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Title:
OPTIMIZED HYDRAULIC CENTER LOCKING FACILITY FOR CAMSHAFT ADJUSTER
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2016/015723
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a hydraulic camshaft adjuster (1), constructed as a vane-type adjuster, by means of which a phase position of the camshaft relative to a crankshaft can be held or varied, wherein the camshaft adjuster (1) has a stator (2) and a rotor (3). By means of a guide system (24), with the interposition of a hydraulic valve (14) and with connecting lines (32, 33) and hydraulic lines (30, 31, 38, 39), a pressure or hydraulic medium is supplied to or discharged from at least one pressure chamber (6a, 6b, 6c). The pressure chambers (6a, 6b, 6c) are divided in each case by a vane (5a, 5b, 5c), which is fixed with respect to the rotor, into separate working chambers (7, 8; 9, 10; 11, 12) which act counter to one another, wherein, in at least one vane (5a, 5b, 5c), there is incorporated a control device (21, 22) for selectively opening up and shutting off a flow connection (42, 43) between the working chambers (9, 10; 11, 12). The hydraulic valve (14), which can be switched by way of an actuation element (23), comprises multiple working ports (18, 19, 20), and a P port (16), which is connected to a pressure source, and a T port (17), which is connected to a tank. In the rotor (3) there is integrated a locking device (13) composed of two axially adjustable, spring-loaded locking pistons (25, 26) which, as required, prevent a relative movement between the rotor (3) and the stator (2), wherein at least one locking piston (25, 26) is displaceable from a first switching position into a second switching position counter to a spring force and, in the event of a rotation of the rotor (3) from the direction of a stop position ADVANCED or RETARDED, locks in a center locking position of a locking slot (36). Each separately or jointly adjustable locking piston (25, 26) of the locking device (13) has an axial bore (36, 37), which axial bores, in the event of overlap with connecting lines (32, 33), produce in each case separate flow connections between the working chambers (7, 8) of a pressure chamber (6a).

Inventors:
BUSSE MICHAEL (DE)
Application Number:
PCT/DE2015/200355
Publication Date:
February 04, 2016
Filing Date:
June 11, 2015
Export Citation:
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Assignee:
SCHAEFFLER TECHNOLOGIES AG (DE)
International Classes:
F01L1/344
Domestic Patent References:
WO2003067034A12003-08-14
WO2014146626A12014-09-25
WO2014173398A12014-10-30
Foreign References:
US20120073531A12012-03-29
US6684835B22004-02-03
US6684835B22004-02-03
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Claims:
Patentansprüche

Hydraulischer Nockenwellenversteller (1 ), aufgebaut als ein Flügelzellenverstel- ler, mit dem eine Phasenlage der Nockenwelle relativ zu einer Kurbelwelle gehalten oder verändert werden kann, wobei der Nockenwellenversteller (1 ) einen Stator (2) und einen Rotor (3) aufweist sowie ein Leitsystem (24), das Druckoder Hydraulikmittel unter Zwischenschaltung eines Hydraulikventils (14) sowie mit Verbindungsleitungen (32,33) und Hydraulikleitungen (30,31 ,38,39) zumindest einem Druckraum (6a,6b,6c) zuführt oder abführt, wobei die Druckräume (6a, 6b, 6c) jeweils von einem rotorfesten Flügel (5a, 5b, 5c) in getrennte, gegeneinander wirkende, Kammerpaarungen bildende Arbeitskammern

(7,8;9,10;1 1 ,12) aufgeteilt sind, wobei in zumindest einem Flügel (5a, 5b, 5c) eine Steuereinrichtung (21 ,22) eingebracht ist, die zum selektiven Freigeben und Unterbrechen einer Strömungsverbindung (42,43) zwischen den Arbeitskammern (9,10;1 1 ,12) bestimmt ist, und das über ein Stellelement (23) schaltbare Hydraulikventil (14) mehrere Arbeitsporte (18,19,20) umfasst sowie einen mit einer Druckquelle verbundenen P-Port (16) und einen mit einem Tank in Verbindung stehenden T-Port (17) und im Rotor (3) eine Verriegelungseinrichtung (13) integriert ist, bestehend aus zwei axial verstellbaren,

federkraftbeaufschlagten Verriegelungskolben (25,26), die bei Bedarf eine Relativbewegung zwischen dem Rotor (3) und dem Stator (2) unterbinden, in dem zumindest ein Verriegelungskolben (25,26) von einer ersten Schaltstellung entgegen einer Federkraft in eine zweite Schaltstellung verschiebbar ist und bei einer Verdrehung des Rotors (3) aus Richtung einer Anschlagstellung FRÜH oder SPÄT in einer Mittenverriegelungsposition (MVP) in einer Verriegelungskulisse (29) verriegelt, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Verriegelungskolben (25,26) der Verriegelungseinrichtung (13) eine axiale Bohrung (36,37) aufweist, die bei einer Lageübereinstimmung mit einer Verbindungsleitung (32,33) jeweils getrennte Strömungsverbindungen zwischen den Arbeitskammern (7,8) eines Druckraumes (6a) herstellen.

