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Die Erfindung betrifft einen Nockenwellenversteller des Flügelzellentyps für einen Kraftfahrzeug-Antriebsstrang.
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Aus dem Stand der Technik sind bereits solche Nockenwellenversteller bekannt. Zum Beispiel offenbart die
DE 11 2014 000 742 T5 einen Nockenwellenversteller des Flügelzellentyps. Auch aus der
DE 10 2017 126 172 B3 ist ein solcher Nockenwellenversteller bekannt.
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Die US 2017 / 0 130 619 A1 zeigt eine Nockenwellenverstelleinrichtung mit einem Flügelzellenversteller mit einem mit einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine verbindbaren Stator und einem in dem Stator drehbar gelagerten, mit einer Nockenwelle verbindbaren Rotor, 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 von der Rotornabe radial nach außen erstreckenden Flügeln aufweist, welche die Druckräume in zwei Gruppen von jeweils mit einem in einem Druckmittelkreislauf zu- oder abströmenden Druckmittel beaufschlagbare Arbeitskammern mit einer unterschiedlichen Wirkrichtung unterteilen, und einer Mittenverriegelungseinrichtung zur Verriegelung des Rotors in zumindest einer Verriegelungsstellung gegenüber dem Stator, wobei die Mittenverriegelungseinrichtung wenigstens zwei in einer statorfesten Verriegelungskulisse verriegelbare, federbelastete Verriegelungsstifte in einem Aufnahmeraum aufweist, welche bei einer Verdrehung des Rotors aus Richtung einer Anschlagstellung „Früh“ oder „Spät“ in die Verriegelungsstellung aus unterschiedlichen Richtungen in der Verriegelungskulisse verriegeln, wobei der Verriegelungsstift mit dem jeweiligen Aufnahmeraum eine Ventileinrichtung bildet, wobei der Verriegelungsstift einen Ventilstift bildet, und wobei der Ventilstift ein Stufenstift ist, wobei die Ventileinrichtung über eine erste und/oder eine zweite Abströmdruckmittelleitung strömungstechnisch mit der Arbeitskammer verbindbar ist, wobei in einer ersten Schaltstellung der Ventileinrichtung eine Zuströmdruckmittelleitung nur mit der zweiten Abströmdruckmittelleitung verbunden ist, und in einer zweiten Schaltstellung die erste Abströmdruckmittelleitung und die zweite Abströmdruckmittelleitung strömungstechnisch mit der Zuströmdruckmittelleitung verbunden sind.
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Die WO 2019 / 208 293 A1 zeigt einen hydraulischen Nockenwellenversteller mit einer Verriegelung, welche mit einer Vielzahl von Hydraulikmittelleitungen kommuniziert.
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Es ist also die Aufgabe der Erfindung, die Nachteile aus dem Stand der Technik zu vermeiden oder wenigstens zu mildern. Insbesondere soll ein Nockenwellenversteller bereitgestellt werden, der kompakter, weniger komplex und kostengünstiger als die bekannten Nockenwellenversteller ist. Der Nockenwellenversteller soll auch in einem beschränkten Bauraum einsetzbar, bei niedrigen Kosten herstellbar und keine Einschränkungen hinsichtlich seiner Funktionalität besitzen.
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Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände der Patentansprüche 1 und 5 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen beansprucht und werden nachfolgend näher erläutert.
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Genauer gesagt, weist der Nockenwellenversteller einen Stator, einen vorzugsweise radial innerhalb und konzentrisch zu diesem angeordneten, relativ zu dem Stator verdrehbaren Rotor und zwischen dem Stator und dem Rotor ausgebildete Arbeitskammern auf. Beispielsweise ist der Stator mit einer Kurbelwelle des Kraftfahrzeugantriebstrang drehkoppelbar und der Rotor mit einer Nockenwelle des Kraftfahrzeugantriebstrang drehkoppelbar. Jede der Arbeitskammern ist durch einen insbesondere radial nach außen abstehenden Rotorflügel in zwei Teilkammern, d.h. eine erste Teilkammer, die oftmals als eine A-Kammer bezeichnet wird, und eine zweite Teilkammer, die oftmals als eine B-Kammer bezeichnet wird, unterteilt. Die Teilkammern sind zur Verstellung des Rotors relativ zu dem Stator in entgegengesetzte Wirkrichtungen über Arbeitskanäle mit Hydraulikmittel beaufschlagbar. Beispielsweise ist die erste Teilkammer zur Verstellung des Rotors in die eine Wirkrichtung, etwa eine Spät-Richtung, durch einen ersten Arbeitskanal, der oftmals als ein A-Kanal bezeichnet wird, mit Hydraulikmittel beaufschlagbar. Beispielsweise ist die zweite Teilkammer zur Verstellung des Rotors in die andere Wirkrichtung, etwa eine Früh-Richtung, durch einen zweiten Arbeitskanal, der oftmals als ein B-Kanal bezeichnet wird, mit Hydraulikmittel, insbesondere Öl, beaufschlagbar.
