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Gebiet der Erfindung
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Die
Erfindung betrifft eine Nockenwellenverstellvorrichtung mit einem
Antriebsrad und einem relativ zu diesem verdrehbar angeordneten
Abtriebsteil, wobei Antriebsrad und Abtriebsteil über zumindest
einen mit Druckmittel beaufschlagbaren Druckraum in Wirkverbindung
stehen, und zur Regulierung der Druckmittelzufuhr zum Druckraum
und der Druckmittelabfuhr vom Druckraum zumindest eine Reguliereinrichtung
vorgesehen ist, wobei zur Druckmittelzufuhr zumindest eine Druckmittelzulaufverbindung
zwischen der Reguliereinrichtung und einer Druckmittelzufuhreinrichtung
ausgebildet ist.
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Eine
derartige Nockenwellenverstellvorrichtung ist aus
DE 101 03 876 A1 /
US 6,553,951 B2 und
US 2006/0213471 A1 bekannt.
Dort sind ein vom Motor einer Brennkraftmaschine antreibbares Gehäusebauteil
und ein mit einer Nockenwelle des Motors drehfest verbundenes Rotorbauteil
relativ zueinander verdrehbar angeordnet. Zur Einstellung eines
relativen Phasendrehwinkels zwischen Rotorbauteil und Gehäusebauteil
stehen diese über mehrere, jeweils durch ein mit dem Rotorbauteil
drehfest verbundenes Flügelteil in zwei mit Druckmittel beaufschlagbare und
gegeneinander wirkende Druckkammern unterteilte Druckräume
in Wirkverbindung. Die Druckmitteibeaufschlagung der Druckkammern
erfolgt über eine Druckmittelverbindung zwischen den Druckkammern
und einer Druckmittelpumpe, die Druckmittel aus einem Druckmittelreservoir
fördert. Die Druckmittelzufuhr zu den Druckkammern und
die Druckmittelabfuhr von den Druckkammern wird über ein
in der Druckmittelverbindung angeordnetes Steuerventil reguliert.
Zur Druckmittelversorgung ist das Steuerventil über eine
Druckmittelzulaufleitung mit der Druckmittelpumpe und dem Druckmittelreservoir
verbunden.
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Bei
einer Verstellung des relativen Phasendrehwinkels zwischen Rotorbauteil
und Gehäusebauteil entsteht zwischen den in den gegeneinander wirkenden
Druckkammern jeweils herrschenden Druckmitteldrücken eine
Druckdifferenz. Dadurch sind die Flügelteile in den Druckräumen
nicht hydraulisch eingespannt und führen entsprechend der
auf die Nockenwelle wirkenden Wechseldrehmomente Schwingbewegungen
aus. Beim Zurückschwingen der Flügelteile entgegen
der Verstellrichtung kann in den zu befüllenden Druckkammern
ein Überdruck auftreten. Überschreitet der Überdruck
den in der Druckmittelzulaufverbindung herrschenden Druckmittelvordruck,
kann sich der Überdruck über die Druckmittelverbindung
zum Steuerventil und über die interne Verbindungen im Steuerventil
in die Druckmittelzulaufleitung zwischen Steuerventil und Druckmittelpumpe
bzw. Druckmittelreservoir fortsetzen. Um ein Rückströmen
des Druckmittels in Richtung der Druckmittelpumpe bzw. des Druckmittelreservoirs
zu verhindern, ist in der Druckmittelzulaufleitung ein Rückschlagventil
angeordnet.
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Nachteilig
wirkt sich bei dieser Ausgestaltung der Umstand aus, dass in einem
Betriebszustand mit höherem im Druckmittelsystem herrschenden
Druckmitteldruck das Rückschlagventil in Durchlassrichtung
bei Druckmittelbeaufschlagung einen großen Strömungswiderstand
in der Druckmittelzulaufleitung erzeugt, der zur Drosselung der
Druckmittelzufuhr und dadurch zu einer verschlechterten Verstelldynamik
der Nockenwellenverstellvorrichtung führt.
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In
US 2006/0213471 A1 ist
in der Druckmittelzulaufverbindung ein zu einem Rückschlagventil
in einem Bypass parallel geschaltetes, steuerbares Sperrventil vorgesehen,
das in Abhängigkeit von der Temperatur des Druckmittels
geöffnet oder geschlossen wird. Bei niedrigen Druckmitteltemperaturen
und großer Viskosität des Druckmittels wird das
Sperrventil geöffnet. Dadurch strömt das Druckmittel
durch das geöffnete Sperrventil über den Bypass
mit geringerem Strömungswiderstand. Ist die Druckmitteltemperatur
größer als ein vorbestimmter Schwellenwert, bei
dem die Druckmittelviskosität klein ist, wird das Sperrventil
verschlossen, wodurch der Bypass gesperrt ist und das Druckmittel über
das Rückschlagventil geführt wird.