2. Nockenwellenversteller nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Mittenverriegelung bei einem Stopp oder einem Start der Brennkraftmaschine durch Schalten des Hydraulikventils (14) in eine Position (15a) einleitbar ist, wodurch die Verriegelungskulissen (29) mit dem C-Port (20) und dem T-Port (17) verbunden sind und das Hydraulikmittel drucklos abströmt, wobei eine

Verbindungsleitung (32) von dem in die Verriegelungskulisse (29) eingerasteten Verriegelungskolben (25) unterbrochen ist und der weitere entriegelte Verriegelungskolben (26) bei einer Lageübereinstimmung mit der Verbindungsleitung (33) einen Austausch des Hydraulikmittels zwischen den Arbeitskammern (7,8) sicherstellt.

3. Nockenwellenversteller nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Arbeitskammer (7,8) über die Verbindungsleitung (32,33), die axiale Bohrung (36,37) und Stichbohrung (46,47) im Verriegelungs- kolben (25,26), der Verriegelungskulisse (29) und Hydraulikleitungen (30,31 ) mit dem C-Port (29) verbunden ist.

4. Nockenwellenversteller nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Normalbetrieb der Brennkraftmaschine beide Verrie- gelungskolben (25,26) über den C-Port (20) des Hydraulikventils (14) druckbeaufschlagt in den Rotor (3) verschoben und damit entriegelt sind.

5. Nockenwellenversteller nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass im Normalbetrieb der Brennkraftmaschine die axialen Bohrungen (36,37) beider Verriegelungskolben (25,26) sowie die zugehörigen Verbindungsleitungen

(32,33) bei einer Verstellung des Nockenwellenverstellers (1 ) einen Austausch des Hydraulikmittels zwischen den Arbeitskammern (7,8) bzw. den Kammerpaarungen des Druckraums (6a) sicherstellen.

Nockenwellenversteller nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jedem Verriegelungskolben (25,26) der Verriegelungs- einrichtung (13) ein Federelement (44a,44b) zugeordnet ist, das die Verriegelungskolben (25,26) in Richtung der Verriegelungskulissen (29) verschiebt, sobald eine die Verriegelungskolben (25,26) beaufschlagende Gegenkraft ausbleibt.

7. Nockenwellenversteller nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der für eine Verriegelung in Richtung FRÜH bestimmte Verriegelungskolben (25) in einer aus dem Rotor (3) ausgefahrenen verriegelten Position eine Hydraulikmittelströmung über die Verbindungsleitung (32) zwischen den Arbeitskammern (7,8) unterbricht und der für eine Verriegelung in

Richtung SPÄT bestimmte Verriegelungskolben (26) in einer aus dem Rotor (3) ausgefahrenen verriegelten Position eine Hydraulikmittelströmung der Verbindungsleitung (33) zu den Arbeitskammern (7,8) unterbricht.

Nockenwellenversteller nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Nockenwellenversteller (1 ) mehr als zwei symmetrisch in dem Stator (2) eingebrachte Druckräume (6a, 6b, 6c) einschließt.

Nockenwellenversteller nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Einflussnahme auf eine Druckübersetzung des No- ckenwellenverstellers (1 ) dem Stator (2) mittelbar oder unmittelbar ein zusätzl ches, die Arbeitskammern (7,8) verkleinerndes Bauteil (45) zugeordnet ist.

Description:
Optimierte hydraulische Mittenverriegelung für Nockenwellenversteller

Die Erfindung betrifft einen hydraulischen Nockenwellenversteller gemäß den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1 .

Derartige Nockenwellenversteller werden eingesetzt, um die Steuerzeiten von Gaswechselventilen einer Brennkraftmaschine während des Betriebs bedarfsabhängig zu verändern, um die Verbrauchswerte und das Betriebsverhalten der Brenn kraftmaschi- ne zu verbessern.

Eine in der Praxis bewährte Ausführungsform ist ein als Flügelzellenversteller aufgebauter Nockenwellenversteller mit einem Stator und einem Rotor, welche einen Ringraum begrenzen, der durch Flügel in jeweils zwei Arbeitskammern unterteilt ist. Die Arbeitskammern sind wahlweise mit einem Hydraulikmittel beaufschlagbar, wel- ches in einem Druckmittelkreislauf über eine Druckmittelpumpe aus einem Druckmittelreservoir in die Arbeitskammern an einer Flügelseite des Rotors zugeführt und aus den Arbeitskammern der jeweils anderen Flügelseite in das Druckmittelreservoir zurückgeführt wird. Die Arbeitskammern, deren Volumen dabei vergrößert wird, weisen eine Wirkrichtung auf, welche der Wirkrichtung der zugehörigen gegenüberliegenden Arbeitskammer entgegengesetzt ist. Durch die Wirkrichtung kann eine Verdrehung des Rotors entweder im oder gegen den Uhrzeigersinn relativ zu dem Stator ausgelöst werden. Die Steuerung des Druckmittelflusses und damit der Verstell beweg ung des Nockenwellenverstellers schließt ein hydraulisches Mehrwege-Stellelement ein, über das in Abhängigkeit von einer Stellung eines Ventilkörpers Durchströmöffnungen geschlossen oder freigegeben werden.

