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Stand der Technik
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Die
Erfindung geht aus von einer Vorrichtung zum Verändern
der Drehwinkellage einer Nockenwelle nach der Gattung des Anspruchs
1 und des Anspruchs 8.
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Es
ist schon eine Vorrichtung zum Verändern der Drehwinkellage
einer Nockenwelle aus der
EP 1533484
A2 bekannt, mit einem hydraulischen Phasensteller, einem
den hydraulischen Phasensteller steuernden Steuerventil, mit einer
ein Förderaggregat aufweisenden Förderleitung,
die stromab des Förderaggregates in zwei Ölversorgungsleitungen verzweigt,
wobei die erste Ölversorgungsleitung den Phasensteller
und die zweite Ölversorgungsleitung weitere Motoreinrichtungen
umfasst. Zukünftige Brennverfahren erfordern hohe Verstellgeschwindigkeiten
des Phasenstellers. Dazu ist der Druck in der ersten Ölversorgungsleitung
zu erhöhen. Nachteilig ist, dass durch eine Erhöhung
des Drucks in der ersten Ölversorgungsleitung unnötigerweise
auch der Druck in der zweiten Ölversorgungsleitung erhöht wird.
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Vorteile der Erfindung
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung mit den kennzeichnenden
Merkmalen des Anspruchs 1 und des Anspruchs 8 hat demgegenüber
den Vorteil, dass in der den Phasensteller aufweisenden ersten Ölversorgungsleitung
ein höherer Druck einstellbar ist als in der zweiten Ölversorgungsleitung.
Der Systemdruck wird für ein schnelles Verstellen des Phasenstellers
durch ein entsprechendes Ansteuern des Förderaggregates
kurzfristig angehoben, wobei der Druck in der das Förderaggregat
aufweisenden Förderleitung und in der ersten Ölversorgungsleitung
ansteigt. Dabei soll der Druck in der zweiten Ölversorgungsleitung
einen Maximalwert nicht überschreiten, um energieeffizient
zu sein.
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Bei
einer Ausführung nach Anspruch 1 ist in der zweiten Ölversorgungsleitung
stromauf der Motoreinrichtungen ein Druckminderventil angeordnet, das
den Druck in der zweiten Ölversorgungsleitung durch einen
variablen Drosselquerschnitt weitgehend konstant hält.
Bei einer weiteren, alternativen Ausführung nach Anspruch
8 ist in der Förderleitung stromab des Förderaggregates
ein 3/2-Wegeventil und am Eingang in die erste Ölversorgungsleitung ein Rückschlagventil
vorgesehen ist, wobei das Öl der Förderleitung
in einer ersten Schaltstellung des 3/2-Wegeventils zur Verzweigung
der Förderleitung und in einer zweiten Schaltstellung über
einen Bypass unter Umgehung der Verzweigung unmittelbar in die erste Ölversorgungsleitung
stromab der Verzweigung und stromab des Rückschlagventils
geleitet wird.
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Die
zwei alternativen Ausführungen haben beide den Vorteil,
dass mit nur einem Förderaggregat und einem Ventil unterschiedliche
Drücke in den beiden Ölversorgungsleitungen einstellbar
sind, wodurch ein zusätzliches Förderaggregat
eingespart wird und die Herstellungskosten gesenkt werden.
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Durch
die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen
sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch
angegebenen Vorrichtung möglich.
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Gemäß einer
vorteilhaften Ausführung ist das Druckminderventil ein
Drosselventil, dessen Öffnungsquerschnitt mit steigendem
Druck stufenweise oder stufenlos verringerbar ist.
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Besonders
vorteilhaft ist, wenn das Druckminderventil ein 2/2-Wegeventil mit
zwei Anschlüssen und zwei Schaltstellungen ist, wobei das
Druckminderventil in der einen Schaltstellung voll geöffnet und
in der anderen Schaltstellung konstant gedrosselt ist. Die erste
Schaltstellung ist bei niedrigen Öldrücken kleiner
einem vorbestimmten Wert aktiviert und die zweite Schaltstellung
bei Öldrücken größer dem vorbestimmten
Wert.
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Weiterhin
vorteilhaft ist, wenn das Druckminderventil einen elektromagnetischen
Aktor zur Verstellung seines Ventilglieds aufweist oder hydraulisch betätigt
ist.
