WO2015090294A1

WO2015090294A1 - Nockenwellenverstelleinrichtung

Info

Publication number: WO2015090294A1
Application number: PCT/DE2014/200581
Authority: WO
Inventors: Michael Busse
Original assignee: Schaeffler Technologies AG & Co. KG
Priority date: 2013-12-18
Filing date: 2014-10-22
Publication date: 2015-06-25
Also published as: DE102013226437B4; DE102013226437A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Nockenwellenverstelleinrichtung mit - einem Flügelzellenversteller mit - einem mit einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine verbindbaren Stator (16) und - einem in dem Stator (16) drehbar gelagerten, mit einer Nockenwelle verbindbaren Rotor (17), wobei - an dem Stator (16) mehrere Stege vorgesehen sind, welche einen Ringraum zwischen dem Stator (16) und dem Rotor (17) in eine Mehrzahl von Druckräumen (29, 30, 31) unterteilen, wobei - der Rotor (17) eine Rotornabe (36) und eine Mehrzahl von sich von der Rotornabe (36) radial nach außen erstreckenden Flügeln (11, 12, 13) aufweist, welche die Druckräume (29, 30, 31) in zwei Gruppen von jeweils mit einem in einem Druckmittelkreislauf zu-oder abströmenden Druckmittel beaufschlagbare Arbeitskammern (24, 25, 26, 27, 28, 32) mit einer unterschiedlichen Wirkrichtung unterteilen, und - einer Mittenverriegelungseinrichtung (33) zur Verrieglung des Rotors (17) in einer Mittenverriegelungsposition gegenüber dem Stator (16), mit einer Verriegelungskulisse (22) und wenigstens einem in der Verriegelungskulisse (22) verriegelbaren Verriegelungsstift (18, 19), wobei - wenigstens ein strömungstechnisch mit der Verriegelungskulisse (22) und einem Druckmittelreservoir (T) des Druckmittelkreislaufs verbundenes Ventil (39) vorgesehen ist, welches eine Strömungsverbindung zwischen der Verriegelungskulisse (22) und dem Druckmittelreservoir (T) in Abhängigkeit von der Drehzahl der Brennkraftmaschine öffnet oder verschließt.

Description

Nockenwellenverstelleinrichtung

Die Erfindung betrifft eine Nockenwellenverstelleinrichtung mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1 .

Nockenwellenverstelleinrichtungen werden im Allgemeinen in Ventiltrieben von Brennkraftmaschinen verwendet, um die Ventilöffnungs- und Schließzeiten zu verändern, wodurch die Verbrauchswerte der Brennkraftmaschine und das Betriebsverhalten im Allgemeinen verbessert werden können.

Eine in der Praxis bewährte Ausführungsform der Nockenwellenverstelleinrich- tung weist einen Flugelzellenversteller mit einem Stator und einem Rotor auf, welche einen Ringraum begrenzen, der durch Vorsprünge und Flügel in mehrere Arbeitskammern unterteilt ist. Die Arbeitskammern sind wahlweise mit einem Druckmittel beaufschlagbar, welches in einem Druckmittelkreislauf über eine Druckmittelpumpe aus einem Druckmittel reservoir in die Arbeitskammern an einer Seite der Flügel des Rotors zugeführt und aus den Arbeitskammern an der jeweils anderen Seite der Flügel wieder in das Druckmittelreservoir zurückgeführt wird. Die Arbeitskammern, deren Volumen dabei vergrößert wird, wei- sen eine Wirkrichtung auf, welche der Wirkrichtung der Arbeitskammern, deren Volumen verkleinert wird, entgegengesetzt ist. Die Wirkrichtung bedeutet demnach, dass eine Druckmittelbeaufschlagung der jeweiligen Gruppe von Arbeitskammern eine Verdrehung des Rotors entweder im oder gegen den Uhrzeigersinn relativ zu dem Stator bewirkt. Die Steuerung des Druckmittelflusses und damit der Verstell beweg ung der Nockenwellenverstelleinrichtung erfolgt z.B. mittels eines Zentralventils mit einer komplexen Struktur von Durchflussöffnungen und Steuerkanten und einem in dem Zentralventil verschiebbaren Ventilkörper, welcher die Durchflussöffnungen in Abhängigkeit von seiner Stellung verschließt oder freigibt.

Ein Problem bei einer solchen Nockenwellenverstelleinrichtung ist es, dass sie in einer Startphase noch nicht vollständig mit Druckmittel gefüllt ist oder sogar leer gelaufen sein kann, so dass der Rotor aufgrund der von der Nockenwelle ausgeübten Wechselmomente unkontrollierte Bewegungen relativ zu dem Stator ausführen kann, welche zu einem erhöhten Verschleiß und zu einer unerwünschten Geräuschentwicklung führen können. Zur Vermeidung dieses Problems ist es bekannt, zwischen dem Rotor und dem Stator eine Verriegelungs- einrichtung vorzusehen, welche den Rotor beim Abstellen der Brennkraftmaschine in einer für den Start günstigen Drehwinkelposition gegenüber dem Stator verriegelt. In Ausnahmefällen, wie z.B. beim Abwürgen der Brennkraftmaschine, ist es aber möglich, dass die Verriegelungseinrichtung den Rotor nicht bestimmungsgemäß verriegelt, und der Nockenwellenversteller in der sich an- schließenden Startphase mit unverriegeltem Rotor betrieben werden muss. Da manche Brennkraftmaschinen jedoch ein sehr schlechtes Startverhalten haben, wenn der Rotor nicht in der Mittenposition verriegelt ist, muss der Rotor dann in der Startphase selbsttätig in die Mittenverriegelungsposition verdreht und verriegelt werden.

