DE102008036877A1

DE102008036877A1 - Nockenwellenverstellvorrichtung für eine Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102008036877A1
Application number: DE102008036877A
Authority: DE
Inventors: Michael Busse; Lutz Witthöft
Original assignee: Schaeffler KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2008-08-07
Filing date: 2008-08-07
Publication date: 2010-02-11
Anticipated expiration: 2028-08-08
Also published as: US20110139100A1; WO2010015473A1; US8683966B2; DE102008036877B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Nockenwellenverstellvorrichtung (1) mit einem Antriebsrad (2) und einem relativ zu diesem verdrehbar angeordneten Abtriebsteil (3), wobei Antriebsrad (2) und Abtriebsteil (3) über zumindest einen mit Druckmittel beaufschlagbaren Druckraum (4) in Wirkverbindung stehen, sowie mit zumindest einer zu mechanischen Koppelung von Antriebsrad (2) und Abtriebsteil (3) mit Druckmittel betätigbaren Verriegelungseinrichtung (5), wobei Druckraum (4) und Verriegelungseinrichtung (5) zur Regulierung der Druckmittelzufuhr zu denselben und der Druckmittelabfuhr von denselben mit zumindest einer Reguliereinrichtung (6) in Druckmittelverbindung (7, 8, 9) stehen, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchgang des Druckmittels durch zumindest eine in der Druckmittelverbindung (7, 8, 9) angeordnete Absperreinrichtung (10) in Richtung des Druckraums (4) druckdicht sperrbar ist.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Nockenwellenverstellvorrichtung mit einem Antriebsrad und einem relativ zu diesem verdrehbar angeordneten Abtriebsteil, wobei diese über zumindest einen mit Druckmittel beaufschlagbaren Druckraum in Wirkverbindung stehen, sowie mit zumindest einer zur mechanischen Koppelung von Antriebsrad und Abtriebsteil mit Druckmittel betätigbaren Verriegelungseinrichtung, wobei Druckraum und Verriegelungseinrichtung zur Regulierung der Druckmittelzufuhr zu denselben und zur Regulierung der Druckmittelabfuhr von denselben mit zumindest einer Reguliereinrichtung in Druckmittelverbindung stehen.
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 drehfest verbundenes Rotorbauteil zueinander verdrehbar angeordnet. Zur Einstellung eines relativen Phasendrehwinkels zwischen Rotorbauteil und Ge häusebauteil 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. Über einen mit Druckmittel betätigbaren Sperrmechanismus sind das Gehäusebauteil und das Rotorbauteil mechanisch miteinander koppelbar. Die Druckkammern und die Verriegelungseinrichtung stehen zur Regulierung der Druckmittelzu- und -abfuhr zu bzw. von denselben mit einem Steuerventil in Druckmittelverbindung. Nachteilig wirkt sich bei dieser Ausgestaltungsform der Umstand aus, dass bei einer Verstellung des relativen Phasendrehwinkels zwischen Rotorbauteil und Gehäusebauteil in den zu befüllenden Druckkammern durch ein aufgrund der auf die Nockenwelle wirkenden Wechseldrehmomente bedingtes periodisches Schwingen der Flügelteile in Verstellrichtung ein Unterdruck auftreten kann, der sich über die Druckmittelverbindung bis in den Verriegelungsmechanismus fortsetzen kann. Bei Unterschreitung des Einriegelungsdrucks des Verriegelungsmechanismus kann dies während eines Verstellvorgangs zu einer ungewollten Verriegelung oder Teilverriegelung der Nockenwellenverstellvorrichtung und zu einem Funktionsausfall führen. Besonders begünstigt wird dieser Effekt durch niedrige im Druckmittelsystem herrschende Druckmitteltemperaturen bei großer Viskosität des Druckmittels und/oder durch ein großes Schluckvolumen der Nockenwellenverstellvorrichtung, d. h. einen großen zur Verstellung erforderlichen auf den Verstellwinkel bezogenen Druckmittelvolumenstrom.
Zusammenfassung der Erfindung
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Nockenwellenverstellvorrichtung der vorbeschriebenen Art zu schaffen, die die vorgenannten Nachteile vermeidet. Die Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Da erfindungsgemäß der Durchgang des Druckmittels durch zumindest eine in der Duckmittelverbindung zwischen Druckraum, Verriegelungseinrichtung und Reguliereinrichtung angeordnete Absperreinrichtung in Richtung des Druckraums druckdicht sperrbar ist, kann die Ausbreitung eines im Druckraum auftre tenden Unterdrucks über die Druckmittelverbindung in die Verriegelungseinrichtung und ein ungewolltes Einriegeln sicher verhindert werden.
Dabei können Druckraum und Verriegelungseinrichtung über jeweils eine separate Druckmittelversorgung mit zumindest einer Reguliereinrichtung in Druckmittelverbindung stehen, wobei die Druckmittelverbindung zwischen Verriegelungseinrichtung und Reguliereinrichtung und/oder die Druckmittelverbindung zwischen Druckraum und Reguliereinrichtung durch zumindest eine Absperreinrichtung in Richtung des Druckraums sperrbar ist.