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Nachteilig
bei dieser Ausführungsform wirkt sich der Umstand aus,
dass zum temperaturgesteuerten Öffnen und Schließen
des Sperrventils zusätzliche Steuerungsmittel erforderlich
sind, die den Herstellungsaufwand erhöhen.
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Weiterhin
nachteilig ist bei dieser Anordnung der Umstand, dass bei hoher
Druckmitteltemperatur und hohem Druckmittelvordruck das Sperrventil
und der Bypass temperaturgesteuert geschlossen sind. Dadurch erfolgt
in hochtourigem Motorbetrieb die Druckmittelzufuhr über
das Rückschlagventil bei hohem Strömungswiderstand
und gedrosseltem Druckmitteldurchfluss, wodurch die Dynamik des
Verstellvorgangs erheblich verschlechtert wird.
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Außerdem
kann bei einer Druckmittelbeaufschlagung in einem Betriebszustand
mit niedriger Druckmitteltemperatur bei geöffnetem Sperrventil
ein betriebsbedingt in den Druckkammern auftretender Überdruck
sich über den geöffneten Bypass fortsetzen und
ein Rückströmen des Druckmittels in Richtung der
Druckmittelpumpe bzw. in Richtung des Druckmittelreservoirs verursachen,
mit der Folge einer ebenfalls erheblich verschlechterte Verstelldynamik.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Nockenwellenverstellvorrichtung
der vorgenannten Art zu schaffen, die die vorgenannten Nachteile
vermeidet. Die Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
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Durch
die erfindungsgemäß zumindest zwei in der Druckmittelzulaufverbindung
zwischen Reguliereinrichtung und Druckmittelzufuhreinrichtung parallel
zueinander geschalteten Rückschlagventile ist einerseits
durch ein vom in der Druckmittelzulaufverbindung vor den Rückschlagventilen
jeweils herrschenden Druckmitteldruck (Differenzdruck) abhängiges
Sperren ein Rückströmen des Druckmittels aus der
Druckmittelzulaufverbindung in die Druckmittelpumpe bzw. das Druckmittelreservoir
in allen Betriebszuständen sicher vermeidbar.
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Andererseits
kann durch ein vom in der Druckmittelzulaufverbindung in Durchlassrichtung vor
dem Rückschlagventil jeweils herrschenden Druckmittelvordruck
(Differenzdruck) abhängiges Öffnen eines Rückschlagventils
oder beider Rückschlagventile die Druckmittelzufuhr über
ein Rückschlagventil bei kleinem Durchlassquerschnitt oder über
beide parallel geschalteten Rückschlagventile gleichzeitig
bei vergrößertem Durchlassquerschnitt in der Druckmittelzulaufverbindung
geführt werden.
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Auf
diese Weise ist insbesondere in Betriebszuständen, bei
denen ein ausreichender Druckmitteldruck im Druckmittelsystem für
eine schnelle Verstellung der Nockenwellenverstellvorrichtung vorhanden
ist, beispielsweise im hochtourigen Betrieb in warmem oder in kaltem
Zustand des Motors, durch gleichzeitiges Öffnen beider
Rückschlagventile im Parallelbetrieb eine gegenüber
dem Stand der Technik erhöhte Verstellgeschwindigkeit der
Nockenwellenverstellvorrichtung erreichbar.
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Da
weiterhin das druckabhängige Öffnen und Schließen
der Rückschlagventile selbsttätig erfolgt, werden
gleichzeitig aufwändige Steuerungsmittel vermieden.
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In
einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weisen das erste und
zweite Rückschlagventil unterschiedliche Öffnungsdrücke
auf, wobei unter dem Öffnungsdruck jeweils die zum Öffnen
des Rückschlagventils erforderliche Druckdifferenz zwischen
dem Druckmitteldruck vor und hinter dem Rückschlagventil
in der Druckmittelzulaufverbindung (Differenzdruck) zu verstehen
ist. Ist das erste Rückschlagventil mit einem niedrigen Öffnungsdruck
und das zweite Rückschlagventil mit einem höheren Öffnungsdruck
ausgeführt, wird bei einer Druckmittelbeaufschlagung in
einem Betriebszustand niedrigen Druckmittelvordrucks der Druckmittelstrom über
das einen niedrigen Öffnungsdruck aufweisende erste Rückschlagventil
geführt, während das einen höheren Öffnungsdruck
aufweisende zweite Rückschlagventil geschlossen bleibt.
Da das erste Rückschlagventil bei kleinem Differenzdruck öffnet,
wird bei niedrigem Druckmittelvordruck ein schnelles Öffnen
desselben und bei kleinem Strömungswiderstand ein großer
Druckmitteldurchfluss mit hoher Verstellgeschwindigkeit erreicht.
