DE102009056024A1 - Vorrichtung zur variablen Einstellung der Steuerzeiten von Gaswechselventilen einer Brennkraftmaschine - Google Patents
Vorrichtung zur variablen Einstellung der Steuerzeiten von Gaswechselventilen einer Brennkraftmaschine Download PDFInfo
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Abstract
Description
- Gebiet der Erfindung
- Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur variablen Einstellung der Steuerzeiten von Gaswechselventilen einer Brennkraftmaschine mit einer hydraulischen Phasenstelleinrichtung, wobei die Phasenstelleinrichtung in Antriebsverbindung mit einer Kurbelwelle und einer Nockenwelle bringbar ist und zumindest eine Frühverstellkammer und zumindest eine Spätverstellkammer aufweist, denen über Druckmittelleitungen Druckmittel zugeführt bzw. aus diesen abgeführt werden kann, wobei durch Druckmittelzufuhr zu den Verstellkammern eine Phasenlage der Nockenwelle relativ zur Kurbelwelle verstellt werden kann.
- Hintergrund der Erfindung
- In modernen Brennkraftmaschinen werden Vorrichtungen zur variablen Einstellung der Steuerzeiten von Gaswechselventilen eingesetzt, um die Phasenlage einer Nockenwelle relativ zu einer Kurbelwelle in einem definierten Winkelbereich, zwischen einer maximalen Früh- und einer maximalen Spätposition, variabel gestalten zu können. Zu diesem Zweck ist eine hydraulische Phasenstelleinrichtung der Vorrichtung in einen Antriebsstrang integriert, über welchen Drehmoment von der Kurbelwelle auf die Nockenwelle übertragen wird. Dieser Antriebsstrang kann beispielsweise als Riemen-, Ketten- oder Zahnradtrieb realisiert sein. Wesentliche Kennzahlen derartiger Vorrichtungen sind die Phasenverstellgeschwindigkeit und der Bedarf an Druckmittel. Um die Phasenlage den unterschiedlichen Fahrsituationen optimal anpassen zu können sind hohe Phasenverstellgeschwindigkeiten wünschenswert. Des Weiteren wird im Rahmen von Verbrauchssenkungsmaßnahmen ein immer geringerer Druckmittelbedarf gefordert, um die Druckmittelpumpe der Brennkraftmaschine kleiner auslegen zu können oder die Fördermenge bei Einsatz von geregelten Druckmittelpumpen senken zu können.
- Eine derartige Vorrichtung ist beispielsweise aus der
EP 0 806 550 A1 bekannt. Die Vorrichtung umfasst eine Phasenstelleinrichtung in Flügelzellenbauweise mit einem Antriebselement, welches in Antriebsverbindung mit der Kurbelwelle steht, und einem Abtriebselement, das drehfest mit der Nockenwelle verbunden ist. Innerhalb der Phasenstelleinrichtung sind mehrere Druckräume ausgebildet, wobei jeder der Druckräume mittels eines Flügels in zwei gegeneinander wirkende Druckkammern unterteilt wird. Durch Druckmittelzufuhr zu bzw. Druckmittelabfuhr von den Druckkammern werden die Flügel innerhalb der Druckräume verschoben, wodurch eine Änderung der Phasenlage zwischen dem Abtriebselements und dem Antriebselement erfolgt. Dabei wird das zur Phasenverstellung benötigte Druckmittel von einer Druckmittelpumpe der Brennkraftmaschine bereitgestellt und mittels eines Steuerventils selektiv zu den Früh- bzw. Spätverstellkammern geleitet. Das aus der Phasenstelleinrichtung ausfließende Druckmittel wird in ein Druckmittelreservoir, den Ölsumpf der Brennkraftmaschine, geleitet. Die Phasenverstellung erfolgt somit mittels des von der Druckmittelpumpe der Brennkraftmaschine bereitgestellten Systemdrucks. - Eine weitere Vorrichtung ist beispielsweise aus der
US 5,107,804 A bekannt. In dieser Ausführungsform ist die Phasenstelleinrichtung ebenfalls in Flügelzellenbauart ausgebildet und mehrere Früh- bzw. Spätverstellkammer vorgesehen. Im Unterschied zu derEP 0 806 550 A1 erfolgt die Phasenverstellung nicht durch Druckmittelbeaufschlagung der Druckkammern durch eine Druckmittelpumpe, sondern es werden Wechselmomente ausgenutzt, die auf die Nockenwelle wirken. Die Wechselmomente werden durch das Abwälzen der Nocken auf den mit jeweils einer Ventilfeder vorgespannten Gaswechselventilen verursacht. Dabei wird die Rotationsbewegung der Nockenwelle während des Öffnens der Gaswechselventile gebremst und während des Schließens beschleunigt. Diese Wechselmomente werden auf die Phasenstelleinrichtung übertragen, so dass die Flügel periodisch in Richtung des Spät- und Frühanschlags mit einer Kraft beaufschlagt werden. Dadurch werden abwechselnd in den Frühverstellkammern und den Spätverstellkammern Druckspitzen erzeugt. Soll die Phasenlage konstant gehalten werden, so wird ein Abfließen von Druckmittel aus den Druckkammern verhindert. Im Falle einer Phasenverstellung in Richtung früherer Steuerzeiten wird ein Abfließen von Druckmittel aus den Frühverstellkammern verhindert, selbst in den Zeitpunkten, in denen in den Frühverstellkammern Druckspitzen erzeugt werden. Steigt auf Grund der Wechselmomente der Druck in den Spätverstellkammern an, so wird dieser Druck genutzt um Druckmittel aus den Spätverstellkammern unter dem Druck der generierten Druckspitze in die Frühverstellkammern zu leiten. Analog erfolg eine Phasenverstellung in Richtung späterer Steuerzeiten. Zusätzlich sind die Druckkammern mit einer Druckmittelpumpe verbunden, allerdings nur um Leckagen aus der Phasenstelleinrichtung auszugleichen. Die Phasenverstellung erfolgt somit durch das Umleiten von Druckmittel aus den zu entleerenden Druckkammern in die zu befüllenden Druckkammern unter dem Druck der generierten Druckspitze. - Eine weitere Vorrichtung ist aus der
US 2009/0133652 A1 EP 0 806 550 A1 , durch Druckbeaufschlagung der Frühverstellkammern oder der Spätverstellkammern durch eine Druckmittelpumpe, bei gleichzeitigem Druckmittelabfluss von den anderen Druckkammern zu dem Ölsumpf der Brennkraftmaschine. Bei hohen Wechselmomenten werden, analog zu der Vorrichtung aus derUS 5,107,804 A , diese genutzt, um das Druckmittel unter hohem Druck aus den Frühverstellkammern (Spätverstellkammern) in die Spätverstellkammern (Frühverstellkammern) zu leiten. Dabei wird das aus den Druckkammern ausgestoßene Druckmittel zu einem Steuerventil zurückgeführt, das die Druckmittelzufuhr zu bzw. den Druckmittelabfluss von den Druckkammern steuert. Dieses Druckmittel gelangt über Rückschlagventile innerhalb des Steuerventils zu dem Zulaufanschluss, der mit der Druckmittelpumpe verbunden ist, wobei ein Teil des Druckmittels in das Druckmittelreservoir der Brennkraftmaschine ausgestoßen wird. - Die
EP 2 075 421 A1 offenbart ein Ventil für einen Nockenwellenversteller. Das Ventil umfasst einen Ventilkolben, welcher drehbar in einem Ventilgehäuse angeordnet ist. Zu- und Abläufe für Drucköl, sind so angeordnet, dass durch Stellung des Ventilkolbens Drucköl zu den Verstellkammern und zu einem Verriegelungsmechanismus geleitet werden kann. Dabei kann der Verriegelungsmechanismus nicht nur in einer Endstellung des Nockenwellenverstellers, also in einem Anschlag in der Spät- oder Frühstellung aktiviert werden, sondern auch in einer Zwischenstellung. Hierdurch wird eine Mittenlagenverriegelung ermöglicht, die je nach Motoranwendung sinnvoll sein kann. - Die