Ein Problem dieser Nockenwellenversteller besteht darin, dass diese in einer Startphase noch nicht vollständig mit Druckmittel gefüllt oder leer gelaufen sind. Bei einem Start, wenn der Öldruck innerhalb der Brennkraftmaschine noch nicht aufgebaut ist, können dadurch die von der Nockenwelle ausgeübten Wechselmomente unkontrollierte Bewegungen des Rotors gegenüber dem Stator auslösen, welche zu einem erhöh- ten Verschleiß und zu einer unerwünschten Geräuschentwicklung führen können. Zur Vermeidung dieses Problems ist es bekannt, zwischen dem Rotor und dem Stator eine Verriegelungseinrichtung vorzusehen, welche den Rotor beim Abstellen der Brennkraftmaschine in einer für den Start günstigen Drehwinkelposition gegenüber dem Stator verriegelt.

Derartige Verriegelungseinrichtungen umfassen bevorzugt federbelastete Verriegelungsstifte, welche bei einer Verdrehung des Rotors sukzessiv in an dem Dichtdeckel oder dem Stator vorgesehenen Verriegelungskulissen verriegeln. Dabei ist vor dem Erreichen einer Mittenverriegelungsposition jeweils eine Verdrehung des Rotors in Richtung der Mitten Verriegelung möglich, aber eine Verdrehung des Rotors in die entgegengesetzte Richtung blockiert. Nach dem Warmlaufen der Brennkraftmaschine und/oder dem vollständigen Befüllen des Nockenwellenverstellers mit Druckmittel werden die Verriegelungsstifte druckmittelbetätigt aus den Verriegelungskulissen ver- drängt, so dass der Rotor anschließend bestimmungsgemäß zur Verstellung der Drehwinkellage der Nockenwelle gegenüber dem Stator verdrehbar ist.

Aus dem Dokument US 6 684 835 B2 ist ein hydraulischer, als Flügelzellenversteller aufgebauter Nockenwellenversteller bekannt, dessen Mittenverriegelung beim Abstel- len der Brennkraftmaschine erfolgt. Eine elektronische Steuereinheit erfasst ein Signal, das beim Abstellen der Brennkraftmaschine erzeugt wird, und Signale, die den Stand vom Stator relativ zum Rotor wiedergeben. Ein elektrisches Steuerventil um- fasst fünf Ports, von denen ein Port den Ölzufluss aus dem Schmierölkreislauf der Brennkraftmaschine oder der Druckmittelpumpe aufnimmt, ein Port das Magnetventil mit allen Verriegelungskolben oder Verriegelungspins verbindet sowie zwei Ports, die das Magnetventil mit den Arbeitskammern von Druckräumen des Nockenwellenverstellers verbinden und einen mit einem Tank verbundenen Port für einen Rücklauf des Öls oder Hydraulikmittels aus dem Steuerventil.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Mittenverriegelungskonzept anzubieten, das unabhängig von der Winkelposition vor einem Stopp oder unabhängig von der Winkelposition bei einem Start der Brenn kraftmasch ine sicher und schnell verriegelt.

Diese Aufgabe der Erfindung wird durch einen Nockenwellenversteller mit den Merk- malen des Anspruchs 1 gelöst. Weitere bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind den Unteransprüchen, den Figuren und der zugehörigen Beschreibung zu entnehmen.

Gemäß dem Grundgedanken der Erfindung ist zur Lösung der Aufgabe eine Verriege- lungseinrichtung vorgesehen, bei der jeder getrennt oder gemeinsam verstellbare Verriegelungskolben der Verriegelungseinrichtung eine axiale Bohrung aufweist, die bei einer Lageübereinstimmung mit Verbindungsleitungen jeweils getrennte Strömungsverbindungen zwischen den Arbeitskammern eines Druckraumes herstellen. Die erfinderische Lösung bewirkt eine Verkürzung des Öl- bzw. Druckmittelwegs zwischen den Arbeitskammern eines Druckraums durch eine gezielte Trennung der Verstellmechanismen. Erfindungsgemäß ist der Vorgang der Mittenverriegelung auf die Kammerpaarung von einem Druckraum des Nockenwellenverstellers beschränkt. Die Kammerpaarungen der weiteren Druckräume sind für die Verstellung der Nockenwelle im Normalbetrieb der Brennkraftmaschine bestimmt, die während der Verriegelungs- phase übereinstimmend kurzgeschlossen sind. Vorteilhaft stellt sich durch die erfindungsgemäße Maßnahme ein gegenüber bisherigen Lösungen verkürzter Ölweg zwischen beiden Ölkammern ein, verbunden mit einem vorteilhaft geringen hydraulischen Strömungswiderstand. Folglich ist auch der Einfluss der Ölviskosität auf die Verriegelungsgeschwindigkeit von geringer Bedeutung, so dass die Mittenverriegelungspositi- on (MVP) erreicht wird, bevor die Brennkraftmaschine zum Stillstand kommt. Wurde der Nockenwellenversteller zum Beispiel durch ein Abwürgen der Brennkraftmaschine nicht verriegelt, dann ermöglicht das erfindungsgemäße Konzept, dass der Verriegelungsvorgang bei dem nächsten Start der Brennkraftmaschine erfolgt.