Eine solche selbsttätige Verdrehung und Verriegelung des Rotors gegenüber dem Stator ist z.B. aus der DE 10 2008 01 1 915 A1 bekannt. Die dort beschriebene Verriegelungseinrichtung umfasst eine Mehrzahl von federbelasteten Verriegelungsstiften, welche bei einer Verdrehung des Rotors sukzessiv in an dem Dichtdeckel oder dem Stator vorgesehene Verriegelungskulissen verriegeln und dabei vor dem Erreichen der Mittenverriegelungsposition jeweils eine Verdrehung des Rotors in Richtung der Mittenverriegelungsposition zulassen, aber eine Verdrehung des Rotors in die entgegengesetzte Richtung blockieren. Nach dem Warmlaufen der Brennkraftmaschine und/oder dem vollständigen Befüllen des Nockenwellenverstellers mit Druckmittel werden die Verriegelungsstifte druckmittelbetätigt aus den Verriegelungskulissen verdrängt, so dass der Rotor anschließend bestimmungsgemäß zur Verstellung der Drehwinkellage der Nockenwelle gegenüber dem Stator verdreht werden kann. Zur Verriegelung des Rotors gegenüber dem Stator muss das Druckmittel zuerst aus der Verriegelungskulisse in das Druckmittelreservoir abfließen, damit die Verriegelungsstifte darin eingreifen können. Ferner bleibt nach dem Abstellen der Brennkraftmaschine, d.h.„Zündung aus", nur eine Zeitspanne von 0,4 bis 0,6 s bis zum endgültigen Motorstillstand. Die Verriegelung des Rotors muss damit in einer möglichst kurzen Zeitspanne vollzogen sein, was insbesondere bei einer eingeschränkten Fließfähigkeit des Druckmittels, wie z.B. bei tiefen Temperaturen und einer sehr niedrigen Viskosität, problematisch sein kann. Ferner wird der Druckmittelstrom mittels eines Ventils mit einem begrenzten Magnethub gesteuert, welches zum Durchfluss nur einen relativ kleinen Spalt freigibt, welcher bei höheren Temperaturen für den Durchfluss des Druckmittels ausreichend ist. Bei einer bereits eingeschränkten Fließfähigkeit des Druckmittels kann der Druckmittelstrom durch den in dem Spalt erzeugten Widerstand aber weiter soweit gesenkt werden, dass das Druckmittel nicht schnell genug aus der Verriegelungskulisse entweichen kann.

Sofern die Verriegelungseinrichtung den Rotor während des Abstellvorganges der Brennkraftmaschine nicht gegenüber dem Stator verriegelt, muss die Brennkraftmaschine während eines nachfolgenden Startvorgangs mit einem unverriegelten Rotor gestartet werden.

Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Nockenwellenverstelleinrichtung zu schaffen, bei der der Rotor auch bei ungünstigen Fließverhältnissen oder einem ungünstigen Fließverhalten des Druckmittels während des Abstellvorgangs der Brennkraftmaschine sicher gegenüber dem Stator verriegelt.

Gemäß dem Grundgedanken der Erfindung wird vorgeschlagen, dass wenigs- tens ein strömungstechnisch mit der Verriegelungskulisse und einem Druckmittelreservoir des Druckmittelkreislaufs verbundenes Ventil vorgesehen ist, welches eine Strömungsverbindung zwischen der Verriegelungskulisse und dem Druckmittelreservoir in Abhängigkeit von der Drehzahl der Brennkraftmaschine öffnet oder verschließt. Durch das Ventil, welches die Strömungsverbindung öffnet, wird ein zusätzlicher Strömungsquerschnitt freigegeben und ein zusätzlicher Abfluss des Druckmittels aus der Verriegelungskulisse ermöglicht, so dass der Widerstand in der Strömungsverbindung zu dem Druckmittelreservoir gesenkt wird, und das Druckmittel in der Folge auch bei einer sehr geringen Viskosität bzw. unter ungünstigen Fließbedingungen in der zur Verfügung stehenden kurzen Zeitspanne abfließen kann.

Ferner wird vorgeschlagen, dass das Ventil in dem Rotor oder dem Stator an- geordnet ist und durch die während der Drehbewegung des Rotors oder des Stator wirkende Fliehkraft betätigbar ist. Die Fliehkraftbetätigung ist insofern von Vorteil, da die Fliehkraft eine unmittelbar von der Drehzahl der Brennkraftmaschine, welche wiederum unmittelbar mit der Drehzahl des Stators bzw. abgesehen von der Verstell beweg ung auch unmittelbar mit der Drehzahl des Ro- tors zusammenhängt, abhängige Größe ist, so dass dadurch eine selbsttätige drehzahlabhängige Steuerung des Ventils möglich ist.

