DE102009037260B4

DE102009037260B4 - Vorrichtung zur Veränderung der relativen Winkellage einer Nockenwelle gegenüber einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102009037260B4
Application number: DE102009037260.1A
Authority: DE
Inventors: Gerhard Scheidig
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2009-08-12
Filing date: 2009-08-12
Publication date: 2018-05-17
Anticipated expiration: 2029-08-13
Also published as: DE102009037260A1

Abstract

Vorrichtung (1) zur Veränderung der relativen Winkellage einer Nockenwelle (2) gegenüber einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine, wobei die Vorrichtung (1) ein von der Kurbelwelle angetriebenes Antriebselement (3) umfasst, das gegenüber der Nockenwelle (2) drehbar gelagert ist, wobei zwischen dem Antriebselement (3) und der Nockenwelle (2) mindestens zwei Hydraulikkammern (4, 5) ausgebildet sind, die mit einem Druckfluid beaufschlagbar sind, um eine definierte relative Drehstellung zwischen dem Antriebselement (3) und der Nockenwelle (2) einzustellen und wobei in dem Antriebselement (3) eine hydraulische Pumpe (6) integriert ist, um das für die Einstellung der relativen Drehstellung zwischen Antriebselement (3) und Nockenwelle (2) benötigte Fluid unter Druck zu setzen, dadurch gekennzeichnet, dass die hydraulische Pumpe (6) in einem Kolbenelement (7) integriert ist, das im Antriebselement (3) verschieblich angeordnet ist.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Veränderung der relativen Winkellage einer Nockenwelle gegenüber einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine, wobei die Vorrichtung ein von der Kurbelwelle angetriebenes Antriebselement umfasst, das gegenüber der Nockenwelle drehbar gelagert ist, wobei zwischen dem Antriebselement und der Nockenwelle mindestens zwei Hydraulikkammern ausgebildet sind, die mit einem Druckfluid beaufschlagbar sind, um eine definierte relative Drehstellung zwischen dem Antriebselement und der Nockenwelle einzustellen und wobei in dem Antriebselement eine hydraulische Pumpe integriert ist, um das für die Einstellung der relativen Drehstellung zwischen Antriebselement und Nockenwelle benötigte Fluid unter Druck zu setzen.
Hintergrund der Erfindung
Nockenwellenverstellvorrichtungen, insbesondere solche, die hydraulisch arbeiten, sind im Stand der Technik hinlänglich bekannt. Im hydraulischen Nockenwellenversteller ist ein Flügelrad vorhanden, in dem Flügel eingeformt oder angeordnet sind. Die Flügel befinden sich in Hydraulikkammern, die in einem Außenrotor eingearbeitet sind. Durch entsprechende Beaufschlagung der jeweiligen Seite der Hydraulikkammern mit Hydraulikfluid kann eine Verstellung des Innenrotors (mit der Nockenwelle verbunden) relativ zum Außenrotor (mit dem Antriebselement und über ein Treibelement (Kette) mit der Kurbelwelle verbunden) zwischen einem „Frühanschlag“ und einem „Spätanschlag“ erfolgen. Dabei wird der Fluss von Hydrauliköl durch ein elektrisch angesteuertes Wegeventil gesteuert.
Spezielle Lösungen zielen darauf ab, in den Nockenwellenversteller ein Pumpenelement zu integrieren, um das für die Nockenwellenverstellung benötigte Druckfluid autark und unabhängig von der Druckmittelversorgung der Brennkraftmaschine zur Verfügung zu stellen. Solche Lösungen sind in der DE 41 35 378 A1 , in der DE 42 37 193 A1 , in der DE 103 26 886 A1 und in der DE 41 16 169 A1 beschrieben.