DE 198 50 947 zeigt eine Vorrichtung zur Steuerung der Steuerzeiten einer Brennkraftmaschine mit wenigstens einem Antriebsmittel, wenigstens einer Nockenwelle mit Nocken, wenigstens einer hydraulisch betätigbaren Verstelleinrichtung zur Verstellung des Relativ-Verdrehwinkels zwischen dem Antriebsmittel und der Nockenwelle, wenigstens einer Hydraulikfluid-Versorgungseinrichtung zur Beaufschlagung der Verstelleinrichtung und wenigstens einer Zwangssteuerungs-Einrichtung, durch die die hydraulische Beaufschlagung der Verstelleinrichtung in Abhängigkeit von dem absoluten Verdrehwinkel der Nockenwelle und/oder der Nocken wenigstens zeitweise und/oder wenigstens teilweise beeinflussbar ist. Hierbei wird eine Strömungsverbindung zu den Verstellkammern gezielt dann unterbrochen, wenn durch Drehmomente verursachte Druckschwankungen entstehen, die von der Nockenwelle bei auf- oder ablaufenden Nocken auf die Verstellkammern zurückwirken würden. - Die
US 6,186,104 B1 offenbart eine Ventilzeiten-Steuerungsvorrichtung in Flügelzellenbauweise für einen Verbrennungsmotor, bei dem zwischen die Druckzellen und dem diese ansteuernden Steuerventil eine Druckverteilungsvorrichtung geschaltet ist, durch welche störende Nockenwellenmomente ausgeblendet werden. Hierzu wird z. B. bei einer Spät-Verstellung die Ölzufuhr zu den Druckzellen dann unterbrochen, wenn ein Früh-Drehmoment auftritt. Umgekehrt wird bei einer Früh-Verstellung die Ölzufuhr zu den Druckzellen dann unterbrochen, wenn ein Spät-Drehmoment auftritt. Vergleichbar mit derDE 198 50 947 wird also ein Rückschwingen der Verstelleinrichtung aufgrund der Verstellung entgegengesetzter Nockenwellenmomente unterbunden. - Aufgabe der Erfindung
- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine Vorrichtung zur variablen Einstellung der Steuerzeiten von Gaswechselventilen einer Brennkraftmaschine mit einer hohen Phasenverstellgeschwindigkeit und gleichzeitig hoher Stellgenauigkeit zu schaffen.
- Lösung der Aufgabe
- Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch Angabe eines Nockenwellenversteller
11 für eine Nockenwelle35 , durch die Zylinderventile12 eines Verbrennungsmotors betätigt werden, wobei durch die Nockenwelle35 bei auflaufenden Nocken Spät-Drehmomente in Richtung später Zylinderventilöffnungszeiten und bei ablaufenden Nocken entgegen gesetzte Früh-Drehmomente in Richtung früher Zylinderventilöffnungszeiten auf den Nockenwellenversteller11 zurückwirken, - • mit einer Druckkammer
69 und einem in der Druckkammer69 angeordnetem Verstellmittel67 , - • wobei das Verstellmittel
67 die Druckkammer69 in eine erste Teilkammer A und eine zweite Teilkammer B unterteilt, - • wobei der ersten und der zweiten Teilkammer B Druckmittel zuführbar bzw. aus der ersten Teilkammer A und zweiten Teilkammer B Druckmittel abführbar ist,
- • so dass durch einen Druckunterschied zwischen der ersten Teilkammer A und zweiten Teilkammer B das Verstellmittel
67 bewegbar ist, wodurch sich eine Verdrehung der Nockenwelle35 ergibt, - • wobei sich bei einem höheren Druck in der ersten Teilkammer A eine Verdrehung der Nockenwelle
35 in Richtung auf frühe Zylinderventilöffnungszeiten und bei einem höheren Druck in der zweiten Teilkammer B eine Verdrehung der Nockenwelle35 in Richtung auf späte Zylinderventilöffnungszeiten ergibt - • wobei die Zu- und Abfuhr von Druckmittel durch eine Steuereinrichtung
20 steuerbar ist, - • und wobei der Druckaufbau in der ersten Teilkammer A oder in der zweiten Teilkammer B mittels von einer Druckmittelpumpe P unter einem Pumpendruck zur Verfügung gestellten Druckmittels und der Druckabbau in der ersten Teilkammer A oder in der zweiten Teilkammer B über einen Ablauf zu einem Tank T erfolgt,
- • bei Auftreten eines einer gewünschten Verstellrichtung entgegenwirkenden Nockenwellenmomentes in Abhängigkeit vom Pumpendruck der Grad der Drosselung bis hin zu einem vollständigen Verschließen für einen Zulauf von Druckmittel in die für die gewünschte Verstellrichtung zu versorgende Teilkammer A, B einstellbar ist.
- Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, dass abhängig vom Betriebszustand des Verbrennungsmotors sowohl der zur Verfügung stehende Pumpendruck als auch die wirkenden Nockenwellenmomente sehr unterschiedliche Werte annehmen können, was auf die Verstellung der Nockenwelle und insbesondere auf die Geschwindigkeit der Verstellung der Nockenwelle Auswirkungen hat. Bei hohen Pumpendrücken können bspw. der Verstellung entgegenwirkende Nockenwellenmomente gut kompensiert werden, während sie bei niedrigen Pumpendrücken ein verzögerndes Rückschwingen auslösen können. Hier wäre also ggf. erforderlich, Nockenwellenmomente auszublenden. Umgekehrt können gerade bei niedrigen Pumpendrücken Nockenwellenmomente, welche in die gewünschte Verstellrichtung wirken, eine beschleunigende Wirkung auf die Verstellung zur Folge haben, sie sollen also eine Verstellwirkung entfalten. Die Erfindung geht schlägt nun erstmals vor, eine Drosselung für einen Zulauf von Druckmittel in Abhängigkeit vom Pumpendruck dann einzustellen, wenn ein der gewünschten Verstellrichtung entgegenwirkendes Nockenwellenmoment auftritt. Wird also z. B. in Richtung spät verstellt, so ist der zweiten Teilkammer Druckmittel zuzuführen. Tritt ein Nockenwellenmoment in Richtung spät auf, so wirkt es für die Verstellung unterstützend, soll also ausgenutzt werden. Tritt aber ein Nockenwellenmoment in Richtung früh auf, so wirkt es der Verstellung entgegen. Liegt in diesem Fall aber ein hoher Pumpendruck vor, so kann trotz des entgegengesetzt wirkenden Nockenwellenmomentes immer noch eine Verstellwirkung erreicht werden, wenn auch gegenüber den Zeitpunkten mit Spät-Drehmomenten abgeschwächt. In diesem Fall wird der Zulauf zur zweiten Teilkammer gedrosselt freigegeben, denn der hohe Pumpendruck verhindert ein Rückschwingen bzw. bewirkt trotz des Früh-Drehmomentes noch eine Verstellung. Ist nun aber der Pumpendruck niedrig, so tritt eine solche Kompensation oder Überkompensation des Früh-Drehmomentes durch den Pumpendruck nicht mehr auf. In diesem Fall wird der Zulauf zur zweiten Teilkammer stark gedrosselt bzw. ganz verschlossen. Hierdurch wirkt das unerwünschte Früh-Drehmoment gegen einen hydraulisch eingespannten Zustand, Druckmittel kann aus der zweiten Teilkammer kaum oder gar nicht abgeführt werden und es kommt nicht zu einem Rückschwingen, d. h. einer der gewünschten Verstellrichtung entgegengesetzten Bewegung. In Abhängigkeit vom Pumpendruck kann also ein Maximum an Verstellgeschwindigkeit durch Zulassen oder Ausblenden der unerwünschten Nockenwellenmomente erreicht werden, es ergibt sich eine besonders schnelle Verstellung.
