Hydraulischer Nockenwellenversteller

Beschreibung

Gebiet der Erfindung g betrifft einen hydraulischen Nockenwellenversteller, umfassend einen Stator, in dem ein Rotor drehbar angeordnet ist, wobei der Stator mindestens einen Flügel aufweist, wobei der Flügel in einer Hydraulikkammer des Stators angeordnet ist, so dass eine erste Teilkammer von einer zweiten Teilkammer getrennt wird, ein Zentralventil, das den Strom von Hydraulikfluid in die erste Teilkam- mer und in die zweite Teilkammer steuert, ein Verriegelungssystem, mit dem der Rotor relativ zum Stator in einer Mittenposition verriegelt werden kann, wobei das Verriegelungssystem ein erstes Steuerelement und ein zweites Steuerelement umfasst, die durch Beaufschlagung mit Hydraulikfluid über das Zentralventil in einer entsperrten Position gehalten werden können und die bei Wegnahme des Drucks des Hydraulikfluids eine Verriegelung veranlassen können, wobei das erste Steuerelement und das zweite Steuerelement mit einer Kulisse in Wirkverbindung gebracht werden können, die im Stator oder einem mit diesem verbundenen Bauteil ausgebildet ist, wobei die Kulisse eine axiale Lage des Steuerelements bestimmt, eine Hydraulikpumpe zur Bereitstellung von Hydraulikfluid und einen Tank zur Aufnahme von Hydraulikfluid.

Hintergrund der Erfindung

Ein hydraulischer Nockenwellenversteller dieser Art ist beispielsweise aus der US 2016/069227 A1 bekannt. Bei einem solchen Nockenwellenversteller geht es darum, eine Verriegelungsfunktion in der Mittenlage des Flügels des Rotors in der Hydraulikkammer zu bewerkstelligen.

Bei der vorbekannten Lösung sind im Nockenwellenversteller zur Verrieglung des Rotors in der Mittenverriegelungsposition gegenüber dem Stator zwei in einer stator- festen Verriegelungskulisse verriegelbare, federbelastete Verriegelungsstifte vorgesehen, welche bei einer Verdrehung des Rotors aus Richtung "früh" oder "spät" in die Mittenverriegelungsposition aus unterschiedlichen Richtungen in der Verriegelungskulisse verriegeln. Dabei sind an den Verriegelungsstiften Sperrabschnitte und eine frei durchström bare Druckmittelleitung vorgesehen, über welche in den verschiedenen Stellungen des ersten Verriegelungsstiftes eine Strömungsverbindung zwischen zwei Arbeitskammern unterschiedlicher Wirkrichtung herstellbar oder sperrbar ist und die Arbeitskammern der unterschiedlichen Wirkrichtungen mittels einer Schalteinrichtung kurzschliessbar sind. In den Druckmittelleitungen, welche durch die frei durchströmbare Druckmittelleitung des Verriegelungsstiftes strömungstechnisch an den Druckmit- telkreislauf anschliessbar sind, ist ein Rückschlagventil vorgesehen, welche eine Zu- strömung des Druckmittels in eine der Arbeitskammern ermöglicht und ein Zurückströmen aus derselben Arbeitskammer gleichzeitig verhindert.

Der Mittenverriegelungsmechanismus ist hiernach relativ aufwendig aufgebaut, was entsprechende Kosten bei der Herstellung des Nockenwellenverstellers bedingt. Aufgabe der Erfindung

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die A uf g a b e zugrunde, einen gattungsgemäßen Nockenwellenversteller so auszugestalten, dass es möglich wird, in einfacher und zuverlässiger Weise die Mittenposition anzufahren, wobei der Bauaufwand und damit die Kosten minimiert oder zumindest vermindert werden sollen.