Durch das erfindungsgemäße Konzept ergibt sich im Vergleich zu bisherigen bekannten Lösungen während des Verriegelungsvorgangs bei einem Stopp oder Start der Brennkraftmaschine vorteilhaft eine deutlich verkürzte Druckmittel- bzw. Hydraulikmit- telverbindung. Der erfindungsgemäße Aufbau wirkt sich vorteilhaft bei niedrigen Öl- bzw. Druckmitteltennperaturen, insbesondere unter null Grad aus, bei denen sich eine erhöhte Ölviskosität einstellt, verbunden mit einer verlangsamten Strömungsgeschwindigkeit. Mit zunehmender Länge der Ölleitung und bei vorgegebenem Öldruck erhöht sich weiterhin die Drosselung des Volumenstroms. Für den Verriegelungsvorgang bei Stopp der Brennkraftmaschine verlängert sich damit die Verstellung des No- ckenwellenverstellers in Richtung der Mitte. Aufgrund der erfindungsgemäßen Randbedingungen mit der deutlich verkürzten Druckmittel- bzw. Hydraulikmittelverbindung ist die Mittenverriegelungsposition (MVP) bei einem Stopp der Brennkraftmaschine in der zur Verfügung stehenden Zeit von ca. 0,3 Sekunden realisierbar. Bisherige Konzepte benötigten aufgrund einer langen Hydraulikmittelverbindung und hoher Ölviskosität für den Verriegelungsvorgang mehrere Sekunden, wodurch der Nockenwellen- versteller bei Stillstand der Brennkraftmaschine im nicht verriegelten Zustand und folglich in einer nicht definierten Winkelposition verblieb. In gleicher Weise wird der Ver- riegelungsvorgang des Nockenwellenverstellers auch bei einem Start der Brennkraftmaschine von der Länge der Hydraulikmittelverbindung beeinflusst. Durch die Erfindung wird eine von Fahrzeug- und Brennkraftmaschinenherstellern gewünschte schnelle Mittenverriegelung vor der ersten Zündung erreicht.

Die erfindungsgemäße Trennung der Verstellmechanismen, verbunden mit den verkürzten Druckmittelleitungen, führt zu einer aufgabengerechten und zuverlässigen Mittenverriegelung, die einen optimalen Start der Brennkraftmaschine gewährleistet. Andererseits stellt sich durch das erfindungsgemäße Konzept unabhängig von der Winkelposition bei Stillstand der Brennkraftmaschine in der Startphase der Brennkraftma- schine eine sichere Mittenverriegelungsposition ein, beispielsweise wenn der Stillstand der Brennkraftmaschine durch ein Abwürgen erfolgte. Vorteilhaft erfordert die erfindungsgemäße Maßnahme weder eine Anpassung des Steuergerätes der Brennkraftmaschine noch einen zusätzlichen Bauraum außerhalb des Nockenwellenverstellers, die außerdem selbst bei hoher Ölviskosität aufgrund niedriger Öltemperaturen schnell in Richtung der Mittenverriegelungsposition verstellt und dort verriegelt. Eine weitere Maßnahme der Erfindung sieht vor, dass die Mittenverriegelung bei einem Stopp oder einem Start der Brennkraftmaschine durch Schalten des Hydraulikventils in eine Position eingeleitet wird, in der die Verriegelungskulissen über das Hydraulikventil mit dem Tank verbunden sind, wodurch das Hydraulikmittel drucklos ab- strömt. Eine Verbindungsleitung, die die axiale Bohrung mit den Arbeitskammern verbindet, wird dabei von dem in die Verriegelungskulisse einrastenden Verriegelungskolben unterbrochen. Der zweite entriegelt positionierte Verriegelungskolben ermöglicht bei einer Lageübereinstimmung mit der weiteren Verbindungsleitung einen Austausch des Hydraulikmittels zwischen den Arbeitskammern.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Verbindungsleitung und damit die für die Mittenarretierung bestimmten Arbeitskammern über die axiale Bohrung sowie eine Stichbohrung des Verriegelungskolbens, der Verriegelungskulisse und Hydraulikleitungen mit dem C-Port des Hydraulikventils in Kon- takt steht. Außerdem ermöglicht die erfindungsgemäße Anordnung, dass während des Normalbetriebs der Brennkraftmaschine Öl oder Hydraulikmittel in die Arbeitskammern einströmen kann, als Ausgleich für eine externe Ölleckage.