- Die Erfindung ist dabei nicht auf eine bestimmte Bauart des Nockenwellenverstellers beschränkt, es kann also z. B. ein Flügelzellenversteller zur Anwendung kommen, bei dem mehrere Paare von Teilkammern gebildet sind, wobei das Verstellmittel ein die Teilkammern trennender Flügel ist, der z. B. einstückig aus einem Rotor gebildet ist oder in diesen eingesteckt ist.
- Vorzugsweise umfasst die Steuereinrichtung einen in einem Ventilgehäuse angeordneten Ventilkolben, wobei der Ventilkolben gegenüber dem Ventilgehäuse drehbar und axial verschieblich ist, wobei durch axiale relative Verschiebung des Ventilkolbens gegenüber dem Ventilgehäuse der Moment-Modus oder der Pumpen-Modus einstellbar ist, während durch relative Drehung des Ventilkolbens gegenüber dem Ventilgehäuse die Zu- bzw. Abfuhr des Druckmittels zu den Teilkammern steuerbar ist.
- Die Schaltstellungen für den Pumpen- bzw. Moment-Modus werden also in konstruktiv einfacher Weise durch eine axiale Verschiebung des Ventilkolbens relativ zum Ventilgehäuse realisiert. In einer jeweiligen axialen Schaltstellung ist dann die eigentliche Regelung der Verstellung, also die Zu- und Abfuhr von Druckmittel zu den Teilkammern mittels einer Drehung des Ventilkolbens relativ zum Ventilgehäuse möglich. Vorteilhafterweise wird relativ zu einem ortsfesten Zylinderkopf der Ventilkolben für die axiale Verschiebung bewegt, z. B. mittels eines Magneten und einer Rückstellfeder, während die relative Drehung durch das Ventilgehäuse umgesetzt wird, welches sich etwa mit der Nockenwelle dreht. Diese Ausgestaltung kommt Insbesondere in einer bevorzugten Zentralventilausgestaltung zum Einsatz, bei der das aus Ventilkolben und Ventilgehäuse gebildete Steuerventil der Steuereinrichtung zentral im Nockenwellenversteller angeordnet ist und diesen weiter bevorzugt gleichzeitig als Schraube mit der Nockenwelle verbindet. In weiter bevorzugter Ausgestaltung wird die Rückstellfeder des Ventilkolbens als Druckfeder gegenüber dem Ventilgehäuse wälzgelagert oder als Zugfeder direkt oder indirekt mit dem Magneten verbunden.
- Vorzugsweise sind erste Öffnungen und zweite Öffnungen im Ventilgehäuse um den Umfang des Ventilgehäuses verteilt angeordnet, wobei die ersten Öffnungen mit der zweiten Teilkammer und die zweiten Öffnungen mit der ersten Teilkammer korrespondieren und wobei durch die Oberfläche des Ventilkolbens eine Öffnungsabdeckung gebildet ist, so dass je nach axialer Lage und Winkeltage des Ventilkolbens relativ zum Ventilgehäuse die ersten Öffnungen und zweiten Öffnungen zumindest teilweise durch die Öffnungsabdeckung verschließbar sind. Die Öffnungsabdeckung ist also z. B. eine radial gegenüber dem übrigen Ventilkolbenkörper weiter außen liegende Fläche, welche an das Ventilgehäuse angrenzt.
- Weiter bevorzugt sind die ersten Öffnungen und die zweiten Öffnungen zueinander am Umfang in einem Winkelabstand jeweils gleich beabstandet und bezüglich der Öffnungsabdeckung phasenrichtig so angeordnet, dass eine relative Drehung des Ventilkolbens gegenüber dem Ventilgehäuse um den Winkelabstand zu einer geometrisch gleichen Anordnung führt.
- Durch diese Anordnung wird es insbesondere möglich, ohne weitere konstruktive Maßnahmen wie z. B. Rückschlagventile allein aus der geometrischen Anordnung von Ventilgehäuse und Ventilkolben ein auf die Nockenwellenmomente abgestimmtes Verstellverfahren durchzuführen. Da die Nockenwellenmomente über die Anordnung der Nocken in fester geometrischer Phasenlage auftreten, kann durch die entsprechende Anordnung der Öffnungen und Öffnungsabdeckung z. B. erreicht werden, dass verstellrichtige Momente über freigegebene Öffnungen ausgenutzt und verstellfalsche Momente über gesperrte Öffnungen ausgeblendet werden.
- Bevorzugt ist die Öffnungsabdeckung aus einer ersten Teilabdeckung für die ersten Öffnungen und einer zweiten Teilabdeckung für die zweiten Öffnungen gebildet wobei die erste Teilabdeckung und die zweite Teilabdeckung jeweils eine axial am Ventilkolben außen liegende Aussenkante und eine axial innen liegende Innenkante aufweisen, wobei die Innenkanten in Umfangsrichtung ein etwa kronenartiges Profil mit entlang des Umfangs wechselnder axialer Lage aufweisen.
- Die Innenkanten verlaufen also in Umfangsrichtung z. B. zickzack-artig, kronen-artig oder in Form einer Rechteckkurve, d. h. die Innenkanten verlaufen abschnittsweise bei einer ersten axialen Position und in weiteren Abschnitten in einer axial beabstandeten Position. Hierdurch wird es möglich, mit der Öffnungsabdeckung abhängig von der relativen Verdrehung von Ventilkolben und Ventilgehäuse die Öffnungen im Ventilgehäuse ganz oder teilweise freizugeben bzw. zu sperren. Diese Freigabe bzw. Sperrung ist dabei, wie oben ausgeführt, an die Phasenlage der Nockenwellenmomente geometrisch gekoppelt.
- Bevorzugtermaßen sind für die relative axiale Lage des Ventilkolbens fünf Schaltstellungen einstellbar, wobei
- • in einer ersten Lage der Ventilkolben für eine Verstellung der Nockenwelle nach späten Zylinderventilöffnungszeiten bei einem hohen Pumpendruck eingestellt ist.
- • in der zweiten, axial folgenden Schaltstellung der Ventilkolben für eine Verstellung der Nockenwelle nach späten Zylinderventilöffnungszeiten bei einem niedrigen Pumpendruck eingestellt ist,
- • in der dritten, axial folgenden Schaltstellung eine Nockenwellenverstellung gesperrt ist,
- • in der vierten, axial folgenden Schaltstellung der Ventilkolben für eine Verstellung der Nockenwelle nach frühen Zylinderventilöffnungszeiten bei einem niedrigen Pumpendruck eingestellt ist und
- • in der fünften, axial folgenden Schaltstellung der Ventilkolben für eine Verstellung der Nockenwelle nach frühen Zylinderventilöffnungszeiten bei einem hohen Pumpendruck eingestellt ist.
- Mittels dieser fünf Schaltstellungen ergeben sich somit in der Regel bereits hinreichende Einstellmöglichkeiten angepasst an einen jeweiligen Motorbetriebszustand. Beispielsweise: Während bei ausreichendem Druck der Druckmittelpumpe eine Spätverstellung der Nockenwelle in Schaltstellung eins und eine Frühverstellung in Schaltstellung fünf erfolgt, kann bei geringem Druck eine Spätverstellung in Schaltstellung zwei und eine Frühverstellung in Schaltstellung vier erfolgen. Die Mittelstellung, Schaltstellung drei, kann zu einer Sperrung der Verstellung genutzt werden.