Denkbar ist aber auch, dass die Druckmittelversorgung von Druckraum und Verriegelungseinrichtung über eine gemeinsame Druckmittelverbindung zwischen diesen und der Reguliereinrichtung erfolgt, wobei eine direkte Druckmittelverbindung zwischen Druckraum und Verriegelungseinrichtung besteht, die über zumindest eine Absperreinrichtung in Richtung des Druckraums sperrbar ist.
Zur Druckmittelversorgung von Druckraum und Verriegelungseinrichtung können auch mehrere, diese und die Reguliereinrichtung verbindende separate Druckmittelleitungen vorgesehen sein, die jeweils über zumindest eine Absperreinrichtung in Richtung des Druckraums sperrbar sind.
Als Absperreinrichtung kommt jedes Sperrbauteil in Betracht, das bei einem im Druckraum auftretenden Unterdruck ein Strömen des Druckmittels in der Druckmittelverbindung in Richtung des Druckraums unterbindet. Beispielsweise kann ein schnell reagierendes Sperrventil in der Druckmittelverbindung angeordnet sein.
Ist in einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung zur Steuerung der Verriegelungseinrichtung eine separat zur Druckmittelversorgung des Druckraums ausgebildete Steuerverbindung zwischen Reguliereinrichtung und Verriegelungseinrichtung vorgesehen, lässt sich die Ausbreitung eines im Druckraum auftretenden Unterdrucks in die Verriegelungseinrichtung auf einfache Weise durch Anordnung zumindest einer Absperreinrichtung in der separaten Steuerverbindung vermeiden.
Hierdurch ist es möglich, den Durchgang des Druckmittels in Richtung des Druckraums unmittelbar in der separaten Steuerverbindung zu sperren. Bei einer Druckmittelbeaufschlagung kann in der Steuerverbindung lediglich Druckmittel in Richtung der Verriegelungseinrichtung strömen. Ein Rückströmen des Druckmittels aus der Steuerverbindung in den Druckraum über das Steuerventil wird durch die Absperreinrichtung sicher unterbunden. Die Absperreinrichtung stellt auf diese Weise sicher, dass während eines Verstellvorgangs ein ungewolltes Einriegeln der Verriegelungseinrichtung verhindert wird.
Da die Absperreinrichtung in der separat zur Druckmittelversorgung des Druckraums ausgebildeten Steuerverbindung angeordnet ist, wird eine Beeinträchtigung der Druckmittelbeaufschlagung des Druckraums und damit der Verstellgeschwindigkeit der Nockenverstellvorrichtung, insbesondere durch eine Drosselwirkung der Absperreinrichtung, vermieden.
Besonders vorteilhaft wirkt sich diese Anordnung aus, wenn mehrere Druckräume, insbesondere solche mit jeweils mehreren separat ansteuerbaren Druckkammern, vorhanden sind, die über mehrere Druckmittelleitungen mit Druckmittel beaufschlagt werden. Durch eine in der separaten Steuerverbindung zwischen Verriegelungseinrichtung und Reguliereinrichtung angeordnete Absperreinrichtung ist der Durchgang des Druckmittels direkt in der Steuerverbindung in Richtung aller Druckräume bzw. Druckkammern gleichzeitig sperrbar.
Denkbar ist auch, dass zur Druckmittelversorgung der Verriegelungseinrichtung mehrere, eine separate Steuerverbindung bildende Druckmittelleitungen vorgesehen sind, die jeweils durch zumindest eine Absperreinrichtung in Richtung des Druckraums sperrbar sind.
Besonders vorteilhaft ist es weiterhin, wenn die Absperreinrichtung als Rückschlagventil ausgeführt ist. Hierdurch wird ein einfach aufgebauter Absperrmechanismus erreicht, der selbsttätig, ohne aufwendige Steuerung bei einem in der Druckmittelverbindung auftretenden Unterdruck ein Strömen des Druckmittels in Richtung des Druckraums unmittelbar unterbindet und eine Unterschreitung des Einriegelungsdrucks in der Verriegelungseinrichtung verhindert.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist zumindest ein Rückschlagventil in einer zur Druckmittelbeaufschlagung der Verriegelungseinrichtung ausgebildeten separaten Steuerzulaufverbindung zwischen Verriegelungseinrichtung und Reguliereinrichtung angeordnet. Da das Rückschlagventil in Durchlassrichtung nur bei Überschreiten des Öffnungsdrucks, d. h. bei Überschreiten des zum Öffnen erforderlichen Differenzdrucks vor und hinter dem Rückschlagventil, den Durchgang des Druckmittels zulässt, kann bei einer Druckmittelbeaufschlagung das Druckmittel in der Steuerzulaufverbindung nur in Richtung der Verriegelungseinrichtung strömen. Ein Rückströmen des Druckmittels und ein ungewolltes Einriegeln durch Unterschreiten des Einriegelungsdrucks in der Verriegelungseinrichtung wird sicher vermieden.
