der verschiebbar innerhalb einer Hülse aufgenommen ist, mit einer Pumpenkammer zum Sammeln eines Fluidvolumens, die zwischen dem Schieber und der Hülse definiert ist; ein erstes Pilotventil in Fluidverbindung mit dem Sperrstift, einer Versorgung und dem Steuerventil, wobei das erste Pilotventil eine erste Stellung aufweist, in welcher Fluid von der Pumpenkammer zu der Ausnehmung des Sperrstifts strömen kann, sowie eine zweite Stellung, in welcher Fluid über einen schiebergesteuerten Sperrstiftkreis zu dem und von dem Sperrstift strömen kann; ein zweites Pilotventil in Fluidverbindung mit einer Versorgung, einer Entlüftung und dem Steuerventil, wobei das zweite Pilotventil eine erste Stellung aufweist, in welcher Fluid von der Versorgung zu der Pumpenkammer strömen kann, sowie eine zweite Stellung, in welcher Fluid von der Pumpenkammer entlüftet werden kann; wobei während des Abstellens des Motors Fluid zumindest von der Versorgung durch das zweite Pilotventil zu der Pumpenkammer in dem Steuerventil strömt; wobei während des Anlassens des Motors vor dem Aufbau von Fluiddruck bis zu einer Schwelle das Steuerventil sich aus der ersten Stellung in die zweite Stellung bewegt, um das Fluidvolumen in der Pumpenkammer zu zwingen, durch das erste Pilotventil zu der Ausnehmung zu strömen, um den Sperrstift in eine nicht verriegelte Stellung zu bewegen.
Variabler Nockenphasenversteller nach Anspruch 7, wobei das erste Pilotventil und das zweite Pilotventil sich in der Rotoranordnung befinden.
Variabler Nockenphasenversteller nach Anspruch 7, wobei das Fluidvolumen ein Fluidvolumen zur Bewegung des Sperrstifts von einer nicht verriegelten Stellung in eine verriegelte Stellung ist.
Variabler Nockenphasenversteller nach Anspruch 7, ferner umfassend eine Rotortasche in der Rotoranordnung und eine Gehäusetasche in der äußeren Endplatte in Fluidverbindung mit einer Entlüftung.
Variabler Nockenphasenversteller nach Anspruch 10, wobei, wenn der Motor angelassen wird, die Rotortasche mit der Gehäusetasche und der Entlüftung ausgerichtet ist, so dass Fluid von dem Steuerventil ablaufen und eine Blockierung des Steuerventils verhindern kann.
Variabler Nockenphasenversteller nach Anspruch 7, wobei das Fluid von der Versorgung durch das zweite Pilotventil zu der Pumpenkammer in dem Steuerventil strömt, bis die Pumpenkammer voll ist.
Variabler Nockenphasenversteller nach Anspruch 7, wobei das Fluid von der Sperrstiftausnehmung durch das erste Pilotventil zu der Pumpenkammer in dem Steuerventil strömt, bis die Pumpenkammer voll ist.
Variabler Nockenphasenversteller nach Anspruch 7, wobei das Fluid von der Versorgung durch das zweite Pilotventil zu der Pumpenkammer in dem Steuerventil strömt, bis der Fluiddruck innerhalb des variablen Nockenphasenverstellers nicht mehr hoch genug ist, um Fluid in die Pumpenkammer zu drücken.
Variabler Nockenphasenversteller nach Anspruch 7, wobei das Fluid von der Sperrstiftausnehmung durch das erste Pilotventil zu der Pumpenkammer in dem Steuerventil strömt, bis der Fluiddruck innerhalb des variablen Nockenphasenverstellers nicht mehr hoch genug ist, um Fluid in die Pumpenkammer zu drücken.