Dabei wird teilweise bereits das Ziel angestrebt, die in den Nockenwellenversteller integrierte Pumpe so zu gestalten, dass sie nur bei benötigtem Druckfluid, d. h. wenn eine Verstellung der Nockenwelle relativ zur Kurbelwelle vorgenommen werden soll, arbeiten und Energie aus dem System entnehmen soll. Um dieses Ziel zu erreichen, sind allerdings teils sehr aufwändige Konzepte vorgesehen. Bei der DE 42 37 193 A1 kann beispielsweise nur immer ein Teil der Rotationsbewegung zur Druckerzeugung genutzt werden. Deshalb ist es hier notwendig, dass ein Ventil während einer Umdrehung der Nockenwelle mindestens einmal innerhalb seiner beiden möglichen Positionen hin und her schaltet. Es sind daher sehr schnell schaltbare Ventile nötig. Die gesamte Verstellvorrichtung ist daher relativ aufwändig aufgebaut und teuer.
Die DE 42 10 038 A1 zeigt eine drehzahlabhängige, hydraulische Nockenwellen-Verstelleinrichtung für eine ventilgesteuerte Kolbenmaschine, wobei zwischen der Nockenwelle und dem Nockenwellenantrieb ein hydraulisch angetriebener Schwenkmotor angeordnet ist, der die Drehbewegung des Nockenwellenantriebs auf die Nockenwelle überträgt. Eine durch den Nockenwellenantrieb oder die Nockenwelle angetriebene Pumpe mit durch den Schwenkmotor veränderbarer Fördermenge ist mit der Druckseite unmittelbar und mit der Saugseite über eine Drosselblende an die durch das Antriebsmoment verkleinerbare Arbeitskammer des Schwenkmotors angeschlossen.
Die DE 44 02 992 A1 zeigt eine Nockenwellen-Antriebsverstelleinheit einer Brennkraftmaschine, die eine Kolbenpumpe aufweist, die den den Verstellprozess einleitenden Hydraulikdruck bereitstellt. Diese Kolbenpumpe ist als Axialkolbenpumpe ausgebildet, die Arbeitskolben sind im Pumpenrotor gelagert, der koaxial zum Antriebsrad und Abtriebsrad sowie einer die Verstellung verursachenden Verzahnungsmuffe angeordnet ist. Dabei bildet der Pumpenrotor mit einem Abtriebsrad eine Baueinheit.
Aufgabe der Erfindung
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art so fortzubilden, dass es möglich wird, in energetisch günstiger Weise, d. h. mit minimalem Energieaufwand, eine Verstellung der Nockenwellenstellung relativ zur Kurbelwellenstellung vornehmen zu können. Ferner soll dies mit sehr hoher Verstellgeschwindigkeit möglich sein. Angestrebt ist ferner, dass ein Motorstart in jeder Nockenwellenposition möglich sein soll und eine Verstellung während des Motorstarts ebenfalls möglich ist. Hierdurch soll das Anwendungsspektrum hydraulischer Nockenwellenversteller erweitert und neue, thermodynamisch anspruchsvolle Anwendungsziele erreichbar werden.
Zusammenfassung der Erfindung
Die Lösung dieser Aufgabe durch die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die hydraulische Pumpe in einem Kolbenelement integriert ist, das im Antriebselement verschieblich angeordnet ist.
Das Kolbenelement ist dabei bevorzugt in Richtung der Drehachse des Antriebselements verschieblich angeordnet.
Die Pumpe ist bevorzugt, allerdings nicht zwingend, als Axialkolbenpumpe ausgebildet. Die Kolben der Axialkolbenpumpe werden zumeist von einer Taumelscheibe betätigt. Vorzugsweise verändert sich der Hub der Taumelscheibe bei einer Verschiebung des Kolbenelements. Die Taumelscheibe ist vorzugsweise indes gelenkig, aber axial unverschieblich und nicht um die Drehachse drehbar gelagert.
Die Kolben der Axialkolbenpumpe weisen bevorzugt mindestens eine Fluiddurchlassöffnung auf, in der ein Rückschlagventil angeordnet ist.
Das Kolbenelement kann mit einem Federelement, insbesondere mit einer Schraubenfeder, in seiner Verschieberichtung vorgespannt sein.