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Der Nockenwellenversteller weist einen Verriegelungsmechanismus mit einem Verriegelungspin auf, durch den der Rotor relativ zu dem Stator in einer vorbestimmten Position, insbesondere in einer Mittenposition, verriegelbar ist. Der Verriegelungsmechanismus dient zur Sicherstellung der Startbarkeit des Motors nach einem Motorstop, da der Motor nicht aus jeder Position, insbesondere nur aus der Mittenposition gestartet werden kann. Der Verriegelungspin ist durch einen von den Arbeitskanälen separaten Verriegelungskanal (zur Entriegelung) mit Hydraulikmittel beaufschlagbar. Ferner besitzt der Nockenwellenversteller eine zwischen dem Stator und dem Rotor ausgebildete Verriegelungskammer. Die Verriegelungskammer ist durch einen Rotorflügel in zwei Verriegelungsteilkammern, d.h. eine erste Verriegelungsteilkammer und eine zweite Verriegelungsteilkammer unterteilt. Der Verriegelungspin ist so angeordnet, dass die Verriegelungsteilkammern bei Druckbeaufschlagung des Verriegelungspins hydraulisch miteinander verbunden sind, d.h. hydraulisch kurzgeschlossen sind. Mit anderen Worten werden die beiden Verriegelungsteilkammern über den Verriegelungskanal/C-Kanal gespeist und im geregelten Betrieb durch eine Öffnung kurz geschlossen/miteinander verbunden, so dass der Kurzschluss bei Motorstop durch Wegnahme des Drucks auf den Verriegelungskanal unterbrochen werden kann, wodurch eine hydraulische Ratsche aktiviert wird. Die hydraulische Ratsche verstellt den Nockenwellenversteller bei Motorstop, also ohne Hydraulikmitteldruck, insbesondere Öldruck, in die vorbestimmte Position, insbesondere die Mittenposition. Der Verriegelungskanal dient dabei als ein Ölabfluss für die Verriegelungsteilkammern für die hydraulische Ratsche.
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Mit anderen Worten wird eine der zwischen dem Stator und den Rotor ausgebildeten Kammern anstelle zur Realisierung der Verstellfunktion zur Realisierung einer hydraulischen Ratsche eingesetzt, durch die der Rotor bei Unterbrechung des Hydraulikmittelzuflusses in die Mittenposition zurückgestellt wird. In dieser Mittenposition wird der Rotor durch die Anordnung des Verriegelungspins bei Unterbrechung des Hydraulikmittelzuflusses verriegelt.
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Dies hat den Vorteil, dass ein (Midlock-)Nockenwellenversteller bereitgestellt werden kann, der in einem beschränkten Bauraum eingesetzt werden kann und niedrige Zielkosten hat. Dies wird insbesondere erreicht, da im Vergleich zu herkömmlichen Verstellern (anstelle von zwei) nur ein Verriegelungsmechanismus, d.h. nur ein Verriegelungspin, eine Patrone und eine Druckfeder, erforderlich ist und somit auch ein zweiter Verriegelungsdeckel entfallen kann, ohne die Funktionalität, ohne Hydraulikmittel sicher in der vorbestimmten Position verriegeln zu können, zu beeinträchtigen. Somit wird die Toleranzkette verkürzt. Der Nockenwellenversteller baut kleiner, hat einen kompakteren und weniger komplexen Aufbau und eine kostengünstigere Konstruktion als bisher bekannte Nockenwellenversteller. Gleichzeitig kann eine hydraulische Ratschenfunktion realisiert werden. Ferner hat der Nockenwellenversteller den Vorteil, dass die Verriegelungsteilkammern der hydraulischen Ratsche über den Verriegelungskanal im geregelten Fall, d.h. im Verstellbetrieb/bei laufendem Motor, befüllt sind, so dass eine bessere Funktion bei Motorstop gegeben ist.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann der Verriegelungspin in dem die Verriegelungskammer unterteilenden Rotorflügel, nachfolgend als ein Verriegelungsflügel bezeichnet, angeordnet sein. Dadurch kann in besonders einfacher Weise ein hydraulischer Kurzschluss zwischen den beiden Verriegelungsteilkammern durch den Verriegelungspin geschlossen und geöffnet werden. Weiter bevorzugt ist der Verriegelungspin so angeordnet, dass er in seiner verriegelten Position eine vorzugsweise in dem Verriegelungsflügel angeordnete Durchgangsöffnung zwischen den beiden Verriegelungsteilkammern für einen Hydraulikmittelstrom sperrt und in seiner entriegelten Position die Durchgangsöffnung für den Hydraulikmittelstrom zwischen den beiden Verriegelungsteilkammern freigibt. So kann die hydraulische Ratsche durch Wegnahme des Drucks auf den Verriegelungspin aktiviert werden und bei Druckbeaufschlagung des Verriegelungspins (für den geregelten Betrieb) deaktiviert werden. Damit wird eine Kopplung an den Betriebszustand erreicht, wobei die Rückstellung in die Mittenposition vorteilhafterweise ohne Hydraulikmittelzufuhr erfolgen kann. Dadurch, dass der Verriegelungspin nicht mehr in einem Rotorkörper, von dem die Rotorflügel abstehen, angeordnet ist, kann dieser schmaler, d.h. mit einem geringeren (Innen- und/oder Außen-)Durchmesser ausgebildet werden, so dass vorteilhafterweise kleinere Radiallager zur Lagerung des Rotors verwendet werden können. Zudem kann durch die Verschmälerung des Rotorkörpers der Entfall der einen Arbeitskammer zugunsten der Verriegelungskammer, insbesondere ein Druck-Momenten-Verhältnis, kompensiert werden.