Ein einfach aufgebauter Druckmittelablauf aus der Verriegelungseinrichtung wird ermöglicht, wenn eine zur Steuerzulaufverbindung parallelgeschaltete die Verriegelungseinrichtung mit der Reguliereinrichtung verbindende Steuerablaufverbindung vorgesehen ist.
Denkbar ist auch, dass die Verriegelungseinrichtung aus mehreren Verriegelungseinheiten besteht, die über eine oder über mehrere Steuerzulaufleitungen mit Druckmittel beaufschlagbar ist, die jeweils durch zumindest eine Absperreinrichtung in Richtung des Druckraums sperrbar sind. Dabei können zum Druckmittelablauf aus den Verriegelungseinheiten eine oder mehrere zu den Steuerzulaufleitungen parallel geschaltete Steuerablaufleitungen vorgesehen sein.
Es ist vorteilhaft, wenn das Rückschlagventil einen geringen Öffnungsdruck aufweist. Dadurch werden einerseits bei geringem Differenzdruck und geringem Strömungswiderstand kurze Reaktionszeiten bei geringer Durchflussmenge, beispielsweise zum Ausgleich einer in der Verriegelungseinrichtung vorhandenen Leckage, erreicht und andererseits in Sperrrichtung ein sicheres Sperren des Durchgangs bei geringer auf den Sperrkörper des Rückschlagventils wirkender Rückstellkraft gewährleistet. Außerdem werden bei geringem Druckmittelvordruck im Druckmittelsystem ein schnelles Öffnen des Rückschlagventils und ein verzögerungsfreies Ansprechen der Verriegelungseinrichtung ermöglicht.
Zur Regulierung der Druckmittelversorgung der Verriegelungseinrichtung und des Druckraums bzw. der diesen bildenden Druckkammern ist eine als Steuerventil ausgebildete Reguliereinrichtung vorgesehen. Das Steuerventil weist zwei mit dem Druckraum bzw. den Druckkammern kommunizierende separate Arbeitsanschlüsse auf. Dabei ist vorgesehen, dass die Steuerzulaufverbindung ventilseitig ausschließlich mit einem separat zu den Arbeitsanschlüssen ausgebildeten Steuerzulaufanschluss und die Steuerablaufverbindung ventilseitig ausschließlich mit einem separat zu den Arbeitsanschlüssen ausgebildeten Steuerablaufanschluss kommuniziert. Hierdurch sind die Verriegelungseinrichtung und der Druckraum bzw. die Druckkammern unabhängig voneinander ansteuerbar.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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:
1: eine perspektivische Darstellung der Nockenwellenverstellvorrichtung,
2: eine perspektivische Darstellung einer Seitenabdeckung der Nockenwellenverstellvorrichtung,
3: eine vereinfachte schematische Darstellung des Aufbaus des Druckmittelsystems der Nockenwellenverstellvorrichtung.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt in einer perspektivischen Darstellung eine hydraulische Nockenwellenverstellvorrichtung 1 ohne Seitenabdeckung 11 von der motorabgewandten Seite 1a her. Die Seitenabdeckung 11 ist in 2 perspektivisch dargestellt. Die Nockenwellenverstellvorrichtung 1 weist ein auf einem Abtriebsteil 3 verdrehbar zu diesem gelagertes Antriebsrad 2 auf. Das Antriebsrad 2 ist über eine Angriffsstelle 13, 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 radial äußere Richtung erstreckende Flügel 14 ausgebildet. Ausgehend vom Außenumfang 3b weist das Abtriebsteil 3 radiale Vertiefungen bildende, axial verlaufende Flügelnuten 3c auf, in denen die Flügel 14 mit dem Abtriebsteil 3 drehfest verbunden angeordnet sind. An der motorabgewandten Seite 1a und an der motorzugewandten Seite 1b der Nockenwellenverstellvorrichtung 1 ist an jeder der Seitenflächen des Antriebsrads 2 jeweils eine Seitenabdeckung 11, 12 angeordnet und drehfest über fünf Befestigungsschrauben 25 an diesem fixiert. Im Antriebsrad 2 sind in Umfangsrichtung fünf symmetrisch zueinander angeordnete Druckräume 4 vorgesehen. Die Druckräume 4 werden jeweils an zwei im Wesentlichen radial verlaufenden, einander gegenüberliegenden Begrenzungswänden 2a, 2b benachbarter Vorsprünge 2c des Antriebsrads 2 in Umfangsrichtung begrenzt. In radialer Richtung sind die Druckräume 4 jeweils nach radial außen durch eine Umfangswand 2d des Antriebsrads und nach radial innen durch den Außenumfang 3b des Abtriebsteils 3 begrenzt. In jeden der Druck räume 4 ragt einer der Flügel 14, wobei die Flügel 14 derart ausgebildet sind, dass sie sowohl an der Umfangswand 2d anliegen als auch an den Begrenzungswänden 2a, 2b der Vorsprünge 2c anlegbar sind. Jeder der Flügel 14 teilt den jeweiligen Druckraum 4 in zwei gegeneinander wirkende Druckkammern 4a, 4b auf.