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Auch
vorteilhaft ist, wenn ein Überdruckventil vorgesehen ist,
das ab einem vorbestimmten Druck in der Förderleitung zu
einem Ölvorratsbehälter hin öffnet, da
auf diese Weise eine Beschädigung des Motors durch einen
unzulässig hohen Druck verhindert wird.
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Zeichnung
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und
in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
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1 zeigt
schematisch eine erfindungsgemäße Vorrichtung
gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,
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2 zeigt
schematisch eine erfindungsgemäße Vorrichtung
gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel,
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3 zeigt
schematisch eine erfindungsgemäße Vorrichtung
gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel
und
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4 zeigt
schematisch eine erfindungsgemäße Vorrichtung
gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel.
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Beschreibung der Ausführungsbeispiele
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1 zeigt
schematisch eine erfindungsgemäße Vorrichtung
gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel.
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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, beispielsweise Öl, befüllt sind.
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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 5.1, 5.2, 5.3, 5.4 und
drei Schaltstellungen 8.1, 8.2, 8.3 ist
und elektromagnetisch betätigt wird. Die Anschlüsse 5.3 und 5.4 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 einer Schaltstellung 8.1 sind
alle Anschlüsse 5.1, 5.2, 5.3, 5.4 geschlossen,
um die Drehwinkellage des Rotors und damit der Nockenwelle 2 in
der erreichten Position zu halten. In den beiden anderen Schaltstellungen 8.2, 8.3 wird
eine Verstellung des Rotors 4.3 bzw. der Nockenwelle 2 in
Richtung „früh” bzw. „spät” erreicht.
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Der
hydraulische Druck in der Vorrichtung wird mittels eines Förderaggregates 9 erzeugt,
das in einer Förderleitung 10 angeordnet ist und
Fluid aus einem Vorratsbehälter 11 ansaugt. Die
Förderleitung 10 verzweigt sich stromab des Förderaggregates 9 an
einer Verzweigung 15 in zwei Ölversorgungsleitungen 12, 13,
wobei die erste Ölversorgungsleitung 12 den Phasensteller 4 und
die zweite Ölversorgungsleitung 13 weitere Motoreinrichtungen 14 umfasst,
wie beispielsweise Pleuellager, Kolben, Nockenwellenlager, Rollenschlepphebel
oder andere. Der Vorratsbehälter 11 ist beispielsweise
die Ölwanne der Brennkraftmaschine. Das Förderaggregat 9 wird
beispielsweise von der Brennkraftmaschine angetrieben.
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Zukünftige
Brennverfahren erfordern zumindest zeitweise hohe Verstellgeschwindigkeiten
des Phasenstellers 4. Dazu muss das Förderaggregat 9 zumindest
zeitweise den Systemdruck in der Förderleitung 10 anheben.
Um die zweite Ölversorgungsleitung 13 mit den
Motoreinrichtungen 14 nicht ständig und unnötigerweise
mit dem für die Verstellung des Phasenstellers 4 notwendigen
höheren Druck zu beaufschlagen, ist erfindungsgemäß vorgesehen,
dass in der zweiten Ölversorgungsleitung 13 stromauf
der Motoreinrichtungen 14 ein Druckminderventil 17 angeordnet
ist. Das Druckminderventil 17 ist gemäß dem
ersten Ausführungsbeispiel ein hydraulisch gesteuertes
Drosselventil, dessen Öffnungsquerschnitt mit steigendem
Druck von einem Ventilglied stufenweise oder stufenlos verringerbar
ist. Das Drosselventil drosselt den Durchgangsstrom ab einem vorbestimmten
Druck, so dass der Druck in der zweiten Ölversorgungsleitung 13 beim
Anheben des Drucks in der Förderleitung 10 stromab
des Drosselventils weitgehend konstant bleibt. Unterhalb des vorbestimmten
Drucks ist der Öffnungsquerschnitt des Drosselventils ungedrosselt,
so dass der Druck in der zweiten Ölversorgungsleitung 13 stromab
des Drosselventils etwa dem Druck in der Förderleitung 10 entspricht.
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Es
ist ein elektronisches Steuergerät 18 vorgesehen,
das das Steuerventil 5 steuert und die Fördermenge
des Förderaggregates 9 über eine variable
oder mehrstufige Drosselung regelt. Zur Regelung des Förderaggregates 9 ist
ein erster Drucksensor 19 in der Förderleitung 10 stromab
des Förderaggregates 9 vorgesehen. Ein Drucksensor 20 ist
stromabwärts von Druckminderventil 17 positioniert
und überwacht den Öldruck im Motor mit seinen Ölschmierstellen
und Ölverbrauchern.