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Vorzugsweise
weist das erste Rückschlagventil einen kleinen Durchlassquerschnitt
auf. Dabei kann der Durchlassquerschnitt zur Optimierung derart
verringert werden, dass im Betriebszustand bei niedrigem Druckmittelvordruck
eine die Verstellgeschwindigkeit beeinträchtigende Drosselung
der Druckmittelzufuhr durch das erste Rückschlagventil gerade
noch sicher vermieden wird. Dadurch ist der Sperrkörper
des ersten Rückschlagventils bei geringstmöglichem
Durchlassquerschnitt mit geringstmöglicher Masse und geringstmöglicher
Trägheit ausführbar, wodurch besonders kurze Reaktionszeiten
des ersten Rückschlagventils beim Öffnen und Sperren
der Druckmittelzulaufverbindung erreichbar sind.
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Auf
diese Weise kann beispielsweise in der Heißleerlaufphase
oder beim Warmstart des Motors bei einem sehr niedrigen Druckmittelniveau
im Druckmittelsystem die Druckmittelzufuhr während eines
Verstellvorgangs über das ge öffnete erste Rückschlagventil
bei kleinem Durchlassquerschnitt mit kurzen Reaktionszeiten und
optimierter Verstellgeschwindigkeit erfolgen.
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Wird
bei ansteigendem Druckmittelvordruck in der Druckmittelzulaufverbindung
der zum Öffnen des zweiten Rückschlagventils erforderliche
höhere Druckmittelvordruck (Differenzdruck) erreicht, öffnet sich
das zweite Rückschlagventil selbsttätig und die Druckmittelzufuhr
erfolgt gleichzeitig über beide parallel geschalteten Rückschlagventile.
Dadurch wird bei vergrößertem Durchlassquerschnitt
in der Druckmittelzulaufverbindung die Druckmitteldurchflussmenge
erhöht.
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Der Öffnungsdruck
des zweiten Rückschlagventils kann derart eingestellt werden,
dass bei ansteigendem Druckmittelvordruck in der Druckmittelzulaufverbindung
durch ein Öffnen des zweiten Rückschlagventils
eine Beeinträchtigung der Verstellgeschwindigkeit durch
eine Drosselwirkung des ersten Rückschlagventils gerade
noch sicher vermieden wird. Eine optimale Einstellung wird erreicht, wenn
der Öffnungsdruck des zweiten Rückschlagventils
dem Druckmitteldruck (Differenzdruck) in der Druckmittelzulaufverbindung
entspricht, bei dem ein Zurückschwingen der Flügel
in den Druckräumen soweit reduziert ist, dass das erste
Rückschlagventil permanent geöffnet ist. Hierdurch
wird einerseits ein zu frühes Öffnen des zweiten
Rückschlagventils bei niedrigem Druckmittelvordruck mit
der Folge verlangsamter Reaktionszeiten beim Öffnen und
Sperren der Druckmittelzulaufverbindung verhindert und wird andererseits
ein rechtzeitiges Öffnen des zweiten Rückschlagventils
zur Vermeidung einer Drosselwirkung im Einzelbetrieb gewährleistet.
Dadurch kann bei hohem Druckmittelvordruck für eine schnelle
Verstellung ein optimierter Druckmittelstrom im Parallelbetrieb
erreicht werden. Auf diese Weise wird beispielsweise bei hochtourigem
Betrieb in warmem oder kaltem Zustand des Motors eine optimale Verstelldynamik
ermöglicht.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Weitere
Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung
und aus den Zeichnungen, in denen ein Ausführungsbeispiel der
Erfindung vereinfacht dargestellt ist. Es zeigen:
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1:
eine perspektivische Teilseitenansicht der Nockenwellenverstellvorrichtung,
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2:
eine vereinfachte schematische Darstellung des Aufbaus des Druckmittelsystems
der Nockenwellenverstellvorrichtung.
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Ausführliche Beschreibung
der Zeichnungen
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1 zeigt
in einer perspektivischen Darstellung eine hydraulische Nockenwellenverstellvorrichtung 1 ohne
Frontabdeckung von der motorabgewandten Seite 1a her. Die
Nockenwellenverstellvorrichtung 1 weist ein auf einem Abtriebsteil 3 verdrehbar
zu diesem gelagertes Antriebsrad 2 auf. Das Antriebsrad
ist über eine Angriffsstelle 2a, ein beispielhaft
dargestelltes, drehfest mit dem Antriebsrad 2 verbundenes
Kettenrad, antreibbar, an dessen Verzahnung eine von einer nicht
dargestellten Kurbelwelle angetriebene Kette angreifen kann. Denkbar
ist aber auch, dass das Antriebsrad 2 über einen
Riemen- oder Rädertrieb angetrieben wird. Das Abtriebsteil 3 ist
als Flügelrad ausgeführt und über eine zentrale
Aufnahme 3a mit einer nicht dargestellten Nockenwelle drehfest,
beispielsweise mittels einer Schrauben- oder Schweißverbindung,
verbunden. Am Abtriebsteil 3 sind fünf symmetrisch über
den Umfang verteilte, sich in radialer Richtung erstreckende Flügel 10 ausgebildet.