Zusammenfassung der Erfindung

Die L ö s u n g dieser Aufgabe durch die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass das erste Steuerelement eine erste und eine zweite Schaltstellung aufweist, wobei in der ersten, entsperrten Schaltstellung eine fluidische Verbindung zwischen der Hyd- raulikpumpe und einer ersten der beiden Teilkammern sowie eine fluidische Verbindung zwischen der anderen, zweiten Teilkammer und dem Tank herstellbar ist, wobei in der zweiten, gesperrten Schaltstellung eine fluidische Verbindung zwischen der Hydraulikpumpe und der zweiten der beiden Teilkammern sowie eine fluidische Verbindung zwischen der anderen, ersten Teilkammer und dem Tank herstellbar ist, und dass das zweite Steuerelement frei von verschiedenen Schaltstellungen ist und keinen Einfluss auf den Strom von Hydraulikfluid hat.

Das Zentralventil weist bevorzugt eine Schaltstellung auf, in der eine fluidische Verbindung zwischen der Pumpe und einer der beiden Teilkammern hergestellt ist und in der eine fluidische Verbindung zwischen der anderen der Teilkammern und dem Tank hergestellt ist. Das Zentralventil steht dabei bevorzugt in der genannten Schaltstellung mit dem ersten Steuerelement in fluidischer Verbindung. Das Zentralventil kann neben der Schaltstellung die Normalbetriebs-Schaltstellungen aufweisen, die für den regulären Betrieb des Nockenwellenverstellers erforderlich sind.

Der Stator kann mehrere Hydraulikkammern aufweisen und der Rotor eine der Anzahl der Hydraulikkammern entsprechende Anzahl an Flügeln, wobei nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung nur eine der Hydraulikkammern mit dem ersten Steuerelement und dem zweiten Steuerelement ausgestattet ist bzw. die Steuerelemente einer Hydraulikkammer zugeordnet sind.

Eine alternative Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der Stator mehrere Hyd- raulikkammern aufweist und der Rotor eine der Anzahl der Hydraulikkammern entsprechende Anzahl an Flügeln aufweist, wobei mehr als eine der Hydraulikkammern jeweils mit dem ersten Steuerelement und dem zweiten Steuerelement ausgestattet ist bzw. die Steuerelemente der Hydraulikkammer zugeordnet sind. Die Kulisse weist bevorzugt im Stator oder in einem mit diesem verbundenen Bauteil eine Erstreckung in Umfangsrichtung auf, die dem Abstand zwischen den beiden Steuerelementen in Umfangsrichtung entspricht.

Die Kulisse ist bevorzugt als bogenförmiges Langloch im Stator oder einem mit die- sem verbundenen Bauteil ausgebildet.

Die Steuerelemente sind bevorzugt im Rotor angeordnet, wobei das erste Steuerelement und das zweite Steuerelement ausgebildet sind, in der Mittenposition in die Kulisse im Stator oder einem mit diesem verbundenen Bauteil einzugreifen, um eine me- chanische Verriegelung zwischen Rotor und Stator herzustellen.

Die Steuerelemente sind dabei bevorzugt als Stift ausgebildet, der gegen die Vorspannung einer Feder in einer Bohrung im Rotor angeordnet ist. Somit umfasst die vorgeschlagene Lösung die beiden Steuerelemente (Steuer- bzw. Schaltpins), die einer Hydraulikkammer zugeordnet sind, wobei eines der Steuerelemente mit der genannten Schaltfunktion ausgebildet ist, während das andere Steuerelement keine derartige Schaltfunktion aufweist, sondern lediglich als federvorgespannter Element (im Falle der Verriegelung) in die Kulisse gedrückt werden kann bzw. (im Falle des Normalbetriebs des Nockenwellenverstellers) bei entsprechender Druckbeauftragung aus dem Wirkungsbereich der Kulisse herausgeschoben wird. Somit hat eines der beiden Steuerelemente neben der Aufgabe des Verriegeins auch noch die Aufgabe des Schaltens des Hydraulikfluids, um die genannte Wirkung zu erzielen, d. h. in einfacher weise die Mittenposition und somit den Verriegelungszustand anzufahren.