Das Kolbenelement kann einen abgedichteten Druckraum begrenzen, der mit einer der mindestens zwei Hydraulikkammern fluidisch in Verbindung bringbar ist. Das Kolbenelement grenzt dabei bevorzugt an seinem vom Druckraum abgewandten Ende an ein Druckfluidreservoir an.
Die Vorrichtung ist vorzugsweise als nach außen hin abgedichtete Einheit ausgebildet.
Zur Steuerung des Flusses von Druckfluid wird vorzugsweise ein Ventilelement, insbesondere ein 4/4-Wegeventil, eingesetzt. Das Ventilelement kann dabei in axialer Verlängerung der Nockenwelle angeordnet sein. Das Ventilelement weist dabei vorzugsweise ein Gehäuseelement auf, das ortsfest gelagert ist und eine Führung für das Kolbenelement bildet. Das Gehäuseelement des Ventilelements kann dabei eine Halterung für die Taumelscheibe bilden.
Die hydraulische Pumpe ist also bevorzugt in dem axial verschiebbaren Kolbenelement integriert, das innerhalb des Rotors (d. h. des Antriebselements) sitzt und mit diesem rotiert. Durch die axiale Verschiebung des Kolbenelements verändern sich gegenläufig in gleichem Maße die Volumina des Druckraums und des Druckfluidreservoirs. In dem Kolbenelement integriert sind kleinere Pumpkolben (Kolben der Axialkolbenpumpe), die sich ebenfalls axial bewegen und sich über die Taumelscheibe abstützten. Sie saugen Öl während ihres Axialhubs aus dem Druckfluidreservoir an und pumpen es in den Druckraum. Ein Rückfluss des Öls vom Druckraum in das Druckfluidreservoir durch die Pumpkolben wird über vor und hinter den Pumpkolben angeordnete Rückschlagventile verhindert.
Durch die Befüllung des Druckraums vergrößert sich dessen Volumen, was zu einer Verschiebung des Kolbenelements in Richtung auf das Druckfluidreservoir zu führt und dabei gleichzeitig dieses verkleinert. Gleichzeitig wir die Druckspeicherfeder (Federelement) vorgespannt und die Taumelscheibe in ihrer Neigung verringert, was dadurch wiederum den Pumpkolbenhub verringert und die Pumpleistung reduziert.
So ergibt sich ein selbstregelndes System, das nur solange Energie aufnimmt, bis das benötigte Ölvolumen unter Druck gespeichert ist. Ein Nachpumpen von Druckfluid erfolgt - abgesehen von Leckagen - erst, wenn Druckfluid aus dem Druckraum zwecks Nockenwellenverstellung entnommen wird.
Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung ist, dass mit einfachen konstruktiven Mitteln eine selbstregelnde Pumpe zur Bereitstellung von Druckfluid geschaffen wird, die nur dann Energie aufnimmt, wenn Drucköl benötigt wird. Dies kann mit einfachen Ventilen bewerkstelligt werden. Es kann ein herkömmliches Proportionalventil mit bekannten drei Kolbenstellungen (Verstellung Richtung „früh“; Verstellung Richtung „spät“ und geregelt in der Mitte) verwendet werden. Zusätzlich kann noch eine vierte Stellung vorgesehen werden.
Das System ist bevorzugt als abgedichtete Einheit ausgestaltet, die ein Entleeren des Nockenwellenverstellers bei Motorstillstand verhindert. Damit ist ein kontrolliertes Verstellverhalten möglich.
Da die Ankopplung an den Motorölhaushalt der Brennkraftmaschine nicht zwingend ist (nur erforderlich, um Leckageverluste auszugleichen), kann der vorgeschlagene Nockenwellenversteller gegebenenfalls auch mit einem anderen Hydraulikmedium als Motoröl betrieben werden. Die optionale Verbindung zum Ölhaushalt des Motors ist nur sinnvoll bzw. notwendig, wenn es nicht gelingt, die Einheit komplett abzudichten.