Eine solche Fliehkraftbetätigung des Ventils kann konstruktiv besonders einfach dadurch realisiert werden, indem das Ventil einen verschieblich geführten, entgegen der wirkenden Fliehkraft federbelasteten Ventilkörper umfasst, welcher durch die wirkende Fliehkraft entgegen der Federkraft verschiebbar ist und in Abhängigkeit von seiner Stellung eine Strömungsverbindung zwischen der Verriegelungskulisse und dem Druckmittelreservoir verschließt oder freigibt.

Weiter wird vorgeschlagen, dass die Strömungsverbindung zwischen dem Druckmittelreservoir und der Verriegelungseinrichtung durch eine wenigstens abschnittsweise radial verlaufende Druckmittelleitung in dem Rotor oder dem Stator verwirklicht ist. Durch den vorgeschlagenen Verlauf der Druckmittellei- tung wird das Abströmen des Druckmittels durch die wirkende Fliehkraft unterstützt, das Druckmittel wird praktisch radial nach außen abgeschleudert und dadurch aus der Verriegelungskulisse abgesaugt. Der radial verlaufende Abschnitt der Druckmittelleitung ist dazu bevorzugt radial außen zu der Verriegelungskulisse angeordnet.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird vorgeschlagen, dass das Ventil in einem drehfest mit der Verriegelungskulisse verbundenen Bauteil angeordnet ist. Dadurch ist das Ventil in einer festen räumli- chen Zuordnung zu der Verriegelungskulisse angeordnet und kann sehr einfach durch eine Druckmittelleitung an die Verriegelungskulisse angeschlossen werden, ohne dass die Strömungsverbindung über zwei zueinander bewegte Teile verwirklicht werden muss.

Ferner wird vorgeschlagen, dass die Verriegelungskulisse über eine erste Druckmittelleitung mit Druckmittel beaufschlagbar ist, und das Ventil einer zweiten die Verriegelungskulisse mit dem Druckmittelreservoir verbindenden Druckmittelleitung zugeordnet ist. Durch die vorgeschlagene Lösung ist der zusätzlich geschaffene, durch das Ventil freigebbare Strömungsquerschnitt von der Druckmittelleitung, in der das Druckmittel zugeführt wird, entkoppelt. Sollte das Ventil aus irgendwelchen Gründen funktionsunfähig sein, würde die No- ckenwellenverstelleinrichtung wie eine herkömmliche Nockenwellenverstellein- richtung funktionsfähig sein, da das Druckmittel, wie im Stand der Technik be- kannt, immer noch über die Druckmittelleitung abströmen kann, über die das Druckmittel auch zugeführt wird.

Ferner wird vorgeschlagen, dass die Verriegelungskulisse und das Ventil in dem Stator oder in einem statorfesten Teil angeordnet sind. Es hat sich im Stand der Technik bewährt, die Verriegelungskulisse z.B. in einem statorfesten Verriegelungsdeckel anzuordnen, da die Druckbeaufschlagung der Verriegelungskulisse in diesem Fall einfacher verwirklicht werden kann. Außerdem um- fasst der Stator oder das statorfeste Teil den Rotor, so dass das Druckmittel über den durch das Ventil freigegebenen Strömungsquerschnitt einfacher nach außen in das Druckmittel reservoir abgeführt werden kann.

Weiter wird vorgeschlagen, dass das Ventil die Strömungsverbindung ab einer Grenzdrehzahl verschließt, welche einer vorgegebenen Leerlaufdrehzahl der Brennkraftmaschine minus 50 - 200 U/min entspricht. Durch die vorgeschlage- ne Lösung kann sichergestellt werden, dass das Druckmittel ausschließlich in der Abstellphase oder Startphase der Brennkraftmaschine über das Ventil aus der Verriegelungskulisse abströmen kann, so dass der Rotor im Umkehr- schluss während des Normalbetriebes mit einer Drehzahl, welche größer als die Leerlaufdrehzahl ist, nicht ungewollt verriegeln kann.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines bevorzugten Ausführungsbei- spiels näher erläutert. In den Figuren sind im Einzelnen zu erkennen:

Fig. 1 : eine erfindungsgemäße Nockenwellenverstelleinrichtung mit einem geöffneten Ventil in einer Strömungsverbindung zwischen einer Verriegelungskulisse und einem Druckmittelreservoir; und

Fig. 2: eine erfindungsgemäße Nockenwellenverstelleinrichtung mit einem geschlossenen Ventil in einer Strömungsverbindung zwischen einer Verriegelungskulisse und einem Druckmittel reservoir der Flugelzellenversteller.