- Diese fünf Schaltstellungen sind bevorzugt wie folgt zu realisieren:
Vorzugsweise ist in der ersten und zweiten Schaltstellung bei Auftreten von Spät-Drehmomenten eine relative Winkellage von Ventilgehäuse und Ventilkolben so eingestellt ist, dass die ersten Öffnungen durch die Öffnungsabdeckung überwiegend für einen Zulauf von Druckmittel von der Druckmittelpumpe freigegeben sind, während die zweiten Öffnungen für einen Ablauf von Druckmittel geöffnet sind, und
bei Auftreten von Früh-Drehmomenten eine relative Winkellage von Ventilgehäuse und Ventilkolben so eingestellt ist, dass
in der ersten Schaltstellung die ersten Öffnungen durch die Öffnungsabdeckung für einen Zulauf von Druckmittel von der Druckmittelpumpe P gedrosselt freigegeben sind, während die zweiten Öffnungen für einen Zulauf von Druckmittel von der Druckmittelpumpe und gleichzeitig für einen Ablauf von Druckmittel freigegeben sind, und
in der zweiten Schaltstellung die ersten Öffnungen durch die Öffnungsabdeckung verschlossen sind, während die zweiten Öffnungen für einen Zulauf von Druckmittel von der Druckmittelpumpe P und gleichzeitig für einen Ablauf von Druckmittel freigegeben sind. - Vorzugsweise ist in der vierten und fünften Schaltstellung bei Auftreten von Früh-Drehmomenten eine relative Winkellage von Ventilgehäuse und Ventilkolben so eingestellt ist, dass die zweiten Öffnungen durch die Öffnungsabdeckung überwiegend für einen Zulauf von Druckmittel von der Druckmittelpumpe freigegeben sind, während die ersten Öffnungen für einen Ablauf von Druckmittel geöffnet sind, und
bei Auftreten von Spät-Drehmomenten eine relative Winkellage von Ventilgehäuse und Ventilkolben so eingestellt ist, dass
in der fünften Schaltstellung die zweiten Öffnungen durch die Öffnungsabdeckung für einen Zulauf von Druckmittel von der Druckmittelpumpe P gedrosselt freigegeben sind, während die ersten Öffnungen für einen Zulauf von Druckmittel von der Druckmittelpumpe und gleichzeitig für einen Ablauf von Druckmittel freigegeben sind, und
in der vierten Schaltstellung die zweiten Öffnungen durch die Öffnungsabdeckung verschlossen sind, während die ersten Öffnungen für einen Zulauf von Druckmittel von der Druckmittelpumpe und gleichzeitig für einen Ablauf von Druckmittel freigegeben sind. - Bevorzugt ist in der dritten Schaltstellung eine relative Winkellage von Ventilgehäuse und Ventilkolben so eingestellt ist, dass
bei Auftreten von Spät-Drehmomenten die zweiten Öffnungen durch die Öffnungsabdeckung verschlossen sind, während
bei Auftreten von Früh-Drehmomenten die ersten Öffnungen durch die Öffnungsabdeckung verschlossen sind. - Die für die obigen Schaltstellungen angegebene Eigenschaft, dass eine Öffnung überwiegend freigegeben wird, bedeutet, dass ihr überwiegender Querschnitt nicht von der Öffnungsabdeckung gesperrt wird. Dies entspricht einer starken Entdrosselung. Diese Ausgestaltung ist nicht zwingend erforderlich sondern lediglich eine bevorzugte Ausgestaltung insbesondere mit dem Vorteil, dass aufgrund des weitgehend ungehinderten Druckmitteldurchtritts nicht die Gefahr eines Luftansaugens besteht. Hierdurch wird eine hydraulische Steifigkeit sichergestellt und auch der Entstehung störender Geräusche vorgebeugt. Anders als bei herkömmlichen Systemen, bei denen in der Regel eine axiale Verschiebung eines Steuerkolbens eine Öffnung stetig vergrößernd entsprechend der axialen Stellbewegung freigegeben wird, ermöglicht die Drehung der Öffnungsabdeckung auf bzw. von eine vergleichsweise großen Öffnung im Ventilgehäuse die schlagartige Freigabe eines großen Querschnitts und damit die gewünschte Entdrosselung.
- Vorzugsweise ist der Grad der Drosselung kontinuierlich einstellbar. Es ist also denkbar, dass nicht nur diskrete Schaltstellungen, wie oben beschrieben, einstellbar sind, sondern dass eine kontinuierliche Folge von Einstellungen regelbar ist. Z. B. ist der Ventilkolben axial kontinuierlich verschiebbar in jeweils eine Position einstellbar, in der sich die für den jeweiligen Pumpendruck optimale Drosselung ergibt.
- Kurze Beschreibung der Zeichnungen
- Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und aus den Zeichnungen in denen Ausführungsbeispiele der Erfindung vereinfacht dargestellt sind. Es zeigen:
-
1 nur sehr schematisch ein Verbrennungsmotor, -
2 eine schematische Darstellung eines Steuerventils, -
3 ein Ventilkolben und ein Ventilgehäuse, -
4 eine Darstellung der Nockenwellenmomente in Abhängigkeit vom Drehwinkel der Nockenwelle, -
5 –14 eine schematische Darstellung der verschiedenen Schaltstellungen bei OPA Verfahren, -
15 eine Darstellung der Änderung der Durchflussmengen an verschiedenen Steuerkanten in Abhängigkeit von der Schaltstellung beim OPA Verfahren, -
16 eine Darstellung der Öffnung der Steuerkanten in Abhängigkeit von der Schaltstellung beim OPA Verfahren, -
17 –20 eine schematische Darstellung der verschiedenen Schaltstellungen bei CTA Verfahren. -
21 eine Darstellung der Änderung der Durchflussmengen an verschiedenen Steuerkanten in Abhängigkeit von der Schaltstellung beim CTA Verfahren, -
22 eine Darstellung der Öffnung der Steuerkanten in Abhängigkeit von der Schaltstellung beim CTA Verfahren - Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
- In
1 ist eine Verbrennungsmotor1 skizziert, wobei ein auf einer Kurbelwelle2 sitzender Kolben3 in einem Zylinder4 angedeutet ist. Die Kurbelwelle2 steht in der dargestellten Ausführungsform über je einen Zugmitteltrieb5 mit einer Einlassnockenwelle6 bzw. Auslassnockenwelle7 in Verbindung, wobei ein erster und ein zweiter Nockenwellenversteller11 zur variablen Einstellung der Steuerzeiten von Gaswechselventilen9 ,10 einer Brennkraftmaschine1 für eine Relativdrehung zwischen Kurbelwelle2 und den Nockenwellen6 ,7 sorgen können. Nocken8 der Nockenwellen6 ,7 betätigen ein oder mehrere Einlassgaswechselventile9 bzw. ein oder mehrere Auslassgaswechselventile10 . Die Einlassgaswechselventile9 und die Auslassgaswechselventile10 werden im Folgenden kurz Zylinderventile12 genannt. Ebenso kann vorgesehen sein, nur eine der Nockenwellen6 ,7 mit einer Vorrichtung11 auszustatten, oder nur eine Nockenwelle6 ,7 vorzusehen, welche mit einem Nockenwellenversteller11 versehen ist. Einlassnockenwelle6 und Auslassnockenwelle7 werden im Folgenden unter dem Begriff Nockenwelle35 zusammengefasst. - In
2 ist in einer schematischen Darstellung eine Steuereinrichtung20 gezeigt. Die Steuereinrichtung20 umfasst ein Ventilgehäuse29 und einen darin angeordneten Ventilkolben27 . Das Steuerventil20 ist im gezeigten Beispiel mit einem Ende in einer Nockenwelle35 angeordnet. Dort wirkt eine Rückstellfeder31 auf den Ventilkolben27 . Die Rückstellfeder31 ist über eine Axiallagerung33 , ausgeführt als Wälzlager, gelagert. Der Ventilkolben27 ist auf seinem der Nockenwelle35 abgewandten Ende mit einem Magnetkolben23 verbunden, welcher durch einen Elektromagnet21 axial bewegbar ist. Eine Verdrehsicherung25 verbindet den Magnetkolben23 mit dem Ventilkolben27 so, dass dieser sich nicht verdrehen kann. Natürlich ist auch denkbar, dass eine Axialbewegung durch das Ventilgehäuse29 und eine Drehbewegung durch den Ventilkolben27 mit entsprechend geänderter Umgebungskonfiguration erfolgt. -