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In
der ersten Ölversorgungsleitung 12 ist ein Rückschlagventil 23 angeordnet
und verhindert ein Rückströmen von Fluid aus dem
Phasensteller 4 über das Steuerventil 5 nach
stromauf des Rückschlagventils 23. Es ist ein Überdruckventil 24 vorgesehen,
das den Druck in der Förderleitung 10 und den Ölversorgungsleitungen 12, 13 auf
einen maximal zulässigen Wert begrenzt. Ab einem vorbestimmten
maximalen Druck öffnet das Überdruckventil 24 und
lässt Öl aus den Leitungen 10, 12, 13 zum Vorratsbehälter 11 hin
abströmen. Auf diese Weise wird ein Überdruck
im System verhindert.
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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.
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Das
zweite Ausführungsbeispiel unterscheidet sich gegenüber
dem ersten Ausführungsbeispiel darin, dass das Druckminderventil 17 ein
2/2-Wegeventil mit einem Eingangsanschluss 17.1 und einem Ausgangsanschluss 17.2 und
zwei Schaltstellungen 25.1, 25.2 ist. Das 2/2-Wegeventil
ist in der einen Schaltstellung 25.1 ungedrosselt und voll
geöffnet und in der anderen Schaltstellung 25.2 konstant
gedrosselt. In beiden Schaltstellungen 25.1, 25.2 ist
der Eingangsanschluss 17.1 mit dem Ausgangsanschluss 17.2 strömungsverbunden.
Das Steuergerät 18 stellt die Schaltstellung 25.1, 25.2 des
Druckminderventils 17 abhängig vom Druck in der
zweiten Ölversorgungsleitung 13 ein. Dazu ist
ein Drucksensor 20 vorgesehen, der den Druck stromab des
2/2-Wegeventils erfasst. Übersteigt der mittels des Drucksensors 20 gemessene
Druck durch einen Anstieg des Systemdrucks in der Förderleitung 10 einen
vorbestimmten Wert, wird von der ersten Schaltstellung 25.1 in
die zweite Schaltstellung 25.2 umgeschaltet und der Druck
in der zweiten Ölversorgungsleitung 13 stromab
des Druckminderventils 17 durch die in der zweiten Schaltstellung 25.2 wirksame
Drosselung auf einen konstanten Wert verringert. Selbst bei Klemmen
des Ventils 17 in der zweiten Schaltstellung 25.2 ist
immer eine Grundversorgung des Motors gewährleistet. Das
Ventilglied des 2/2-Wegeventils ist gemäß dem
zweiten Ausführungsbeispiel hydraulisch gesteuert, kann
aber auch magnetisch betätigt sein.
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3 zeigt
schematisch eine erfindungsgemäße Vorrichtung
gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel.
Bei der Vorrichtung nach 3 sind die gegenüber
der Vorrichtung nach 1 und 2 gleichbleibenden
oder gleichwirkenden Teile durch die gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
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Das
dritte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich gegenüber
dem ersten und zweiten Ausführungsbeispiel darin, dass
in der Förderleitung 10 stromab des Förderaggregates 9 ein
3/2- Wegeventil 28 und am Eingangsbereich in die erste Ölversorgungsleitung 12 ein
Rückschlagventil 29 vorgesehen ist, wobei das
Fluid der Förderleitung 10 in einer ersten Schaltstellung 30.1 des
3/2-Wegeventils zur Verzweigung 15 der Förderleitung 10 und
in einer zweiten Schaltstellung 30.2 über einen
Bypass 31 unter Umgehung der Verzweigung 15 unmittelbar
in die erste Ölversorgungsleitung 12 stromab der
Verzweigung 15 und stromab des Rückschlagventils 29 geleitet
wird. Der Druck der Förderleitung 10 wird vom Drucksensor 19 stromab
des 3/2-Wegeventils gemessen.