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann der Verriegelungsmechanismus eine statorfeste Verriegelungskulisse, insbesondere in einem statorfesten Deckel, aufweisen, in die der Verriegelungspin in seinem verriegelten Zustand eingreift. Vorzugsweise ist die Verriegelungskulisse so angeordnet, dass der Verriegelungspin den Rotor relativ zu dem Stator in der Mittenposition verriegelt. Vorzugsweise ist die Verriegelungskulisse als eine Aussparung, deren Querschnitt der Form des Verriegelungspins entspricht, insbesondere als eine kreisförmige Aussparung, ausgebildet. Durch das Vorsehen der hydraulischen Ratsche kann die Verriegelungskulisse genauer auf die Form des Verriegelungspins toleriert werden, ohne die Gefahr eines Überschießens über die Mittenlage des Verriegelungspins über die Verriegelungskulisse erheblich zu vergrößern. Es muss also keine größere, etwa kreisbogenförmige, Aussparung und/oder mehrere Verriegelungspins zur Vermeidung einer Relativbewegung zwischen dem Rotor und dem Stator (und damit auch mehrere Verriegelungsdeckel) mehr vorgesehen werden, um ein sofortigen Verriegeln des Verriegelungspins zu gewährleisten. Somit können die benötigten Bauteile und damit die Herstellungskosten erheblich reduziert werden.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann der Verriegelungsmechanismus eine Axialöffnung in dem Rotor aufweisen, in der der Verriegelungspin axial entgegen der Federkraft einer Verriegelungsfeder des Verriegelungsmechanismus verschieblich angeordnet ist. Vorzugsweise kann der Verriegelungspin durch Druckbeaufschlagung zum Entriegeln entgegen der Federkraft verlagert werden. Weiter bevorzugt, kann die Federkraft den Verriegelungspin zum Verriegeln bei Druckentlastung des Verriegelungspins in die Verriegelungskulisse drücken. D.h., dass der Verriegelungspin im drucklosen Zustand in der verriegelten Position ist und im druckbeaufschlagten Zustand in der entriegelten Position ist. Somit ist gewährleistet, dass im geregelten Betrieb/im Verstellbetrieb eine Relativverdrehung zwischen dem Rotor und dem Stator möglich ist (und gleichzeitig die Verriegelungsteilkammern kurzgeschlossen sind) und bei Motorstop eine Relativverdrehung zwischen dem Rotor und dem Stator bei Einfallen des Verriegelungspins in die drucklos geschaltete Verriegelungskulisse verhindert ist (und gleichzeitig der Kurzschluss zwischen den Verriegelungsteilkammern unterbrochen ist).
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Erfindungsgemäß hat der Verriegelungskanal einen ersten Teilkanal und einen zweiten Teilkanal, wobei der erste Teilkanal in die eine Verriegelungsteilkammer mündet und der zweite Teilkanal in die andere Verriegelungsteilkammer mündet. Ferner besitzt der Verriegelungskanal einen dritten Teilkanal, durch den der Verriegelungspin mit dem Hydraulikmittel beaufschlagbar ist. Somit ist gewährleistet, dass im geregelten Betrieb, in dem der Verriegelungskanal durchbeaufschlagt ist, beide Verriegelungsteilkammern mit Hydraulikmittel gefüllt sind und der Verriegelungspin in seiner entriegelten Position ist. Ferner ist gewährleistet, dass bei Motorstop, d.h. bei Wegnehmen des Drucks, aus der einen Verriegelungsteilkammer, die größer ist und zur Rückstellung in die Mittenlage Volumen verlieren muss, das Hydraulikmittel über den zum Tank geschalteten Verriegelungskanal abfließen kann und der Verriegelungspin seine verriegelte Position einnehmen kann.
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Erfindungsgemäß ist eine Position einer ersten Mündung des ersten Teilkanals in die eine Verriegelungsteilkammer und eine Position einer zweiten Mündung des zweiten Teilkanals in die andere Verriegelungsteilkammer so auf den Nockenwellenversteller, insbesondere auf den Stator, weiter bevorzugt auf eine Statorlagerstelle, abgestimmt, dass bei Außermittenlage des Rotors relativ zu dem Stator der erste Teilkanal oder der zweite Teilkanal verschlossen ist. Eine Außermittenlage des Rotors ist eine Position des Rotors, in der der Rotors aus der Mitte verlagert/verstellt ist, d.h., dass der Nockenwellenversteller in eine der beiden Wirkrichtungen, etwa in Früh oder in Spät, verstellt ist.