3 zeigt den Ventilkolben27 und das Ventilgehäuse29 in einer perspektivischen Ansicht. Das Ventilgehäuse29 weist um seinen Umfang verteilt erste Öffnungen41 auf. Axial zu den ersten Öffnungen41 versetzt etwa in der Mitte des Ventilgehäuses29 sind um den Umfang verteilt dritte Öffnungen45 angeordnet. Wiederum axial versetzt folgen dann zweite Öffnungen43 , die in Umfangsrichtung an gleicher Position angeordnet sind, wie die ersten Öffnungen41 . In das hohle Ventilgehäuse29 wird der Ventilkolben27 drehrichtig eingefügt. Der Ventilkolben27 weist auf seiner Oberfläche53 eine Öffnungsabdeckung51 auf, die durch einen radial erhöhten Teil der Oberfläche53 gebildet ist. Die Öffnungsabdeckung weist an einem axialen Ende des Ventilkolbens27 eine erste Teilabdeckung51A und am gegenüberliegenden Ende eine zweite Teilabdeckung51B auf. Beide Teilabdeckungen51A ,51B sind kronenartig ausgebildet, d. h. sie bilden einen Ring um die Oberfläche53 mit einem jeweiligen Außenrand BT, AT. Der Außenrand BT der ersten Teilabdeckung51A bildet gleichzeitig das eine axiale Ende des Ventilkolbens27 , während der Außenrand AT der zweiten Teilabdeckung51B gleichzeitig das andere axiale Ende des Ventilkolbens27 bildet. Der jeweils axial auf die Mitte der Oberfläche53 gerichtete Innenrand PB, PA der Teilabdeckungen51A ,51B ist rechteckförmig gezackt. Dabei ist jeweils eine Kronenzacke52 einer Teilabdeckung51A ,51B in Umfangsrichtung so orientiert, dass sie zwischen zwei Kronenzacken52 der anderen Teilabdeckung51B ,51A liegt, wobei aber ein axialer Abstand zwischen den Innenrändern PB, PA liegt. - Der Ventilkolben
27 ist nun drehrichtig im Ventilgehäuse29 anzuordnen, so dass die Öffnungsabdeckung51 zur jeweils richtigen Phasenlage die ersten Öffnungen41 und zweiten Öffnungen43 freigibt bzw. versperrt. Damit wird eine Druckmittelzufuhr zu Teilkammern einer Druckkammer und damit auch die Verstellung der Phasenlage der Nockenwelle gesteuert. Dies wird später im Detail erläutert. -
4 zeigt den Verlauf der Nockenwellenmomente am Beispiel eines Vierzylindermotors, aufgetragen in y-Richtung gegen über der Drehlage der Nockenwelle, aufgetragen in x-Richtung. Ein aus der Reibung der Nockenwelle folgendes, bei gleicher Drehzahl konstantes Drehmoment ist hier nicht berücksichtigt. Nockenwellenmomente größer Null entsprechen einem Moment in Richtung einer Früh-Verstellung, d. h. in einer Richtung, in der es zu einer früheren Öffnung der Zylinderventile12 kommt. Nockenwellenmomente kleiner Null entsprechen einem Moment in Richtung einer Spät-Verstellung, d. h. in einer Richtung, in der es zu einer späteren Öffnung der Zylinderventile12 kommt. Man erkennt, dass die Nockenwellenmomente abhängig von der Drehlage der Nockenwelle einen etwa sinusförmigen Verlauf haben. Bei jeweils festen Winkellagen kommt es zu Früh-Drehmomenten, abwechselnd mit Spät-Drehmomenten. Dies wird nun gezielt bei der Verstellung der Nockenwelle ausgenutzt. - In
5 ist schematisch eine Schaltstellung zur Verstellung der Nockenwelle so aufgetragen, dass die Öffnungsabdeckung51 des Ventilkolbens27 in einer Ebene abgewickelt dargestellt ist. Es ergibt sich somit für die erste Teilabdeckung51A ein Rechteckprofil mit der Innenkante PB und einer geraden Aussenkante BT. Gegenüberliegend ist dann die zweite Teilabdeckung51B mit der Innenkante PA und der Aussenkante AT dargestellt. An der Aussenkante AT ist der Ventilkolben27 mit der Rückstellfeder31 verbunden, die den Ventilkolben27 gegen einen hier nicht dargestellten Magneten21 drückt. - Weiterhin schematisch dargestellt sind die ersten Öffnungen
41 und die zweiten Öffnungen43 , wie sie entsprechend der axialen Lage und Drehlage des Ventilgehäuses29 relativ zum Ventilkolben27 zur Öffnungsabdeckung51 angeordnet sind. Die ersten Öffnungen41 korrespondieren mit einer zweiten Teilkammer B und die zweiten Öffnungen43 korrespondieren mit einer ersten Teilkammer A. Die Teilkammern A, B sind durch einen ein Verstellmittel67 bildenden Flügel67 getrennt, welcher eine Druckkammer69 in die Teilkammern A, B unterteilt. Der Flügel67 ist mit einem Rotor65 eines Nockenwellenverstellers11 verbunden. Die Druckkammer69 ist in einem Stator63 des Nockenwellenverstellers11 gebildet. Ein erster Ölkanal71 führt zur ersten Teilkammer A, ein zweiter Ölkanal73 führt zur zweiten Teilkammer B. Gezeigt ist hier nur ein Ausschnitt des Nockenwellenverstellers11 . Der Nockenwellenversteller11 ist als Flügelzellenversteller ausgeführt und weist mehrere Druckkammern, Teilkammern, Flügel und Zufuhrkanäle auf, die hier der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt sind. - Eine Verstellung der Nockenwelle findet gemäß dem Beispiel von
5 in Richtung später Öffnungszeiten der Zylinderventile12 statt: Drucköl wird der zweiten Teilkammer B zugeführt und aus der ersten Teilkammer A abgeführt. In der hier gezeigten Schaltstellung gibt dazu die erste Teilabdeckung51A die ersten Öffnungen41 über die Innenkante PB weitgehend frei, so dass Drucköl von einer Pumpe P über die dritten Öffnungen45 im Ventilgehäuse29 zur zweiten Teilkammer B gelangt. Gleichzeitig werden durch die Aussenkante AT der zweiten Teilabdeckung51B die zweiten Öffnungen43 leicht geöffnet, so dass Öl aus der ersten Teilkammer A in einen Tank T abgeführt werden kann. Der so entstehende Druckunterschied zwischen den Teilkammern A, B führt zu einer Kraft auf den Flügel67 und damit auf den Rotor65 in einer Drehrichtung nach links. Der Rotor65 ist mit der Nockenwelle35 verbunden. Somit kommt es zu einer Verdrehung der Nockenwelle35 in Richtung „spät”. - Durch die weite Freigabe der ersten Öffnungen
41 wird eine starke Entdrosselung erreicht, wodurch die Gefahr eines Luftansaugens stark verringert wird. Mit der geringeren Freigabe der zweiten Öffnungen43 zum Tank wird eine Ablaufsteuerung eingestellt. -
5 zeigt rechts neben der schematischen Darstellung des Ventilkolbens27 und den ersten und zweiten Öffnungen41 ,43 des Ventilgehäuses den aus4 bekannten Verlauf der Nockenwellenmomente in Abhängigkeit vom Drehwinkel der Nockenwelle35 . Das Ventilgehäuse29 und damit die ersten und zweiten Öffnungen41 ,43 drehen sich nun definiert relativ zu diesem Nockenwellenverlauf, wie durch die Gegenüberstellung gezeigt. Somit sind die ersten und zweiten Öffnungen in5 gerade synchron mit einem Spät-Nockenwellenmoment. Dies führt dazu, dass die zweiten Öffnungen43 eine Druckspitze in Richtung einer Spätverstellung erhalten, wodurch das in der ersten Teilkammer A befindliche Öl schnell ausgeschoben werden kann. Zusätzlich wirkt der Öldruck der Pumpe P über die weit geöffneten, als stark entdrosselten ersten Öffnungen41 in die zweite Teilkammer B. Im Ergebnis ergibt sich eine sehr schnelle Verstellung der Nockenwelle35 . In entsprechender Weise wird auch eine schnelle Verstellung in Richtung früh bewirkt. -