Ausgehend vom Außenumfang 3b weist das Abtriebsteil 3 radiale
Vertiefungen bildende, axial verlaufende Flügelnuten 3c auf,
in denen die Flügel 10 mit dem Abtriebsteil 3 drehfest
verbunden angeordnet sind. An der motorabgewandten Seite 1a und
an der mo torzugewandten Seite 1b der Nockenwellenverstellvorrichtung 1 ist
an jeder der Seitenflächen des Antriebsrads 2 jeweils
eine nicht dargestellte Seitenabdeckung angeordnet und drehfest über
fünf Befestigungsschrauben 11 an diesem fixiert.
Im Antriebsrad 2 sind in Umfangsrichtung fünf
symmetrisch zueinander angeordnete Druckräume 4 vorgesehen.
Die Druckräume werden jeweils an zwei im Wesentlichen radial
verlaufenden, einander gegenüberliegenden Begrenzungswänden 2b, 2c benachbarter
Vorsprünge 2d des Antriebsrads 2 in Umfangsrichtung
begrenzt. In radialer Richtung sind die Druckräume 4 jeweils
nach radial außen durch eine Umfangswand 2e des
Antriebsrads 2 und nach radial innen durch den Außenumfang 3b des
Abtriebsteils 3 begrenzt. In jeden der Druckräume 4 ragt
einer der Flügel 10, wobei die Flügel 10 derart
ausgebildet sind, dass sie sowohl an der Umfangswand 2e anliegen
als auch an den Begrenzungswänden 2b, 2c der
Vorsprünge 2d anlegbar sind. Jeder der Flügel 10 teilt
den jeweiligen Druckraum 4 in zwei gegeneinander wirkende
Druckkammern 4a, 4b auf.
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Das
Antriebsrad 2 ist in einem definierten Winkelbereich verdrehbar
zum Abtriebsteil 3 angeordnet. Der Winkelbereich wird in
einer Verdrehrichtung dadurch begrenzt, dass die Flügel 10 an
einem an der Begrenzungswand 2b des Druckraums 4 ausgebildeten
Spätanschlag 12 zum Anliegen kommen. Analog wird
der Winkelbereich in der anderen Verdrehrichtung dadurch begrenzt,
dass die Flügel 10 an dem an der gegenüberliegenden
Begrenzungswand 2c des Druckraums ausgebildeten Frühanschlag 13 zum
Anliegen kommen. 1 zeigt die Nockenwellenverstellvorrichtung 1 in
der maximalen Spätposition, bei der die Flügel 10 am
Spätanschlag 12 angelegt sind. Um hohe Belastungen
beim Anschlagen der Flügel 10 in dem durch die
Axialbohrung 3d geschwächten Bereich des Abtriebsteils 3 zu
vermeiden, sind die beiden benachbart zu der Axialbohrung 3d angeordneten
Flügel 10 beim Erreichen der maximalen Früh-
bzw. Spätposition freigestellt und schlagen an den jeweiligen
Begrenzungswänden 2b, 2c nicht an.
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Durch
Druckmittelbeaufschlagung einer Gruppe von Druckkammern 4a, 4b und
Druckentlastung der anderen Gruppe von Druckkammern 4a, 4b kann
die Win kelphasenlage des Antriebsrads 2 relativ zum Abtriebsteil 3 in
Drehrichtung der Nockenwellenverstellvorrichtung 1 in Richtung
früherer Steuerzeiten (Öffnungs- und Schließzeitpunkte)
der nicht dargestellten Gaswechselventile oder entgegen der Drehrichtung
der Nockenwellenverstellvorrichtung 1 in Richtung späterer
Steuerzeiten variiert werden. Durch Druckmittelbeaufschlagung beider
Gruppen von Druckkammern 4a, 4b kann die Phasenlage
von Antriebsrad 2 und Abtriebsteil 3 relativ zueinander konstant
gehalten werden.
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Zur
Druckmittelzufuhr zu beziehungsweise Druckmittelabfuhr von den Druckkammern 4a, 4b ist ein
Druckmittelsystem vorgesehen, welches eine Druckmittelpumpe 14,
einen Tank 15, eine als hydraulisches Steuerventil ausgebildete
Reguliereinrichtung 5 und die Druckmittelverbindungen 16, 17 umfasst.
Als hydraulisches Druckmittel wird üblicherweise das Schmieröl
der Brennkraftmaschine verwendet.
