DE102008001801A1

DE102008001801A1 - Vorrichtung zum Verändern der Drehwinkellage einer Nockenwelle

Info

Publication number: DE102008001801A1
Application number: DE200810001801
Authority: DE
Inventors: Michael Nau; Dietmar Uhlenbrock
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2008-05-15
Filing date: 2008-05-15
Publication date: 2009-11-19

Abstract

Es sind schon Vorrichtungen zum Verändern der Drehwinkellage einer Nockenwelle relativ zu einer Kurbelwelle bekannt, mit einem hydraulischen Phasensteller, einem den hydraulischen Phasensteller mit Fluid versorgenden Förderaggregat und mit einem den hydraulischen Phasensteller steuernden Steuerventil. Nachteilig ist, dass der Phasensteller ausschließlich mittels eines von einem Förderaggregat erzeugten Drucks verstellbar ist. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist sowohl über einen von dem Förderaggregat erzeugten hydraulischen Druck als auch von den Wechselmomenten der Nockenwelle verstellbar. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass dem Steuerventil (5) ein Vorsteuerventil (16) vorgeschaltet ist.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung zum Verändern der Drehwinkellage einer Nockenwelle nach der Gattung des Hauptanspruchs.
Es ist schon eine Vorrichtung zum Verändern der Drehwinkellage einer Nockenwelle relativ zu einer Kurbelwelle aus der DE 100 20 119 A1 bekannt, mit einem hydraulischen Phasensteller, einem den hydraulischen Phasensteller mit Fluid versorgenden Förderaggregat und mit einem den hydraulischen Phasensteller steuernden Steuerventil. Nachteilig ist, dass der Phasensteller ausschließlich mittels eines von einem Förderaggregat erzeugten Drucks verstellbar ist.
Vorteile der Erfindung
Die erfindungsgemäße Vorrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, dass der Phasensteller sowohl über einen von dem Förderaggregat erzeugten hydraulischen Druck als auch von den Wechselmomenten der Nockenwelle verstellbar ist, indem dem Steuerventil ein Vorsteuerventil vorgeschaltet ist, das zwischen den beiden Antriebsarten umschalten kann. Die Verstellung mittels der Nockenwellen-Wechselmomente wird auch als CTA (Cam Torque Actuation) und die Verstellung mittels des Förderaggregates als OPA (Oil Pressure Actuation) bezeichnet.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Vorrichtung möglich.
Besonders vorteilhaft ist, wenn das Vorsteuerventil ein 4/2 Wegeventil mit vier Anschlüssen und zwei Schaltstellungen ist, wobei der erste Anschluss des Vorsteuerventils über eine Druckleitung mit einem Förderaggregat, der zweite Anschluss des Vorsteuerventils mit einem Behälter, der dritte Anschluss des Vorsteuerventils über eine erste Verbindungsleitung mit einem ersten Anschluss des Steuerventils und der vierte Anschluss des Vorsteuerventils über eine zweite Verbindungsleitung mit einem zweiten Anschluss des Steuerventils verbunden ist. Das Vorsteuerventil verbindet in der ersten Schaltstellung den ersten Anschluss mit dem dritten Anschluss und zusätzlich mit dem vierten Anschluss, wobei der zweite Anschluss geschlossen ist. In der zweiten Schaltstellung wird der erste Anschluss mit dem vierten Anschluss und der zweite Anschluss mit dem dritten Anschluss strömungsverbunden. Der Phasensteller wird auf diese Weise besonders einfach zwischen den beiden Betätigungsarten umgestellt.
Weiterhin vorteilhaft ist, wenn in der ersten Verbindungsleitung zwischen dem dritten Anschluss des Vorsteuerventils und dem ersten Anschluss des Steuerventils ein Rückschlagventil vorgesehen ist, da auf diese Weise ein Rückströmen von Fluid verhindert wird. Durch das Rückschlagventil wird bei der Betätigung mittels CTA eine gerichtete Strömung erzwungen. Bei der Betätigung mittels OPA stört das Rückschlagventil nicht, da in der gleichen Strömungsrichtung in den Vorratsbehälter abgeströmt wird.
Sehr vorteilhaft ist es, dass in der Druckleitung zwischen dem Förderaggregat und dem ersten Anschluss des Vorsteuerventils ein Rückschlagventil vorgesehen ist, da auf diese Weise eine Rückströmung zum Förderaggregat verhindert wird.
Desweiteren vorteilhaft ist, wenn ein Steuergerät vorgesehen ist, das das Vorsteuerventil abhängig von einer Drehzahl einer Brennkraftmaschine in die erste oder zweite Schaltstellung schaltet, da das Vorsteuerventil auf diese Weise kennfeldgesteuert in Abhängigkeit von der erforderlichen Verstellgeschwindigkeit, der Öltemperatur, dem Öldruck und der Motordrehzahl betätigt wird, um so ein weiter verbessertes Verhältnis zwischen Leistungsbedarf (= Öldruck × Volumenstrom) und Verdrehgeschwindigkeit zu bekommen.