Vorstellbar sind auch Lösungen, bei denen ein zweites Schaltventil vorgesehen wird, um einen höheren Durchfluss zu ermöglichen. Ferner sind Lösungen mit zusätzlicher „mechanischer Ratsche" möglich. Mit der vorgeschlagenen Lösung kann in einfacher und sicherer Weise die Mittenposition angefahren werden. Das Konzept basiert auf einer rein hydraulischen Verstellung, um den Rotor relativ zum Stator in die Mittenposition zu bringen und dort zu verriegeln. Nockenwellen-Wechselmomente sind hierfür (wie bei manchen vorbekannten Lösungen) nicht erforderlich.

In vorteilhafter Weise werden für die vorgeschlagene Lösung nur relativ wenige Bauteile benötigt, was günstige Herstellungskosten sicherstellt. Insbesondere kann teilweise auf Rückschlagventile verzichtet werden, die bei vorbekannten Lösungen erforderlich sind.

Kurze Beschreibung der Figuren In den Figuren sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 schematisch die hydraulische Steuerung eines Nockenwellenverstellers, wobei die Verstellung im Normalbetrieb dargestellt ist, bei der in Richtung „früh" verstellt wurde,

Fig. 2 schematisch die hydraulische Steuerung des Nockenwellenverstellers, wobei die Verstellung im Normalbetrieb dargestellt ist, bei der in Richtung „spät" verstellt wurde, Fig. 3 schematisch die hydraulische Steuerung des Nockenwellenverstellers, wobei das Anfahren der Verriegelung in eine Mittenposition für eine erste Relativposition zwischen Stator und Rotor dargestellt ist,

Fig. 4 schematisch die hydraulische Steuerung des Nockenwellenverstellers, wobei das Anfahren der Verriegelung in eine Mittenposition für eine zweite Relativposition zwischen Stator und Rotor dargestellt ist, Fig. 5 schematisch die hydraulische Steuerung des Nockenwellenverstellers, wobei das Erreichen der Verriegelung in der Mittenposition dargestellt ist, und

Fig. 6 eine Darstellung analog zu Fig. 3, wobei der Einsatz eines zweiten Steuerelements dargestellt ist.

Ausführliche Beschreibung der Figuren In den Figuren ist schematisch ein Nockenwellenversteller 1 dargestellt, der einen Stator 2 und einen sich relativ zu diesem drehbaren Rotor 3 aufweist. Der Rotor 3 hat eine Anzahl Flügel 4, der in jeweilige Hydraulikkammern 5 des Stators 2 hineinreichen und hier eine erste Teilkammer A von einer zweiten Teilkammer B trennt. Im regulären Betrieb des Nockenwellenverstellers 1 wird durch Zuleitung von Hydrauliköl über ein Zentralventil 6 in die Teilkammern A bzw. B eine gewünschte relative Drehposition zwischen Stator 2 und Rotor 3 hergestellt.