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Über
eine Verriegelungseinheit 18 sind Abtriebsteil 3 und
Antriebsrad 2 mechanisch koppelbar. Die Verriegelungseinheit 18 weist
einen in einer Axialbohrung 3d im Abtriebsteil 3 axial
verschiebbar angeordneten Verriegelungsbolzen 18a auf,
der im eingeriegelten Zustand an der dem Abtriebsteil 3 zugewandten
Innenseite der nicht dargestellten Seitenabdeckung in eine komplementär
ausgebildete Ausnehmung eingreifen kann. Um den Verriegelungsbolzen 18a von
dem eingeriegelten in den entriegelten Zustand zu überführen,
ist vorgesehen, dass die Ausnehmung mit Druckmittel beaufschlagt
wird. Dadurch wird der Verriegelungsbolzen 18a entgegen
der Kraft des Federelements in die Axialbohrung zurückgedrängt
und somit die Koppelung zwischen Antriebsrad 2 und Abtriebsteil 3 aufgehoben.
Die Druckmittelbeaufschlagung der Ausnehmung erfolgt über
die Druckmittelverbindung 16 zwischen dem Steuerventil und
den Druckkammern 4a.
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2 zeigt
in einem hydraulischen Schaubild sehr schematisch und beispielhaft
den Aufbau des Druckmittelsystems der Nockenwellenverstellvorrichtung 1.
Dort ist ein Querschnitt durch einen der fünf Druckräume 4,
die jeweils durch einen Flügel 10 in eine erste
Druckkammer 4a und eine zweite Druckkammer 4b unterteilt
sind, angedeutet. Die Druckmittelzufuhr und die Druckmittelabfuhr
zu bzw. von den Gruppen der Druckkammern 4a, 4b erfolgt
jeweils über separate Druckmittelverbindungen 16, 17 zwischen
diesen und der als Steuerventil ausgebildeten Reguliereinrichtung 5.
Dabei ist vorgesehen, dass das Steuerventil die Druckmittelströme
zu und von den ersten und zweiten Druckkammern 4a, 4b regelt. Zwei
Anschlüsse A, B verbinden das Steuerventil mit den Druckkammern 4a, 4b.
Ein erster Arbeitsanschluss A kommuniziert mit der Druckmittelverbindung 16, über
die die Gruppe der ersten Druckkammer 4a mit Druckmittel
versorgt wird. Der zweite Arbeitsanschluss B kommuniziert mit der
Druckmittelverbindung 17, über die die Gruppe
der zweiten Druckkammern 4b mit Druckmittel versorgt wird. Über
einen Zulaufanschluss P ist das Steuerventil mit einer Druckmittelzufuhreinrichtung 7 verbunden. Hierzu
ist eine Druckmittelzulaufverbindung 6 vorgesehen, die
das Steuerventil mit der Druckmittelzufuhreinrichtung 7 verbindet.
Die Druckmittelzufuhreinrichtung 7 besteht aus einer Druckmittelpumpe 14, die
der Nockenwellenverstellvorrichtung 1 permanent einen Druckmittelstrom
zur Verfügung stellt, und einem als Tank 15 ausgebildeten
Druckmittelreservoir. Über einen Ablaufanschluss T, der
direkt mit einer Druckmittelablaufverbindung 19 kommuniziert, kann
das Druckmittel in den Tank 15 abfließen. Die Anschlüsse
P und T können mit dem Ölkreislauf des Motors
der Brennkraftmaschine, beispielsweise mit der Zylinderkopfgalerie,
verbunden werden, wobei dessen Öldruck von der Motordrehzahl
und der Öltemperatur abhängig ist. Der Anschluss
P ermöglicht dann die Druckmittelzufuhr in die Nockenwellenverstellvorrichtung 1 aus
dem Ölkreislauf des Motors, während über
den Anschluss T das in der Nockenwellenverstellvorrichtung 1 verdrängte Öl
wieder in den Ölkreislauf des Motors zurückfließen
kann.
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Das
Steuerventil, das als Einsteckventil oder als Zentralventil ausgeführt
sein kann, besteht aus einer elektrischen Stelleinheit 5a und
einem Hydraulikabschnitt 5b. Der Hydraulikabschnitt 5b weist
ein Ventilgehäuse 5c und einen axial verschiebbaren Steuerkolben 5d auf.
In Abhängigkeit von der elektrischen Bestromung der elektrischen
Stelleinheit 5a kann der Steuerkolben 5d im Ventilgehäuse 5c axial verschoben
werden. Die in der Gegenrichtung wirkende Federkraft einer Ventilfeder 5e ermöglicht
eine Rückstellung des Steuerkolbens 5d. Durch
axiales Verschieben des Steuerkolbens 5d können
die Arbeitsanschlüsse A, B wahlweise mit dem Zulaufanschluss
P, dem Ablaufanschluss T oder keinem von beiden verbunden werden.