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Erfindungsgemäß ist es vorteilhaft, wenn die erste Mündung bei Verstellung des Rotors relativ zu dem Stator in die eine Wirkrichtung und die zweite Mündung bei Verstellung des Rotors relativ zu dem Stator in die andere Wirkrichtung verschlossen ist. Das heißt, dass die Mündung der (gegenüber der Mittenlage) verkleinerten Verriegelungsteilkammer verschlossen ist. Insbesondere ist diejenige Verriegelungsteilkammer verschlossen (bzw. deren Mündung abgedeckt), die die Verstellung durch die Arbeitskammern abstützt. Somit kann bei Motorstop vor allem das Hydraulikmittel aus der anderen Verriegelungsteilkammer abfließen und der Rotor in die Mittenlage gestellt werden.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform können/kann der erste Teilkanal und/oder der zweite Teilkanal und/oder der dritte Teilkanal als eine Radialnut oder ein Radialkanal in dem Rotor ausgebildet sein. Insbesondere bei der Ausbildung des dritten Teilkanals als Radialnut kann eine ansonsten erforderliche Ringnut im Verriegelungspin entfallen, so dass der Verriegelungspin kostengünstig als Fließpresspin herstellbar ist.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann der Nockenwellenversteller ein Zentralventil zur Steuerung eines Hydraulikmittelstroms besitzen, wobei die Verriegelungsteilkammern über den Verriegelungskanal mit dem Zentralventil und/oder direkt mit einer Pumpe des Nockenwellenverstellers zur Hydraulikmittelversorgung verbunden sind. Insbesondere sind die Verriegelungsteilkammern direkt mit dem Zentralventil und/oder der Pumpe, d.h. unabhängig von einer Hydraulikzufuhr in die Arbeitskammern zur Verstellung, verbunden. Beispielsweise dient der Verriegelungskanal als eigener Fluidkanal zur Verriegelung, dessen Hydraulikversorgung unabhängig von der Hydraulikversorgung für die Verstellung ist. Durch eine direkte Verbindung lässt sich die Verriegelung nahezu unverzögert steuern.
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Gemäß der bevorzugten Ausführungsform kann der Verriegelungskanal je nach Schaltstellung des Zentralventils druckentlastet, d.h. mit einem Tank verbunden, oder druckbeaufschlagt, d.h. mit der Pumpe verbunden, sein. D.h., dass der Verriegelungspin entweder druckbeaufschlagt ist und die beiden Verriegelungsteilkammern kurzgeschlossen sind oder dass der Verriegelungspin druckentlastet ist und der Kurzschluss zwischen den beiden Verriegelungsteilkammern unterbrochen ist.
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Eine erfindungsgemäße weitere Lösung sieht vor, dass der Nockenwellenversteller ein Reservoir zur Bevorratung von Hydraulikmittel aufweist, das unter Zwischenschaltung von Rückschlagventilen mit den Teilkammern und/oder den Verriegelungsteilkammern verbunden ist, um bei Vorliegen eines Unterdrucks in einer der Teilkammern und/oder in einer der Verriegelungsteilkammern, dieser Teilkammer und/oder Verriegelungsteilkammer Hydraulikmittel aus dem Reservoir zuzuführen. Beispielsweise kann das Reservoir in einem statorfesten Deckel untergebracht sein. Durch das Vorsehen eines mit den Teilkammern verbundenen Reservoirs kann eine schnellere Verstellung gewährleistet, da in eine zu vergrößernde Teilkammer Hydraulikmittel eingesaugt werden kann. Durch das Vorsehen eines mit den Verriegelungsteilkammern verbundenen Reservoirs kann die Funktionalität der hydraulischen Ratsche gewährleistet werden. Somit kann, wenn der Kurzschluss zwischen den Verriegelungsteilkammern unterbrochen ist, das Hydraulikmittel aus der (gegenüber der Mittenlage) vergrößerten Verriegelungsteilkammer über den Verriegelungskanal abfließen und in die (gegenüber der Mittenlage) verkleinerte Verriegelungsteilkammer durch das jeweilige Rückschlagventil eingesaugt werden. Dadurch, dass das Hydraulikmittel aus der (gegenüber der Mittenlage) verkleinerten Verriegelungsteilkammer durch Versperren der Verbindung zu dem Verbindungskanal nicht abfließen kann, wird nur eine Verstellung in Richtung Mittenlage ermöglicht.
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In der weiteren erfindungsgemäßen Lösung ist es bevorzugt, wenn die Rückschlagventile in Axialrichtung gesehen sternförmig angeordnet sind. Dies hat den Vorteil, dass eine Rückschlagventilplatte, die für Nockenwellenversteller ohne Verriegelungskammer eingesetzt wird, verwendet werden kann. Dadurch ist die konstruktive Änderung gegenüber den bekannten Nockenwellenverstellern geringer, so dass dieser Nockenwellenversteller kostengünstiger hergestellt werden kann.