Ferner ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass durch eine entsprechende Schaltung des Hydraulikventils im Normalbetrieb der Brennkraftmaschine beide Verriegelungskolben der Verriegelungseinrichtung vom Druck des Hydraulikmittels beaufschlagt in den Rotor verschoben und damit entriegelt sind. In dieser einem Kurzschluss entsprechenden Position der Verriegelungskolben kann sich über deren axiale Bohrungen sowie den zugehörigen Verbindungsleitungen in beiden Strömungsrichtungen ein Öl- oder Hydraulikmittelaustausch und folglich ein Druckausgleich zwischen den Arbeitskammern eines Druckraums einstellen. Der hydraulische Freilauf ist damit deaktiviert. Weiterhin sind in allen Arbeitskammern der weiteren Druckräume des Nockenwellen- verstellers die Steuerkolben der in den Flügeln integrierten Steuereinrichtung durch den Öldruck verschoben, so dass eine Verbindung zwischen den sich gegenüberlie- genden Arbeitskammern unterbrochen ist. Damit baut sich in diesen Kammerpaarungen eine gleiche Druckdifferenz am Flügel auf, welche wiederum eine Verstellung des Nockenwellenverstellers in die gewünschte Verstellrichtung bewirkt. Eine weitere Maßnahme sieht vor, jedem Verriegelungskolben der Verriegelungseinrichtung ein Federelement zuzuordnen, welches den Verriegelungskolben in Richtung der Verriegelungskulisse beaufschlagt. Eine Verschiebung des Verriegelungskolbens erfolgt, sobald eine von dem Hydraulikmittel ausgelöste Gegenkraft ausbleibt.

Für die Funktion der Verriegelungseinrichtung ist es von Vorteil, wenn der für eine Verriegelung in Richtung FRÜH bestimmte Verriegelungskolben in einer aus dem Rotor ausgefahrenen verriegelten Position eine Hydraulikmittelströmung der ersten Verbindungsleitung zu den Arbeitskammern unterbricht. Dagegen unterbindet der für eine Verriegelung in Richtung SPÄT bestimmte Verriegelungskolben in einer aus dem Rotor ausgefahrenen verriegelten Position eine Hydraulikmittelströmung der zweiten Verbindungsleitung zu den Arbeitskammern.

Gemäß einer bevorzugten Anordnung umfasst der erfindungsgemäße Nockenwellen- versteller mehr als zwei, vorzugsweise vier, symmetrisch im Stator eingebrachte Druckräume, die jeweils durch einen Flügel getrennte Kammerpaarungen bilden.

Eine weitere erfindungsgemäße Anordnung sieht zur Einflussnahme auf eine Druckübersetzung des Nockenwellenverstellers vor, beispielsweise den Stator mit einem zusätzlichen Bauteil zu versehen, um die Arbeitskammern eines Druckraums gezielt zu verkleinern. Für hydraulische Nockenwellenversteller ist bislang eine mechanisch bestimmte Druckübersetzung zwischen 2,5 bis 5 Nm/bar vorgesehen. Durch das erfindungsgemäße zusätzliche Bauteil kann ein Nockenwellenversteller vorteilhaft mit einer reduzierten Druckübersetzung realisiert werden. Eine kleinere Druckübersetzung hat zur Folge, dass während des Verriegelungsvorgangs weniger Öl oder Hydraulikmittel zwischen den Öl- oder Arbeitskammern eines Druckraums umgepumpt werden muss. Damit ergibt sich in Summe eine höhere Verstellgeschwindigkeit, was wiederum zu einem bevorzugten kürzeren Verriegelungsvorgang führt. Die reduzierte Druckübersetzung kann zum Beispiel durch ein zusätzliches Bauteil realisiert werden, das direkt an dem Stator oder an einem Deckel des Stators befestigt ist. Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels anhand mehrerer Zeichnungen näher erläutert. Die Erfindung ist jedoch nicht auf dieses Ausführungsbeispiel beschränkt. Dazu zeigen die Figuren:

Fig.1 : eine schematische Funktionsdarstellung eines erfindungsgemäßen hydraulischen Nockenwellenverstellers während einer Verstellbewegung des Rotors aus Richtung SPÄT in die Mittenverriegelungsposition;

Fig.2: eine schematische Funktionsdarstellung gemäß Fig. 1 während einer Verstell- bewegung des Rotors aus Richtung FRÜH in die Mittenverriegelungsposition;

Fig. 3: eine schematische Funktionsdarstellung gemäß Fig. 1 während einer Verstellbewegung des Rotors aus Richtung FRÜH in Richtung SPÄT während des Motorbetriebs bzw. Normalbetriebs der Brennkraftmaschine;

.4: eine schematische Funktionsdarstellung gemäß Fig. 1 während einer Verstellbewegung des Rotors aus Richtung SPÄT in Richtung FRÜH während des Mo torbetriebs bzw. Normalbetriebs der Brennkraftmaschine;

Fig. 5: eine schematische Funktionsdarstellung gemäß Fig. 1 , bei der mittels entspre chender Schaltung des Hydraulikventils der Nockenwellenversteller in einer gewünschten Position gehalten ist; und

Fig.6: eine schematische Funktionsdarstellung gemäß Fig. 1 , bei der einem Druckraum ein zusätzliches Bauteil zugeordnet ist zur Beeinflussung einer Druckübersetzung des Nockenwellenverstellers.