In dem in 2 schematisch angedeuteten Steuerkolben 5d sind
für drei Schaltstellungen 5f, 5g, 5h die
internen Verbindungen der Anschlüsse des Steuerventils
symbolisch dargestellt.
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Um
die Steuerzeiten (Öffnung- und Schließzeitpunkte)
der nicht dargestellten Gaswechselventile in Richtung früherer
Steuerzeiten zu verschieben, wird in der Voreilstellung 5f des
Steuerventils der erste Arbeitsanschluss A mit dem Zulaufanschluss
P und der zweite Arbeitsanschluss B mit dem Ablaufanschluss T verbunden.
Hierdurch wird die Gruppe der ersten Druckkammern 4a über
die Druckmittelverbindung 16 mit Druckmittel beaufschlagt.
Gleichzeitig gelangt Druckmittel aus der Gruppe der zweiten Druckkammern 4b über
Druckmittelverbindung 17 zum Steuerventil und wird über
den Ablaufanschluss T in den Tank 15 ausgestoßen.
Durch die entstandene Druckdifferenz zwischen beiden Gruppen von
Druckkammern 4a, 4b können die Flügel 10 entsprechend
der auf die Nockenwelle wirkenden Wechseldrehmomente in den Druckräumen Schwingbewegungen
ausführen. Da in der Gruppe der ersten Druckammern 4a ein
höherer Druckmitteldruck herrscht als in der Gruppe der
zweiten Druckammern 4b, ist der Schwingwinkel in Richtung
Spät kleiner als in Richtung Früh. Dadurch werden
die Flügel 10 in periodischen Schwingbewegungen
in Richtung des Frühanschlags 13 verschoben, wodurch eine
rotative Bewegung des Abtriebsteils 3 relativ zum Antriebsrad 2 in
Richtung Früh erreicht wird. Analog wird eine Verstellung
in Richtung späterer Steuerzeiten in der Nacheilstellung 5h erreicht.
Hierbei wird der zweite Arbeitsanschluss B mit dem Zulaufanschluss
P sowie der erste Arbeitsanschluss A mit dem Ablaufanschluss T verbunden.
Dabei werden durch Druckmittelbeaufschlagung der Gruppe der zweiten
Druckkammern 4b über die Druckmittelverbindung 17 und
unter gleichzeitigem Ausstoß von Druckmittel aus der Gruppe
der ersten Druckkammern 4a über die Druckmittelverbindung 16 über
den Ablaufanschluss T in den Tank 15 in der Gruppe der zweiten
Druckammern 4b ein höherer Druckmitteldruck als
in der Gruppe der ersten Druckammern 4a erzeugt. Dadurch
ist der Schwingwinkel der Flügel 10 in Richtung
Früh kleiner als in Richtung Spät. Auf diese Weise werden
die Flügel 10 in periodischen Schwingbewegungen
in Richtung des Spätanschlags 12 verschoben und
eine rotative Bewegung des Abtriebsteils 3 relativ zum
Antriebsrad 2 in Richtung Spät erreicht. Die Verstellung
in Richtung Früh erfolgt entgegen der auf die Nockenwelle
wirkenden Reibmomente, während bei einer Verstellung in
Richtung Spät die auf die Nockenwelle wirkenden Reibmomente
den Verstellvorgang unterstützen. Um die Steuerzeiten konstant
zu halten, wird die Druckmittelzufuhr zu sämtlichen Druckkammern 4a, 4b unterbunden
(Schaltstellung 5g). Dadurch werden die Flügel 10 innerhalb
der jeweiligen Druckräume 4 hydraulisch eingespannt
und eine rotative Bewegung des Abtriebsteils 3 relativ
zum Antriebsrad 2 verhindert.
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In
der Voreilstellung 5f steht die Druckmittezulaufverbindung 6 über
den Zulaufanschluss P und über den Arbeitsanschluss A des
Steuerventils mit der Gruppe der ersten Druckkammern 4a in
Druckmittelverbindung. Analog sind in der Nacheilstellung 5h die
Druckmittezulaufverbindung 6 und die Gruppe der zweiten
Druckkammern 4b über den Zulaufanschluss P und über
den Arbeitsanschluss B des Steuerventils miteinander verbunden.
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In
der Druckmittelzulaufverbindung 6 zwischen Steuerventil
und Druckmittelzufuhreinrichtung 7 sind ein erstes Rückschlagventil 8 und
ein zu diesem parallel geschaltetes zweites Rückschlagventil 9 angeordnet, über
die die Druckmittelzulaufverbindung 6 in Richtung der Druckmittelzufuhreinrichtung 7 sperrbar
ist.