6 zeigt ein der5 entsprechendes Bild, allerdings sind nun die ersten und zweiten Öffnungen41 ,43 gegenüber der Öffnungsabdeckung51 verdreht. Zeitlich entspricht dies dem Auftreten eines Früh-Nockenwellendrehmomentes. Die ersten Öffnungen41 sind durch die erste Teilabdeckung51A nur wenig freigegeben, während die zweiten Öffnungen43 zur Druckversorgung von der Pumpe P weit geöffnet sind. Die Pumpe P wirkt auf beide Teilkammern A, B. Bei Teilkammer B wirkt sie nun gegen ein Früh-Drehmoment, wodurch es im wesentlichen zu einer Kompensation kommt und keine Verstellung erfolgt. Die Teilkammer A wird von Druckmittel durchströmt und in den Tank T entleert. - Die
5 und6 zeigen eine Schaltstellung für ein Verstellen nach „spät”, in dem ein Verstellverfahren nach dem „Oil Pressure Actuated”-Prinzip, kurz OPA, realisiert ist und zwar in eine Verstellrichtung spät. Diese Schaltstellung, die also überwiegend die Verstellkraft der Pumpe ausnutzt und wo Nockenwellenmomente nur unterstützend sind, wird durch die gezeigte axiale Stellung des Ventilkolbens27 realisiert. Die axiale Schaltstellung wird mittels des Magneten21 eingestellt. Im gezeigten Beispiel ist dies die Grundstellung, ohne eine Bestromung des Elektromagneten21 . Wie erläutert werden in der axialen Schaltstellung unterschiedliche Drehstellungen des Ventilkolbens27 gegenüber dem Ventilgehäuse29 realisiert und hierdurch zusätzlich die korrespondierenden Nockenwellenmomente ausgenutzt. Die7 und8 zeigen die entsprechende Darstellung für ein Verstellen nach „früh”. Hier sind die Wirkungen für die Teilkammern A, B vertauscht, im Übrigen gelten aber die Erläuterungen zu den5 und6 sinngemäß. -
9 zeigt eine Mittelstellung, in der bei Auftreten eines Spät-Drehmomentes die zweiten Öffnungen43 vollständig gesperrt sind. Hierdurch wird eine Verstellung blockiert. Entsprechend ist in10 eine vollständige Sperrung der ersten Öffnungen41 bei Auftreten eines Früh-Drehmomentes gezeigt. Die9 und10 geben somit eine axiale Schaltstellung des Ventilkolbens27 wieder, in der eine Verstellung der Nockenwelle35 verhindert, diese also bei einer gegebenen relativen Winkelposition zur Kurbelwelle gehalten werden soll. - In den
5 bis10 sind Schaltstellungen beschrieben, in denen ein hoher Druck der Pumpe P zur Verfügung steht, also in der Regel ein Betriebszustand des Verbrennungsmotors bei hohen Drehzahlen. Sollte nun aber der zur Verfügung stehende Druck der Pumpe P nicht hoch sein, insbesondere deutlich niedriger als der Druck, der durch Nockenwellenmomente ausgeübt wird, kann durch Wahl weiterer Schaltstellungen ein angepasstes OPA Verfahren eingestellt werden. Dies wird anhand der11 –14 beschrieben. -
11 entspricht der5 . Es soll also in Richtung „spät” verstellt werden. Hier kommt das Spät-Drehmoment der Verstellung zugute. In12 , bei Auftreten eines Früh-Drehmomentes wird deutlich, dass aufgrund der nunmehr gegenüber6 geänderten axialen Position des Ventilkolbens27 es zu einer vollständigen Abdeckung der ersten Öffnungen41 kommt. Während also in6 noch ein hoher Pumpendruck zur Kompensation des Früh-Drehmomentes bei leicht geöffneten ersten Öffnungen41 zur Verfügung stand, wird bei niedrigem Pumpendruck das Früh-Drehmoment durch eine vollständige Sperrung der ersten Öffnungen41 ausgeblendet. Die13 und14 zeigen wieder die entsprechende Darstellung bei einer Verstellung nach „früh”. - Die bisher dargestellten Schaltstellungen lassen sich also wie folgt zusammenfassen: Es werden zwei OPA-Verstellverfahren bereitgestellt, eines bei niedrigem und eines bei hohem Pumpendruck. Die axialen Schaltstellungen können wie folgt abgekürzt werden:
Schaltstellung I: Hoher Pumpendruck, Verstellung nach spät,5 ,6
Schaltstellung II: Niedriger Pumpendruck, Verstellung nach spät,11 ,12
Schaltstellung III: Gesperrte Verstellung9 ,10
Schaltstellung IV: Niedriger Pumpendruck, Verstellung nach früh,13 ,14
Schaltstellung V: Hoher Pumpendruck, Verstellung nach früh,7 ,8 - Der Vorteil dieser Einstellbarkeit liegt insbesondere darin, dass durch die bei hohem Pumpendruck und einem der gewünschten Stellrichtung entgegenwirkenden Moment die Zulauföffnungen
41 bzw.43 zu den jeweiligen Teilkammern A, B nicht ganz geschlossen sind, wodurch die im Vergleich zum schwächeren Nockenwellenmoment höhere Pumpleistung trotz entgegengesetzt wirkendem Nockenwellenmoment trotzdem noch zur Verstellung genutzt werden kann. Es sind also auch die Zeiten, in denen entgegengesetzt wirkende Nockenwellenmomente auftreten, für die Verstellung ausnutzbar, wodurch sich eine schnelle Verstellung ergibt. Ist aber die Pumpleistung geringer als die Nockenwellenmomente, so werden die entgegengesetzt wirkenden Momente mittels der vollständig geschlossenen Öffnungen41 bzw.43 ausgeblendet, so dass keine Rückverstellung auftritt. - In
15 ist dargestellt, wie sich der Durchfluss an Druckmittel an den jeweiligen Innen- und Aussenkanten PA, PB, BT, AT in Abhängigkeit von der Schaltstellung ändert. Gestrichelt dargestellt sind dabei Verläufe zu Zeiten mit einem Nockenwellenmoment nach früh und durchgezogen bei Nockenwellenmomenten nach spät. Als Beispiel sei die Linie für die Innenkante der ersten Teilabdeckung51A , PB erläutert: Bei Nockenwellenmomenten nach spät liegt der Durchfluss an der Innenkante PB zu allen axialen Stellungen hoch, während er bei Momenten nach früh von der Schaltstellung I bis zur Schaltstellung II und folgenden Schaltstellungen schnell auf Null abfällt. -
16 zeigt für die Schaltstellungen I–V schematisch den Öffnungsgrad der Öffnungen41 ,43 betrachtet von den jeweiligen Innenkanten PB, PA und Aussenkanten BT, AT in Abhängigkeit der Schaltstellungen I–V und der Stellrichtung. Vollständig schraffierte Felder entsprechen einer vollständig gesperrten Öffnung41 ,43 , vollständig weiße Felder entsprechen einer vollständig geöffneten Öffnung41 ,43 und teilweise schraffierte Felder entsprechen einer teilweise gesperrten Öffnung41 ,43 . - Die bisherigen Ausführungen bezogen sich auf Verstellverfahren, bei dem überwiegend mittels dem von der Pumpe P gelieferten Druck verstellt wird und bei dem Druck, welcher durch Nockenwellenmomente erzeugt wird, in geeigneten Schaltstellungen unterstützend wirkt. Im Folgenden soll nun neben einem solchen Pumpen-Modus ein Moment-Modus beschrieben werden, in dem überwiegend die durch Nockenwellenmomente erzeugten Druckspitzen zur Verstellung genutzt werden, während der von der Pumpe P bereitgestellte Druck ggf. die Verstellung unterstützt.
