EP1787012B1 - Nockenwellenverstellsystem - Google Patents
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- EP1787012B1 EP1787012B1 EP05754144A EP05754144A EP1787012B1 EP 1787012 B1 EP1787012 B1 EP 1787012B1 EP 05754144 A EP05754144 A EP 05754144A EP 05754144 A EP05754144 A EP 05754144A EP 1787012 B1 EP1787012 B1 EP 1787012B1
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- European Patent Office
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- camshaft adjusting
- connection
- camshaft
- hydraulic
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
- F01L1/00—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear
- F01L1/34—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear characterised by the provision of means for changing the timing of the valves without changing the duration of opening and without affecting the magnitude of the valve lift
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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- F01L1/00—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear
- F01L1/34—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear characterised by the provision of means for changing the timing of the valves without changing the duration of opening and without affecting the magnitude of the valve lift
- F01L1/344—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear characterised by the provision of means for changing the timing of the valves without changing the duration of opening and without affecting the magnitude of the valve lift changing the angular relationship between crankshaft and camshaft, e.g. using helicoidal gear
- F01L1/3442—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear characterised by the provision of means for changing the timing of the valves without changing the duration of opening and without affecting the magnitude of the valve lift changing the angular relationship between crankshaft and camshaft, e.g. using helicoidal gear using hydraulic chambers with variable volume to transmit the rotating force
- F01L2001/34423—Details relating to the hydraulic feeding circuit
- F01L2001/34426—Oil control valves
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
- F01L2820/00—Details on specific features characterising valve gear arrangements
- F01L2820/01—Absolute values
Definitions
- the invention relates to a camshaft adjusting system according to the preamble of the main claim.
- Camshaft adjusting systems consist of a number of different components. The number of components may vary, but many camshaft phasing systems share the common feature of having a phaser and a control valve or set of control valves. There are different types of camshaft adjusters, all of which can rotate the relative position of one camshaft relative to another shaft, such as the crankshaft, of an internal combustion engine.
- a common type of cam phaser is the swing motor camshaft adjuster.
- a Schwenkmotornockenwellenversteller is a rotary vane motor, which converts the hydraulic actuation of a chamber relative to another chamber in rotational movement. The two counteracting chambers are separated by a movable wing, which changes the position depending on the pressure conditions.
- the camshaft connected to the camshaft adjuster is again entrained and rotated in its position.
- the number of chambers of the one direction of action, the number of wings and the number of chambers of opposite directions of action are often the same. Chambers of the same type are hydraulically interconnected.
- the chambers are routed to a control valve group or control valve.
- the skillful interconnection of several control valves the functionality of a highly integrated control valve can be modeled.
- multi-valve control valve groups are similar to control valves consisting of a single multi-ported control valve. It is therefore to be assumed that the chambers of the first effective direction are all connected directly or indirectly to one another and the chambers of the second effective direction are guided to a further connection of the control valve group. Simplified is spoken by the terminals A and B.
- valves that can be used with camshaft adjusters are from the CN 2 592 932 Y (ZHONG WEISHENG) and from the EP 1 316 733 A (SIMEONI SRL).
- the inventors of the present invention sought a simple and reliable way to produce a defined state in a camshaft phasing system. For this purpose, it was both thought to change the camshaft adjuster component, as it was also considered to intervene in other places, such as the controller in the camshaft adjustment system.
- a 7/6 valve which drives a camshaft timing system to a particular state by offering a sufficient amount of electricity from an ECU at shutdown of the internal combustion engine, the engine stop signal indicated in the publication, by a fluid control function by adjusting a first Control mechanism to initiate the response of a locking mechanism and adjusting a second control mechanism.
- the camshaft phasing system requires turn-off delay times rather than using the start delays for timing adjustments.
- a distinction is made in the method disclosed there between many different states when switching off in the camshaft adjusting and oil drain. The approach disclosed there seems to be a very complicated system that is disadvantageous due to its components.
- the US 2001 052 330 A1 shows in various embodiments center locking systems of a pivoting motor-type camshaft adjuster, which facilitate the operation of an internal combustion engine with different pressure levels and a voluntary forward direction to the advance chamber.
- the US 2004 112 314 A1 describes a system that operates with two latches that can lock the rotor relative to the stator via a multi-step sequence in special operating conditions.
- the object of the invention is achieved by a camshaft adjusting system according to the characterizing part of the main claim.
- Advantageous embodiments can be found in the dependent claims.
- a suitable engine can be taken from the first independent claim.
- An inventive method for operating a Nockenwellenverstellsystems invention is shown in the second independent claim.
- camshaft adjusting systems look quite different depending on the system.
- no camshaft phasing system with camshaft adjuster and a control valve or control valve group can handle it.
- the camshaft adjuster When operating on the principle of a Schwenkmotomockenwellenverstellers or viagelzellennockenwellenwellenverstellers, the camshaft adjuster has at least two opposing hydraulic chambers. As the one hydraulic chamber becomes larger, the corresponding opposite hydraulic chamber becomes smaller. There are also Schwenkmotomockenwellenversteller with a high number of hydraulic chambers of the same type, which behave in the same direction.
- a 4/4 valve is one such valve that has four defined operating states and interconnects four connections with each other and with each other.
- the connections of the valve according to the invention comprise a connection for the first group of hydraulic chambers of the camshaft adjuster, a connection for the second group of hydraulic chambers of the camshaft adjuster, a tank connection and a connection which is supplied with pressurized hydraulic medium, the so-called connection for the pressurization.
- the control valve group switches the camshaft adjusting system to a first state.
- the first state is characterized in that both ports of the valve, which are to lead to the first and second hydraulic chamber groups, are hydraulically shorted to the tank port.
- the hydraulic medium flows from both chambers of the camshaft adjuster simultaneously in a tank container or a tank area, preferably due to gravity or because of a negative pressure. As a result, the previously still pressurized camshaft adjuster is immediately depressurized, without further intermediate steps. He is relieved of the tank connection.
- the term "depressurized” is to be understood in the sense that no appreciable pressure with respect to the maximum total pressure remains in the camshaft adjuster.
- the threshold for insignificant pressure may be 10 percent of the operating pressure.
- the term “depressurized” but also the state is referred to, in which almost all the hydraulic fluid has left the camshaft adjuster through the valve position.
- the camshaft adjuster can still remain hydraulic oil in some chambers.
- oil remains in the chamber parts, which lie gravitationally below the central feed duct.
- the condition is also referred to as depressurized. It is therefore interesting in one aspect that only a minimal adjustment can be made in the unpressurized state.
- the pressure release, the state I, when starting the internal combustion engine ideally adjustable, preferably passively adjustable by biasing forces such as a valve spring. After this setting, the oil is mostly drained from the camshaft adjuster during the first operating seconds.
- the camshaft phasing system may be provided with a check valve operative for the normal operating phases in the pressurized supply line, while in the starting phase the return flow into the tank is made without a check valve.
- the described first state, in which the 4/4 valve is located, may be referred to as the operating end time state of the camshaft phasing system. It is therefore an end-of-life condition because the condition is started when the camshaft adjustment system is to be turned off. It is referred to as the operating start time state when the phaser is put into operation during starting of the internal combustion engine in which the camshaft adjusting system is installed. As a rule, the camshaft adjusting system is to be switched off when the internal combustion engine is to be started or to be switched off or switched off. Further, an operating endtime condition may be referred to when there is an electrical fault that turns off the camshaft phasing system while the internal combustion engine continues to operate.
- the internal combustion engine must be in a controllable and defined state during the operating end-of-life phases.
- the state is controllable, if it is known in which relative position the rotatable camshaft relative to the reference shaft.
- the state intake is desired.
- the first time the engine starts should be useful to keep the camshaft adjuster pressure-less, even if there are still Restöldrücke should be present in the camshaft adjustment.
- a suitable center lock after z. B. DE 102 53 883 A1 Wherein all embodiments are part of the scope of protection of this protection request, the Relativlagenverfitung when once depressurized, is prevented when starting the internal combustion engine.