Zum Beispiel könnte man bei mittlerer Drehzahl und einer geringen Anforderung an die Verstellgeschwindigkeit des Camphasers noch den verbrauchsgünstigen CTA-Modus beibehalten, obwohl im OPA-Modus eine schnellere Verstellung möglich wäre, aber dann unnötig Öl und damit Leistung verbrauchen würde.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführung ist das Vorsteuerventil als Schaltventil oder als Proportionalventil ausgeführt. Das Vorsteuerventil kann elektromagnetisch oder hydraulisch betätigbar sein.
Zeichnung
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
1 zeigt schematisch eine erfindungsgemäße Vorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel und
2 schematisch eine erfindungsgemäße Vorrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
1 zeigt schematisch eine erfindungsgemäße Vorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel.
Die Vorrichtung 1 dient der Verstellung der Drehwinkellage einer Nockenwelle 2 relativ zu einer Kurbelwelle 3 und weist einen allgemein bekannten hydraulischen Phasensteller 4 und ein den hydraulischen Phasensteller 4 steuerndes Steuerventil 5 auf. Die Nockenwelle 2 steuert das Öffnen und Schließen von Gaswechselventilen 6. Der hydraulische Phasensteller 4 hat ein Stellergehäuse 4.1 mit einer Statorkammer 4.2 und einen in der Statorkammer 4.2 in einem vorbestimmten Winkelbereich drehbar angeordneten Rotor 4.3. Das Stellergehäuse 4.1 ist über ein Triebmittel mit der Kurbelwelle 3 und der Rotor 4.3 mit der Nockenwelle 2 mechanisch verbunden. Durch die Zwischenschaltung des Phasenstellers 4 zwischen der Kurbelwelle 3 und der Nockenwelle 2 wird eine variable Steuerung der Gaswechselventile 6 erreicht. Am Umfang der Statorkammer 4.2 sind Statorflügel 4.4 und am Rotor 4.3 Rotorflügel 4.5 ausgebildet. Der Rotor 4.3 ist mit seinen Rotorflügeln 4.5 im Winkelbereich zwischen den Statorflügeln 4.4 drehbar angeordnet. In der Statorkammer 4.2 sind in Umfangsrichtung gesehen zwischen den Statorflügeln 4.4 der Statorkammer 4.2 und den Rotorflügeln 4.5 des Rotors 4.3 Arbeitskammern 4.6 gebildet, die mit Fluid befüllt sind.
Die Drehwinkellage bzw. der Phasenwinkel wird auf bekannte Art und Weise verstellt, indem die Rotorflügel 4.5 von einer Seite her durch Befüllen der entsprechenden Arbeitskammern 4.6 mit einem Druck beaufschlagt werden und die der anderen Seite der Rotorflügel 4.5 zugewandten Arbeitskammern 4.6 um ein entsprechendes Volumen entleert werden. Die Druckbeaufschlagung der jeweiligen Arbeitskammern 4.6 des Phasenstellers 4 wird durch das Steuerventil 5 erreicht, das beispielsweise ein 4/3-Wegeventil mit vier Anschlüssen 10.1, 10.2, 10.3, 10.4 und drei Schaltstellungen 11.1, 11.2, 11.3 ist und elektromagnetisch betätigt wird. Die Anschlüsse 10.3 und 10.4 sind über das Steuerventil 5 mit den Arbeitskammern 4.6 des hydraulischen Phasenstellers 4 derart strömungsverbindbar, dass die Rotorflügel 4.5 von einer Seite her mit einem Druck beaufschlagt und die der anderen Seite der Rotorflügel 4.5 zugewandten Arbeitskammern 4.6 druckentlastet werden. In der Schaltstellung 11.2 sind alle Anschlüsse 10 geschlossen, um die Drehwinkellage des Rotors 4.3 und damit der Nockenwelle 2 in der erreichten Position zu halten. In den beiden anderen Schaltstellungen 9.2, 9.3 wird eine Verstellung des Rotors 4.3 bzw. der Nockenwelle 2 in Richtung „früh” bzw. „spät” erreicht.
Der hydraulische Druck wird mittels eines Förderaggregates 12 erzeugt, das Fluid aus einem Vorratsbehälter 13 ansaugt und zum Phasensteller 4 hin fördert. Der Vorratsbehälter 13 ist beispielsweise die Ölwanne der Brennkraftmaschine.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass dem Steuerventil 5 ein Vorsteuerventil 16 vorgeschaltet ist, das in der einen Schaltstellung eine aktive Verstellung des Phasenstellers mittels des Förderaggregates und in der anderen Schaltstellung eine passive Verstellung mittels der Nockenwellen-Wechselmomente erreicht. Die aktive Verstellung wird auch als Oil Pressure Actuation (OPA) und die passive Verstellung als Cam Torque Actuation (CTA) bezeichnet. Durch das Vorsteuerventil 16 wird zwischen den beiden Betätigungsarten umgeschaltet, wobei die aktive Verstellung insbesondere bei hohen Drehzahlen der Brennkraftmaschine und die passive Verstellung insbesondere bei niedrigen Drehzahlen der Brennkraftmaschine verwendet wird.