In den Fig. 1 und Fig. 2 ist eine Nockenwellenverstelleinrichtung mit einem bekannten Grundaufbau mit einem schematisch dargestellten Flugelzellenversteller als Grundbauteil zu erkennen, welcher einen von einer nicht dargestellten Kurbelwelle antreibbaren Stator 16 und einen drehfest mit einer ebenfalls nicht dargestellten Nockenwelle verbindbaren Rotor 17 mit einer Rotornabe 36 und mehreren sich davon radial auswärts erstreckenden Flügeln 1 1 ,12 und 13 um- fasst. In der oberen Darstellung ist der Flugelzellenversteller in der Abwicklung zu erkennen, während links unten schematisch ein Ausschnitt der Rotornabe 36 des Rotors 17 mit einer Mittenverriegelungseinrichtung 33 und rechts unten schematisch ein Mehrwege-Schaltventil 21 zur Steuerung des Druckmittelstromes zu erkennen ist.

Ferner ist ein Druckmittelkreislauf mit einer Vielzahl von Druckmittelleitungen 1 ,2,3,4,5,6,7,8,23,37 und 38 zu erkennen, welche über das Mehrwege- Schaltventil 21 wahlweise strömungstechnisch mit einer Druckmittelpumpe P oder einem Druckmittel reservoir T verbindbar sind, wobei die Druckmittelpumpe P das Druckmittel nach dem Zurückführen in das Druckmittelreservoir T aus demselben wieder in den Druckmittelkreislauf zufördert. Der Stator 16 weist eine Mehrzahl von Statorstegen auf, welche einen Ring- raum zwischen dem Stator 16 und dem Rotor 17 in mehrere Druckräume 29,30 und 31 unterteilen. Die Druckräume 29,30 und 31 wiederum sind durch die Flügel 1 1 ,12 und 13 des Rotors 17 in Arbeitskammern 24,25,26,27,28 und 32 unterteilt, in welche die Druckmittelleitungen 1 ,3,4,6,7 und 8 münden. Die Mittenverriegelungseinrichtung 33 umfasst zwei Verriegelungsstifte 18 und 19, welche zur Verriegelung des Rotors 17 gegenüber dem Stator 16 in einer statorfesten Verriegelungskulisse 22 verriegeln. Die Verriegelungskulisse 22 kann z.B. in einem mit dem Stator 16 verschraubten Dichtdeckel angeordnet sein.

Grundsätzlich wird der Drehwinkel der Nockenwelle zu der Kurbelwelle im Normalbetrieb z.B. in Richtung„Früh" dadurch verstellt, indem die Arbeitskammern 24,32 und 27 mit Druckmittel beaufschlagt werden und dadurch ihr Volu- men vergrößern, während gleichzeitig das Druckmittel aus den Arbeitskammern 25,26 und 28 verdrängt und das Volumen verringert wird. Die Arbeitskammern 24,25,26,27,28 und 32, deren Volumen bei dieser Verstellbewegung jeweils gruppenweise vergrößert wird, werden im Sinne der Erfindung als Arbeitskammern 24,25,26,27,28 und 32 einer Wirkrichtung bezeichnet, während die Arbeitskammern 24,25,26,27,28 und 32, deren Volumen gleichzeitig verkleinert wird, als Arbeitskammern 24,25,26,27,28 und 32 der entgegengesetzten Wirkrichtung bezeichnet werden. Die Volumenänderung der Arbeitskammern 24,25,26,27,28 und 32 führt dann dazu, dass der Rotor 17 mit den Flügeln 1 1 ,12 und 13 gegenüber dem Stator 16 verdreht wird. In den oberen Dar- Stellungen wird das Volumen der Arbeitskammern 25,26 und 28 durch eine Druckmittelbeaufschlagung über den B-Port des Mehrwege-Schaltventils 21 vergrößert, während das Volumen der Arbeitskammern 24,32 und 27 gleichzeitig durch Zurückströmen des Druckmittels über den A-Port des Mehrwege- Schaltventils 21 verkleinert wird. Diese Volumenänderung führt dann zu einer Verdrehung des Rotors 17 gegenüber dem Stator 16, was in der abgewickelten Darstellung zu einer Verschiebung der Flügel 1 1 ,12 und 13 nach links führt. Damit die Verstellung des Rotors 17 gegenüber dem Stator 16 möglich ist, wird die Mittenverriegelungseinrichtung 33 zuerst gelöst, indem die Verriegelungs- kulisse 22 über die Druckmittelleitungen 2 und 23 von dem C-Port des Mehrwege-Schaltventils 21 über die Pumpe P mit Druckmittel beaufschlagt wird. Durch die Druckmittelbeaufschlagung der Verriegelungskulisse 22 werden die Verriegelungsstifte 18 und 19 aus der Verriegelungskulisse 22 herausgedrängt, so dass der Rotor 17 anschließend gegenüber dem Stator 16 frei drehen kann.