In allen Figuren ist der Nockenwellenversteller gemäß der Erfindung schematisch dargestellt, wobei die Abbildungen nicht alle Bauteile des Nockenwellenverstellers um- fassen. Gleiche Elemente bzw. Bauteile sind mit übereinstimmenden Bezugszeichen versehen.

Die Fig. 1 zeigt einen Nockenwellenversteller 1 mit einem bekannten Grundaufbau als Flügelzellentyp, der als Hydraulikmittel bevorzugt Öl der Brennkraftmaschine nutzt. Der Nockenwellenversteller 1 umfasst einen von einer Kurbelwelle einer nicht dargestellten Brennkraftmaschine antreibbaren Stator 2 sowie einen drehfest mit einer Nockenwelle (nicht gezeigt) verbundenen Rotor 3. Einer Rotornabe 4 des Rotors sind mehrere radial ausgerichtete Flügel 5a, 5b, 5c zugeordnet, die die Druckräume

6a,6b,6c im Stator 2 in Arbeitskammern 7 bis 12 unterteilen und dabei Kammerpaarungen 7,8; 9,10; und 1 1 ,12 bilden. Die obere Darstellung von Fig. 1 zeigt den Nockenwellenversteller 1 in einer Abwicklung, während links unten schematisch ein Ausschnitt der Rotornabe 3 des Rotors 2 einschließlich einer Verriegelungseinrichtung 13 abgebildet ist und rechts unten schematisch ein als Mehrwegeventil aufgebautes Hyd- raulikventil 14 zur Steuerung des Druck- oder Hydraulikmittels für den Nockenwellenversteller 1 . Das Hydraulikventil 14 umfasst fünf Anschlüsse bzw. Ports und ist in vier Steuerpositionen 15a bis 15d einstellbar. Ein P-Port 16 oder Zulaufport steht mit einer Druckpumpe oder einem Druckmittelkreislauf der Brennkraftmaschine in Verbindung und ein T-Port 17 ist einem Tank oder Druckmittelreservoir zugeordnet. Der A-Port 18 bildet einen Anschluss für eine zu den Arbeitskammern 9 und 1 1 führende Hydraulikleitung 38. Die an dem B-Port 19 angeschlossene Hydraulikleitung 39 steht mit den Arbeitskammern 10 und 12 in Verbindung. An dem C-Port 20 ist die Hydraulikleitung 30 angeschlossen, die mit den in den Flügeln 5b, 5c integrierten Steuereinrichtungen 21 ,22 verbunden ist. Eine weitere mit der Hydraulikleitung 30 verbundene Hydraulik- leitung 31 ist an der Verriegelungseinrichtung 13 angeschlossen. Alle Ports sind entsprechend der Steuerposition des Hydraulikventils 14 entweder geöffnet oder verschlossen geschaltet. Das von einem Federelement druckbeaufschlagte Hydraulikventil 14 ist über ein bevorzugt als Elektromagnet ausgeführtes Stellelement 23 bedarfsgerecht in die jeweilige Steuerposition verstellbar.

Die Fig. 1 zeigt weiterhin ein aus den Hydraulikleitungen 30,31 ,38,39 gebildetes Leitsystem 24, über das das Hydraulikventil 14 mit der Verriegelungseinrichtung 13 und den Druckräumen 6a bis 6c verbunden ist. Die Verriegelungseinrichtung 13 umfasst zwei auch als Verriegelungspins zu bezeichnende Verriegelungskolben 25,26, welche linear verschiebbar in einer Aufnahme 27,28 der Rotornabe 4 eingesetzt sind, wobei jeder Verriegelungskolben 25,26 in Richtung einer Verriegelungskulisse 29 von einem Federelement 44a,44b federbelastet angeordnet ist. Jeder Verriegelungskolben 25,26 ist über getrennte Verbindungsleitungen 32 bzw. 33 mit den eine Kammerpaarung bildenden Arbeitskammern 7 und 8 des Druckraums 6a verbunden. Die Verbindungsleitung 32 beginnt in der Arbeitskammer 7, wobei das Öl oder Hydraulikmittel über eine axiale Bohrung 36 des Verriegelungskolbens 25 und durch ein erstes Rückschlagven- til 34 im Flügel 5a in die Öl- oder Arbeitskammer 8 strömen kann, sobald sich eine Lageübereinstimmung zwischen der axialen Bohrung 36 und der Verbindungsleitung 32 einstellt. Die zweite Verbindungsleitung 33 beginnt in der Arbeitskammer 8, führt über die axiale Bohrung 37 des Verriegelungskolbens 26 zum zweiten Rückschlagventil 35 im Flügel 5a und anschließend in die Arbeitskammer 7.