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In
der ersten Schaltstellung 30.1 werden beide Ölversorgungsleitungen 12, 13 mit
dem gleichen Druck versorgt. In der zweiten Schaltstellung 30.2 dagegen
steht nur in der ersten Ölversorgungsleitung 12 der
Druck des Förderaggregates 9 zur Verfügung. Die
zweite Ölversorgungsleitung 13 kann in der zweiten
Schaltstellung 30.2 vollständig von der Förderleitung 10 abgekoppelt
bzw. abgeschnitten sein oder über einen das Rückschlagventil 29 umgehenden
gedrosselten Bypass 32 mit einem Teildruck aus der ersten Ölversorgungsleitung 12 versorgt
sein. Wenn für eine schnelle Verstellung des Phasenstellers 4 eine
Anhebung des Systemdrucks in der Förderleitung 10 erfolgt,
wird in die zweite Schaltstellung 30.2 umgeschaltet. Nach
der Verstellung wird wieder in die erste Schaltstellung 30.1 zurückgeschaltet.
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4 zeigt
schematisch eine erfindungsgemäße Vorrichtung
gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel.
Bei der Vorrichtung nach 4 sind die gegenüber
der Vorrichtung nach 1 bis 3 gleichbleibenden
oder gleichwirkenden Teile durch die gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
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Das
vierte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich gegenüber
dem dritten Ausführungsbeispiel darin, dass das 3/2-Wegeventil 28 für
eine schnelle Verstellung des Phasenstellers 4 getaktet
geschaltet wird. Der gedrosselte Bypass 32 ist nicht ausgeführt. In
der ersten Schaltstellung 30.1 werden beide Ölversorgungsleitungen 12, 13 mit
dem gleichen Druck versorgt. In der zweiten Schaltstellung 30.2 dagegen steht
nur in der ersten Ölversorgungsleitung 12 der Druck
des Förderaggregates 9 zur Verfügung.
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Wenn
für eine schnelle Verstellung des Phasenstellers 4 eine
Anhebung des Systemdrucks in der Förderleitung 10 erfolgt,
wird das 3/2-Wegeventil 28 mittels des Steuergerätes 18 abwechselnd
zwischen der ersten und der zweiten Schaltstellung 30.1, 30.2 getaktet
hin und her geschaltet. Durch die pulsweitenmodulierte, getaktete
Schaltung des 3/2-Wegeventils 28 wird die zweite Ölversorgungsleitung 13 kurzzeitig
mit dem erhöhten Systemdruck beaufschlagt. Durch die Taktung
des 3/2-Wegeventils 28 können der Druck in der
ersten Ölversorgungsleitung 12 und in der zweiten Ölversorgungsleitung 13 bedarfsgerecht
und unabhängig voneinander geregelt werden. Dazu ist zusätzlich
ein Drucksensor 35 vorgesehen, der den Druck in der ersten Ölversorgungsleitung 12 stromab
des Rückschlagventils 29 und stromauf des Rückschlagventils 23 misst.
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Bei
langsamen Verstellgeschwindigkeiten des Phasenstellers 4 ist
das Ventil 28 konstant in der Schaltstellung 30.1 und
damit ausgeschaltet. Die Einschaltdauer beträgt also null
Prozent. Erst bei der Anforderung einer schnellen Verstellung wird
der Pumpendruck und damit auch die Fördermenge so schnell
wie möglich angehoben. Zusätzlich ist es jetzt Ziel
des Steuergerätes 18, eine möglichst
hohe Einschaltdauer für das getaktete Ventil 28 einzustellen, bei
der einerseits der Motoröldruck über die zweite Ölversorgungsleitung 13 gerade
ausreichend hoch gehalten wird (was durch Drucksensor 19 überwacht wird)
und bei der andererseits möglichst viel Drucköl für
die schnelle Verstellung des Phasenstelles 4 zur Verfügung
steht (was durch Drucksensor 35 überwacht wird).
Der Drucksensor 35 könnte auch durch ein günstigeres
Druckbegrenzungsventil 24 ersetzt werden, das Öl
ab einem vorbestimmten Druck zum Vorratsbehälter 11 hin
abfließen lässt. Nach der schnellen Verstellung
wird der Pumpendruck wieder auf den Mindestdruck abgesenkt und das
getaktete Ventil 28 wieder bei 0% Einschaltdauer gehalten.
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Selbstverständlich
können anstatt eines einzigen Phasenstellers 4 auch
mehrere Phasensteller 4 vorgesehen sein, wie in 1 und 3 beispielhaft
dargestellt ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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