In den Flügeln 1 1 und 12 sind jeweils Druckmittelleitungen 34 und 35 mit einem darin angeordneten Rückschlagventil 9 und 10 vorgesehen, welche ein Überströmen des Druckmittels aus der Arbeitskammer 25 in die Arbeitskammer 24 und aus der Arbeitskammer 32 in die Arbeitskammer 26 ermöglichen. Der Durchfluss des Druckmittels durch die Druckmittelleitungen 34 und 35 kann ferner durch jeweils eine zweite schaltbare Ventileinrichtung, gebildet durch jeweils einen federbelasteten verschiebbaren Ventilkörper 14 und 15, blockiert oder ermöglicht werden. Dazu weisen die Ventilkörper 14 und 15 zwei Schalt- Stellungen auf, in denen der Durchfluss entweder freigegeben oder gesperrt ist. Die schaltbaren zweiten Ventileinrichtungen sind über jeweils eine Druckmittelleitung 2 und 5 mit Druckmittel beaufschlagbar und werden bei einer Druckmittelbeaufschlagung durch eine Verschiebung der Ventilkörper 14 und 15 gegen die wirkende Federkraft von einer ersten in eine zweite Schaltstellung über- führt. In der zweiten Schaltstellung ist der Durchfluss durch die Druckmittelleitungen 34 und 35 gesperrt, so dass die Arbeitskammern 24 und 25 bzw. 32 und 26 als voneinander getrennt anzusehen sind, und die Nockenwellenvers- telleinrichtung ohne ein Überströmen des Druckmittels zwischen den Arbeitskammern 24,25,32 und 26 mit einer entsprechend hohen Verstellgenauigkeit betrieben werden kann.

Die Mittenverriegelungseinrichtung 33 umfasst ferner eine dritte Ventileinrichtung, gebildet durch zwei Verriegelungsstifte 18 und 19 in der Rotornabe 36. Die Verriegelungsstifte 18 und 19 sind als federbelastete Ventilkörper mit ent- sprechenden Nuten oder Bohrungen ausgebildet, welche durch eine Druckbeaufschlagung der Verriegelungskulisse 22 über die Druckmittelleitung 23 entgegen der wirkenden Federkraft aus einer ersten in eine zweite Schaltstellung verschiebbar sind. Dabei befinden sich die Verriegelungsstifte 18 und 19 in der ersten Schaltstellung, wenn sie in die Verriegelungskulisse 22 eingreifen und die Federn entspannt sind.

Die Bohrungen oder Nuten in den Verriegelungsstiften 18 und 19 sind so an- geordnet, dass eine Durchströmung des Druckmittels in der ersten Schaltstellung des Verriegelungsstiftes 18 bei entlasteter Feder zwischen der Druckmittelleitung 1 und der Druckmittelleitung 39 und der Druckmittelleitung 40 und 6 gesperrt ist. Eine dieser in den Fig. 1 oder Fig. 2 gezeigten Stellungen liegt vor, wenn der Rotor 17 beim Anlassen der Brennkraftmaschine nicht in der Mitten- Verriegelungsposition verriegelt ist und entweder in Richtung der Anschlagstellung„Spät" oder in Richtung der Anschlagstellung„Früh" gegenüber dem Stator 16 verdreht ist.

In beiden Stellungen des Rotors 16 greift einer der Verriegelungsstifte 18 oder 19 nicht in die Verriegelungskulisse 22 ein und ist dadurch gegen die Federkraft in die zweite Schaltstellung verschoben. Die Bohrungen oder Nuten in den Verriegelungsstiften 18 und 19 sind so angeordnet, dass die Verriegelungsstifte 18 und 19 in der zweiten Schaltstellung einen Durchfluss des Druckmittels zwischen den Druckmittelleitungen 6 und 38 bzw. 1 und 37 ermöglichen, wäh- rend der Durchfluss durch den jeweils in die Verriegelungskulisse 22 eingreifenden, in der ersten Schaltstellung befindlichen Verriegelungsstift 18 oder 19 gesperrt ist.

Die Druckmittelleitungen 6 und 38 bzw. 1 und 37 sind strömungstechnisch an die Arbeitskammern 25 und 26 bzw. 24 und 32 angeschlossen, welche dadurch durch die in der zweiten Schaltstellung befindlichen Verriegelungsstifte 18 und 19 kurzgeschlossen sind. Dabei münden die Druckmittelleitungen 3 und 8 in eine teilring- oder ringförmige gemeinsame Druckmittelleitung 38 an der Rotornabe 36, welche wiederum über den B-Port des Mehrwege-Schaltventils 21 strömungstechnisch mit der Druckmittelpumpe„P" oder dem Druckmittelreservoir„T" verbindbar ist. Durch die teilring- oder ringförmige Druckmittelleitung 38 können die Arbeitskammern 25 und 28 einer Wirkrichtung gemeinsam mit Druckmittel beaufschlagt oder an das Druckmittelreservoir„T" angeschlossen werden. Selbige Funktion hat die Druckmittelleitung 37, über welche die Ar- beitskammern 32 und 27 über den A-Port des Mehrwege-Schaltventils 21 mit Druckmittel beaufschlagbar oder an das Druckmittelreservoir„T" anschließbar sind. Die Verriegelungsstifte 18 und 19 trennen jeweils die Druckmittelleitungen 1 und 37 bzw. 6 und 38 in der Verriegelungsstellung, in welcher sie in die Verriegelungskulisse 22 eingreifen, so dass sich der Rotor 17 bei wirkenden No- ckenwellenwechselmomenten hydraulisch über die Arbeitskammer 24 oder die Arbeitskammer 26 in Richtung der Verstellrichtung„Früh" oder„Spät" abstützen kann.