- a state is designed for the retardation of the camshaft adjuster. In the state, the hydraulic chamber for the retardation of the camshaft adjuster is started up with pressurized hydraulic medium. A state is determined for the holding position of the camshaft adjuster. A state is selected if the camshaft adjuster is to be driven into an advance position.
- the valve follows a certain state sequence. When the valve is in one state, it can only be moved to an adjacent state.
- the sequence of a valve according to the invention looks that after the Radioendzeitgeber the retardation and then the holding position and fourth as the advance follow, so the valve from the advance can only control the holding position. From the retard adjustment, the valve can be moved both into the operating end time state and into the holding position.
- valve follows the sequences operating end time, advance, stop and retard.
- the operating end time state is the rest position of the valve without adjustment of the piston or the plunger.
- a valve can be implemented by a single-spring-loaded cartridge valve.
- the spring pushes the piston and the plunger into the rest position, from which only by energizing the valve, the valve goes into another state.
- the cartridge valve has the further advantage that it can be mounted in place of a previously used valve in an engine block. The manufacturer or operator of an internal combustion engine can thus improve an existing system by replacing the valves.
- the cartridge valve is screwed in place of the old valve.
- the hydraulic piston is designed as a hollow piston, which conducts the hydraulic medium in its interior towards the tank connection.
- the states are achieved in that different overlaps can be achieved between the hydraulic hollow piston and the individual ports of the valve depending on the method of Hohlkobens.
- the overlaps are located between the bush and the hollow piston of the cartridge valve.
- the Systems are compatible with each other in terms of their connection points, such as control unit connection, hydraulic medium connection and dimensions.
- the valve described in more detail below is characterized by the fact that the spatial arrangement of the T-connection to the other ports of the 4/4 valve ensures that the piston retains virtually no residual oil quantities in its first state.
- By the two anchor spaces and the hydraulic bias of the plunger is also good to relieve not only the camshaft adjuster but also the valve contributed.
- Passage openings in the piston are arranged so that no forces are generated to the force equilibrium of the valve by the outflow of the hydraulic medium to the T-port.
- the camshaft adjuster With the valve, the camshaft adjuster is held, moved and adjusted.
- the camshaft adjuster together with the camshaft is an equilibrium selected and designed system.
- the camshaft adjuster When the camshaft adjuster is de-pressurized, the camshaft, supported on its bearing points, drives a rotor of the camshaft adjuster together with the camshaft into an arresting position.
- the defined arresting position is the automatically selected position of the camshaft adjuster.
- the staling position is influenced by balances and supports.
- a separate locking mechanism may be provided in the camshaft adjuster.
- the locking mechanism such as that of the DE 102 53 883 A1 , takes into account the pressure conditions in the hydraulic chambers. If the pressure in the hydraulic chambers is below a certain value, which can be regarded as depressurized state simplifies, locks the camshaft adjuster and locks in the selected position. When a pressure difference between the different hydraulic chambers is exceeded, the lock is released again, the locking mechanism unlocked.
- the engine controller isolates a signal by which the power-off state, the power-down state, is driven.
- the off state of the engine control unit is selected so that the valve also assumes an off state when the engine control unit itself fails or is turned off.
- the safety function is referred to as a fail-safe function because in the event of failure of the engine control unit or mechanical breakage of the electrical connections of the valve, the system enters a state equivalent to the operating time state.
- the camshaft adjusting system and the associated internal combustion engine can be used according to a method according to the invention of operation of an internal combustion engine, in particular in the motor vehicle, with an electronic engine control unit and a camshaft adjusting system.
- the starting times of the drive train of the motor vehicle, for example, the reset and start operation of the engine control unit, is used to generate the unpressurized state.
- FIG. 1 shows a cartridge valve 1.
- the cartridge valve 1 consists of a hydraulic part 3 and a magnet part 5.
- the hydraulic part 3 has a piston 13 and a sleeve 15.
- the piston 13 runs within the sleeve 15.
- the piston 13 is through the spring 9, which is supported against the support plate 11, or spring plate, biased.
- the sleeve 15 is provided with openings, which are rotationally symmetrical bores in the illustrated case, which represent the first working port A, the second working port B and the pressure port P:
- the arrows indicate the regular oil direction.
- the T-port is perpendicular to the other three ports A, B and P of the valve 1.
- the opening for the T-port 17 is centered within the support plate 11.
- the spring 9 surrounds the opening for the T-port 17.
- the piston 13 is a hollow piston.
- the piston 13 is provided with first passage openings 19 and second passage openings 21, which connect to the cavity of the piston at the diametrically remote ends of the piston.
- the hydraulic space seal 23 is a circumferential O-ring seal, which run around the sleeve 15 at the opening on the side facing away from the T-port 17. It seals the hydraulic area of the cartridge valve 1 from the environment.
- the seal 25 seals as Magnetteildichtung the magnetic part 5 of the hydraulic part 3 from.
- the plunger 41 which rests against the piston 13, is a hydraulic oil biased, lying in the hydraulic oil, plunger.
- the pole seal 63 and the coil seal 65 ensure that the hydraulic medium in the magnetic part 5 can not escape to the outside, outside of the housing 27.
- the housing 27 goes on its side near the hydraulic part in a flange 29th over, which is provided with mounting holes, the mounting holes 31.
- the following on the hydraulic part 3 pole core 39 is connected by beads 33 with the housing 27.
- the beads 33 are in the region of the pole seal 63.
- a coil 35, the armature 37, the Polkem 39 and a plunger 41 are arranged.
- the armature 37 is located in a sealing pot 49 and strikes against a driving lug 51.
- the armature can be reciprocated between two armature spaces, a first armature space 43 and a second armature space 61.
- the armature chambers are in fluid communication with the hydraulic part 3 of the cartridge valve 1 when the piston 13 is outside its end stop position.
- the plunger 41 runs in a plunger oil bed 59, which flows around the plunger and separates from the pole 67.
- the plunger oil bed opens into the first armature space 43.
- plunger transverse bores 53 which may have the function of a damping bore, the hydraulic medium via a plunger oil passage 55 into the plunger chamber 57 pass.
- the plunger space 57 is open relative to the second armature space 61.
- the armature 37 travels between its end positions of the two changing armatures 43 and 61. By moving the armature, the armature spaces are enlarged and reduced. The minimum armature space size of the second armature space 61 is achieved when the armature 37 comes to abut stop surfaces 83 of the sealing pot 49, which are deep-drawn.
- the coil 35 which generates the electromagnetic field for the armature 37, lies in a coil support 45. Between the connector 47 and coil support 45, an anchor cover 69 is provided with a cover seal 71. The armature 37 is enclosed by a pole ring 73.
- a plunger oil space 77 communicates with the opening for the T-port 17 via a female T-equalizing passage 75.
- the connection of the hydraulic part 3 with the magnetic part 5 of the cartridge valve 1 is connected via fastening engagement 81.
- the Befest Trentsseingriffe 81 laterally engage the sleeve 15.
- the piston 13 locks the rear from anchor spaces 43, 61, plunger oil bed 59, plunger oil channel 55 and plunger chamber 57 existing hydraulic channel in the magnet part 5 of the opening for the T-port 17.
- the spring 9 experiences no drag and is in its extended, maximally extended and relaxed position. The entire hydraulic medium escapes through the opening for the T-port 17.
- the ports B and A are in hydraulic communication with the opening for the T-port 17.
- the coil 35 When the coil 35 is energized with a first, clearly defined current, the piston 13 moves to a second position, the second state II, starting from the first state I.
- the webs on the piston 13 have, as in FIG. 2 shown another overlap to the sleeve 15.
- the cartridge valve 1 With further energize, which is higher than the current for the state II of the coil 35, the cartridge valve 1 is in the third state III.
- the third state III is in FIG. 3 shown. He shows due to the overlap between piston 13 and sleeve 15 a decoupling of the first working port A and the second working port B from both the tank port T and the pressure port P.
- the in FIG. 4 is shown, can be seen due to a further movement against the spring force of the spring 9, and driven by the plunger 41, a hydraulic connection between the pressure port P and the first working port A.
- the second working port B is in communication with the tank port T on the T. -Ableitkanal 79 and the second passage opening 21.
- the armature 37 is in its end stop, it is only separated by the driving lug 51 from the pole 69.