Das Antriebsrad 2 ist in einem definierten Winkelbereich verdrehbar zum Abtriebsteil 3 angeordnet. Der Winkelbereich wird in einer Verdrehrichtung dadurch begrenzt, dass jeder Flügel 14 an einem an der Begrenzungswand 2a des Druckraums 4 ausgebildeten Spätanschlag 16 zum Anliegen kommt. Analog wird der Winkelbereich in der anderen Verdrehrichtung dadurch begrenzt, dass jeder Flügel 14 an dem an der gegenüberliegenden Begrenzungswand 2b des Druckraums 4 ausgebildeten Frühanschlag 17 zum Anliegen kommt.
Durch Druckmittelbeaufschlagung einer Gruppe von Druckkammern 4a, 4b und Druckentlastung der anderen Gruppe von Druckkammern 4a, 4b kann die Winkelphasenlage 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.
Zur Druckmittelzufuhr zu beziehungsweise Druckmittelabfuhr von den Druckkammern 4a, 4b ist ein Druckmittelsystem vorgesehen, welches eine Druckmittelpumpe 18, einen Tank 19, eine als hydraulisches Steuerventil ausgebildete Reguliereinrichtung 6 und Druckmittelverbindungen 7, 8, umfasst. Als hydraulisches Druckmittel wird üblicherweise das Schmieröl der Brennkraftmaschine verwendet.
In bestimmten kritischen Betriebszuständen, beispielsweise während des Starts des Motors der Brennkraftmaschine oder während der Leerlaufphasen oder eines Motorstopps, kann die Druckmittelversorgung der Nockenwellenverstellvorrichtung 1 nicht ausreichen, um die hydraulische Einspannung der Flügel 14 innerhalb der Druckräume zu gewährleisten. Um ein unkontrolliertes Schwingen des Abtriebsteils 3 relativ zum Antriebsrad 2 zu verhindern, ist eine Verriegelungseinrichtung 5 vorgesehen, über die das Abtriebsteil 3 und das Antriebsrad 2 mechanisch koppelbar sind. Die Verriegelungseinrichtung 5 weist fünf in einer Axialbohrung 3d im Abtriebsteil 3 axial verschiebbar angeordnete Verriegelungselemente F, S, R1, R2, R3 und fünf zu diesen jeweils komplementär ausgebildete Verriegelungskulissen K_F, K_S, K_R1, K_R2, K_R3 auf, wobei letztere an der dem Abtriebsteil 3 zugewandten Innenseite 11a der als Verriegelungsdeckel ausgeführten Seitenabdeckung 11 angeordnet sind. Dabei bilden die Verriegelungselemente F, S, R1, R2, R3 und die zugehörige Verriegelungskulissen K_F, K_S, K_R1, K_R2, K_R3 jeweils eine Verriegelungseinheit. Befindet sich das Abtriebsteil 3 in einer definierten Winkelphasenlage relativ zum Antriebsrad 2, kann jeweils das Verriegelungselement F, S, R1, R2, R3 in die diesem zugeordnete Verriegelungskulisse K_F, K_S, K_R1, K_R2, K_R3 eingreifen und eine mechanische Verbindung zwischen Antriebsrad 2 und Abtriebsteil 3 herstellen. Die Verriegelungskulissen K_F, K_S, K_R1, K_R2, K_R3 sind in Form von in Umfangsrichtung verlaufenden Nuten ausgebildet. Jedes der Verriegelungselemente F, S, R1, R2, R3 wird mittels eines Federelements axial mit einer Kraft in Richtung des Verriegelungsdeckels beaufschlagt. Gelangt das Abtriebsteil 3 relativ zum Antriebsrad 2 in eine Position, in der einer der Verriegelungselemente F, S, R1, R2, R3 in axialer Richtung der zugehörigen Verriegelungskulisse K_F, K_S, K_R1, K_R2, K_R3 gegenübersteht, so wird dieser in die Verriegelungskulisse K_F, K_S, K_R1, K_R2, K_R3 gedrängt und von einem entriegelten in einen eingeriegelten Zustand überführt. Um die Verriegelungselemente F, S, R1, R2, R3 von dem eingeriegelten in den entriegelten Zustand zu überführen, ist vorgesehen, dass die jeweilige Verriegelungskulisse K_F, K_S, K_R1, K_R2, K_R3 mit Druckmittel beaufschlagt wird. Dadurch wird das jeweilige Verriegelungselement F, S, R1, R2, R3 entgegen der Kraft des Federelements in die Axialbohrung 3c zurückgedrängt und somit die Koppelung zwischen Antriebsrad 2 und Abtriebsteil 3 aufgehoben. Bei Druckmittelabfuhr aus den Verriegelungskulissen K_F, K_S, K_R1, K_R2, K_R3 und Unterschreiten des Einriegelungsdrucks können die Verriegelungselemente F, S, R1, R2, R3 in die zugehörigen Verriegelungskulissen K_F, K_S, K_R1, K_R2, K_R3 wieder einriegeln, wenn diese sich axial gegenüberstehen.