Das Vorsteuerventil 16 ist beispielsweise ein 4/2 Wegeventil mit vier Anschlüssen 17 und zwei Schaltstellungen 18. Der erste Anschluss 17.1 des Vorsteuerventils 16 ist über eine Druckleitung 19 mit dem Förderaggregat 12, der zweite Anschluss 17.2 des Vorsteuerventils 16 mit dem Vorratsbehälter 13, der dritte Anschluss 17.3 des Vorsteuerventils 16 über eine erste Verbindungsleitung 22 mit dem ersten Anschluss 10.1 des Steuerventils 5 und der vierte Anschluss 17.4 des Vorsteuerventils 16 über eine zweite Verbindungsleitung 23 mit dem zweiten Anschluss 10.2 des Steuerventils 5 verbunden. Gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel wird das Vorsteuerventil 16 hydraulisch betätigt, indem von der Druckleitung 19 eine Zweigleitung 24 abzweigt und auf ein Ventilglied des Vorsteuerventils 16 entgegen einer Feder 20 wirkt. In der Zweigleitung 24 ist beispielsweise ein Drosselelement 21 vorgesehen, um den auf das Ventilglied wirkenden Druck zu reduzieren.
Das Vorsteuerventil 16 verbindet in der ersten Schaltstellung 18.1 den mit dem Förderaggregat 12 verbundenen ersten Anschluss 17.1 mit dem dritten Anschluss 17.3 und mit dem vierten Anschluss 17.4, wobei der zweite Anschluss 17.2 geschlossen ist. Auf diese Weise wird die Verstellung des Phasenstellers 4 mittels der Nockenwellen-Wechselmomente (CTA) aktiviert bzw. eingeschaltet. In der ersten Verbindungsleitung 22 zwischen dem dritten Anschluss 17.3 des Vorsteuerventils 16 und dem ersten Anschluss 10.1 des Steuerventils 5 ist beispielsweise ein Rückschlagventil 25 vorgesehen, um nur eine Strömungsrichtung zum dritten Anschluss 17.3 des Vorsteuerventils 16 hin zuzulassen. In der zweiten Schaltstellung 18.2 werden der erste Anschluss 17.1 mit dem vierten Anschluss 17.4 und der erste Anschluss 17.2 mit dem dritten Anschluss 17.3 strömungsverbunden. Auf diese Weise wird die Verstellung des Phasenstellers 4 mittels des Förderaggregates 12 aktiviert bzw. eingeschaltet.
Das Vorsteuerventil 16 kann als Schaltventil, das nur die Schaltstellung „offen” oder geschlossen” aufweist, oder als Proportionalventil ausgeführt sein, das auch Zwischenstellungen zwischen „offen” und „geschlossen” hat.
Das Vorsteuerventil 16 und das Steuerventil 5 können unabhängig voneinander geschaltet werden. Dabei stellt die Schaltstellung des Vorsteuerventils 16 jeweils die Betätigungsart und die Schaltstellung des Steuerventils 5 jeweils die Verstellrichtung der Nockenwelle 2 in Richtung „früh” oder „spät” ein.
Auch in der Druckleitung 19 zwischen dem Förderaggregat 12 und dem ersten Anschluss des Vorsteuerventils 16 ist ein Rückschlagventil 25 angeordnet, um eine Rückströmung zum Vorratsbehälter 13 hin zu verhindern.
Der CTA-Modus ist besonders wirksam bei kurzen Strömungsleitungen. Deshalb ist es vorteilhaft, das Steuerventil 5 zentral im Phasensteller 4 sowie den Schieber des Vorsteuerventils 16 entweder nockenwellennah oder unmittelbar in der Nockenwelle 2 anzuordnen. Die Ölversorgung kann dann beispielsweise über ein Nockenwellenlager realisiert werden, damit genügend axialer Bauraum für den Schieber des Vorsteuerventils 16 vorhanden ist.
2 zeigt schematisch eine erfindungsgemäße Vorrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel.
Bei der Vorrichtung nach 2 sind die gegenüber der Vorrichtung nach 1 gleichbleibenden oder gleichwirkenden Teile durch die gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
Die Vorrichtung nach 2 unterscheidet sich von der Vorrichtung nach 1 darin, dass das Vorsteuerventil 16 nicht hydraulisch, sondern elektromagnetisch betätigt wird. Auf diese Weise kann das Vorsteuerventil unabhängig vom Druck in der Druckleitung 19 betätigt werden. Das Vorsteuerventil 16 wird beispielsweise von einem Steuergerät 27 abhängig von einer Drehzahl oder/und abhängig von der erforderlichen Verstellgeschwindigkeit des Nockenwellenverstellers der Brennkraftmaschine in die erste oder zweite Schaltstellung 18.1, 18.2 geschaltet. Hierzu ist ein Drucksensor 28 vorgesehen, der den Druck in der Druckleitung 19 ermittelt und als Signal an das Steuergerät 27 leitet.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DE 10020119 A1 [0002]