- In
17 ist eine den Darstellungen der5 –14 entsprechende Darstellung gewählt, um eine Verstellung nach spät mittels der Ausnutzung der Spät-Drehmomente zu erläutern. Die Öffnungsabdeckung51 ist hier nun so mittels der axialen Position des Ventilkolbens27 eingestellt, dass sich bei Auftreten eines Spät-Drehmomentes eine Verbindung der beiden Teilkammern A und B über die ersten und zweiten Öffnungen41 ,43 ergibt. dabei sind die ersten Öffnungen41 weit geöffnet, so dass sich wieder eine starke Entdrosselung und damit eine geringe Gefahr von Luftansaugen ergibt. Die zweiten Öffnungen43 sind gering geöffnet, um eine Ablaufsteuerung aus der ersten Teilkammer A einzustellen. Durch das nach spät drehende Nockenwellenmoment wird nun eine Druckspitze aufgebaut, die über die verschiedenen Öffnungsverhältnisse der ersten und zweiten Öffnungen41 ,43 in der ersten Teilkammer A einen höheren Druck erzeugt, als in der zweiten Teilkammer B und somit unter Verdrängung von Öl aus der ersten Teilkammer A in die zweite Teilkammer B eine Verschiebung des Flügels67 und damit eine Verstellung der Nockenwelle35 nach spät bewirkt. Öl von der Pumpe P, welches über die dritten Öffnungen45 hinzutritt, unterstützt diese Verstellung und gleicht Leckageverluste aus. -
18 zeigt die gleiche axiale Schaltstellung wie17 , nur das hier die relative Drehstellung zwischen Ventilkolben27 und Ventilgehäuse29 verändert ist, da nunmehr die Nockenwelle35 in einer Drehposition ist, in der ein Früh-Drehmoment auftritt. Da ja weiterhin eine Verstellung nach spät erfolgen soll (unveränderte axiale Stellung des Ventilkolbens27 ), muss dieses Früh-Drehmoment hinsichtlich seiner Verstellwirkung ausgeblendet werden. Hierzu sperrt die erste Teilabdeckung51A die ersten Öffnungen41 vollständig ab. Öl kann somit nicht aus der zweiten Teilkammer B entweichen und es erfolgt keine Verstellung. Die vollständige Absperrung unterbindet ein Rückschwingen. Über voll geöffnete zweite Öffnungen43 und damit stark entdrosselt pumpt die Pumpe P verstellneutral Öl in die erste Teilkammer A. Hierdurch wird ein Luftsaugen verhindert. - Die
19 und20 zeigen die den18 und19 entsprechenden Einstellungen, nur für die umgekehrte Stellrichtung nach früh. - Eine besonders günstige Folge von Schaltstellungen kann nunmehr dadurch aufgebaut werden, dass man axial aufeinander folgende Schaltstellungen wie folgt wählt:
Schaltstellung I: Pumpen-Modus (OPA), Verstellung nach spät,5 ,6
Schaltstellung II: Moment-Modus (CTA), Verstellung nach früh,19 ,20
Schaltstellung III: Gesperrte Verstellung9 ,10
Schaltstellung IV: Moment-Modus (CTA), Verstellung nach spät,17 ,18
Schaltstellung V: Pumpenmodus (OPA), Verstellung nach früh,7 ,8 - Somit ist es möglich, je nach Vorliegen entweder eines dominierenden Drucks der Pumpe P oder von dominierenden Nockenwellenmomenten für die Nockenwellenverstellung entweder einen Pumpen-Modus oder einen Moment-Modus einzustellen. In
21 ist für diese Folge von Schaltstellungen wieder dargestellt, wie der Durchfluss von Druckmittel an den jeweiligen Steuerkanten, also Innen- und Aussenkanten PA, PB, AT, BT sich in Abhängigkeit von der axialen Position des Ventilkolbens27 und des Ventilgehäuses29 , also den Schaltstellungen I–V ändert. -
22 zeigt für die Schaltstellungen I–V schematisch den Öffnungsgrad der Öffnungen41 ,43 betrachtet von den jeweiligen Innenkanten PB, PA und Aussenkanten BT, AT in Abhängigkeit der Schaltstellungen I–V und der Stellrichtung. Vollständig schraffierte Felder entsprechen einer vollständig gesperrten Öffnung41 ,43 , vollständig weiße Felder entsprechen einer vollständig geöffneten Öffnung41 ,43 und teilweise schraffierte Felder entsprechen einer teilweise gesperrten Öffnung41 ,43 . - Bezugszeichenliste
-
- 1
- Verbrennungsmotor
- 2
- Kurbelwelle
- 3
- Kolben
- 4
- Zylinder
- 5
- Zugmitteltrieb
- 6
- Einlassnockenwelle
- 7
- Auslassnockenwelle
- 8
- Nocken
- 9
- Einlassgaswechselventil
- 10
- Auslassgaswechselventil
- 11
- Nockenwellenversteller
- 12
- Zylinderventil
- 20
- Steuereinrichtung
- 21
- Magnet
- 23
- Magnetkolben
- 25
- Verdrehsicherung
- 27
- Ventilkolben
- 29
- Ventilgehäuse
- 31
- Rückstellfeder
- 33
- Axiallagerung
- 35
- Nockenwelle
- 41
- erste Öffnungen
- 43
- zweite Öffnungen
- 45
- dritte Öffnungen
- 51
- Öffnungsabdeckung
- 51A
- erste Teilabdeckung
- 51B
- zweite Teilabdeckung
- 52
- Kronenzacken
- 53
- Ventilkolbenoberfläche
- 63
- Stator
- 65
- Rotor
- 67
- Flügel
- 69
- Druckkammer
- 71
- erster Ölkanal
- 73
- zweiter Ölkanal
- A
- erste Teilkammer
- B
- zweite Teilkammer
- P
- Druckmittelpumpe
- T
- Tank
- PA
- Innenrand der zweiten Teilabdeckung
51B - PB
- Innenrand der ersten Teilabdeckung
51A - AT
- Außenrand der zweiten Teilabdeckung
51B - BT
- Außenrand der ersten Teilabdeckung
51A - 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
-
- EP 0806550 A1 [0003, 0004, 0005]
- US 5107804 A [0004, 0005]
- US 2009/0133652 A1 [0005]
- EP 2075421 A1 [0006]
- DE 19850947 [0007, 0008]
- US 6186104 B1 [0008]
Claims (10)
- Nockenwellenversteller
11 für eine Nockenwelle35 , durch die Zylinderventile12 eines Verbrennungsmotors betätigt werden, wobei durch die Nockenwelle35 bei auflaufenden Nocken Spät-Drehmomente in Richtung später Zylinderventilöffnungszeiten und bei ablaufenden Nocken entgegen gesetzte Früh-Drehmomente in Richtung früher Zylinderventilöffnungszeiten auf den Nockenwellenversteller11 zurückwirken, • mit einer Druckkammer69 und einem in der Druckkammer69 angeordnetem Verstellmittel67 , • wobei das Verstellmittel67 die Druckkammer69 in eine erste Teilkammer A und eine zweite Teilkammer B unterteilt, • wobei der ersten und der zweiten Teilkammer B Druckmittel zuführbar bzw. aus der ersten Teilkammer A und zweiten Teilkammer B Druckmittel abführbar ist, • so dass durch einen Druckunterschied zwischen der ersten Teilkammer A und zweiten Teilkammer B das Verstellmittel67 bewegbar ist, wodurch sich eine Verdrehung der Nockenwelle35 ergibt, • wobei sich bei einem höheren Druck in der ersten Teilkammer A eine Verdrehung der Nockenwelle35 in Richtung auf frühe Zylinderventilöffnungszeiten und bei einem höheren Druck in der zweiten Teilkammer B eine Verdrehung der Nockenwelle35 in Richtung auf späte Zylinderventilöffnungszeiten ergibt • wobei die Zu- und Abfuhr von Druckmittel durch eine Steuereinrichtung20 steuerbar ist, • und wobei der Druckaufbau in der ersten Teilkammer A oder in der zweiten Teilkammer B mittels von einer Druckmittelpumpe P unter einem Pumpendruck zur Verfügung gestellten Druckmittels und der Druckabbau in der ersten Teilkammer A oder in der zweiten Teilkammer B über einen Ablauf zu einem Tank T erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass • bei Auftreten eines einer gewünschten Verstellrichtung entgegenwirkenden Nockenwellenmomentes in Abhängigkeit vom Pumpendruck der Grad der Drosselung bis hin zu einem vollständigen Verschließen für einen Zulauf von Druckmittel in die für die gewünschte Verstellrichtung zu versorgende Teilkammer A, B einstellbar ist. - Nockenwellenversteller