Sehr vorteilhaft ist der vorgeschlagene Druckraum, der als Druckspeicher dient und sich bei Nichtverstellung der Nockenwelle füllt und für den Bedarfsfall, d. h. für eine Verstellung der Nockenwelle, Druckfluid bereithält. Über diesen Druckspeicher ist auch bereits beim Start des Motors eine Nockenwellenverstellung möglich durch die sofort nach Beginn der Drehbewegung des Motors zur Verfügung stehende Pumpleistung der integrierten Pumpe. Das heißt es kann bereits eine Verdrehung der Nockenwelle alleine über das während der Drehung von der Pumpe geförderte Ölvolumen erfolgen, ohne den Druckspeicher als Zwischenglied zu verwenden.
Demgemäß ist der Energiebedarf des Nockenwellenverstellers optimiert; es wird nur Energie benötigt, wenn eine Verstellung der Nockenwelle erfolgen soll.
Ein Start des Motors ist in jeder Nockenwellenstellung möglich. Auch ist bereits in der Motorstartphase eine Nockenwellenverstellung möglich.
Aufgrund des vorgeschlagenen Druckraums (Druckspeicher) kann eine sehr schnelle Verstellung der Nockenwelle bewerkstelligt werden.
Es ist kein Ölverbrauch aus dem Motorölkreislauf gegeben, weshalb die Ölpumpe des Motors ohne Berücksichtigung des Nockenwellenverstellers ausgelegt werden kann. Dies trägt zur Energieeffizienz bei.
Das vorgeschlagene System kann mit einfachen, bekannten und bewährten Ansteuerungen und Funktionalitäten eines hydraulischen Ventils arbeiten.
Schließlich gibt es kein Startgeräusch, das durch aufwändige mechanische Verriegelungen verhindert werden müsste.
Figurenliste
In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Es zeigen:

1 den Radialschnitt durch eine Vorrichtung zur Veränderung der relativen Winkellage einer Nockenwelle gegenüber einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine, also eines Nockenwellenverstellers,
2 den Schnitt A-B durch den Nockenwellenversteller gemäß 1,
3 nochmals die Darstellung nach 1 mit Angabe der Lage von Rückschlagventilen,
4 als Ausschnitt den rechten Teil des Nockenwellenverstellers nach 3, wobei eine alternative Lösung skizziert ist,
5 einen hydraulischen Plan für den Nockenwellenversteller und
6 beispielhaft den Verlauf von Kennlinien für den Verlauf des Volumenstroms des Druckfluids zwischen verschiedenen Bereichen des Nockenwellenverstellers.

Ausführliche Beschreibung der Figuren
In den 1 bis 4 ist eine Vorrichtung 1 (Nockenwellenversteller) zur Veränderung der relativen Winkellage einer Nockenwelle 2 gegenüber einer (nicht dargestellten) Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine dargestellt. Die Nockenwelle 2 dreht um eine Drehachse 8. Wesentlicher Bestandteil der Vorrichtung ist ein Antriebselement 3, in das eine hydraulische Verstelleinrichtung inkorporiert ist, die zwischen einem äußeren Ringteil 21 (Stator), das mit einer (nicht dargestellten) Kette mit der Kurbelwelle über ein Kettenrad 22 drehfest verbunden ist, und der Nockenwelle 2 (Rotor) eine Winkelverdrehung bewerkstelligen kann, um in bekannter Weise die Steuerzeiten der Brennkraftmaschine zu beeinflussen.
Hierzu sind paarweise zwei Hydraulikkammern 4 und 5 (Kammer A und Kammer B) zwischen dem Antriebselement 3 und der Nockenwelle 2 wirksam angeordnet, die mit Druckfluid beaufschlagt werden können, um die genannte Verdrehung einstellen zu können. Von diesen Paaren von Hydraulikkammern sind über den Umfang - wie in 2 gesehen werden kann - mehrere vorhanden.