Die Verriegelungselemente F, S und die zugehörigen Verriegelungskulissen K_F, K_S sind derart ausgeführt, dass in einer definierten mittleren Winkelphasenlage (Verriegelungsposition) des Antriebsrads 2 relativ zum Abtriebsteil 3 zwischen dem Spätanschlag 16 und dem Frühanschlag 17 im eingeriegelten Zustand eine mechanisch drehfeste Verbindung herstellbar ist. Befindet sich das Abtriebsteil 3 relativ zum Antriebsrad 2 in der Verriegelungsposition, so liegt das Verriegelungselement F an einem in Umfangsrichtung in Richtung Früh durch die zugehörige Verriegelungskulisse K_F ausgebildeten Anschlag 20 an, wodurch die Winkelphasenlage des Abtriebsteils 3 relativ zum Antriebsrad 2 auf einen Bereich zwischen einer maximalen Spätposition am Spätanschlag 16 und der Verriegelungsposition beschränkt ist und ein Verstellen über die Verriegelungsposition hinaus in Richtung früherer Steuerzeiten verhindert wird. Analog ist die Verriegelungskulisse K_S derart ausgelegt, dass bei eingeriegeltem Verriegelungselement S in der Verriegelungsposition an einem in Umfangsrichtung in Richtung Spät durch die zugehörige Verriegelungskulisse K_S ausgebildeten Anschlag 21 anliegt, wodurch die Winkelphasenlage des Abtriebsteils 3 relativ zum Antriebsrad 2 auf einen Bereich zwischen einer maximalen Frühposition am Frühanschlag 16 und der Verriegelungsposition beschränkt ist und ein Verstellen über die Verriegelungsposition hinaus in Richtung späterer Steuerzeiten verhindert wird.
Reicht wie im oben beschriebenen Betriebszustand die Druckmittelversorgung der Nockenwellenverstellvorrichtung 1 nicht aus, um die hydraulische Einspannung der Flügel 14 innerhalb der Druckräume 4 zu gewährleisten, wird durch den Einfluss der auf die Nockenwelle wirkenden Reibmomente die relative Winkelphasenlage zwischen Abtriebsteil 3 und Antriebsrad 2 in Richtung Spätanschlag 16 verstellt. Um in diesem Betriebszustand eine Verstellung der Nockenwellenverstellvorrichtung 1 aus einer relativen Winkelphasenlage zwischen der maximalen Spätposition am Spätanschlag 16 und der Verriegelungsposition in Richtung früherer Steuerzeiten zu ermöglichen, sind in dem dargestellten Ausführungsbeispiel weitere Verriegelungselemente R1, R2, R3 vorgesehen. Die Konturen der diesen zugeordneten Verriegelungskulissen K_R1, K_R2, K_R3 am Verriegelungsdeckel weisen jeweils zwei gestufte Anschläge 22, 23, 24 in Richtung Spät auf. Diese können zur Verstellung der relativen Winkelphasenlage entgegen den auf die Nockenwelle wirkenden Reibmomenten in Richtung Früh zweifach genutzt werden. In Richtung Früh kann das Abtriebsteil 3 relativ zum Antriebsrad 2 so weit schwingen, bis sich das auf die Nockenwelle wirkende Wechseldrehmoment in Richtung Spät umkehrt. In Richtung Spät wird der Schwingwinkel des Abtriebsteils 3 relativ zum Antriebsrad 2 durch die nacheinander verriegelnden Verriegelungselemente R1, R2, R3 an den jeweiligen Anschlägen 22, 23, 24 der zugehörigen Verriegelungskulissen K_R1, K_R2, K_R3 in Richtung Spät begrenzt. Auf diese Weise kann die Winkelphasenlage entgegen den auf die Nockenwelle wirkenden Reibmomenten ohne hydraulischen Antrieb in Richtung früherer Steuerzeiten verstellt werden. Beim Erreichen der Verriegelungsposition ist es möglich, Abtriebsteil 3 und Antriebsrad 2 durch die einriegelnde Verriegelungselemente F, S mechanisch drehfest zu koppeln.
Die Druckmittelbeaufschlagung der Verriegelungskulissen K_F, K_S, K_R1, K_R2, K_R3 erfolgt über eine separat zur Druckmittelversorgung der Druckkammern 4a, 4b ausgebildete Druckmittelverbindung 9 zwischen dem Steuerventil und den Verriegelungskulissen K_F, K_S, K_R1, K_R2, K_R3.