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Da
die Rückschlagventile 8, 9 in Durchlassrichtung
bei einer Druckmittelbeaufschlagung den Durchgang des Druckmittels
nur bei Überschreiten des jeweiligen Öffnungsdrucks,
d. h. des zum Öffnen jeweils erforderlichen Differenzdrucks
vor und hinter dem Rückschlagventil 8, 9,
zulassen, kann während eines Verstellvorgangs sowohl in
der Voreilstellung als auch in der Nacheilstellung des Steuerventils
in der Druckmittelzulaufverbindung 6 Druckmittel lediglich
in Richtung der Gruppe der ersten Druckkammern 4a bzw.
in Richtung der Gruppe der zweiten Druckkammern 4b strömen.
Wird der jeweils zur Öffnung erforderliche Differenzdruck
unterschritten, schließen die Rückschlagventile 8, 9 jeweils
selbsttätig und sperren unmittelbar in der Druckmittelzulaufverbindung 6 den Durchgang
des Druckmittels in Richtung der Druckmittelzufuhreinrichtung 7.
Dadurch wird während eines Verstellvorgangs ein Rückströmen
des Druckmittels aus der Druckmittelzulaufverbindung 6 in
die Druckmittelzufuhreinrichtung 7 sicher verhindert.
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In
Durchlassrichtung wird bei einer Druckmittelbeaufschlagung im Betriebszustand
niedrigen Druckmittelvordrucks der Druckmittelstrom über
das einen niedrigen Öffnungsdruck aufweisende erste Rückschlagventil 8 geführt,
während das einen höheren Öffnungsdruck
aufweisende zweite Rückschlagventil 9 geschlossen
ist. Dabei öffnet das erste Rückschlagventil 8 bei
sehr kleinem Öffnungsdruck. Dadurch kann während
des Verstellvorgangs beim Schwingen der Flügel 10 in
Verstellrichtung bei geringem Differenzdruck und kleinem Strömungswiderstand
bei kleinen Reaktionszeiten schnell Druckmittel in die zu befüllenden
Druckkammern 4a, 4b nachgeführt werden.
Gleichzeitig wird beim Zurückschwingen der Flügel
in den Druckräumen 4 entgegen der Verstellrichtung
und bei Unterschreiten des zum Öffnen erforderlichen Differenzdrucks
durch schnelles Sperren des Durchgangs des Druckmittels in Richtung
der Druckmittelzufuhreinrichtung 7 ein Rückströmen
des Druckmittels verhindert.
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Bei
geringem Durchlassquerschnitt ist das erste Rückschlagventil 8 mit
einem Sperrkörper 8b geringer Masse und geringer
Trägheit ausgeführt, wodurch besonders kurze Reaktionszeiten
zum Öffnen und Sperren der Druckmittelzulaufverbindung 6 erreicht
werden.
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Auf
diese Weise werden bei niedrigen Motordrehzahlen und hohen Druckmitteltemperaturen, wenn
der von der Druckmittelzufuhreinrichtung 7 bereitgestellte
Druckmittelvordruck auf einem sehr niedriges Niveau liegt, beispielsweise
in der sogenannten Heißleerlaufphase des Motors im Motordrehzahlbereich
von ca. 600 U/min bis ca. 900 U/min. und bei einer Druckmitteltemperatur
von ca. 140°C, optimiert hohe Verstellgeschwindigkeiten
ermöglicht.
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Mit
ansteigendem Druckmittelvordruck in der Druckmittelzulaufverbindung 6 vergrößert
sich der Strömungswiderstand in der Druckmittelzulaufverbindung am
ersten Rückschlagventil 8 und beim Erreichen des
zum Öffnen des zweiten Rückschlagventils 9 erforderlichen
Differenzdrucks, öffnet dieses selbsttätig. Die
Druckmittelzufuhr erfolgt dann bei höherem Druckmittelvordruck über
beide parallel geschalteten Rückschlagventile 8, 9 gleichzeitig.
Im Parallelbetrieb wird gegenüber dem Einzelbetrieb der
Durchlassquerschnitt in der Druckmittelzulaufverbindung 6 vergrößert.
Dadurch kann während eines Verstellvorgangs bei hohem Druckmittelvordruck über
die Druckmittelzulaufverbindung 6 ein größerer
Druckmittelstrom in die zu befüllenden Druckkammern 4a, 4b geführt
und die Verstellgeschwindigkeit erhöht werden.