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Zudem ist es von Vorteil, wenn das Zentralventil eine erste Schaltstellung, in der die Teilkammern und die Verriegelungskammer mit einem Tank des Nockenwellenverstellers verbunden sind, eine zweite Schaltstellung, in der die eine Teilkammer und die Verriegelungskammer mit der Pumpe und die andere Teilkammer mit dem Tank verbunden sind, eine dritte Schaltstellung, in der die Verriegelungskammer mit der Pumpe verbunden ist und die beiden Teilkammern von der Pumpe und dem Tank getrennt sind, und eine vierte Schaltstellung, in der die andere Teilkammer und die Verriegelungskammer mit der Pumpe und die eine Teilkammer mit dem Tank verbunden sind, besitzt. Somit kann der Hydraulikmittelstrom in geeigneter Weise den Arbeitskammern und der Verriegelungskammer zugeführt und aus diesen abgeführt werden.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann das Zentralventil bei Motorstop, d.h. bei Unterbrechung einer Hydraulikmittelzufuhr, in der ersten Schaltstellung sein, d.h. in der alle Kammern (d.h. die Teilkammern und die Verriegelungskammer) mit dem Tank des Nockenwellenverstellers verbunden sind. Mit anderen Worten ist der Verriegelungskanal bei Motorstop zum Tank geschaltet. So kann gewährleistet bleiben, dass der Rotor bei Motorstop in die Mittenposition zurückgestellt wird.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die Verriegelungskammer ein kleineres Volumen als eine einzelne Arbeitskammer besitzen. Alternativ kann die Verriegelungskammer kann das gleiche Volumen wie eine einzelne Arbeitskammer besitzen. Weiter alternativ kann die Verriegelungskammer ein größeres Volumen als eine einzelne Arbeitskammer besitzen. So lässt sich der Hydraulikmittelstrom effizient nutzen.
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Mit anderen Worten betrifft die Erfindung einen als ein Ein-Pin-Smartlockversteller ausgebildeten Midlock-Nockenwellenversteller, der kompakt, weniger komplex und kostengünstig ist. Dabei wird eine Kammer zwischen dem Rotor und dem Stator nicht für die Verstellfunktion, sondern für die Verriegelungsfunktion bei Motorstop genutzt. Diese Kammer realisiert eine hydraulische Ratschenfunktion und ist in zwei (Verriegelungsteil-/C-)Kammern unterteilt, die über den Verriegelungskanal/C-Kanal gespeist und im geregelten Betrieb, d.h. im Verstellbetrieb, durch eine Durchgangsöffnung/Bohrung kurgeschlossen sind. Dieser Kurzschluss wird bei Motorstop durch Wegnehmen des Drucks auf den C-Kanal unterbrochen, wodurch die hydraulische Ratsche aktiviert wird. Somit dient der C-Kanal des Zentralventils als ein Hydraulikmittelabfluss/Ölabfluss für die C-Kammern der hydraulischen Ratsche. Genauer gesagt, befindet sich eine Verriegelungseinheit/ein Verriegelungsmechanismus im Rotorflügel. Die C-Kammern, die neben diesem Rotorflügel liegen, werden im geregelten Betrieb über die Durchgangsöffnung durch den Rotorflügel kurzgeschlossen, da die Durchgangsöffnung im geregelten Betrieb/Zustand von dem Verriegelungspin freigegeben wird, aber bei Motorstop durch den Verriegelungspin in der Durchgangsöffnung unterbrochen wird. Jede C-Kammer ist über einen Radialkanal (im vorigen auch als erster Teilkanal und zweiter Teilkanal bezeichnet) mit dem C-Kanal des Zentralventils verbunden, so dass aus der C-Kammer, die Volumen verlieren muss, das Hydraulikmittel über den bei Motorstop zum Tank geschalteten C-Kanal abfließen kann. Der Hydraulikmittelabfluss aus der abstützenden C-Kammer wird durch Abdecken des Radialkanals durch den Stator, insbesondere die Statorlagerstelle, unterbunden. Bei Erreichen der Mittenposition greift der Verriegelungspin in eine drucklos geschaltete (statorfeste) Kulisse ein.
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Die Erfindung wird nachfolgend mit Hilfe von Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
- 1 eine schematische Längsschnittdarstellung eines Nockenwellenverstellers,
- 2 eine schematische Darstellung einer Hydraulikmittelversorgung des Nockenwellenverstellers,
- 3 bis 9 Schnittdarstellungen von verschiedenen Positionen eines Verriegelungsmechanismus des Nockenwellenverstellers, geschnitten an der Linie III-III in 1.
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Die Figuren sind lediglich schematischer Natur und dienen ausschließlich dem Verständnis der Erfindung. Die gleichen Elemente sind mit denselben Bezugszeichen versehen.