3 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 14 in eine erste Druckkammer 4a und eine zweite Druckkammer 4b unterteilt sind, angedeutet. Die Druckmittelzufuhr und die Druckmittelabfuhr zu bzw. von der Gruppe der ersten Druckkammern 4a und der Gruppe der zweiten Druckkammern 4b erfolgt jeweils über separate Druckmittelverbindungen 7, 8 zwischen diesen und der als Steuerventil ausgebildeten Reguliereinrichtung 6.
Zur Druckmittelversorgung der Verriegelungseinrichtung 5 ist eine zu den Druckmittelverbindungen 7, 8 separat ausgebildete Steuerverbindung 9 zwischen der Verriegelungseinrichtung 5 und dem Steuerventil vorgesehen. Die Druckmittelverbindung 9 besteht aus einer Steuerzulaufverbindung 9a und einer separaten, zu dieser parallel geschalteten Steuerablaufverbindung 9b. Jede der Verriegelungskulissen K_F, K_S, K_R1, K_R2, K_R3 der Verriegelungseinrichtung 5 ist über die Steuerzulaufverbindung 9a und über die Steuerablaufverbindung 9b mit dem Steuerventil 6 verbunden. Über die Steuerzulaufverbindung 9a können die Verriegelungskulissen K_F, K_S, K_R1, K_R2, K_R3 mit Druckmittel beaufschlagt und über die Steuerablaufverbindung 9b kann Druckmittel von diesen abgeführt werden.
Dabei ist vorgesehen, dass das Steuerventil sowohl die Druckmittelströme zu und von den ersten und zweiten Druckkammern 4a, 4b als auch zu und von der Verriegelungseinrichtung 5 regelt. Vier Anschlüsse A, B, St_zu, St_ab verbinden das Steuerventil mit den Druckkammern 4a, 4b und der Verriegelungseinrichtung 5. Ein erster Arbeitsanschluss A kommuniziert mit der Druckmittelverbindung 7, über die die Gruppe der ersten Druckkammern 4a mit Druckmittel versorgt wird. Der zweite Arbeitsanschluss B kommuniziert mit der Druckmittelverbindung 8, über die die Gruppe der zweiten Druckkammern 4b mit Druckmittel versorgt wird. Ein separat zu den Arbeitsanschlüssen A, B ausgebildeter Steuerzulaufanschluss St_zu kommuniziert mit der separaten Steuerzulaufverbindung 9a, über die die Verriegelungskulissen K_F, K_S, K_R1, K_R2, K_R3 der Verrieglungseinrichtung 5 mit Druckmittel beaufschlagt werden können. Ein weiterer Steuerablaufanschluss St_ab kommuniziert mit der separaten Steuerablaufverbindung 9b, über die Druckmittel aus den Verriegelungskulissen K_F, K_S, K_R1, K_R2, K_R3 zum Steuerventil 6 abgeführt werden kann. Ein Zulaufanschluss P für eine Druckmittelpumpe 18 stellt der Nockenwellenverstellvorrichtung 1 permanent einen Druckmittelstrom zur Verfügung. Über einen Ablaufanschluss T kann das Druckmittel in einen Tank 19 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 T ermöglicht dann ein Zurückfließen des in der Nockenwellenverstellvorrichtung 1 verdrängten Öls in den Ölkreislauf des Motors.
Das Steuerventil 6 besteht aus einer elektrischen Stelleinheit 6a und einem Hydraulikabschnitt 6b. Der Hydraulikabschnitt 6b weist ein Ventilgehäuse 6c und einen axial verschiebbaren Steuerkolben 6d auf. In Abhängigkeit von der elektrischen Bestromung der elektrischen Stelleinheit 6a kann der Steuerkolben 6d im Ventilgehäuse 6c axial verschoben werden. Die in der Gegenrichtung wirkende Federkraft einer Ventilfeder 6e ermöglicht eine Rückstellung des Steuerkolbens 6d. Durch axiales Verschieben des Steuerkolbens 6d können die Arbeitsanschlüsse A, B und der Steuerzulaufanschluss St_zu sowie der Steuerablaufanschluss St_ab wahlweise mit dem Zulaufanschluss P, dem Ablaufanschluss T oder keinem von beiden verbunden werden. In dem in 7 schematisch angedeuteten Steuerkolben 6d sind für vier Schaltstellungen 6f, 6g, 6h, 6i die internen Verbindungen der Anschlüsse des Steuerventils symbolisch dargestellt.