Ferner befindet sich in den Flügeln 13, in denen kein Rückschlagventil 9 oder 10 vorgesehen ist, jeweils eine erste schaltbare Ventileinrichtung, gebildet durch einen federbelasteten verschiebbaren Ventilstift 20. Der Ventilstift 20 weist eine Druckmittelleitung 41 , z.B. in Form einer umlaufenden Nut, auf, durch welche die Arbeitskammern 27 und 28 der unterschiedlichen Wirkrichtungen an den Seitenflächen des Flügels 13 in einer ersten Schaltstellung der dritten Ventileinrichtung kurzgeschlossen werden können.

Für den Fall, dass die Nockenwellenverstelleinrichtung beim Anlassen der Brennkraftmaschine nicht in der Mittenverriegelungsposition verriegelt ist, und stattdessen in Richtung der Anschlagstellung„Spät" (S) gegenüber dem Stator 16 verdreht ist, wird der Rotor 17 aus dieser verdrehten Stellung selbsttätig aus Richtung der Anschlagstellung„Spät" (S) in Richtung der Mittenverriegelungsposition verdreht, indem die auf die Nockenwelle wirkenden Wechselmomente (CTA Camshaft Torque Actuated) dazu genutzt werden, dass das Druckmittel aus der Arbeitskammer 25 durch die Druckmittelleitung 35 über das Rückschlagventil 9 in die Arbeitskammer 24 einströmen kann. Da die anderen Arbeitskammern 27 und 28, welche durch die Flügel 13 mit jeweils einem Ventilstift 20 voneinander getrennt sind, in dieser Stellung des Ventilstiftes 20 über die Druckmittelleitung 41 kurzgeschlossen sind, kann das Druckmittel zwischen diesen Arbeitskammern 27 und 28 überströmen. Da das Druckmittel ferner aufgrund der verriegelten Stellung des Verriegelungsstiftes 18 nicht aus der Arbeitskammer 24 abfließen kann und auch nicht über das Rückschlagventil 9 in die Arbeitskannnner 25 zurückfließen kann, kann der Rotor 17 gleichzeitig nicht in Richtung der Anschlagstellung ,,Spät"(S) zurückdrehen. Ferner ist die Arbeitskannnner 25, aus der das Druckmittel über das Rückschlagventil 9 abströmt, über die Druckmittelleitung 3 und dem in der entriegelten Stellung an- geordneten Verriegelungsstift 19 mit der Arbeitskammer 26 derselben Wirkrichtung, welche ebenfalls durch einen Flügel 12 mit einem Rückschlagventil 10 von einer Arbeitskammer 32 der entgegengesetzten Wirkrichtung getrennt ist, strömungstechnisch verbunden, so dass das Druckmittel aus dieser Arbeitskammer 26 in die Arbeitskammer 25 und schließlich über das Rückschlagventil 9 in die Arbeitskammer 24 bzw. aus der Arbeitskammer 25 über die Druckmittelleitungen 3,38 und 8 in die Arbeitskammer 28 und von dort aus über die Druckmittelleitung 41 in die Arbeitskammer 27 abströmen kann.

Der Rotor 17 stützt sich durch die vorgeschlagene Schaltung praktisch an dem in der Arbeitskammer 24 befindlichen Druckmittel ab, wobei das Volumen der Arbeitskammer 24 durch das über das Rückschlagventil 9 pulsierend zuströmende Druckmittel vergrößert wird, und der Rotor 17 dadurch gegenüber dem Stator 16 verdreht wird. Das Rückschlagventil 9 bildet damit zusammen mit den entsprechend gesperrten oder freigegebenen Druckmittelleitungen 1 ,3,4,6,7 und 8 einen Freilauf, durch den der Rotor 17 unter Ausnutzung der auf die Nockenwelle einwirkenden Wechselmomente einseitig in Richtung der Mittenverriegelungsposition gegenüber dem Stator 16 verdreht wird, bis der Verriegelungsstift 19 in die Verriegelungskulisse 22 eingreift bzw. bis der Verriegelungsstift 18 seitlich an einem Anschlag der Verriegelungskulisse 22 zu Anlage gelangt. Durch das Eingreifen des Verriegelungsstiftes 19 in die Verriegelungskontur 22 gelangt dieser automatisch aufgrund der wirkenden Federkraft in die erste Schaltstellung, in der die vorher freigegebene Strömungsverbindung zwischen den Druckmittelleitungen 38 und 6 gesperrt wird, und der darüber geschaffene Kurzschluss aufgehoben ist. Dadurch wird eine weitere Dreh- bewegung des Rotors 17 gegenüber dem Stator 16 verhindert, und der Rotor 17 ist in der Mittenverriegelungsposition verriegelt. Für die Funktionsfähigkeit des Freilaufs ist es dabei von besonderer Bedeutung, dass die Arbeitskammer 25 und 26 der Druckräume 29 und 30 mit dem sich während der selbsttätigen Verstellbewegung verkleinernden Volumen über die Nut oder die Bohrung in dem Verriegelungsstift 19 strömungstechnisch verbunden sind, damit das Druckmittel aus der Arbeitskammer 26 abströmen kann und die Verstellbewegung nicht behindert.