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1 bis 9 zeigen eine Ausführungsform eines Nockenwellenverstellers 1 des Flügelzellentyps für einen Kraftfahrzeug-Antriebsstrang. Der Nockenwellenversteller 1 dient zur Verstellung der Phasenlage einer Nockenwelle relativ zu einer Kurbelwelle. Der Nockenwellenversteller 1 weist einen Stator 2 auf. Der Stator 2 ist mit der Kurbelwelle drehkoppelbar. Der Nockenwellenversteller 1 weist einen Rotor 3 auf. Der Rotor 3 ist relativ zu dem Stator 2 verdrehbar. Der Rotor 3 ist mit der Nockenwelle drehkoppelbar. Der Rotor 3 ist radial innerhalb und konzentrisch zu dem Stator 2 angeordnet. Zwischen dem Stator 2 und dem Rotor 3 sind Arbeitskammern 4 ausgebildet. Jede der Arbeitskammern 4 ist durch einen radial nach außen von einem Rotorkörper abstehenden Rotorflügel 5 in eine erste Teilkammer/A-Kammer 6 und eine zweite Teilkammer/B-Kammer 7 unterteilt. Die ersten Teilkammern 6 sind zur Verstellung des Rotors 3 relativ zu dem Stator 2 in eine erste Wirkrichtung, etwa eine Spät-Richtung, über einen ersten Arbeitskanal/A-Kanal 8 mit Hydraulikmittel druckbeaufschlagbar. Die zweiten Teilkammern 7 sind zur Verstellung des Rotors 3 relativ zu dem Stator 2 in eine (der ersten Wirkrichtung entgegengesetzte) zweite Wirkrichtung, etwa eine Früh-Richtung, über einen zweiten Arbeitskanal/B-Kanal 9 mit Hydraulikmittel druckbeaufschlagbar.
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Der Nockenwellenversteller 1 weist einen einen Verriegelungspin 10 aufweisenden Verriegelungsmechanismus 11 auf, durch den der Rotor 3 relativ zu dem Stator 2 in einer vorbestimmten Position, insbesondere einer Mittenposition, verriegelbar ist. Der Verriegelungspin 10 ist durch einen von den Arbeitskanälen 8, 9 separaten Verriegelungskanal 12 mit Hydraulikmittel beaufschlagbar. Der Nockenwellenversteller 1 besitzt eine zwischen dem Stator 2 und dem Rotor 3 ausgebildete Verriegelungskammer 13. Die Verriegelungskammer 13 ist analog zu einer der Arbeitskammern 4, insbesondere anstelle einer der Arbeitskammern 4, ausgebildet. Die Verriegelungskammer 13 ist durch einen der Rotorflügel 5 in eine erste Verriegelungsteilkammer 14 (analog zu einer der ersten Teilkammern 6) und eine zweite Verriegelungsteilkammer 15 (analog zu einer der zweiten Teilkammern 7) unterteilt. Der Verriegelungspin 10 ist so angeordnet ist, dass die Verriegelungsteilkammern 14, 15 bei Druckbeaufschlagung des Verriegelungspins 10 hydraulisch miteinander verbunden sind, d.h. hydraulisch kurzgeschlossen sind. Die Verriegelungskammer 13 trägt somit nicht zur Verstellfunktion bei, der Rotorflügel 5 in der Verriegelungskammer 13 wird aber passiv mitverstellt.
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In der dargestellten Ausführungsform ist der Verriegelungspin 10 in dem die Verriegelungskammer 13 unterteilenden Rotorflügel 5 angeordnet. Alternativ könnte der Verriegelungspin 10 in dem Rotorkörper angeordnet sein, auch wenn dies nicht dargestellt ist. Die erste Verriegelungsteilkammer 14 ist mit der zweiten Verriegelungsteilkammer 15 über eine Durchgangsöffnung 16, etwa eine Bohrung durch den Rotorflügel 5, verbunden. Der Verriegelungspin 10 ist in der Durchgangsöffnung 16 so angeordnet, dass er einen Hydraulikmittelstrom durch die Durchgangsöffnung 16, also zwischen den beiden Verriegelungsteilkammern 14, 15, in einer ersten Position, hier bei Druckbeaufschlagung des Verriegelungspins 10, zulässt und in einer zweiten Position, hier bei Druckentlastung des Verriegelungspins 10, sperrt. Die Funktionsweise des Verriegelungspins 10 ist in 2 schematisch als Pinschaltbild sowie schematisch als Schnittdarstellung durch die Verriegelungskammer 13 dargestellt.
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Der Verriegelungskanal 12 besitzt einen ersten Teilkanal 17 und einen zweiten Teilkanal 18. Der erste Teilkanal 17 mündet in die erste Verriegelungsteilkammer 14. Der zweite Teilkanal 18 mündet in die zweite Verriegelungsteilkammer 15. Somit sind beide Verriegelungsteilkammern 14, 15 mit dem Verriegelungskanal 12 verbunden. Der Verriegelungskanal 12 besitzt einen dritten Teilkanal 19, durch den der Verriegelungspin 10 mit dem Hydraulikmittel beaufschlagbar ist. Der dritte Teilkanal 19 ist als eine Radialnut in dem Rotor 3 ausgebildet.