Um die Steuerzeiten der nicht dargestellten Gaswechselventile in Richtung früherer Steuerzeiten zu verschieben, wird in der Voreilstellung 6f des Steuerventils 6 der erste Arbeitsanschluss A sowie der Steuerzulaufanschluss St_zu mit dem Zulaufanschluss P und der zweite Arbeitsanschluss B mit dem Ablaufanschluss T verbunden. Hierdurch wird die Gruppe der ersten Druckkammern 4a über Druckmittelverbindungen 7 mit Druckmittel beaufschlagt. Gleichzeitig gelangt Druckmittel aus der Gruppe der zweiten Druckkammern 4b über Druckmittelverbindungen 8 zum Steuerventil und wird über den Ablaufanschluss T in den Tank 19 ausgestoßen. Dadurch werden die Flügel 14 in Richtung des Frühanschlags 17 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 6h erreicht. Hierbei wird der zweite Arbeitsanschluss B und der Steuerzulaufanschluss St_zu 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 Druckmittelverbindungen 8 und unter gleichzeitigem Ausstoß von Druckmittel aus der Gruppe der ersten Druckkammern 4a über die Druckmittelverbindungen 7 über den Ablaufanschluss T in den Tank 19 die Flügel 14 in Richtung des Spätanschlags 16 verschoben und eine rotative Bewegung des Abtriebsteils 3 relativ zum Antriebsrad 2 in Richtung Spät erreicht.
Um die Steuerzeiten konstant zu halten, wird die Druckmittelzufuhr zu sämtlichen Druckkammern 4a, 4b unterbunden, während der Steuerzulaufanschluss St_zu mit dem Zulaufanschluss P verbunden ist (Schaltstellung 6g). Dadurch werden die Flügel 14 innerhalb der jeweiligen Druckräume 4 hydraulisch eingespannt und eine rotative Bewegung des Abtriebsteils 3 relativ zum Antriebsrad 2 verhindert. Zur Verriegelung der Nockenwellenverstellvorrichtung 1, beispielsweise während der Motorstart- oder Motorstoppphase, wird der Steuerablaufanschluss St_ab mit dem Ablaufanschluss T verbunden (Schaltstellung 6i), wodurch Druckmittel aus den Verriegelungskulissen K_F, K_S, K_R1, K_R2, K_R3 in den Tank 19 abfließen kann und die Verriegelungselemente F, S, R1, R2, R3 in den eingeriegelten Zustand überführt werden.
In der Voreilstellung 6f sind die Steuerzulaufverbindung 9a der Verriegelungseinrichtung 5 und die Gruppe der ersten Druckkammern 4a über die Druckmittelverbindung 7 gleichzeitig mit Druckmittel beaufschlagt. Dabei steht über den Steuerzulaufanschluss St_zu und über den Arbeitsanschluss A des Steuerventils die Steuerzulaufverbindung 9a mit der Gruppe der Druckkammern 4a in Druckmittelverbindung. Analog sind in der Nacheilstellung 6h die Steuerzulaufverbindung 9a und die Gruppe der Druckkammern 4b über die Druckmittelverbindung 8 gleichzeitig mit Druckmittel beaufschlagt, wobei die Steuerzulaufverbindung 9a mit der Gruppe der zweiten Druckkammern 4b über den Steuerablaufanschluss St_zu und über den Arbeitsanschluss B des Steuerventils in Druckmittelverbindung steht.
In der Steuerzulaufverbindung 9a ist eine als Rückschlagventil ausgeführte Absperreinrichtung 10 angeordnet.
Da das Rückschlagventil in Durchlassrichtung bei einer Druckmittelbeaufschlagung den Durchgang des Druckmittels nur bei Überschreiten des Öffnungsdrucks, d. h. des zum Öffnen erforderlichen Differenzdrucks vor und hinter dem Rückschlagventil, zulässt, kann während eines Verstellvorgangs sowohl in der Voreilstellung 6f als auch in der Nacheilstellung 6h des Steuerventils in der Steuerverbindung 9a Druckmittel lediglich in Richtung der Verriegelungseinrichtung 5 strömen. Wird der zur Öffnung erforderliche Differenzdruck unterschritten, schließt das Rückschlagventil selbsttätig und sperrt unmittelbar in der Steuerzulaufverbindung 9a den Durchgang des Druckmittels in Richtung der Druckräume 4. Dadurch wird ein Rückströmen des Druckmittels aus der Steuerzulaufverbindung 9a in das Steuerventil sicher verhindert.
Auf diese Weise wird während eines Verstellvorgangs sowohl in der Voreilstellung 6f des Steuerventils als auch in der Nacheilstellung 6h des Steuerventils sichergestellt, dass der Druckmitteldruck in den Verriegelungskulissen K_F, K_S, K_R1, K_R2, K_R3 permanent größer ist als der Einriegelungsdruck. Dadurch kann ein ungewolltes Einriegeln der Verriegelungselemente F, S, R1, R2, R3 oder ein Verklemmen der Verriegelungselemente F, S, R1, R2, R3 beim Überfahren der Verriegelungskulissen K_F, K_S, K_R1, K_R2, K_R3 während eines Verstellvorgangs vermieden.
Das Rückschlagventil ist mit einem durch geringe Federkraft einer Ventilfeder 10a in Sperrrichtung belasteten Sperrkörper 10b ausgeführt, der die Steuerzulaufverbindung 9a in Richtung des Steuerventils hermetisch abdichtet. In Durchlassrichtung weist das Rückschlagventil einen geringen Öffnungsdruck auf. Da zum Öffnen nur ein geringerer Differenzdruck vor und nach dem Rückschlagventil in der Steuerzulaufverbindung 9a erforderlich ist, kann bei geringer Durchflussmenge und minimiertem Strömungswiderstand ein schneller Leckageausgleich in der Verriegelungseinrichtung 5 herbeigeführt werden.