Um den Nockenwellenversteller autark von der Druckfluidversorgung der Brennkraftmaschine zu halten, ist eine hydraulische Pumpe 6 in Form einer Axialkolbenpumpe in den Nockenwellenversteller integriert. Der hydraulische Nockenwellenversteller arbeitet also unabhängig vom Motorölkreislauf mit einem eigenen kleinen und in sich geschlossenen Ölkreislauf. Die gesamte Vorrichtung 1 ist daher nach außen hin abgedichtet. Es ist allerdings denkbar, dass trotz der Abdichtung auftretende kleinste Leckageverluste über eine zentrale Verbindung zur Ölversorgung des Motors (nicht dargestellt) ausgeglichen werden.
Im gehäuseartig ausgebildeten Antriebselement 3 ist ein Kolbenelement 7 angeordnet, das in Richtung der Drehachse 8 axial verschieblich ist. Die Axialkolbenpumpe 6 ist in das Kolbenelement 7 integriert. Die integrierte Axialkolbenpumpe 6 befüllt, wenn sie arbeitet, einen Druckraum 14 (Raum P) mit Drucköl, indem sie Druckfluid aus einem Druckfluidreservoir 15 (Raum T) in den Druckraum 14 fördert. Die Kolben 9 der Axialkolbenpumpe 6 werden in bekannter Weise von einer Taumelscheibe 10 axial verschoben; diese Kolbenbewegung ergibt sich, wenn die mit dem Kolbenelement 7 mitrotierenden Kolben 9 bei sich nicht drehender Taumelscheibe 10 axial hin und her bewegt werden. Die Kolben 9 sind dabei mit sich axial erstreckenden Fluiddurchlassöffnungen 11 versehen, in denen sich mindestens ein Rückschlagventil 12 befindet. Demgemäß kann Druckfluid vom Druckfluidreservoir 15 in den Druckraum 14 gefördert und in diesem Druck aufgebaut werden. Der Kontakt der Kolben 9 mit der Taumelscheibe 10 wird über Druckfedern 23 hergestellt, die als Schraubenfeder ausgeführt und in dem Kolbenelement 7 angeordnet sind.
Erfolgt das Pumpen vom Druckfluidreservoir 15 in den Druckraum 14, verschiebt das Druckfluid das Kolbenelement 7 in axiale Richtung in 1 nach rechts, und zwar gegen die Kraft eines Federelements 13, das als Schraubenfeder ausgeführt ist. Die Federkraft sorgt dafür, dass im Druckraum 14 der gewünschte Druck aufrecht erhalten wird.
Ein Ventilelement 16 - hier in Form eines 4/4-Wege-Ventils - sorgt für die Steuerung des Druckfluids aus dem Druckraum 14 in die Hydraulikkammern 4 und 5. Das Ventilelement 16 umfasst ein Gehäuseelement 17, das als ortsfestes Lagerelement für das rotierende Kolbenelement 7 dient. Gleichermaßen fungiert das Gehäuseelement 17 als Lagerung für die Taumelscheibe, die zwar schwenkbar gelagert ist, die allerdings weder um die Drehachse 8 drehen noch sich in axiale Richtung der Drehachse 8 bewegen kann.
Da die Taumelscheibe 10 also axial ortsfest angeordnet ist, führt der Druckaufbau im Druckraum 14 nicht nur zu einer Verschiebung des Kolbenelements 7 in 1 nach rechts, hierdurch ergibt es sich auch, dass es zu einer relativen axialen Verschiebung der Kolben 9 der Axialkolbenpumpe 6 und der Taumelscheibe 10 kommt. Demgemäß wird der Taumelhub der Taumelscheibe 10 im Verlauf der Verschiebung des Kolbenelements 7 nach rechts immer geringer, bis er schließlich Null ist, d. h. die Pumpe 6 nicht mehr fördert. Indes steht in diesem Betriebszustand der Druckraum 14 mit einer maximal gepumpten Menge an Hydraulikfluid unter Druck. Diese Menge Druckfluid steht für die Betätigung der Nockenwellenverstellung zur Verfügung.