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Eine Position einer ersten Mündung 20 des ersten Teilkanals 17 in die erste Verriegelungsteilkammer 14 und eine Position einer zweiten Mündung 21 des zweiten Teilkanals 18 in die zweite Verriegelungsteilkammer 15 ist so auf den Nockenwellenversteller 1 abgestimmt ist, dass bei Außermittenlage des Rotors 3 relativ zu dem Stator 2 der erste Teilkanal 17 oder der zweite Teilkanal 18 verschlossen ist. Genauer gesagt, ist die erste Mündung 20 bei Verstellung des Rotors 3 relativ zu dem Stator 2 in die zweite Wirkrichtung verschlossen und die zweite Mündung 21 bei Verstellung des Rotors 3 relativ zu dem Stator 2 in die erste Wirkrichtung verschlossen. Mit anderen Worten ist die sich gegenüber der Mittenlage vergrößernde oder vergrößerte Verriegelungsteilkammer 14, 15 mit dem zugeordneten Teilkanal 17, 18 verbunden und die sich gegenüber der Mittenlage verkleinernde oder verkleinerte Verriegelungsteilkammer 14, 15 von dem zugeordneten Teilkanal 17, 18 getrennt. Insbesondere sind die Positionen der ersten Mündung 20 und der zweiten Mündung 21 auf den Stator 2, vorzugsweise eine Statorlagerstelle 22, abgestimmt. Somit wird der erste Teilkanal 17 von der Statorlagerstelle 22 abgedeckt, wenn der Rotor 3 in die zweite Wirkrichtung verstellt ist. Der erste Teilkanal 17 ist als ein Radialkanal in dem Rotor 3 ausgebildet. Der zweite Teilkanal 18 ist als ein Radialkanal in dem Rotor 3 ausgebildet. Somit wird der zweite Teilkanal 18 von der Statorlagerstelle 22 abgedeckt, wenn der Rotor 3 in die erste Wirkrichtung verstellt ist. In der Mittenlage/Mittenposition sind der erste Teilkanal 17 und der zweite Teilkanal 18 mit den jeweiligen Verriegelungsteilkammern 14, 15 hydraulisch verbunden.
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2 zeigt eine Hydraulikmittelversorgung des Nockenwellenverstellers 1. Der Nockenwellenversteller 1 weist ein Zentralventil 23 auf, mit der der Hydraulikmittelstrom steuerbar ist. Der Nockenwellenversteller 1 weist eine Pumpe P zur Hydraulikmittelzufuhr und einen Tank T zum Hydraulikmittelabfluss auf. Je nach Schaltstellung des Zentralventils 23 werden der erste Arbeitskanal/A-Kanal 8, der zweite Arbeitskanal/B-Kanal 9 und/oder der Verriegelungskanal/C-Kanal 12 mit der Pumpe P (zur Druckbeaufschlagung) verbunden oder mit dem Tank T (zur Druckentlastung) verbunden oder gesperrt, d.h. von der Pumpe P und dem Tank T getrennt. Bei Motorstop ist das Zentralventil 23 in einer ersten Schaltstellung. In der ersten Schaltstellung ist der Verriegelungskanal 12 zum Tank T geschaltet. Der Verriegelungskanal 12 kann über das Zentralventil 23 und/oder direkt mit der Pumpe P verbunden sein.
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Das Zentralventil 23 besitzt mehrere Schaltstellungen. In der ersten Schaltstellung sind die Teilkammern 6, 7 und die Verriegelungskammer 13 mit dem Tank T verbunden. In einer zweiten Schaltstellung sind die erste Teilkammer 6 und die Verriegelungskammer 13 mit der Pumpe P verbunden und die zweite Teilkammer 7 ist mit dem Tank T verbunden. In einer dritten Schaltstellung ist die Verriegelungskammer 13 mit der Pumpe P verbunden und die beiden Teilkammern 6, 7 sind gesperrt, d.h. von der Pumpe P und dem Tank T getrennt. In einer vierten Schaltstellung sind die zweite Teilkammer 7 und die Verriegelungskammer 13 mit der Pumpe P verbunden und die erste Teilkammer 6 ist mit dem Tank T verbunden.
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Der Nockenwellenversteller 1 weist ein Reservoir R zur Bevorratung von Hydraulikmittel auf. Das Reservoir R ist mit dem Tank T verbunden. Das Reservoir R ist unter Zwischenschaltung von Rückschlagventilen 24 mit den Teilkammern 6, 7 verbunden, um bei Vorliegen eines Unterdrucks in einer der Teilkammern 6, 7, dieser Teilkammer 6, 7 Hydraulikmittel aus dem Reservoir R zuzuführen. Das Reservoir R ist unter Zwischenschaltung von Rückschlagventilen 25 mit den Verriegelungsteilkammern 14, 15 verbunden ist, um bei Vorliegen eines Unterdrucks in einer der Verriegelungsteilkammern 14, 15, dieser Verriegelungsteilkammer 14, 15 Hydraulikmittel aus dem Reservoir R zuzuführen.