Nachfolgend sind nur die neuen Merkmale des hydraulischen Nockenwellenverstellers wiedergegeben, da die generelle Betriebsweise eines solchen Verstellers hinlänglich bekannt ist. Zur hydraulischen Steuerung eines solchen Elements und insbesondere zur Ansteuerung des Verstellers mit einem Zentralventil wird ausdrücklich beispielsweise auf die DE 10 2013 226 437 B4 der Patentanmelderin Bezug genommen, wo hierzu detaillierte Informationen enthalten sind. Im Normalbetrieb des Nockenwellenverstellers 1 werden demgemäß die Teilkammern A und B in gewünschter Weise mit Hydrauliköl versorgt. Ein Verriegelungssystem 7, 8 ist in diesem Betriebsmodus passiv, was dadurch bewerkstelligt wird, dass in einen C- Port Drucköl geleitet wird. Dies hat zur Folge, dass zwei Steuerelemente 7 und 8 derart mittels des Drucks des Hydraulikfluids gegen eine Feder 10 gedrückt werden, dass die Steuerelemente 7 und 8 eine nicht-verriegelte Position einnehmen und somit der Nockenwellenversteller 1 in seiner normalen Arbeitsposition ist. Demgemäß werden im Falle der Beaufschlagung des C-Ports mit Drucköl von einer Hydraulikpumpe P die beiden Steuerelemente 7 und 8 gegen die Wirkung der Feder 10 in einer Position gehalten, in der keine Verriegelung des Rotors 3 relativ zum Stator 2 erfolgt. Der reguläre Betrieb des Nockenwellenverstellers 1 ist in den Figuren 1 und 2 dargestellt. Das Zentralventil 6 kann dabei drei Schaltstellungen einnehmen, die den drei rechten Stellungen (der insgesamt vier dargestellten möglichen Stellungen des Zentralventils 6) entspricht. In Figur 1 wird über die Hydraulikpumpe P Hydraulikfluid in den C-Port geleitet, wodurch die beiden Steuerelemente 7 und 8 in der entsperrten Position sind. Gleichzeitig wird Hydraulikfluid in die Teilkammer B geleitet. Weiterhin ist in dieser Schaltposition die Teilkammer A auf den Tank T geschaltet. Demgemäß nimmt das Ölvolumen in der Teilkammer B zu und in der Teilkammer A ab, so dass sich der Rotor 3 gegen- über dem Stator 2 im Uhrzeigersinn dreht.

Der umgekehrte Fall ist in Figur 2 dargestellt, bei der gleichermaßen zunächst der C- Port unter Druck steht und so die beiden Steuerelemente 7 und 8 in der entsperrten Position sind. Nun wird allerdings Hydraulikfluid von der Hydraulikpumpe P in die Teil- kammer A geleitet, während gleichzeitig die Teilkammer B auf den Tank T geschaltet ist. Entsprechend nimmt jetzt das Ölvolumen in der Teilkammer A zu und in der Teilkammer B ab, so dass sich der Rotor 3 gegenüber dem Stator 2 gegen den Uhrzeigersinn dreht. ln der Stellung des Zentralventils 6, die zwischen den beiden genannten Stellungen liegt, ist der Strömungsfluss von der Hydraulikpumpe P bzw. zum Tank T unterbrochen, so dass keine Relativverdrehung Zwischenrotor 3 und Stator 2 erfolgen kann. Lediglich der C-Port steht unter Druck und hält die beiden Steuerelemente 7 und 8 in der entsperrten Stellung.

Ziel ist es, beim Motorstopp der Verbrennungskraftmaschine dafür zu sorgen, dass der Rotor 3 relativ zum Stator 2 in einer Mittenposition M zu liegen kommt, wie sie in Figur 5 dargestellt ist.