- camshaft phasing system while operating at a non-pressurized state, is generally more stable than known cam phaser systems.
- the piston 13 has three grooves, two webs and two Enderhöhungen lying in the two outer end portions of the plunger.
- the sleeve 15 has inwardly disposed webs, which together with the sleeve can block the connections against each other.
- a suitable valve may for example be designed so that between the sleeve 15 and the piston 13 in the region of the terminal D to the groove of the T-Ableitkanals 79 an overlap of 0.2 to 0.4 mm is given.
- the coverage between the P port and port B may vary between 0.25 and 0.45 mm.
- the overlap between the P-terminal and the terminal A is beyond 1 mm, for example at 1.5 mm.
- FIGS. 1 to 4 shown valves have in a plan view of the FIG. 5 similar representation. If one looks perpendicular to the valve, so the plug 47, the flange 29 and the mounting hole 31 into the eye.
- the described cartridge valve 1 is indirectly connected directly or via lines of the engine compartment in a hydraulic connection with a camshaft adjuster, which in the FIGS. 6 . 7 and 8th is shown in an open representation.
- the camshaft phaser shown is in FIG. 6 in its regulation, in FIG. 7 twisted into his early position and in FIG. 8 twisted into his late position.
- the camshaft adjuster 100 forms in its interior at least two hydraulic chambers 102, 104, which alternately occur in each case in the case of multiple presence to each other.
- a latch 106 can optionally be seated in one of the wings.
- the rotor ring 110 encloses a camshaft receptacle 108, in which the camshaft, not shown, is located.
- the figures show certain rotor blade geometries of the rotor blades 112 and web geometries of the camshaft adjuster 100. The geometries have a secondary significance for the present invention.
- FIG. 9 represents a system according to the invention with its lines.
- the valve 1 is shown as a hydraulic circuit symbol, in which the magnetic part 5 and the spring 9 are shown as separate parts.
- the valve shows the 4 states I, II, III, IV.
- the working side with the connections A and B is connected via the lines 210, 212 with the camshaft adjuster 100, which has been simplified as a hydraulic two-chamber piston.
- the two chambers 102 and 104 of the camshaft adjuster 100 act in opposite directions.
- the check valve 206, the filter 204, which may also be a separator, and the pump 202 are optional in a camshaft phasing system 200. It is also possible to arrange further components and hydraulic components in one system.
- the hydraulic medium is returned via the connecting line 214 to the tank 224.
- the pump 202 accesses the tank via the connecting line 222 and conveys the hydraulic medium via the connecting line 220 to the filter 204.
- the filter 204 is connected by means of connecting line 218 to a check valve 206 before it goes via the connecting line 216 to the hydraulic valve 1.
- the flow rates are in FIG. 10 to their respective states.
- the flow rate is plotted against the current of the coil.
- states II and IV there is a corresponding flow rate.
- states 1 and 3 the flow at port A is either interrupted or declining.
- a controller may be programmed to output a particular pulse-width modeled signal or current from the engine control unit to one of selected states I, II, III, IV approach.
- FIG. 13 is a previously used in-house system shown, which can be improved by the replacement of the valve according to the invention.
- FIG. 12 is that too FIG. 13 associated flow-current characteristic to see.
- camshaft adjusting systems are further developed in that a pressureless state has been selected as the selectable and approachable state.
- a suitable valve has been designed that conscientiously enables the unpressurized state of the camshaft phasing system. Summarized both aspects lead to a camshaft adjusting system according to the invention.
- Existing camshaft phasing systems can be changed to a system according to the invention by replacing the valve with an instruction to re-program the control unit of the internal combustion engine.
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Description
- Die Erfindung betrifft ein Nockenwellenverstellsystem gemäß Oberbegriff des Hauptanspruchs.
- Nockenwellenverstellsysteme bestehen aus einer Anzahl verschiedener Komponenten. Die Anzahl der Komponenten kann variieren, jedoch ist vielen Nockenwellenverstellsystemen gemeinsam, dass ein Nockenwellenversteller und ein Steuerventil oder eine Steuerventilgruppe vorhanden sind. Es gibt unterschiedliche Typen von Nockenwellenverstellern, die alle die relative Lage einer Nockenwelle gegenüber einer weiteren Welle, wie der Kurbelwelle, einer Verbrennungskraftmaschine zueinander verdrehen können. Ein häufig verbreiteter Typ eines Nockenwellenverstellers ist der Schwenkmotornockenwellenversteller. Ein Schwenkmotornockenwellenversteller ist ein rotatorischer Flügelmotor, der die hydraulische Beaufschlagung einer Kammer gegenüber einer anderen Kammer in rotatorische Bewegung umsetzt. Die beiden sich entgegenwirkenden Kammern werden durch einen beweglichen Flügel getrennt, der je nach Druckverhältnissen die Lage verändert. Durch die Lageveränderung wird die mit dem Nockenwellenversteller verbundene Nockenwelle in Ihrer Lage wiederum mitgenommen und verdreht. Die Anzahl der Kammern der einen Wirkrichtung, die Anzahl der Flügel und die Anzahl der Kammer der entgegengesetzten Wirkrichtungen entsprechen sich häufig. Kammern gleichen Typs werden hydraulisch miteinander verschaltet. Die Kammern werden auf eine Steuerventilgruppe oder ein Steuerventil geführt. Durch die geschickte Verschaltung von mehreren Steuerventilen kann die Funktionalität eines hochintegrierten Steuerventils nachgebildet werden. Hydraulisch betrachtet sind also aus mehreren Ventilen bestehende Steuerventilgruppen ähnlich zu Steuerventilen, die aus einem einzigen mit mehreren Anschlüssen versehenen Steuerventil bestehen. Es ist also davon auszugehen, dass die Kammern der ersten Wirkrichtung alle direkt oder indirekt miteinander verschaltet sind und die Kammern der zweiten Wirkrichtung auf einen weiteren Anschluss der Steuerventilgruppe geführt sind. Vereinfacht wird von den Anschlüssen A und B gesprochen.
- Insbesondere bei außergewöhnlichen Betriebszuständen der Verbrennungskraftmaschine ist es erwünscht, die Relativlage der Nockenwelle gegenüber Ihrer Bezugswelle zu kennen. Aus der Patentliteratur sind zahlreiche Vorschläge bekannt, in denen durch den Einsatz von besonderen Verriegelungsmechanismen eine definierte Position hergeleitet werden kann. Beispielhaft sei auf die deutsche Patentanmeldung
DE 10 2004 012 460 A (HYDRAULIK-RING GMBH) verwiesen, in der durch eine geschickte Kombination eines Nockenwellenverstellers mit einer Feder Verriegelungspositionen wählbar und entwerfbar sind. - Aus anderen Bereichen der hydraulischen Kfz-Technik sind besondere Ventile bekannt, die durch ihre Gestaltung in ausgewählten Betriebszuständen Verzögerungen eines Schaltverhaltens erzeugen.
- In der
DE 198 16 069 A (HYDRAULK-RING GMBH) wird ein Ventil beschrieben, dass vorzugsweise für automatisierte Handschaltgetriebe einsetzbar ist. Ein beidseitig beaufschlagbarer Kolben, der zwei Druckräume voneinander trennt, wird über ein Ventil mit einer Sicherheitsfunktion gesteuert. In der Schaltstellung Null, der Sicherheitsstellung, hat das Drei-Wege-Proportionalventil im Störungsfall die Kupplung nicht schlagartig zu schließen. - Andere Ventile, die mit Nockenwellenverstellern eingesetzt werden können, sind aus der
CN 2 592 932 Y (ZHONG WEISHENG) und aus derEP 1 316 733 A (SIMEONI S.R.L) zu entnehmen. - Die Erfinder der vorliegenden Erfindung suchten nach einer möglichst einfachen und zuverlässigen Möglichkeit, einen definierten Zustand in einem Nockenwellenverstellsystem zu erzeugen. Hierzu wurde sowohl darüber nachgedacht, den Nockenwellenversteller bauteilmäßig zu verändern, als es auch überlegt wurde, an anderen Stellen, wie zum Beispiel an der Steuerung, in das Nockenwellenverstellsystem einzugreifen.