Dies hat in vorteilhafter Weise zur Folge, dass nach dem Aufbau des Druckfluids im Druckraum 14 keine weitere Energie mehr benötigt wird, bis das Drucköl zur Nockenwellenverstellung benötigt wird und neues Druckfluid nachgepumpt werden muss. Die im Druckraum vorgehaltene Menge unter Druck stehendem Druckfluid wird im Druckraum 14 also so lange gespeichert, bis eine Verstellung der Nockenwelle 2 angefordert wird. Für die Druckspeicherung sorgt das Federelement 13. Demgemäß ist die Pumpe 6 so gestaltet, dass die Pumpleistung nur benötigt wird, um den Druckraum 14 zu befüllen und die internen Leckagen auszugleichen. Wenn der Druckraum 14 befüllt ist, wird die Pumpe 6 in einem Leerhubbetrieb betrieben und fördert nur die Ölmenge, die nötig ist, um die internen Leckagen auszugleichen. Bei einem hydraulisch gut abgedichteten System mit geringer interner Leckage wird der Pumpe 6 dann nur eine sehr geringe Leistung abgefordert, was energetisch für den Verbrennungsmotor ein großer Vorteil ist.
Möglich ist auch ein Betriebszustand, bei dem die Pumpe 6 direkt die Hydraulikkammern 4 oder 5 des Nockenwellenverstellers befüllt, ohne einen Druckspeicher in Form des Druckraums 14 dazwischen zu schalten.
Das während der Verstellung aus den Hydraulikkammern 4, 5 rückfließende Öl wird in das Druckfluidreservoir 15 geleitet, von dem aus es die Pumpe 6 wieder in den Druckraum 14 fördert.
Die durch die Nockenwellenmomente in den beiden Hydraulikkammern 4, 5 erzeugten Druckspitzen werden während einer Verstellung hydraulisch über das Hydraulikfluid abgefedert. Ein zwischen dem Druckraum 14 und dem Druckfluidreservoir 15 angeordnetes Rückschlagventil 18 (s. 3) verhindert dabei eine Verschiebung des Kolbenelements 7 in Richtung auf das Druckfluidreservoir 15 durch einen Druckpeak in dem Druckraum 14 und damit eine Rückverstellung der Nockenwelle entgegen der gewünschten Verstellrichtung.
Es ist auch denkbar, statt der im Ausführungsbeispiel vorgesehenen Taumelscheibenpumpe (Axialkolbenpumpe) eine andere Pumpenart in den Nockenwellenversteller zu integrieren, z. B. eine Radialkolbenpumpe oder eine Flügelzellenpumpe.
Die Energie für den Pumpenantrieb wird zwischen der stehenden Einheit (fest mit dem Steuergehäuse des Motors verbunden) und der rotierenden Einheit abgegriffen.
Der Toleranzausgleich der nockenwellenfest montierten Bauteile und der steuergehäusefest montierten Bauteile wird durch einen axialen Abstand zwischen Magnet und Ventilgehäuse des Ventilelements 16 erreicht. Das Ventilgehäuse wird dabei durch mindestens einen Stift, der im Magnetgehäuse steckt und in das Ventilgehäuse ragt, an der Rotation gehindert. Durch eine radial angeordnete Langnut im Ventilgehäuse, in die der Stift ragt, kann ein radialer Taumelschlag der Nockenwellenverstelleinheit ausgeglichen werden. Das Ventilgehäuse ist schwimmend im Nockenwellenversteller gelagert. Der Kolben ist schwimmend auf dem Ventilgehäuse gelagert und hat nach außen zum Innendurchmesser des Rotors genug Spiel, um evtl. toleranzbedingte Klemmungen zu vermeiden. Er wird nach außen über Dichtringe abgedichtet.