Dies wird durch die beiden Steuerelemente 7 und 8 in Form von Steuerpins bewerkstelligt, die sich in eine axiale Richtung a (s. Figur 1 ) in entsprechenden Bohrungen im Rotor 3 bewegen können, und zwar gegen die Wirkung der Feder 10. Die axiale Bewegung der Steuerelemente 7 und 8 wird durch eine Kulisse 9 hervorgerufen, die in den Deckel des Stators 2 eingearbeitet ist und deren Kontur in den Figuren nur schematisch dargestellt ist. Gelangen die Steuerelemente 7, 8 in den Bereich der Kulisse 9, ergibt sich eine axiale Verschiebung, wie es sich aus dem Vergleich der einzelnen Figuren ergibt. Das erste Steuerelement 7 ist dabei so ausgestaltet, dass es eine erste und eine zweite Schaltstellung aufweist bzw. einnehmen kann; die beiden Schaltstellungen sind aus den Figuren ersichtlich. In der ersten, entsperrten Schaltstellung (es herrscht Druck im C-Port und das Steuerelement 7 ist gegen die Feder 10 gedrückt) ist eine fluidische Verbindung zwischen der Hydraulikpumpe P und einer ersten der beiden Teilkammern A, B sowie eine fluidische Verbindung zwischen der anderen, zweiten Teilkammer A, B und dem Tank T herstellbar, was von der entsprechenden Stellung des Zentralventils 6 abhängt, welches sich hierzu in der ganz linken Stellung befinden muss (wie in den Figuren 3 bis 6 dargestellt). In der zweiten, gesperrten Schaltstellung (der Druck im C-Port ist weggenommen und das Steuerelement 7 wird infolge der Wirkung der Feder 10 in Richtung Kulisse 9 gedrückt) ist eine fluidische Verbindung zwischen der Hydraulikpumpe P und der zweiten der beiden Teilkammern A, B sowie eine fluidische Verbindung zwischen der anderen, ersten Teilkammer A, B und dem Tank T herstellbar. Indes ist das zweite Steuerelement 8 frei von verschiedenen Schaltstellungen und hat keinen Einfluss auf den Strom von Hydraulikfluid. Es wird infolge der Wirkung der Feder 10 nach rechts in Richtung Kulisse 9 gedrückt; ob sich das Steuerelement 8 in die Kulisse 9 begibt, hängt von der relativen Position zwischen Stator 2 und Rotor 3 ab sowie davon, ob im C-Port Druck herrscht.

Es ergibt sich demnach die folgende Betriebsweise, um den Rotor 3 relativ zum Stator 2 in die Mittenposition M zu verbringen und hier zu verriegeln:

Gemäß Figur 3 ist der Druck im C-Port weggenommen. Aufgrund der Relativposition zwischen Rotor 3 und Stator 2 konnte das Steuerelement 8 bereits in die Kulisse 9 eintreten; dies gilt allerdings nicht für das Steuerelement 7, welches sich noch außerhalb des Bereichs der Kulisse 9 befindet. Demgemäß liegt die Schaltstellung des Steuerelements 7 vor, wie sie aus Figur 3 hervorgeht. Hiernach wird von der Hydraulikpumpe P Hydraulikfluid in die Teilkammer B geleitet, während aus der Teilkammer A Hydraulikfluid in den Tank T abfließen kann. Dies veranlasst eine relative Verdrehung zwischen Rotor 3 und Stator 2, die das Steuerelement 7 in den Bereich der Kulisse 9 bringt, wo dieses in dieselbe einrasten kann. Damit ist der verriegelte Zustand in der Mittenposition M gemäß Figur 5 erreicht.

Befindet sich indes bei Wegnahme des Drucks aus dem C-Port das Steuerelement 7 bereits im Bereich der Kulisse 7, wie dies in Figur 4 dargestellt ist, kann dieses in axiale Richtung a in die Kulisse 9 eintreten und so in die Schaltposition gelangen, wo von der Hydraulikpumpe P Hydraulikfluid in die Teilkammer A gelangen kann; die Teilkammer B ist hier auf den Tank T geschaltet.

Demgemäß kann ein Zurückdrehen des Rotors 3 relativ zum Stator 2 erfolgen, so dass gleichermaßen die in Figur 5 dargestellte verriegelte Position eingenommen werden kann. ln Figur 6 ist angedeutet, dass auch mehr als ein Satz Steuerelemente 7, 8 vorgesehen werden kann. Angedeutet ist hier ein zweites Steuerelement 7, welches mit einer anderen Hydraulikkammer 5 zusammenwirkt.

Bezugszeichenliste

1 Nockenwellenversteller

2 Stator

3 Rotor

4 Flügel

5 Hydraulikkammer

6 Zentralventil

7, 8 Verriegelungssystem

7 erstes Steuerelement (Steuer- bzw. Schaltpin) 8 zweites Steuerelement (Steuer- bzw. Schaltpin) 9 Kulisse

10 Feder

A erste Teilkammer

B zweite Teilkammer

C C-Port für die Entriegelung

P Hydraulikpumpe

T Tank

a axiale Richtung M Mittenposition