- In der
DE 10 344 816 A (AISIN SEIKI) wird ein 7/6-Ventil angeboten, das beim Abschalten der Verbrennungskraftmaschine, dem in der Druckschrift bezeichneten Motoranhaltesignal, ein Nockenwellenverstellsystem in einen besonderen Zustand durch Anbieten einer ausreichenden Elektrizitätsmenge aus einer ECU fährt, um eine Fluidablassfunktion durch das Einregeln eines ersten Regelmechanismus, dem Ansprechen eines Arretiermechanismus und dem Einregeln eines zweiten Regelmechanismus einzuleiten. Nicht nur, dass es unerwünscht ist, langbauende 7/6- Ventile in einem Zylinderkopf zu verbauen, benötigt das Nockenwellenverstellsystem Ausschaltnachlaufzeiten, statt die Startverzögerungen für Steuerzeiteneinstellvorgänge zu nutzen. Auch werden in dem dort offenbarten Verfahren zwischen vielen verschiedenen Zuständen beim Abschalten im Nockenwellenverstellsystem und beim Ölablass unterschieden. Der dort offenbarte Ansatz scheint ein sehr kompliziertes, durch seine Komponenten bedingt nachteiliges, System aufzubauen. - Die
US 2002 00 23 602 A1 aus dem gleichen Hause wie der zuvor benannte Stand der Technik entwirft für ein Ventil mit sieben verschiedenen Zuständen einen zusätzlichen Startalgorithmus, durch den der eingeriegelte Nockenwellenversteller zunächst auf ein vorbestimmtes niedrigeres Druckniveau gebracht werden soll, bevor wieder der reguläre Betrieb aufgenommen werden kann, denn Nockenwellenverstellsysteme nach dem Stand der Technik messen nicht die exakten Drücke in den Hydraulikkammern, sondern steuern über das Nockenwellenverstellerventil die Drücke in den jeweiligen Kammern. - Die
US 2001 052 330 A1 zeigt in verschiedenen Ausführungsbeispielen Mittenverriegelungssysteme eines schwenkmotorartigen Nockenwellenverstellers, die mit unterschiedlichen Druckniveaus und einer freiwilligen Vorwärtsrichtung zur Voreilkammer den Betrieb einer Verbrennungskraftmaschine erleichtern. - Die
US 2004 112 314 A1 beschreibt ein System, das mit zwei Verriegelungen arbeitet, die über eine mehrstufige Abfolge in besonderen Betriebszuständen den Rotor gegenüber dem Stator verriegeln können. - Die erfindungsgemäße Aufgabe wird durch ein Nockenwellenverstellsystem nach dem kennzeichnenden Teil des Hauptanspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind den abhängigen Ansprüchen zu entnehmen. Ein geeigneter Motor ist aus dem ersten nebengeordneten Anspruch zu entnehmen. Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Betreiben eines erfindungsgemäßen Nockenwellenverstellsystems ist aus dem zweiten nebengeordneten Anspruch zu entnehmen.
- Wie schon ausgeführt, sehen Nockenwellenverstellsysteme je nach System recht unterschiedlich aus. Jedoch kommt kein Nockenwellenverstellsystem ohne Nockenwellenversteller und einem Steuerventil oder einer Steuerventilgruppe aus. Wenn der Nockenwellenversteller nach dem Prinzip eines Schwenkmotomockenwellenverstellers oder eines Flügelzellennockenwellenverstellers arbeitet, so hat er wenigstens zwei gegenläufige Hydraulikkammern. Wenn die eine Hydraulikkammer größer wird, wird die korrespondierende gegenüberliegende Hydraulikkammer kleiner. Es gibt auch Schwenkmotomockenwellenversteller mit einer hohen Anzahl Hydraulikkammern gleichen Typs, die sich gleichsinnig verhalten.
- Für die Steuerventilgruppe ist das Gesamtverhalten ausschlaggebend. Egal wie die Steuerventilgruppe aufgebaut ist, insgesamt muss sie nach außen hin, in Bezug auf ihre Schnittstellen, das Verhalten eines 4/4- Ventils haben. Ein 4/4- Ventil ist ein solches Ventil, das vier definierte Betriebszustände hat und vier Anschlüsse untereinander und miteinander verschaltet. Die Anschlüsse des erfindungsgemäßen Ventils umfassen einen Anschluss für die erste Gruppe der Hydraulikkammern des Nockenwellenverstellers, einen Anschluss für die zweite Gruppe der Hydraulikkammern des Nockenwellenverstellers, einen Tankanschluss und einen Anschluss, der mit unter Druck stehendem Hydraulikmedium versorgt wird, dem sogenannten Anschluss für die Druckbeaufschlagung.
- Die Steuerventilgruppe, beziehungsweise das 4/4- Ventil, schaltet das Nockenwellenverstellsystem in einen ersten Zustand. Der erste Zustand zeichnet sich dadurch aus, dass beide Anschlüsse des Ventils, die zu den ersten und zweiten Hydraulikkammerngruppen führen sollen, hydraulisch gegenüber dem Tankanschluss kurzgeschlossen sind. Es besteht eine hydraulische Verbindung zwischen Tankanschluss und den Anschlüssen für die Nockenwellenversteller. Das Hydraulikmedium strömt so aus beiden Kammern des Nockenwellenverstellers gleichzeitig in ein Tankbehältnis oder einen Tankbereich, vorzugsweise auf Grund der Schwerkraft oder wegen einem Unterdruck. Hierdurch wird der zuvor noch unter Druck stehende Nockenwellenversteller unmittelbar, ohne weitere Zwischenschritte, drucklos geschaltet. Er ist gegenüber dem Tankanschluss entlastet. Der Begriff "drucklos" ist in dem Sinne zu verstehen, dass kein nennenswerter Druck in Bezug auf den maximalen Gesamtdruck in dem Nockenwellenversteller verbleibt. Die Schwelle für den unbedeutenden Druck kann zum Beispiel bei 10 Prozent des Betriebsdrucks liegen. Mit dem Begriff "drucklos" wird aber auch der Zustand bezeichnet, in dem nahezu das gesamte Hydraulikmedium den Nockenwellenversteller durch die Ventilstellung verlassen hat. Je nach der Anordnung in dem Nockenwellenversteller kann immer noch Hydrauliköl in einigen Kammern bleiben. Zum Beispiel in einem Nockenwellenversteller des Zentralzuführkanaltyps, in dem ein Zuführkanal teilweise über die Nockenwelle im Zentrum des Nockenwellenverstellers an die einzelnen voreilenden Kammern herangeführt wird, verbleibt Öl in den Kammerteilen, die gravitationsmäßig unterhalb des Zentralzuführkanals liegen. Auch der Zustand wird als drucklos bezeichnet. Es ist also nach einem Aspekt interessant, dass in dem drucklosen Zustand nur noch eine minimale Verstellung erfolgen kann.
- Weil das Hydrauliköl, insbesondere im Betrieb und beim Abschalten des Motors, erwärmt sein kann, und nach gängigen Abgasnormen der Schadstoffausstoß der Verbrennungskraftmaschine am Anfang eines Betriebszyklusses gemessen werden soll, ist nach einem Aspekt der Erfindung die Drucklosstellung, der Zustand I, beim Starten der Verbrennungskraftmaschine idealerweise einstellbar, vorzugsweise passiv durch Vorspannkräfte zum Beispiel einer Ventilfeder einstellbar. Nach dieser Einstellung wird während der ersten Betriebssekunden das Öl überwiegend aus dem Nockenwellenversteller ablassbar.
- Nach einem anderen Aspekt der Erfindung kann das Nockenwellenverstellsystem mit einem Rückschlagsventil, das für die normalen Betriebsphasen in der mit Druck beaufschlagten Zuleitung wirksam ist, ausgestattet sein, während bei der Startphase der Rücklauf in den Tank ohne Rückschlagsventil erfolgt.