Bei einem Stopp der Brennkraftmaschine wird der Verriegelungsvorgang durch Schalten des Hydraulikventils 14 in die Steuerposition 15a eingeleitet. Der C-Port 20 des Hydraulikventils 14 ist dabei einerseits über Hydraulikleitungen 30 und 31 mit einer Verriegelungskulisse 29 und andererseits über den T-Port 17 mit dem Tank verbun- den, wodurch sich der Öldruck in den Verriegelungskulissen 29 auf einen Umgebungsdruck absenkt. Bei einer Verschiebung eines Verriegelungskolbens 25 oder 26 in die Verriegelungskulisse 29 wird eine mit beiden Arbeitskammern 7,8 in Kontakt stehende Verbindungsleitung 32 oder 33 unterbrochen. Gleichzeitig sind alle anderen Kammerpaarungen 9 und 10 sowie 1 1 und 12 durch die in den Flügeln 5b,5c vorhan- denen, Steuerkolben 40,41 einschließenden Steuereinrichtungen 21 ,22 kurzgeschlossen und damit außer Kraft gesetzt. Das Öl oder Hydraulikmittel kann nun während des Verstellvorgangs direkt ohne nachteilige Beeinflussung des Verriegelungsvorgangs zwischen den Arbeitskammern 9,10 bzw.1 1 ,12 strömen. Lediglich eine kurze Strömungsverbindung 42,43 in den Flügeln 5b,5c verursacht einen geringen hydrauli- sehen Strömungswiderstand. Bei einer Verriegelung in Pfeilrichtung, ausgehend von einer Position SPÄT gemäß Fig. 1 in Richtung FRÜH, verrastet der Verriegelungskolben 25 nach Schalten des Hydraulikventils 14 in die Position 15a aufgrund des Öldruckabfalls in die Verriegelungskulisse 29. Dadurch wird die an der Arbeitskammer 7 angeschlossene Verbindungsleitung 32 unterbrochen. Durch das Rückschlagventil 35 kann nun Öl von der Kannnner 8 in die Kannnner 7 strömen. Falls ein noch vorhandenes Nockenwechselmoment nach ausgeschalteter Zündung den Nockenwellenversteller 1 in Richtung FRÜH beaufschlagt, drückt der Flügel 5a das Öl aus der Arbeitskammer 8 auf kürzestem Weg über die Verbindungsleitung 33, die axiale Bohrung 37 im Verriegelungskolben 26 in die Arbeitskammer 7. Wirkt das Nockenwellenwechselmonnent in die entgegengesetzte Richtung, schließt das Rückschlagventil 35, wodurch sich zwischen beiden Arbeitskammern 7,8 kein Öl- oder Hydraulikmittelaustausch einstellt. Der Rotor 3 wird damit gehindert, in die entgegengesetzte Verstellrichtung zu schwin- gen. Durch den kurzen Strömungsweg zwischen den Arbeitskammern 7,8 ist der hydraulische Strömungswiderstand gering. Folglich ist auch der Einfluss der Ölviskosität auf die Verstellgeschwindigkeit nur von geringer Bedeutung. Durch das wechselnde Nockenmoment wirkt das System wie ein hydraulischer Freilauf. Das erfindungsgemäße Konzept gewährleistet das zuverlässige Erreichen der Mittenverriegelungsposi- tion mit anschließender Verriegelung, bevor die Brennkraftmaschine zum Stillstand kommt. Bei einem Start der Brennkraftmaschine ergibt sich eine ähnliche Situation. Wurde der Nockenwellenversteller zum Beispiel durch Abwürgen der Brennkraftmaschine nicht verriegelt, kann der Verriegelungsvorgang beim Start der Brennkraftmaschine erfolgen.