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3 bis 9 zeigen schematische Schnittdarstellungen durch die Verriegelungskammer 13, geschnitten an der Linie III-III aus 1. Der Verriegelungsmechanismus 11 weist den Verriegelungspin 10 auf, der in einer Axialaussparung 26 in dem Rotor 3 durch Druckbeaufschlagung mit Hydraulikmittel aus dem Verriegelungskanal 12, insbesondere dem dritten Teilkanal 19, axial zwischen einer entriegelten Position und einer verriegelten Position verlagerbar ist. Quer zu der Axialaussparung 26 ist die Durchgangsöffnung 16 angeordnet, die in der entriegelten Position des Verriegelungspins 10 freigegeben ist und in der verriegelten Position des Verriegelungspins 10 gesperrt ist. In der verriegelten Position greift der drucklos geschaltete Verriegelungspin 10 in eine statorfeste Verriegelungskulisse 27 ein. Die Verriegelungskulisse 27 ist in einem statorfesten Deckel 28 ausgebildet. In der entriegelten Position wird der druckbeaufschlagte Verriegelungspin 10 entgegen der Federkraft einer Verriegelungsfeder 29 des Verriegelungsmechanismus 11 aus der Verriegelungskulisse 27 herausgedrückt. Die Verriegelungsteilkammern 14, 15 sind jeweils über den etwa als Radialbohrung ausgebildeten zugeordneten Teilkanal 17, 18 je nach Schaltstellung des Zentralventils 23 mit der Pumpe P oder mit dem Tank T verbunden und jeweils unter Zwischenschaltung eines der Rückschlagventile 25 über eine Aussparung 30 in dem statorfesten Deckel 28 mit dem Reservoir R verbunden. Das Reservoir R ist in einem Federdeckel 31 ausgebildet. Die Rückschlagventile 25 sind in einem Rückschlagventilblech 32 ausgebildet. Eine Entlüftung 33 ist vorgesehen.
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Die Entlüftung 33 ist in 3a genauer dargestellt, in der ein Ausschnitt des Nockenwellenverstellers 1 gezeigt ist. In 3a ist eine Patrone, auf die sich die Feder 29 axial stützt, und die Axialaussparung 26 separat voneinander dargestellt. Die Luft kann durch einen Spalt, der radial zwischen der Patrone und der Innenwand der Axialaussparung 26 ist, und von dort aus durch eine Radialnut um die Axialaussparung 26 in eine sich in Radialrichtung erstreckende Nut (vgl. 1) in dem Rotor 3 entweichen.
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In 3 ist der Rotor 3 in der Mittenposition. Der Verriegelungspin 10 ist druckbeaufschlagt/entriegelt und die Verriegelungsteilkammern 14, 15 sind kurzgeschlossen. Der erste Teilkanal 17 und der zweite Teilkanal 18 sind teilweise von dem Stator 2 abgedeckt und teilweise zu den jeweiligen Verriegelungsteilkammern 14, 15 geöffnet. Ein geregelter Verstellbetrieb ist möglich.
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In 4 bis 8 ist der Rotor 3 in Richtung Früh verstellt. Die zweite Verriegelungsteilkammer 15 ist vergrößert. Der erste Teilkanal 17 ist abgedeckt. Der zweite Teilkanal 18 ist zu der zweiten Verriegelungsteilkammer 15 geöffnet. In 4 ist der Verriegelungspin 10 ist druckbeaufschlagt und die Verriegelungsteilkammern 14, 15 sind kurzgeschlossen. In 5 bis 8 ist der Verriegelungspin 10 druckentlastet und die Verriegelungsteilkammern 14, 15 sind unverbunden. 6 bis 8 zeigen eine Funktionsweise der hydraulischen Ratsche. Der Verriegelungskanal 12 ist mit dem Tank T verbunden, so dass Hydraulikmittel durch den zweiten Teilkanal 18 abfließen kann (vgl. 7). Durch das Rückschlagventil 25 kann Hydraulikmittel aus dem Reservoir R in die erste Verriegelungsteilkammer 14 nachströmen/eingesaugt werden und der Rotor 3 in Richtung zu der Mitte hin verstellt werden (vgl. 7). Der Rotor 3 kann nicht in Richtung Früh verstellt werden, da das Hydraulikmittel durch das Rückschlagventil 25 nicht aus der ersten Verriegelungsteilkammer 14 abfließen kann (vgl. 8). Daher wird der Rotor 3 in die Mittenlage gezogen.
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In 9 ist der Rotor 3 in der Mittenposition. Der Verriegelungspin 10 ist druckentlastet und die Verriegelungsteilkammern 14, 15 sind unverbunden. Der Verriegelungspin 10 greift in die drucklos geschaltete Verriegelungskulisse 27 ein und verriegelt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Nockenwellenversteller
- 2
- Stator
- 3
- Rotor
- 4
- Arbeitskammer
- 5
- Rotorflügel
- 6
- erste Teilkammer/A-Kammer
- 7
- zweite Teilkammer/B-Kammer
- 8
- erster Arbeitskanal/A-Kanal
- 9
- zweiter Arbeitskanal/B-Kanal
- 10
- Verriegelungspin
- 11
- Verriegelungsmechanismus
- 12
- Verriegelungskanal/C-Kanal
- 13
- Verriegelungskammer
- 14
- erste Verriegelungsteilkammer
- 15
- zweite Verriegelungsteilkammer
- 16
- Durchgangsöffnung
- 17
- erster Teilkanal
- 18
- zweiter Teilkanal
- 19
- dritter Teilkanal
- 20
- erste Mündung
- 21
- zweite Mündung
- 22
- Statorlagerstelle
- 23
- Zentralventil
- 24
- Rückschlagventil
- 25
- Rückschlagventil
- 26
- Axialaussparung
- 27
- Verriegelungskulisse
- 28
- Deckel
- 29
- Verriegelungsfeder
- 30
- Aussparung
- 31
- Federdeckel
- 32
- Rückschlagventilblech
- 33
- Entlüftung
- P
- Pumpe
- T
- Tank
- R
- Reservoir