In den 3 und 4 ist noch die Lage weiterer Rückschlagventile 18, 19 und 20 für zwei verschiedene Ausführungsformen skizziert.
In 5 ist ein hydraulischer Plan für den Nockenwellenversteller skizziert. Die Steuerung der Nockenwellenverstellung erfolgt hier über ein 4/4-Wege-Ventil, welches zentral in der verlängerten Achse der Nockenwelle sitzt und über einen Zentralmagnet angesteuert wird. Das Gehäuse des Zentralventils ist nicht rotierend und dient gleichzeitig als Führung für das Kolbenelement 7 und als Aufnahme für die ebenfalls nicht rotierende Taumelscheibe 10.
Die vier Stellungen des 4/4-Wege-Ventils gehen aus 3 hervor. Es sind folgende Betriebszustände möglich:

1. Motorstart: unbestromtes Ventil, dadurch Motorstart mit Nockenwellenposition wie beim Abstellen des Motors vorhanden (jede Nockenwellen-Stellung möglich).
2. Motorstart: bestromtes Ventil, dadurch ist bereits während der Startphase eine Nockenwellenverstellung möglich, welche dann durch die Pumpleistung der integrierten Pumpe ermöglicht wird, welche sofort - ab der ersten Umdrehung - Volumenstrom in die Hydraulikkammern 4, 5 (je nach Ventilbestromung) fördert.
3. Nockenwellenverstellung in Richtung „früh“ (bedient aus dem Druckraum 14 oder direkt durch die Pumpe 6).
4. Nockenwellenverstellung in Richtung „spät“ (bedient aus dem Druckraum 14 oder direkt durch die Pumpe 6).
5. Geregelte Position (und gleichzeitige Befüllung des Druckspeichers).
6. Motorstop in geregelter Position. Dadurch wird es möglich, dass der Motor beim nächsten Motorstart in der beim Stop erhaltenen Nockenwellenposition gestartet werden kann. Der Magnet muss dabei im Mittellagenstrom so lange bestromt bleiben, bis der Motor steht. Danach kann der Magnet unbestromt werden.
7. Motorstop in unbestromter Position.

Qualitativ skizzierte Kennlinien für den Volumenstrom sind in 6 angegeben, wobei die Kennlinien angegeben sind für eine Strömung

A → T: von der Kammer A (Hydraulikkammer 4) in das Druckfluidreservoir 15 (T),
P → T: vom Druckraum 14 (P) in das Druckfluidreservoir 15 (T),
P → B: vom Druckraum 14 (P) in die Kammer B (Hydraulikkammer 5),
P → A: vom Druckraum 14 (P) in die Kammer A (Hydraulikkammer 4) und
B → T: von der Kammer B (Hydraulikkammer 5) in das Druckfluidreservoir 15 (T).

Etwaige externe Leckageölverluste oder Volumenschwankungen des Fluids aufgrund von Wärmedehnungen können über eine Verbindung zum Motorölkreislauf ausgeglichen werden. Dabei ist das Druckfluidreservoir 15 des Nockenwellenverstellers mit dem Motorölhaushalt verbunden. Eine Drossel im ölzulauf und ein Rückschlagventil verhindern, dass der Druck des Motorölkreislaufs sich negativ auf die Funktion der Verstelleinheit auswirkt. Das Rückschlagventil verhindert weiterhin (wie auch die integrierten Dichtungen) ein Leerlaufen der Verstelleinheit im Ruhezustand des Motors.
Als Methoden zur Befüllung des Systems bei der Montage an den Motor sind mehrere Varianten denkbar:
Nach einer ersten Möglichkeit wird der vormontierte Nockenwellenversteller beim Hersteller mit Hydraulikfluid befüllt. Bei der Montage an den Motor muss darauf geachtet werden, dass kein Öl herausfließt.