- Der beschriebene erste Zustand, in dem sich das 4/4-Ventil befindet, kann als Betriebsend- bzw. Betriebsanfangszeitzustand des Nockenwellenverstellsystems bezeichnet werden. Es ist deswegen ein Betriebsendzeitzustand, weil der Zustand dann angefahren wird, wenn das Nockenwellenverstellsystem ausgeschaltet werden soll. Es wird dann als Betriebsanfangszeitzustand bezeichnet, wenn während des Startens der Verbrennungskraftmaschine, in der das Nockenwellenverstellsystem verbaut ist, der Versteller in Betrieb genommen wird. Das Nockenwellenverstellsystem ist in der Regel dann auszuschalten, wenn die Verbrennungskraftmaschine entweder gestartet oder lastlos oder ausgeschaltet werden soll. Weiterhin kann von einem Betriebsendzeitzustand gesprochen werden, wenn ein elektrischer Fehler vorliegt, der das Nockenwellenverstellsystem ausschaltet, während die Verbrennungskraftmaschine weiterbetrieben wird. Die Verbrennungskraftmaschine muss in den Phasen des Betriebsendzeitzustands in einem kontrollierbaren und definierten Zustand sein. Der Zustand ist kontrollierbar, wenn bekannt ist, in welcher relativen Lage die verdrehbare Nockenwelle gegenüber der Bezugswelle liegt. Insbesondere beim Starten der Verbrennungskraftmaschine ist die Zustandseinnahme erwünscht. Um das Starten der Verbrennungskraftmaschine nicht unnötig zu erschweren, sollte die erste Zeit des Anlassens des Motors nutzbar sein, um, selbst wenn noch Restöldrücke im Nockenwellenverstellsystem vorhanden sein sollten, den Nockenwellenversteller drucklos zu halten. In Verbindung mit einer geeigneten Mittenverriegelung nach z. B.
DE 102 53 883 A1 , wobei alle Ausführungsbeispiele Teil des Schutzumfangs dieses Schutzbegehrens sind, wird beim Starten der Verbrennungskraftmaschine die Relativlagenverdrehung, wenn einmal drucklos, unterbunden. - Für die Erfindung ist es im Ergebnis von nachgeordneter Bedeutung, ob die Erfindung durch ein einziges 4/4- Ventil umgesetzt worden ist, oder ob eine gesamte Steuerventilgruppe untereinander so verschaltet wird, dass sie das erfindungsgemäße Verhalten aufweist.
- Neben dem ersten Zustand gibt es drei weitere Zustände. Die Zustände untereinander können vertauscht sein. Sie hängen von der konkreten Ausgestaltung des Nockenwellenverstellsystems ab. Ein Zustand ist für die Spätverstellung des Nockenwellenverstellers ausgelegt. In dem Zustand wird die Hydraulikkammer für die Spätverstellung des Nockenwellenverstellers mit druckbeaufschlagtem Hydraulikmedium angefahren. Ein Zustand ist bestimmt für die Haltestellung des Nockenwellenverstellers. Ein Zustand wird gewählt, wenn der Nockenwellenversteller in eine Frühverstellung gefahren werden soll.
- In einem vorteilhaft ausgestalteten System folgt das Ventil einer gewissen Zustandsabfolge. Wenn das Ventil in einem Zustand ist, kann es nur in einen benachbarten Zustand verfahren werden. Sofern also die Abfolge eines erfindungsgemäßen Ventils so aussieht, dass nach dem Betriebsendzeitzustand die Spätverstellung und anschließend die Haltestellung und als Viertes die Frühverstellung folgen, so kann das Ventil aus der Frühverstellung nur die Haltestellung ansteuern. Aus der Spätverstellung kann das Ventil sowohl in den Betriebsendzeitzustand als auch in die Haltestellung gefahren werden.
- Genauso sind auch andere Abfolgen vorstellbar. So ist es vorstellbar, dass das Ventil den Abfolgen Betriebsendzeitzustand, Frühverstellung, Haltestellung und Spätverstellung folgt.
- Wesentlich ist bei vielen Ventilen, dass der Betriebsendzeitzustand die Ruheposition des Ventils ohne Verstellung des Kolbens oder des Stößels ist. Ein solches Ventil kann durch ein einseitig federvorgespanntes Cartridge- Ventil umgesetzt werden. Die Feder drückt den Kolben und den Stößel in die Ruhelage, aus der nur durch ein Bestromen des Ventils das Ventil in einen anderen Zustand übergeht. Das Cartridge- Ventil hat weiterhin den Vorteil, dass es anstelle eines bisher eingesetzten Ventils in einem Motorblock angebracht werden kann. Der Hersteller oder Betreiber einer Verbrennungskraftmaschine kann somit ein vorhandenes System durch einen Austausch der Ventile verbessern. Das Cartridge- Ventil wird an die Stelle des alten Ventils geschraubt. Um Bauraum und Platz zu sparen, ist der hydraulische Kolben als Hohlkolben ausgelegt, der das Hydraulikmedium in seinem Innenbereich Richtung Tankanschluss leitet. Die Zustände werden dadurch erreicht, dass zwischen dem hydraulischen Hohlkolben und den einzelnen Anschlüssen des Ventils je nach Verfahren des Hohlkobens unterschiedliche Überdeckungen erreicht werden können. Die Überdeckungen liegen zwischen Buchse und Hohlkolben des Cartridge- Ventils. Die Systeme sind in Bezug auf ihre Anschlussstellen, wie Steuergeräteanschluss, Hydraulikmediumanschluss und Abmessungen untereinander kompatibel.
- Das im folgenden noch näher beschriebene Ventil zeichnet sich dadurch aus, dass durch die räumliche Anordnung des T-Anschlusses zu den übrigen Anschlüssen des 4/4- Ventils dafür gesorgt wird, dass der Kolben nahezu keine Restölmengen mehr in seinem ersten Zustand behält. Durch die beiden Ankerräume und die hydraulische Vorspannung des Stößels wird ebenfalls gut zur Entlastung nicht nur des Nockenwellenverstellers sondern auch des Ventils beigetragen. Durchlassöffnungen in dem Kolben sind so angeordnet, so dass keine Kräfte dem Kräftegleichgewicht des Ventils durch die Abströmung des Hydraulikmediums zum T-Anschluss erzeugt werden.
- Mit dem Ventil wird der Nockenwellenversteller gehalten, verfahren und eingestellt. Der Nockenwellenversteller zusammen mit der Nockenwelle ist ein nach Gleichgewichtslagen ausgewähltes und ausgebildetes System. Wenn der Nockenwellenversteller drucklos geschaltet wird, treibt die Nockenwelle, abgestützt auf ihren Lagerpunkten, einen Rotor des Nockenwellenverstellers zusammen mit der Nockenwelle in eine Verharrungslage. Die definierte Verharrungslage ist die von sich aus selbsttätig ausgewählte Position des Nockenwellenverstellers. Die Verharrungslage wird durch Gleichgewichte und Abstützungen beeinflusst.
- Um eine eindeutige Verharrungslage zu erreichen, kann ein gesonderter Verriegelungsmechanismus in dem Nockenwellenversteller vorgesehen sein. Der Verriegelungsmechanismus, wie zum Beispiel der aus der
DE 102 53 883 A1 , berücksichtigt die Druckzustände in den Hydraulikkammern. Wenn der Druck in den Hydraulikkammern unterhalb eines bestimmten Wertes liegt, der vereinfacht als druckloser Zustand angesehen werden kann, riegelt der Nockenwellenversteller ein und sperrt in der gewählten Position. Bei Überschreitung einer Druckdifferenz zwischen den unterschiedlichen Hydraulikkammern wird die Verriegelung wieder aufgehoben, der Verriegelungsmechanismus entriegelt. - Das beschriebene Ventil und der entsprechende Nockenwellenversteller zusammen mit einer Verbrennungskraftmaschine und einem einschlägigen Motorsteuergerät, insbesondere einem elektronischen Motorsteuergerät mit einem oder mehrerer Mikrokontrollern, bilden eine Antriebseinheit. Das Motorsteuergerät sondert ein Signal ab, durch das der Ausschaltzustand, der Betriebsendzeitzustand, angesteuert wird. Geschickterweise ist der Ausschaltzustand des Motorsteuergerätes so gewählt, dass das Ventil auch von einem Ausschaltzustand dann ausgeht, wenn das Motorsteuergerät selbst ausfällt oder ausgeschaltet wird. Die Sicherheitsfunktion wird als fail-safe-Funktion bezeichnet, weil bei einem Ausfall des Motorsteuergerätes oder einem mechanischen Brechen der elektrischen Anschlüsse des Ventils das System in einen dem Betriebsendzeitzustand äquivalenten Zustand gelangt.