1: Nockenwellenverstellvorrichtung
1a: motorabgewandte Seite
1b: motorzugewandte Seite
2: Antriebsrad
2a: Begrenzungswand
2b: Begrenzungswand
2c: Vorsprung
2d: Umfangswand
3: Abtriebsteil
3a: Aufnahme
3b: Außenumfang
3c: Flügelnut
3d: Axialbohrung
4: Druckraum
4a: erste Druckkammer
4b: zweite Druckkammer
5: Verriegelungseinrichtung
6: Reguliereinrichtung
6a: Stelleinheit
6b: Hydraulikabschnitt
6c: Ventilgehäuse
6d: Steuerkolben
6e: Ventilfeder
6f: Voreilstellung
6g: Schaltstellung
6h: Nacheilstellung
6i: Schaltstellung
7: Druckmittelverbindung
8: Druckmittelverbindung
9: Druckmittelverbindung
9a: Steuerzulaufverbindung
9b: Steuerablaufverbindung
10: Absperreinrichtung
10a: Ventilfeder
10b: Sperrkörper
11: Seitenabdeckung
11a: Innenseite
12: Seitenabdeckung
13: Angriffsstelle
14: Flügel
16: Spätanschlag
17: Frühanschlag
18: Druckmittelpumpe
19: Tank
20: Anschlag
21: Anschlag
22: Anschlag
23: Anschlag
24: Anschlag
25: Befestigungsschraube
F: Verriegelungselement
S: Verriegelungselement
R1: Verriegelungselement
R2: Verriegelungselement
R3: Verriegelungselement
K_F: Verriegelungskulisse
K_S: Verriegelungskulisse
K_R1: Verriegelungskulisse
K_R2: Verriegelungskulisse
K_R3: Verriegelungskulisse
A: Arbeitsanschluss
B: Arbeitsanschluss
St_zu: Steuerzulaufanschluss
St_ab: Steuerablaufanschluss
P: Zulaufanschluss
T: Ablaufanschluss

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 10103876 A1 [0002]
- DE 6553951 B2 [0002]
- US 2006/0213471 A1 [0002]

Claims

Nockenwellenverstellvorrichtung (1) mit einem Antriebsrad (2) und einem relativ zu diesem verdrehbar angeordneten Abtriebsteil (3), wobei Antriebsrad (2) und Abtriebsteil (3) über zumindest einen mit Druckmittel beaufschlagbaren Druckraum (4) in Wirkverbindung stehen, sowie mit zumindest einer zur mechanischen Koppelung von Antriebsrad (2) und Abtriebsteil (3) mit Druckmittel betätigbaren Verriegelungseinrichtung (5), wobei Druckraum (4) und Verriegelungseinrichtung (5) zur Regulierung der Druckmittelzufuhr zu denselben und der Druckmittelabfuhr von denselben mit zumindest einer Reguliereinrichtung (6) in Druckmittelverbindung (7, 8, 9) stehen, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchgang des Druckmittels durch zumindest eine in der Druckmittelverbindung (7, 8, 9) angeordnete Absperreinrichtung (10) in Richtung des Druckraums (4) druckdicht sperrbar ist.
Nockenwellenverstellvorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Absperreinrichtung (10) in einer die Verriegelungseinrichtung (5) mit der Reguliereinrichtung (6) verbindenden, separat ausgebildeten Steuerverbindung (9) angeordnet ist.
Nockenwellenverstellvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Absperreinrichtung (10) als Rückschlagventil ausgebildet ist.
Nockenwellenverstellvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Rückschlagventil in einer zur Druckmittelbeaufschlagung der Verriegelungseinrichtung (5) ausgebildeten Steuerzulaufverbindung (9a) angeordnet ist.
Nockenwellenverstellvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zur Druckmittelabfuhr aus der Verriegelungseinrichtung (5) eine zur Steuerzulaufverbindung (9a) parallelgeschaltete Steuerablaufverbindung (9b) vorgesehen ist.
Nockenwellenverstellvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Rückschlagventil einen geringen Öffnungsdruck aufweist.
Nockenwellenverstellvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Reguliereinrichtung (6) als Steuerventil ausgeführt ist und zwei mit dem Druckraum (4) kommunizierende Arbeitsanschlüsse (A, B) aufweist, wobei die Steuerzulaufleitung (9a) ventilseitig ausschließlich mit einem separat zu den Arbeitsanschlüssen (A, B) ausgebildeten Steuerzulaufanschluss (St_zu) und die Steuerablaufleitung (9b) ventilseitig ausschließlich mit einem separat zum Arbeitsanschluss (A, B) ausgebildeten Steuerablaufanschluss (St_ab) kommuniziert.