Nach einer zweiten Möglichkeit wird in den Zentralmagnet oder an anderer Stelle in der gesamten Einheit eine Verschlussschraube integriert. Beim ersten Motorbetrieb muss die Verschlussschraube dann so lange geöffnet bleiben, bis die Motorölpumpe das System vollständig über die Zuleitung mit Öl befüllt hat und die Luft entweichen konnte. Danach muss die Verschlussschraube montiert und das System damit nach außen verschlossen werden.
Bezugszeichenliste

1: Vorrichtung (Nockenwellenversteller)
2: Nockenwelle
3: Antriebselement
4: Hydraulikkammer (Kammer A)
5: Hydraulikkammer (Kammer B)
6: hydraulische Pumpe
7: Kolbenelement
8: Drehachse
9: Kolben der Axialkolbenpumpe
10: Taumelscheibe
11: Fluiddurchlassöffnung
12: Rückschlagventil
13: Federelement
14: Druckraum (P)
15: Druckfluidreservoir (T)
16: Ventilelement
17: Gehäuseelement
18: Rückschlagventil
19: Rückschlagventil
20: Rückschlagventil
21: Ringteil
22: Kettenrad
23: Druckfeder

Claims

Vorrichtung (1) zur Veränderung der relativen Winkellage einer Nockenwelle (2) gegenüber einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine, wobei die Vorrichtung (1) ein von der Kurbelwelle angetriebenes Antriebselement (3) umfasst, das gegenüber der Nockenwelle (2) drehbar gelagert ist, wobei zwischen dem Antriebselement (3) und der Nockenwelle (2) mindestens zwei Hydraulikkammern (4, 5) ausgebildet sind, die mit einem Druckfluid beaufschlagbar sind, um eine definierte relative Drehstellung zwischen dem Antriebselement (3) und der Nockenwelle (2) einzustellen und wobei in dem Antriebselement (3) eine hydraulische Pumpe (6) integriert ist, um das für die Einstellung der relativen Drehstellung zwischen Antriebselement (3) und Nockenwelle (2) benötigte Fluid unter Druck zu setzen, dadurch gekennzeichnet, dass die hydraulische Pumpe (6) in einem Kolbenelement (7) integriert ist, das im Antriebselement (3) verschieblich angeordnet ist.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Kolbenelement (7) in Richtung einer Drehachse (8) des Antriebselements (3) verschieblich angeordnet ist.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die hydraulische Pumpe (6) als Axialkolbenpumpe ausgebildet ist.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass Kolben (9) der Axialkolbenpumpe von einer Taumelscheibe (10) betätigt werden.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Hub der Taumelscheibe (10) bei einer Verschiebung des Kolbenelements (7) verändert wird.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Taumelscheibe (10) gelenkig, aber axial unverschieblich und nicht um die Drehachse (8) drehbar gelagert ist.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolben (9) der Axialkolbenpumpe mindestens eine Fluiddurchlassöffnung (11) aufweisen, in der ein Rückschlagventil (12) angeordnet ist.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Kolbenelement (7) mit einem Federelement (13), insbesondere mit einer Schraubenfeder, in seiner Verschieberichtung vorgespannt ist.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Kolbenelement (7) einen abgedichteten Druckraum (14) begrenzt, der mit einer der mindestens zwei Hydraulikkammern (4, 5) fluidisch in Verbindung bringbar ist.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Kolbenelement (7) an seinem vom Druckraum (14) abgewandten Ende an ein Druckfluidreservoir (15) angrenzt.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1) als nach außen hin abgedichtete Einheit ausgebildet ist.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Steuerung des Flusses von Druckfluid ein Ventilelement (16), insbesondere ein 4/4-Wegeventil, vorhanden ist.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilelement (16) in axialer Verlängerung der Nockenwelle (2) angeordnet ist.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilelement (16) ein Gehäuseelement (17) aufweist, das ortsfest gelagert ist und eine Führung für das Kolbenelement (7) bildet.
Vorrichtung (1) nach den Ansprüchen 4 und 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuseelement (17) des Ventilelements (16) eine Halterung für die Taumelscheibe (10) bildet.