- Das Nockenwellenverstellsystem und die dazugehörige Verbrennungskraftmaschine kann nach einem erfindungsgemäßen Verfahren eines Betriebs einer Verbrennungskraftmaschine, insbesondere im Kraftfahrzeug, mit einem elektronischen Motorsteuergerät und einem Nockenwellenverstellsystem benutzt werden. Bei dem Verfahren wird der erste Zustand beim Start der Verbrennungskraftmaschine in Zusammenspiel zwischen Steuergerät und Nockenwellenverstellsystem, insbesondere unabhängig von dem Abschaltvorgang der Verbrennungskraftmaschine, eingenommen. Die Startzeiten des Antriebsstrangs des Kraftfahrzeugs, zum Beispiel der Reset- und Startvorgang des Motorsteuergeräts, wird zur Erzeugung des drucklosen Zustands genutzt.
- Die beschriebene Erfindung kann noch besser verstanden werden, indem auf die folgenden Figuren Bezug genommen wird, wobei
-
Figur 1 ein erfindungsgemäßes Ventil in einem ersten Betriebszustand zeigt, -
Figur 2 ein erfindungsgemäßes Ventil in einem zweiten Betriebszustand zeigt, -
Figur 3 ein erfindungsgemäßes Ventil in einem dritten Betriebszustand zeigt, -
Figur 4 ein erfindungsgemäßes Ventil in einem vierten Betriebszustand zeigt, -
Figur 5 eine Draufsicht eines erfindungsgemäßen Ventils zeigt, -
Figur 6 einen Nockenwellenversteller in einer Regelstellung zeigt, -
Figur 7 einen Nockenwellenversteller in einer Frühstellung zeigt, -
Figur 8 einen Nockenwellenversteller in einer Spätstellung zeigt, -
Figur 9 ein hydraulisches Prinzipschaltbild der Erfindung zeigt, -
Figur 10 ein Stromdruckmitteldurchflussdiagramm eines erfindungsgemäßen Ventils zeigt, -
Figur 11 eine Hydraulikkennlinie eines reellen, erfindungsgemäßen Ventils zeigt, -
Figur 12 eine Durchflusskennlinie des hausinternen Stands der Technik zeigt, -
Figur 13 ein bisher hausintern eingesetztes Ventil in Prinzipdarstellung zeigt. -
Figur 1 zeigt ein Cartridge- Ventil 1. Das Cartridge- Ventil 1 besteht aus einem Hydraulikteil 3 und einem Magnetteil 5. Der Hydraulikteil 3 hat einen Kolben 13 und eine Hülse 15. Der Kolben 13 läuft innerhalb der Hülse 15. Der Kolben 13 ist durch die Feder 9, die sich gegenüber dem Stützteller 11, beziehungsweise Federteller, abstützt, vorgespannt. Die Hülse 15 ist mit Öffnungen, die im dargestellten Fall rotationssymmetrische Bohrungen sind, versehen, die den ersten Arbeitsanschluss A, den zweiten Arbeitsanschluss B und den Druckanschluss P darstellen: Die Pfeile deuten die reguläre Ölrichtung an. Auf der Stirnseite des Hydraulikteils 3 ist eine Öffnung für den T-Anschluss 17, dem Tankanschluss T, vorgesehen. Der T-Anschluss liegt rechtwinklig zu den übrigen drei Anschlüssen A, B und P des Ventils 1. Die Öffnung für den T-Anschluss 17 liegt mittig innerhalb des Stütztellers 11. Die Feder 9 umringt die Öffnung für den T-Anschluss 17. Der Kolben 13 ist ein Hohlkolben. Der Kolben 13 ist mit ersten Durchlassöffnungen 19 und zweiten Durchlassöffnungen 21 versehen, die an den diametral entfernten Enden des Kolbens die Verbindung zum Hohlraum des Kolbens herstellen. In und um das Ventil sind eine Reihe von Dichtungen aufgebracht, die das Hydraulikmedium im Betrieb von der Umwelt und den nicht mit Hydraulikmedium versorgten Teilen fernhalten sollen. Die Hydraulikraumdichtung 23 ist eine umlaufende O-Ringdichtung, die an der Öffnung an der für den T-Anschluss 17 abgewandten Seite um die Hülse 15 herum laufen. Sie dichtet den Hydraulikbereich des Cartridge- Ventils 1 gegenüber der Umwelt ab. Die Dichtung 25 dichtet als Magnetteildichtung den Magnetteil 5 von dem Hydraulikteil 3 ab. Der Stößel 41, der an dem Kolben 13 anliegt, ist ein mit Hydrauliköl vorgespannter, im Hydrauliköl liegender, Stößel. Die Poldichtung 63 und die Spulendichtung 65 sorgen dafür, dass das im Magnetteil 5 befindliche Hydraulikmedium nicht nach außen, außerhalb des Gehäuses 27, austreten kann. Das Gehäuse 27 geht an seiner dem Hydraulikteil nahen Seite in einen Flansch 29 über, der mit Befestigungsöffnungen, den Befestigungsbohrungen 31, versehen ist. Der auf den Hydraulikteil 3 folgende Polkern 39 ist durch Sicken 33 mit dem Gehäuse 27 verbunden. Die Sicken 33 sind in dem Bereich der Poldichtung 63. Innerhalb des Gehäuses 27 sind eine Spule 35, der Anker 37, der Polkem 39 und ein Stößel 41 angeordnet. Der Anker 37 liegt in einem Dichttopf 49 und schlägt gegen eine Mitnehmernase 51. Der Anker kann zwischen zwei Ankerräumen, einem ersten Ankerraum 43 und einem zweiten Ankerraum 61, hin- und herbewegt werden. Die Ankerräume stehen in fluidischer Verbindung mit dem Hydraulikteil 3 des Cartridge- Ventils 1, wenn der Kolben 13 außerhalb seiner Endanschlagsposition ist. Der Stößel 41 läuft in einem Stößelölbett 59, das den Stößel umspült und vom Pol 67 trennt. Das Stößelölbett mündet in den ersten Ankerraum 43. Über Stößelquerbohrungen 53, die die Funktion einer Dämpfungsbohrung haben können, kann das Hydraulikmedium über einen Stößelölkanal 55 in den Stößelraum 57 gelangen. Der Stößelraum 57 ist gegenüber dem zweiten Ankerraum 61 offen. Der Anker 37 wandert zwischen seinen Endpositionen der beiden sich verändernden Ankerräume 43 und 61. Durch das Wandern des Ankers werden die Ankerräume vergrößert und verkleinert. Die minimale Ankerraumgröße des zweiten Ankerraums 61 wird erreicht, wenn der Anker 37 an Anschlagsflächen 83 des Dichttopfs 49 zum Anschlag kommt, die tiefgezogen sind. An der der Öffnung für den T-Anschluss 17 entgegengesetzten Seite ist ein elektrischer Stecker 47 angeordnet. Die Spule 35, die das elektromagnetische Feld für den Anker 37 erzeugt, liegt in einem Spulenträger 45. Zwischen Stecker 47 und Spulenträger 45 ist ein Ankerdeckel 69 mit einer Deckeldichtung 71 vorgesehen. Der Anker 37 wird von einem Polring 73 umschlossen. Ein Stößelölraum 77 steht über einem Buchsen-T-Ausgleichskanal 75 mit der Öffnung für den T-Anschluss 17 in Verbindung. Die Verbindung des Hydraulikteils 3 mit dem Magnetteil 5 des Cartridge- Ventils 1 wird über Befestigungseingriffe 81 verbunden. Die Befestigungseingriffe 81 greifen seitlich an der Hülse 15 an. Im drucklosen, in dem entlasteten, Zustand sperrt der Kolben 13 den hinteren aus Ankerräumen 43, 61, Stößelölbett 59, Stößelölkanal 55 und Stößelraum 57 bestehenden Hydraulikkanal im Magnetteil 5 von der Öffnung für den T-Anschluss 17. Die Feder 9 erfährt keine Gegenkraft und ist in ihrer ausgestreckten, maximal ausgedehnten und entspannten Position. Das gesamte Hydraulikmedium entweicht über die Öffnung für den T-Anschluss 17. Über entsprechende Stege in dem Kolben 13 und den Durchlassöffnungen 19 und 21 sind die Anschlüsse B und A in hydraulischer Verbindung mit der Öffnung für den T-Anschluss 17. Wenn die Spule 35 mit einem ersten, eindeutig festgelegten Strom bestromt wird, so