11 nach Anspruch 1, bei dem die Steuereinrichtung20 einen in einem Ventilgehäuse29 angeordneten Ventilkolben27 umfasst, wobei der Ventilkolben27 gegenüber dem Ventilgehäuse29 drehbar und axial verschieblich ist, wobei durch axiale relative Verschiebung des Ventilkolbens27 gegenüber dem Ventilgehäuse29 der Grad der Drosselung einstellbar ist, während durch relative Drehung des Ventilkolbens27 gegenüber dem Ventilgehäuse29 die Zu- bzw. Abfuhr des Druckmittels zu den Teilkammern A, B steuerbar ist. - Nockenwellenversteller
11 nach Anspruch 2, bei dem erste Öffnungen41 und zweite Öffnungen43 im Ventilgehäuse29 um den Umfang des Ventilgehäuses verteilt angeordnet sind, wobei die ersten Öffnungen41 mit der zweiten Teilkammer B und die zweiten Öffnungen43 mit der ersten Teilkammer A korrespondieren und wobei durch die Oberfläche53 des Ventilkolbens27 eine Öffnungsabdeckung51 gebildet ist, so dass je nach axialer Lage und Winkellage des Ventilkolbens relativ zum Ventilgehäuse29 die ersten Öffnungen41 und zweiten Öffnungen43 zumindest teilweise durch die Öffnungsabdeckung51 verschließbar sind. - Nockenwellenversteller
11 nach Anspruch 3, bei dem die ersten Öffnungen41 und die zweiten Öffnungen43 zueinander am Umfang in einem Winkelabstand jeweils gleich beabstandet sind und bezüglich der Öffnungsabdeckung51 phasenrichtig so angeordnet sind, dass eine relative Drehung des Ventilkolbens27 gegenüber dem Ventilgehäuse29 um den Winkelabstand zu einer geometrisch gleichen Anordnung führt. - Nockenwellenversteller
11 nach Anspruch 3, bei dem die Öffnungsabdeckung51 aus einer ersten Teilabdeckung51A für die ersten Öffnungen41 und einer zweiten Teilabdeckung51B für die zweiten Öffnungen43 gebildet ist wobei die erste Teilabdeckung51A und die zweite Teilabdeckung51B jeweils eine axial am Ventilkolben27 außen liegende Aussenkante AT, BT und eine axial innen liegende Innenkante PA, PB aufweisen, wobei die Innenkanten in Umfangsrichtung ein etwa kronenartiges Profil mit entlang des Umfangs wechselnder axialer Lage aufweisen. - Nockenwellenversteller
11 nach Anspruch 2, bei dem für die relative axiale Lage des Ventilkolbens27 fünf Schaltstellungen einstellbar sind, wobei • in einer ersten Schaltstellung der Ventilkolben27 für eine Verstellung der Nockenwelle35 nach späten Zylinderventilöffnungszeiten bei einem hohen Pumpendruck eingestellt ist. • in der zweiten, axial folgenden Schaltstellung der Ventilkolben27 für eine Verstellung der Nockenwelle35 nach späten Zylinderventilöffnungszeiten bei einem niedrigen Pumpendruck eingestellt ist, • in der dritten, axial folgenden Schaltstellung eine Nockenwellenverstellung gesperrt ist, • in der vierten, axial folgenden Schaltstellung der Ventilkolben27 für eine Verstellung der Nockenwelle35 nach frühen Zylinderventilöffnungszeiten bei einem niedrigen Pumpendruck eingestellt ist und • in der fünften, axial folgenden Schaltstellung der Ventilkolben27 für eine Verstellung der Nockenwelle35 nach frühen Zylinderventilöffnungszeiten bei einem hohen Pumpendruck eingestellt ist. - Nockenwellenversteller
11 nach Anspruch 5 und 6, bei dem • in der ersten und zweiten Schaltstellung bei Auftreten von Spät-Drehmomenten eine relative Winkellage von Ventilgehäuse29 und Ventilkolben27 so eingestellt ist, dass die ersten Öffnungen41 durch die Öffnungsabdeckung51 überwiegend für einen Zulauf von Druckmittel von der Druckmittelpumpe P freigegeben sind, während die zweiten Öffnungen43 für einen Ablauf von Druckmittel geöffnet sind, und • bei Auftreten von Früh-Drehmomenten eine relative Winkellage von Ventilgehäuse29 und Ventilkolben27 so eingestellt ist, dass • in der ersten Schaltstellung die ersten Öffnungen41 durch die Öffnungsabdeckung51 für einen Zulauf von Druckmittel von der Druckmittelpumpe P gedrosselt freigegeben sind, während die zweiten Öffnungen43 für einen Zulauf von Druckmittel von der Druckmittelpumpe P und gleichzeitig für einen Ablauf von Druckmittel freigegeben sind, und • in der zweiten Schaltstellung die ersten Öffnungen41 durch die Öffnungsabdeckung51 verschlossen sind, während die zweiten Öffnungen43 für einen Zulauf von Druckmittel von der Druckmittelpumpe P und gleichzeitig für einen Ablauf von Druckmittel freigegeben sind. - Nockenwellenversteller
11 nach Anspruch 5 und 6, bei dem • in der vierten und fünften Schaltstellung bei Auftreten von Früh-Drehmomenten eine relative Winkellage von Ventilgehäuse29 und Ventilkolben27 so eingestellt ist, dass die zweiten Öffnungen43 durch die Öffnungsabdeckung51 überwiegend für einen Zulauf von Druckmittel von der Druckmittelpumpe P freigegeben sind, während die ersten Öffnungen41 für einen Ablauf von Druckmittel geöffnet sind, und • bei Auftreten von Spät-Drehmomenten eine relative Winkellage von Ventilgehäuse29 und Ventilkolben27 so eingestellt ist, dass • in der fünften Schaltstellung die zweiten Öffnungen43 durch die Öffnungsabdeckung51 für einen Zulauf von Druckmittel von der Druckmittelpumpe P gedrosselt freigegeben sind, während die ersten Öffnungen41 für einen Zulauf von Druckmittel von der Druckmittelpumpe P und gleichzeitig für einen Ablauf von Druckmittel freigegeben sind, und • in der vierten Schaltstellung die zweiten Öffnungen43 durch die Öffnungsabdeckung51 verschlossen sind, während die ersten Öffnungen41 für einen Zulauf von Druckmittel von der Druckmittelpumpe P und gleichzeitig für einen Ablauf von Druckmittel freigegeben sind. - Nockenwellenversteller
11 nach Anspruch 5 und 6, bei dem • in der dritten Schaltstellung eine relative Winkellage von Ventilgehäuse29 und Ventilkolben27 so eingestellt ist, dass • bei Auftreten von Spät-Drehmomenten die zweiten Öffnungen43 durch die Öffnungsabdeckung51 verschlossen sind, während • bei Auftreten von Früh-Drehmomenten die ersten Öffnungen41 durch die Öffnungsabdeckung51 verschlossen sind. - Nockenwellenversteller
11 nach Anspruch 1, bei dem der Grad der Drosselung kontinuierlich einstellbar ist.
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DE200910056024 DE102009056024A1 (de) | 2009-11-27 | 2009-11-27 | Vorrichtung zur variablen Einstellung der Steuerzeiten von Gaswechselventilen einer Brennkraftmaschine |
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DE102014209327B4 (de) * | 2014-05-16 | 2021-01-07 | Vitesco Technologies GmbH | Verfahren zum Einstellen eines Stellglieds für eine Nockenwelle einer Brennkraftmaschine |
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