Ferner ist die Verriegelungskulisse 22 über eine Druckmittelleitung 43 mit einem statorfesten, federbelasteten Ventil 39 verbunden. Das federbelastete Ventil 39 umfasst einen in einer Druckmittelleitung 44 verschiebbaren Ventilkörper 45, welcher über eine Druckfeder 40 in Richtung einer eine Strömungs- Verbindung zwischen den Druckmittelleitungen 43 und 40 freigebenden Stellung federbelastet ist. Die Bewegung des Ventilkörpers 45 wird dabei durch einen Absatz 47 in dem Boden der Druckmittelleitung 44 begrenzt. Die Druckmittelleitung 44 und damit auch die von der Druckfeder 40 ausgeübte Federkraft sind radial ausgerichtet, so dass der Ventilkörper 45 mit zunehmender Drehzahl des Stators 16 aufgrund der wirkenden Fliehkraft radial gegen die von der Druckfeder 40 ausgeübte Federkraft nach außen verschoben wird, bis er die Strömungsverbindung zwischen den Druckmittelleitungen 43 und 44 verschließt, wie in der Fig. 2 zu erkennen ist. In der Abstellphase der Brennkraftmaschine sinkt die Drehzahl bis der Ventilkörper 45 wieder in die in der Fig. 1 dargestellte Stellung angeordnet ist und die Strömungsverbindung von der Druckmittelleitung 43 in die Druckmittelleitung 44 freigibt. Die Druckmittelleitung 44 ist strömungstechnisch mit dem Druckmittelreservoir T verbunden, so dass das in der Verriegelungskulisse 22 befindliche Druckmittel in der Endphase des Abstellvorganges zusätzlich über das Ventil 39 in das Druckmittelreservoir T abfließen kann. Der durch den Ventilkörper 45 freigegebene Strömungsquerschnitt stellt damit einen zusätzlichen Strömungsquerschnitt dar, welcher zusätzlich zu der bereits über den C-Port ermöglichten Strömungsverbindung zu dem Druckmittelreservoir T ein Abströ- men des Druckmittels aus der Verriegelungskulisse 22 ermöglicht. Durch die zusätzlich geschaffene Strömungsverbindung kann das Druckmittel auch bei einer niedrigen Viskosität oder sonstigen die Fließgeschwindigkeit herabsetzenden Umständen, wie z.B. verengte Steuerspalte, sichergestellt werden. Ferner ist die Druckmittelleitung 43 oder 44 zumindest abschnittsweise radial ausgerichtet, so dass das Abströmen des Druckmittels durch die wirkende Fliehkraft weiter unterstützt wird. Das Druckmittel wird praktisch aus der Verriegelungskulisse 22 herausgesaugt. Die Druckfeder 40 stützt sich mit einem Ende an dem Ventilkörper 45 und mit dem anderen Ende an einer die Druckmittelleitung 44 verengenden und fest mit dem Ventil 39 verbundenen Ringscheibe 46, durch deren Öffnung das Druckmittel dann unmittelbar oder mittelbar in das Druckmittelreservoir T abströmt. Sofern statt der Druckfeder 40 eine Zugfeder vorgesehen sein soll, wäre dies auch möglich, indem die Zugfeder zwischen dem Ventilkörper 45 und dem Absatz 47 angeordnet ist und jeweils zugfest mit den beiden Enden an den Teilen gehalten ist. Daher ist die Verwendung der Druckfeder 40 von Vorteil, da diese nicht mit den Teilen verbunden werden muss, sondern stattdessen nur zwi- sehen dem Ventilkörper 45 und der Ringscheibe 46 eingespannt zu werden braucht.

Das Ventil 39 kann durch die Federkraft der Druckfeder 40, die Masse des Ventilkörpers 45 und die Ausrichtung der Druckmittelleitung 44 so ausgelegt werden, dass die Strömungsverbindung zwischen den Druckmittelleitungen 43 und 44 ab einer vorbestimmten Drehzahl des Stators 16 selbsttätig verschlossen wird. Die Drehzahl, ab der die Strömungsverbindung geschlossen werden soll, sollte ca. 50 - 200 U/min unterhalb der Leerlaufdrehzahl der Brennkraftmaschine liegen, so dass das Ventil 39 während des Normalbetriebes der Brennkraftmaschine ständig geschlossen ist und der Rotor 17 nicht ungewollt aufgrund des aus der Verriegelungskulisse 22 abströmenden Druckmittels verriegelt.

Das Ventil 39 ist in der vorliegenden Ausführungsform dem Stator 16 zugeord- net, was insofern von Vorteil ist, da der Stator 16 den Rotor 17 radial außenseitig umfasst, und das Druckmittel dadurch einfach radial außen von der No- ckenwellenverstelleinrichtung in das Druckmittelreservoir T abgeschleudert werden kann. 