bewegt sich der Kolben 13 in eine zweite Position, dem zweiten Zustand II, ausgehend vom ersten Zustand I. Die Stege an den Kolben 13 haben, wie inFigur 2 dargestellt, nun eine andere Überdeckung zur Hülse 15. Bei weiterem bestromen, der höher ist als der Strom für den Zustand II der Spule 35, gerät das Cartridge- Ventil 1 in den dritten Zustand III. Der dritte Zustand III ist inFigur 3 dargestellt. Er zeigt aufgrund der Überdeckung zwischen Kolben 13 und Hülse 15 eine Abkopplung des ersten Arbeitsanschluss A und des zweiten Arbeitsanschluss B sowohl von dem Tankanschluss T als auch von dem Druckanschluss P. Im vierten Zustand IV, der inFigur 4 abgebildet ist, sieht man aufgrund einer weiteren Bewegung gegen die Federkraft der Feder 9, und angetrieben durch den Stößel 41, eine hydraulische Verbindung zwischen dem Druckanschluss P und dem ersten Arbeitsanschluss A. Der zweite Arbeitsanschluss B steht in Verbindung mit dem Tankanschluss T über den T-Ableitkanal 79 und die zweite Durchlassöffnung 21. In dem vierten Zustand ist der Anker 37 in seinem Endanschlag, er wird nur durch die Mitnehmernase 51 von dem Pol 69 getrennt. - Mit als Dämpfungsbohrungen ausgeführten Stößelbohrungen wird das Verfahren in dem ersten Zustand verzögert. Hierdurch werden kurze Öldruck- oder Bestromungsunterbrechungen der Spule ausgeglichen. Das Nockenwellenverstellsystem wird, obwohl mit einem drucklosen Zustand gearbeitet wird, insgesamt stabiler als bekannte Nockenwellenverstellsysteme.
- Die Öffnungen, Bohrungen und Kanäle und das gesamte Ventil sind rotationssymmetrisch graphisch dargestellt worden. Es versteht sich von selbst, dass natürlich die rotationssymmetrische Form des Ventils keinen Einfluss auf die Verwirklichung der Erfindung hat.
- Der Kolben 13 hat drei Nuten, zwei Stege und zwei Enderhöhungen, die in den beiden äußeren Endbereichen des Stößels liegen. Die Hülse 15 weist nach innen liegende Stege auf, die zusammen mit der Hülse die Anschlüsse gegeneinander versperren können. Ein geeignetes Ventil kann zum Beispiel so ausgelegt werden, dass zwischen der Hülse 15 und dem Kolben 13 im Bereich des Anschlusses D zur Nut des T-Ableitkanals 79 eine Überdeckung von 0,2 bis 0,4 mm gegeben ist. Die Überdeckung zwischen dem P-Anschluss und dem Anschluss B kann zwischen 0,25 und 0,45 mm variieren. Die Überdeckung zwischen dem P-Anschluss und dem Anschluss A liegt jenseits von 1 mm, zum Beispiel bei 1,5 mm.
- Die in den Schnittzeichnungen der
Figuren 1 bis 4 dargestellten Ventile haben in einer Draufsicht eine zurFigur 5 ähnlichen Darstellung. Blickt man senkrecht auf das Ventil, so stechen der Stecker 47, der Flansch 29 und die Befestigungsbohrung 31 ins Auge. - Das beschriebene Cartridge- Ventil 1 wird direkt oder über Leitungen des Motorraums indirekt mit einem Nockenwellenversteller in hydraulische Verbindung gebracht, der in den
Figuren 6 ,7 und8 in einer geöffneten Darstellung abgebildet ist. Der abgebildete Nockenwellenversteller ist inFigur 6 in seiner Regelstellung, inFigur 7 in seine Frühstellung verdreht und inFigur 8 in seine Spätstellung verdreht. Der Nockenwellenversteller 100 bildet in seinem Inneren wenigstens zwei Hydraulikkammern 102, 104, die jeweils bei mehrfachem Vorhandensein zueinander abwechselnd auftreten. Das Gehäuse des Nockenwellenverstellers 100 zusammen mit dem Rotor, bestehend aus Rotorring 110 und Rotorflügel 112, bilden die Hydraulikkammern 102, 104. In einem der Flügel kann wahlweise eine Verriegelung 106 sitzen. Der Rotorring 110 umschließt eine Nockenwellenaufnahme 108, in der die nicht dargestellte Nockenwelle liegt. In den Abbildungen sind bestimmte Rotorflügelgeometrien der Rotorflügel 112 und Steggeometrien des Nockenwellenverstellers 100 gezeigt. Die Geometrien haben für die vorliegende Erfindung eine nachgeordnete Bedeutung. -
Figur 9 stellt ein erfindungsgemäßes System mit seinen Leitungen dar. Das Ventil 1 ist als hydraulisches Schaltsymbol dargestellt, in dem der Magnetteil 5 und die Feder 9 als eigene Teile dargestellt sind. Das Ventil zeigt die 4 Zustände I, II, III, IV. Die Arbeitsseite mit den Anschlüssen A und B ist über die Leitungen 210, 212 mit dem Nockenwellenversteller 100 verbunden, der als hydraulischer Zweikammernkolben vereinfacht dargestellt worden ist. Die beiden Kammern 102 und 104 des Nockenwellenverstellers 100 wirken gegenläufig. Das Rückschlagsventil 206, der Filter 204, der auch ein Abscheider sein kann, und die Pumpe 202 sind in einem Nockenwellenverstellsystem 200 optional. Es können auch weitere Bauteile und hydraulische Komponenten in einem System angeordnet sein. Das Hydraulikmedium wird über die Verbindungsleitung 214 zum Tank 224 zurückgeführt. Die Pumpe 202 greift über die Verbindungsleitung 222 auf den Tank zu und fördert das Hydraulikmedium über die Verbindungsleitung 220 zu dem Filter 204. Der Filter 204 ist mittels Verbindungsleitung 218 mit einem Rückschlagventil 206 verschaltet, bevor es über die Verbindungsleitung 216 auf das Hydraulikventil 1 geht. - Die Durchflussmengen sind in
Figur 10 zu ihren jeweiligen Zuständen dargestellt. InFigur 10 ist die Durchflussmenge gegenüber dem Strom der Spule aufgetragen. In den Zuständen II und IV liegt eine entsprechende Durchflussmenge vor. In den Zuständen 1 und 3 ist der Durchfluss am Anschluss A entweder unterbrochen oder rückläufig. - Die in
Figur 10 idealisierte Kennlinie wird in der Realität zum Beispiel so aussehen, wie inFigur 11 dargestellt. Die Bestromungsbereiche sind alle gleich weit. Mittels dem Diagramm kann ein Steuergerät so programmiert werden, dass ein bestimmtes pulsweiten modelliertes Signal oder ein bestimmter Strom aus dem Motorsteuergerät abgegeben wird, um einen der gewählten Zustände I, II, III, IV anzufahren. - In
Figur 13 wird ein bisher hausintern eingesetztes System abgebildet, das durch den Austausch des Ventils gemäß der Erfindung verbessert werden kann. InFigur 12 ist die zuFigur 13 dazugehörende Durchfluss-Strom-Kennlinie zu sehen. - Zusammenfassend kann also festgehalten werden, dass nach einem Aspekt der Erfindung bekannte Nockenwellenverstellsysteme dadurch weitergebildet werden, dass ein druckloser Zustand als wählbarer und anfahrbarer Zustand gewählt worden ist. Ein weiterer Aspekt der Erfindung liegt darin, dass ein geeignetes Ventil entworfen worden ist, das den drucklosen Zustand des Nockenwellenverstellsystems gewissenhaft ermöglicht. Beide Aspekte zusammengefasst führen zu einem erfindungsgemäßen Nockenwellenverstellsystem. Bestehende Nockenwellenverstellsysteme können durch einen Austausch des Ventils und einer Anweisung zur Umprogrammierung des Steuergerätes der Verbrennungskraftmaschine in ein erfindungsgemäßes System verändert werden.