Claims

Vorrichtung zum Verändern der Drehwinkellage einer Nockenwelle relativ zu einer Kurbelwelle, mit einem hydraulischen Phasensteller und mit einem den hydraulischen Phasensteller steuernden Steuerventil, dadurch gekennzeichnet, dass dem Steuerventil (5) ein Vorsteuerventil (16) vorgeschaltet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Vorsteuerventil (16) zwischen einer aktiven Verstellung des Phasenstellers (4) mittels eines Druck erzeugenden Förderaggregates (12) und einer passiven Verstellung mittels der Nockenwellen-Wechselmomente umschaltet.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Vorsteuerventil ein 4/2 Wegeventil mit vier Anschlüssen (17.1, 17.2, 17.3, 17.4) und zwei Schaltstellungen (18.1, 18.2) ist.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Anschluss (17.1) des Vorsteuerventils (16) über eine Druckleitung mit einem Förderaggregat (12), der zweite Anschluss (17.2) des Vorsteuerventils (16) mit einem Behälter (13), der dritte Anschluss (17.3) des Vorsteuerventils (16) über eine erste Verbindungsleitung (22) mit einem ersten Anschluss (10.1) des Steuerventils (5) und der vierte Anschluss (17.4) des Vorsteuerventils (16) über eine zweite Verbindungsleitung (23) mit einem zweiten Anschluss (10.2) des Steuerventils (5) verbunden ist.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Vorsteuerventil (16) in der ersten Schaltstellung (18.1) den ersten Anschluss (17.1) mit dem dritten Anschluss (17.3) und mit dem vierten Anschluss (17.4) verbindet, wobei der zweite Anschluss (17.2) geschlossen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Vorsteuerventil (16) in der zweiten Schaltstellung (18.2) den ersten Anschluss (17.1) mit dem vierten Anschluss (17.4) und den zweiten Anschluss (17.2) mit dem dritten Anschluss (17.2) strömungsverbindet.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass in der ersten Verbindungsleitung (22) zwischen dem dritten Anschluss (17.3) des Vorsteuerventils (16) und dem ersten Anschluss (10.1) des Steuerventils (5) ein Rückschlagventil (25) vorgesehen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass in der Druckleitung zwischen dem Förderaggregat (12) und dem ersten Anschluss (17.1) des Vorsteuerventils (16) ein Rückschlagventil (26) vorgesehen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Steuergerät (27) vorgesehen ist, das das Vorsteuerventil (16) abhängig von einer Drehzahl einer Brennkraftmaschine in die erste (18.1) oder zweite Schaltstellung (18.2) schaltet.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Vorsteuerventil (16) als Schaltventil oder als Proportionalventil ausgeführt ist.