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Der Öffnungsdruck
des zweiten Rückschlagventils 9 ist entsprechend
einem Druckmittelvordruck (Differenzdruck) in der Druckmittelzulaufverbindung 6 eingestellt,
bei dem bei ansteigender Motordrehzahl das erste Rückschlagventil 8 permanent
geöffnet ist. Ein durch das Zurückschwingen der
Flügel 10 in den Druckräumen 4 erzeugter Überdruck
in der Druckmittelzulaufverbindung 6 wirkt sich dann nicht mehr
aus. Dabei öffnet das zweite Rückschlagventil 9 bei
einem in der Druckmittelzulaufverbindung 6 herrschenden
Druckmittelvordruck (Differenzdruck), bei dem eine die Verstellgeschwindigkeit
beeinträchtigende Drosselung der Druckmittelzufuhr durch
den kleinen Durchlassquerschnitt am ersten Rückschlagventil 8 sicher
verhindert wird. Auf diese Weise wird bei ansteigender Motordrehzahl
im Parallelbetrieb mit beiden geöffneten Rückschlagventilen 8, 9 ein optimiert
hoher Druckmittelstrom in der Druckmittelzulaufverbindung 6 mit
einer optimalen Verstelldynamik gewährleistet.
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Bei
optimiertem Öffnungsdruck öffnet das zweite Rückschlagventil 9 in
warmer Zustand des Motors beispielsweise bei einer Druckmitteltemperatur
von ca. 140°C bei einer Motordrehzahl von ca. 1700 U/min.
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In
kaltem Zustand des Motors bei niedrigen Druckmitteltemperaturen
wird der zum Öffnen des zweiten Rückschlagventils
erforderliche Druckmittelvordruck (Differenzdruck) in der Druckmittelzulaufverbindung
aufgrund der großen Viskosität und Dichte des
Druckmittels schon bei sehr niedrigen Motordrehzahlen erreicht.
Hierdurch steht während eines Verstellvorgangs auch bei
niedrigen Druckmitteltemperaturen, bei einem Motorkaltstart oder
bei einem hochtourigen Motorbetrieb in kaltem Zustand, im Parallelbetrieb
mit beiden geöffneten Rückschlagventilen 8, 9 ein
optimiert hoher Druckmittelstrom in der Druckmittelzulaufverbindung 6 zur
Verfügung.
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Das
erste und das zweite Rückschlagventil 8, 9 sind
jeweils mit einem durch die Federkraft einer Ventilfeder 8a, 9a in
Sperrrichtung belasteten Sperrkörper 8b, 9b ausgeführt,
der die Druckmittelzulaufverbindung in gesperrter Richtung zur Druckmittelzufuhreinrichtung 7 hin
hermetisch abdichtet. Dabei weist die Ventilfeder 8a des
ersten Rückschlagventils 8 eine geringe Federkraft
auf. Dadurch öffnet dieses bei geringem Öffnungsdruck.
Die Ventilfeder 9a des zweiten Rückschlagventils 9 ist
mit einer größeren Federkraft ausgebildet, wodurch
ein größerer Differenzdruck zum Öffnen
desselben in der Druckmittelzulaufverbindung 6 erforderlich
ist.
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- 1
- Nockenwellenverstellvorrichtung
- 1a
- motorabgewandte
Seite
- 1b
- motorzugewandte
Seite
- 2
- Antriebsrad
- 2a
- Angriffsstelle
- 2b
- Begrenzungswand
- 2c
- Begrenzungswand
- 2d
- Vorsprung
- 2e
- Umfangswand
- 3
- Abtriebsteil
- 3a
- Aufnahme
- 3b
- Außenumfang
- 3c
- Flügelnut
- 3d
- Axialbohrung
- 4
- Druckraum
- 4a
- erste
Druckkammer
- 4b
- zweite
Druckkammer
- 5
- Reguliereinrichtung
- 5a
- Stelleinheit
- 5b
- Hydraulikabschnitt
- 5c
- Ventilgehäuse
- 5d
- Steuerkolben
- 5e
- Ventilfeder
- 5f
- Voreilstellung
- 5g
- Schaltstellung
- 5h
- Nacheilstellung
- 6
- Druckmittelzulaufverbindung
- 7
- Druckmittelzufuhreinrichtung
- 8
- Rückschlagventil
- 8a
- Ventilfeder
- 8b
- Sperrkörper
- 9
- Rückschlagventil
- 9a
- Ventilfeder
- 9b
- Sperrkörper
- 10
- Flügel
- 11
- Befestigungsschraube
- 12
- Spätanschlag
- 13
- Frühanschlag
- 14
- Druckmittelpumpe
- 15
- Tank
- 16
- Druckmittelverbindung
- 17
- Druckmittelverbindung
- 18
- Verriegelungseinheit
- 18a
- Verriegelungsbolzen
- 19
- Druckmittelablaufverbindung
- A
- Arbeitsanschluss
- B
- Arbeitsanschluss
- P
- Zulaufanschluss
- T
- Ablaufanschluss
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
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-
Zitierte Patentliteratur
-
- - DE 10103876
A1 [0002]
- - US 6553951 B2 [0002]
- - US 2006/0213471 A1 [0002, 0005]