Die Fig. 2 veranschaulicht den Verriegelungsvorgang ausgehend von der Position FRÜH. Anstelle des Verriegelungskolbens 25 verrastet hierbei der Verriegelungskolben 26 in die Verriegelungskulisse 29. Damit wird die Verbindungsleitung 33, welche in der Öl- oder Arbeitskammer 8 beginnt, unterbrochen. Wirkt das Nockenwellenvers- tellmoment in Richtung SPÄT, schiebt der Flügel 5a das Öl oder Hydraulikmittel der Arbeitskammer 7 durch die Verbindungsleitung 33 über die axiale Bohrung 37 im Verriegelungskolben 26 sowie durch das Rückschlagventil 34 in die Arbeitskammer 8. Kippt das Nockenwellenwechselmonnent, bleibt der Rotor 3 im Stator 2 stehen, da das Rückschlagventil 34 sich bei einer negativen Druckdifferenz automatisch schließt. Der Ölaustausch in allen weiteren Ölkammerpaarungen des Nockenwellenverstellers 1 erfolgt gemäß Fig. 1 durch den Kurzschluss in den Flügeln 5b, 5c, jedoch in einer entgegengesetzten Strömungsrichtung. Die Fig. 3 und Fig. 4 beziehen sich auf den Verstellvorgang des Nockenwellenverstel- lers 1 während des Betriebs, des Normalbetriebs der Brennkraftmaschine. Dabei nimmt das Hydraulikventil 14 die Position 15b oder 15d ein, wobei der C-Port 20 jeweils über den P-Port 16 druckbeaufschlagt ist. Durch die Hydraulikleitungen 30,31 ist der C-Port 20 mit der Verriegelungskulisse 29 verbunden, wodurch beide Verriegelungskolben 25,26 im Rotor 3 eingerückt sind. In dieser einem Kurzschluss entsprechenden Position der Verriegelungskolben 25,26 kann sich ein Ölaustausch zwischen den Arbeitskammern 7 und 8 in beide Richtungen einstellen, wodurch gleichzeitig der hydraulische Freilauf deaktiviert ist. Gleichzeitig verschieben sich aufgrund der Druck- beaufschlagung die Steuerkolben 40,41 der Steuereinrichtungen 21 ,22 in den Flügeln 5b,5c der weiteren Kammerpaarungen 9,10 sowie 1 1 ,12, so dass eine Strömungsverbindung 42,43 zwischen den jeweils gegenüberliegenden Arbeitskammern 9,10 und 1 1 ,12 unterbrochen ist. Damit kann sich in jeder Kammerpaarung die gleiche Druckdifferenz an den Flügeln 5b, 5c aufbauen, welche wiederum eine Verstellung in die ge- wünschte Verstellrichtung bewirkt. Über die axialen Bohrungen 36,37 in Verbindung mit Stichbohrungen 46,47 der Verriegelungskolben 25,26 sowie den Verbindungsleitungen 32,33 kann während des Normalbetriebs der Brennkraftmaschine Öl bzw. Hydraulikmittel in beide Arbeitskammern 7,8 einströmen, um eine externe Ölleckage ausgleichen zu können.

In der Fig. 5 ist der Nockenwellenversteller 1 in einer gewünschten bzw. definierten Winkelposition abgebildet. Diese kann durch eine Schaltung des Hydraulikventils 14 in die Position 15c erreicht bzw. gehalten werden, bei der sich eine Verbindung des C- Ports 20 mit dem P-Port 16 einstellt zur Druckbeaufschlagung der Verriegelungsein- richtung 13 und der Steuereinrichtungen 21 ,22. In der Position 15c des Hydraulikventils 14 sind der A-Port 18 sowie der B-Port 19 gesperrt.

Gemäß Fig. 6 umfasst der hydraulische Nockenwellenversteller 1 ein zusätzliches Bauteil 45, das dem Stator 2 zugeordnet ist und über das der Druckraum 6a begrenzt werden kann. Das scheibenartig gestaltete, unmittelbar an dem Stator 2 befestigte oder einem separaten Deckel des Stators 2 zugeordnete Bauteil 45 verkleinert die Arbeitskammern 7,8. Damit kann eine gewollte kleinere Druckübersetzung des Nocken- wellenverstellers 1 realisiert werden, wodurch sich das Öl- oder Hydraulikmittelvolu- men verringert, das während des Verriegelungsvorgangs zwischen den Arbeitskam- mern 7 und 8 umgepumpt wird. Mit dieser Maßnahme erhöht sich die Verstellgeschwindigkeit, was den Verriegelungsvorgang verkürzt.

Bezuqszeichenliste

Nockenwellenversteller

Stator

Rotor

Rotornabe

a, 5b, 5c Flügel

a,6b,6c Druckraum

Arbeitskammer

Arbeitskammer

Arbeitskammer0 Arbeitskammer

1 Arbeitskammer

2 Arbeitskammer

3 Verriegelungseinrichtung

4 Hydraulikventil

5a,15b,15c,15d Steuerposition

6 P-Port

7 T-Port

8 A-Port

9 B-Port

0 C-Port

1 Steuereinrichtung

2 Steuereinrichtung

3 Stellelement

4 Leitsystem

5 Verriegelungskolben

6 Verriegelungskolben

7 Aufnahme

8 Aufnahme

9 Verriegelungskulisse

0 Hydraulikleitung

1 Hydraulikleitung Verbindungsleitung

Verbindungsleitung

Rückschlagventil

Rückschlagventil

Bohrung

Bohrung

Hydraulikleitung

Hydraulikleitung

Steuerkolben

Steuerkolben

Strömungsverbindung

Strömungsverbindung

Federelement

Bauteil

Stichbohrung

Stichbohrung