Bezugszeichenliste

1 Druckmittelleitung

2 Druckmittelleitung

3 Druckmittelleitung

4 Druckmittelleitung

5 Druckmittelleitung

6 Druckmittelleitung

7 Druckmittelleitung

8 Druckmittelleitung

9 Rückschlagventil

10 Rückschlagventil

1 1 Flügel

12 Flügel

13 Flügel

14 Ventil körper

15 Ventil körper

16 Stator

17 Rotor

18 Verriegelungsstift

19 Verriegelungsstift

20 Ventilstift

21 Mehrwege-Schaltventil

22 Verriegelungskulisse

23 Druckmittelleitung

24 Arbeitskammer

25 Arbeitskammer

26 Arbeitskammer

27 Arbeitskammer

28 Arbeitskammer

29 Druckraum

30 Druckraum

31 Druckraum 32 Arbeitskammer

33 Mittenverriegelungseinrichtung

34 Druckmittelleitung

35 Druckmittelleitung

36 Rotornabe

37 Druckmittelleitung

38 Druckmittelleitung

39 Ventil

40 Druckfeder

41 Druckmittelleitung

42 Druckmittelleitung

43 Druckmittelleitung

44 Druckmittelleitung

45 Ventil körper

46 Ringscheibe

47 Absatz

Claims

Patentansprüche

Nockenwellenverstelleinrichtung mit

-einem Flügelzellenversteller mit

-einem mit einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine verbindbaren Stator (16) und

-einem in dem Stator (16) drehbar gelagerten, mit einer Nockenwelle verbindbaren Rotor (17), wobei

-an dem Stator (16) mehrere Stege vorgesehen sind, welche einen Ringraum zwischen dem Stator (16) und dem Rotor (17) in eine Mehrzahl von Druckräumen (29,30,31 ) unterteilen, wobei

-der Rotor (17) eine Rotornabe (36) und eine Mehrzahl von sich von der Rotornabe (36) radial nach außen erstreckenden Flügeln (1 1 ,12,13) aufweist, welche die Druckräume (29,30,31 ) in zwei Gruppen von jeweils mit einem in einem Druckmittelkreislauf zu- oder abströmenden Druckmittel beaufschlagbare Arbeitskammern (24,25,26,27,28,32) mit einer unterschiedlichen Wirkrichtung unterteilen, und

-einer Mittenverriegelungseinrichtung (33) zur Verrieglung des Rotors (17) in einer Mittenverriegelungsposition gegenüber dem Stator (16), mit einer Verriegelungskulisse (22) und wenigstens einem in der Verriegelungskulisse (22) verriegelbaren Verriegelungsstift (18,19),

dadurch gekennzeichnet, dass

-wenigstens ein strömungstechnisch mit der Verriegelungskulisse (22) und einem Druckmittelreservoir (T) des Druckmittelkreislaufs verbundenes Ventil (39) vorgesehen ist, welches eine Strömungsverbindung zwischen der Verriegelungskulisse (22) und dem Druckmittelreservoir (T) in Abhängigkeit von der Drehzahl der Brennkraftmaschine öffnet oder verschließt.

Nockenwellenverstelleinrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass

-das Ventil (39) in dem Rotor (17) oder dem Stator (16) angeordnet ist und durch die während der Drehbewegung des Rotors (17) oder des Stators (16) wirkende Fliehkraft betätigbar ist.

Nockenwellenverstelleinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass

-das Ventil (39) einen verschieblich geführten, entgegen der wirkenden Fliehkraft federbelasteten Ventilkörper (45) umfasst, welcher durch die wirkende Fliehkraft entgegen der Federkraft verschiebbar ist und in Abhängigkeit von seiner Stellung eine Strömungsverbindung zwischen der Verriegelungskulisse (22) und dem Druckmittelreservoir (T) verschließt oder freigibt.

Nockenwellenverstelleinrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass

-die Strömungsverbindung zwischen dem Druckmittelreservoir (T) und der Verriegelungskulisse (22) durch eine wenigstens abschnittsweise radial verlaufende Druckmittelleitung (40,43) in dem Rotor (17) oder dem Stator (16) verwirklicht ist.

-das Ventil (39) in einem drehfest mit der Verriegelungskulisse (22) verbundenen Bauteil angeordnet ist.

-die Verriegelungskulisse (22) über eine erste Druckmittelleitung (23) mit Druckmittel beaufschlagbar ist, und

-das Ventil (39) einer zweiten die Verriegelungskulisse (22) mit dem Druckmittelreservoir (T) verbindenden Druckmittelleitung (40,43) zugeordnet ist. Nockenwellenverstelleinrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass

-die Verriegelungskulisse (22) und das Ventil (39) in dem Stator (16) oder in einem statorfesten Teil angeordnet sind.

-das Ventil (39) die Strömungsverbindung ab einer Grenzdrehzahl verschließt, welche einer vorgegebenen Leerlaufdrehzahl der Brennkraftmaschine minus 50 - 200 U/min entspricht.