Tabelle 1 Bezugszeichen Bezeichnung 1 Cartridgeventil 3 Hydraulikteil 5 Magnetteil 9 Feder 11 Stützteller 13 Kolben 15 Hülse 17 Öffnung für T-Anschluss 19 erste Durchlassöffnung 21 zweite Durchlassöffnung 23 Hydraulikraumdichtung 25 Magnetteildichtung 27 Gehäuse 29 Flansch 31 Bohrung (für Befestigung) 33 Sicke für Gehausebefestigung 35 Spule 37 Anker 39 Polkem 41 Stössel 43 Ankerraum 45 Spulenträger 47 Stecker 49 Dichttopf 51 Mitnehmernase 53 Stösselquerbohrung in der Funktion einer Dämpfungsbohrung 55 Stösselölkanal 57 Stösselraum 59 Stösselölbett 61 zweiter Ankerraum 63 Poldichtung 65 Spulendichtung 67 Pol 69 Ankerdeckel 71 Deckeldichtung 73 Polring 75 Buchsen-T-Ausgleichskanal 77 Stösselölraum 79 T-Ableitkanal 81 Befestigungseingriffe 83 Anschlagsfläche 100 Nockenwellenversteller 102 erste Hydraulikkammer 104 zweite Hydraulikkammer 106 Verriegelung 108 Nockenwellenaufnahme 110 Rotorring 112 Rotorflügel 200 Nockenwellenverstellsystem 202 Druckbeaufschlagung, z. B. Pumpe 204 Filter/Abscheider 206 Rückschlagsventil 210 Verbindungsleitung (zwischen Ventil und Nockenwellenversteller) 212 Verbindungsleitung (zwischen Ventil und Nockenwellenversteller) 214 Verbindungsleitung (zwischen Ventil und Tank) 216 Verbindungsleitung (zwischen Rückschlagsventil und Ventil) 218 Verbindungsleitung (zwischen Rückschlagsventil und Filter) 220 Verbindungsleitung (zwischen Filter und Pumpe) 222 Verbindungsleitung (zwischen Pumpe und Tank) 224 Tank I erster Zustand II zweiter Zustand III dritter Zustand IV vierter Zustand A Arbeitsanschluss 1 B Arbeitsanschluss 2 T Tankanschluss P Druckanschluss
Claims (8)
- Nockenwellenverstellsystem (200), einen Nockenwellenversteller (100) mit zwei gegenläufigen Hydrautikkammern (102, 104), insbesondere Schwenkmotomockenwellenversteller, und ein Steuerventil (1) mit einem Anschluss (A) für die erste Hydraulikkammer (102), mit einem Anschluss (B) für die zweite Hydraulikkammer (104), mit einem Tankanschluss (T) und mit einem Anschluss (P) für die Druckbeaufschlagung umfassend,
wobei mittels das Steuerventil (1) in einem ersten Zustand (I) des Nockenwellenverstellsystems (200), einem drucklosen Zustand, durch gleichzeitiges, hydraulisches Verschalten der beiden Anschlüsse (A, B) für die Hydraulikkammern (102,104) des Nockenwellenverstellers (100) gegenüber dem Tankanschluss (T) heide Anschlüsse (A, B) hydraulisch mit dem Tankanschluss (T) verbunden sind, und wobei das Nockenwellenverstellsystem (200) in dem ersten drucklosen Zustand (I), der beim Starten einer Verbrennungskraftmaschine einstellbar ist, entlastet ist und,
wenn der Nockenwellenversteller (100) drucklos geschaltet wird, eine Nockenwelle, abgestützt auf ihren Lagerpunkten, einen Rotor des Nockenwellenverstellers (100) zusammen mit der Nockenwelle in eine Verharrungslage treibt, und wobei
in dem Nockenwellenversteller (100) ein Verriegelungsmechanismus vorgesehen ist, um eine eindeutige Verharrungslage zu erreichen,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Steuerventil (1) ein 4/4-Ventil ist. - Nockenwallenverstelbystem (200) nach Anspruch 1,
weiterhin dadurch gekennzeichnet, dass
der erste Zustand (I) der Betriebsendzeitzustand des Nockenwellenverstellsystems (200) ist. - Nockenwellenverstellsystem (200) nach Anspruch 1 oder 2,
weiterhin dadurch gekennzeichnet, dass
ein weiterer Zustand der Zustände (I, II, III, IV) des 4/4-Ventils (1) ein zweiter Zustand (II), die Spätverstellung, ist, in dem der Anschluss (A) für die erste Hydraulikkammer (102) mit dem Tankanschluss (T) verbunden ist, während der Anschluss (B) für die zweite Hydraulikkammer (104) mit dem Anschluss (P) für die Druckheaufschlagung (202) verbunden ist, ein weiterer Zustand der Zustände (I, II, III, IV) des 4/4-Ventils (1) ein dritter Zustand (III), die Haltestellung, ist, in dem die Hydraulikkammeranschlüsse (A, B) von dem Tankanschluss (T) und dem Anschluss (P) für die Druckbeaufschlagung (202) gleichzeitig abgekoppelt ist, ein weiterer Zustand der Zustände (I, II, III, IV) des 4/4-Ventils (1) ein vierter Zustand (IV), die Frühverstellung, ist, in dem der Anschluss (A) für die erste Hydraulikkammer (102) mit dem Anschluss (P) für die Druckbeaufschlagung (202) verbunden ist, während der Anschluss (B) für die zweite Hydraulikkammer (104) mit dem Tankanschluss (T) verbunden ist. - Nockenwellenverstellsystem (200) nach Anspruch 3,
weiterhin dadurch gekennzeichnet, dass
die Zustände (I, II, III, IV) durch ein lineares Verfahren eines Hydraulikkolbens (13) angefahren werden können, deren Abfolge der Zustände (I, II, III, IV) der Ordnungsnummer der Zustände folgt, wobei jeweils in den nächst höheren oder niedrigeren Ordnungsnummerzustand gefahren werden kann. - Nockenwellenverstellsystem (200) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
weiterhin dadurch gekennzeichnet, dass
das 4/4-Ventil (1) ein in einer Buchse (15) liegendes einseitig federvorgespanntes (9) Cartridgeventil (1) mit hydraulischem Hohlkolben (13) zur Tankentlastung ist, deren Zustände (I, II, III, IV) durch eine Überdeckung (Ü1, Ü2, Ü3) zwischen Hohlkolben (13) und Buchse (15) bestimmtwerden. - Nockenwellenverstellsystem (200) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
weiterhin dadurch gekennzeichnet, dass
der Verriegelungsmechanismus (106) im drucklosen Zustand (I) der Hydraulikammern (102,104) einriegelt und bei Überschreitung einer Druckdifferenz zwischen den Hydraulikkammern (102, 104) entriegelt. - Verbrennungskraftmaschine mit Motorsteuergerät und einem Nockenwellenverstellsystem (200) nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Ausschaltzustand des Nockenwellenverstellsystems (200) durch eine Leerlaufspannung, einen Leerlautstrom oder ein Leerlaufpulsweitensignal bestimmt wird, das unterhalb eines Schwellwertes liegt. - Verfahren eines Betriebs einer Verbrennungskraftmaschine, insbesondere im Kraftfahrzeug, mit einem elektronischen Motorsteuergerät und einem Nockenwellenverstellsystem nach den Ansprüchen 1 bis 7,
bei dem der erste Zustand (I) beim Start der Verbrennungskraftmaschine in Zusammenspiel zwischen Steuergerät und Nockenwellenverstellsystem, insbesondere unabhängig von dem Abschaltvorgang der Verbrennungskraftmaschine, eingenommen wird.
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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