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Die Erfindung betrifft eine Nockenwellenverstellvorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Aus der
DE 10 2007 032 517 A1 ist bereits eine Nockenwellenverstellvorrichtung für einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeugs, mit einer Phasenlageneinstelleinheit, die dazu vorgesehen ist, für einen warmen Betriebszustand des Verbrennungsmotors eine Spät-Phasenlage zwischen einer Kurbelwelle und einer Nockenwelle einzustellen, und mit einer Verriegelungseinheit, die dazu vorgesehen ist, die Nockenwelle gegenüber der Kurbelwelle mechanisch zu verriegeln, bekannt.
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Der Erfindung liegt insbesondere die Aufgabe zugrunde, einen Komfort für einen Benutzer des die Nockenwellenverstellvorrichtung aufweisenden Kraftfahrzeugs, insbesondere bei einem Motorstartvorgang, zu erhöhen. Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Weitere Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Die Erfindung geht aus von einer Nockenwellenverstellvorrichtung für einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeugs, mit einer Phasenlageneinstelleinheit, die dazu vorgesehen ist, für einen warmen Betriebszustand des Verbrennungsmotors eine Phasenlage, zwischen einer Kurbelwelle und einer Nockenwelle einzustellen, und mit einer Verriegelungseinheit, die dazu vorgesehen ist, die Nockenwelle gegenüber der Kurbelwelle zumindest in dieser Spät-Phasenlage mechanisch zu verriegeln.
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Es wird vorgeschlagen, dass die Verriegelungseinheit zumindest ein temperaturabhängiges Entriegelungselement aufweist, das dazu vorgesehen ist, die in dieser Phasenlage verriegelte Nockenwelle in Abhängigkeit von einer Temperatur selbstständig zu entriegeln. Bei der Phasenlage handelt es sich insbesondere um eine Spät-Phasenlage zwischen der Kurbelwelle und der Nockenwelle. Dadurch kann die in dieser Spät-Phasenlage verriegelte Nockenwelle besonders vorteilhaft bei einem kalten Betriebszustand des Verbrennungsmotors ohne eine aktive Ansteuerung und damit unabhängig von einer Steuer- und/oder Regeleinheit entriegelt werden, wodurch insbesondere bei einem abgestellten Verbrennungsmotor eine an eine Temperatur des Verbrennungsmotors angepasste Phasenlage zwischen der Nockenwelle und der Kurbelwelle selbstständig eingestellt werden kann. Dadurch kann eine Verriegelung der Nockenwelle in dieser hier beispielhaften Spät-Phasenlage bei dem warmen Betriebszustand des Verbrennungsmotors bis zu einer bestimmten Motortemperatur aufrechterhalten und unterhalb einer bestimmten Motortemperatur ohne die aktive Ansteuerung entriegelt werden und eine für einen kalten Betriebszustand vorteilhafte Phasenlage, vorzugsweise eine hier beispielhafte Früh-Phasenlage, kann eingestellt werden, wodurch schlechte Motorstarteigenschaften des Verbrennungsmotors vermieden werden können. Dadurch kann ein komfortabler, schwingungsarmer Warmstart des Verbrennungsmotors realisiert werden, wodurch ein Komfort des die Nockenwellenverstellvorrichtung aufweisenden Kraftfahrzeugs bei einem Motorstartvorgang erhöht werden kann. Unter einer „Phasenlage” soll insbesondere ein Winkel einer relativen Verdrehung zwischen der Kurbelwelle und der Nockenwelle verstanden werden, insbesondere um wenigstens Ventilbetätigungszeiten an verschiedene Betriebsbereiche, wie beispielsweise Volllast, Teillast und/oder Leerlauf, des Verbrennungsmotors anzupassen. Unter „selbstständig” soll insbesondere ein passiver Vorgang, d. h. ein Vorgang, der ohne eine extern, beispielsweise mittels der Steuer- und/oder Regeleinheit angesteuerte Aktuatorik, durchgeführt wird, verstanden werden. Unter einem „warmen Betriebszustand des Verbrennungsmotors” soll insbesondere ein Temperaturbereich des Verbrennungsmotors verstanden werden, in dem beispielsweise die Spät-Phasenlage vorteilhaft ist und vorzugsweise einen schwingungsarmen Motorstart ermöglicht. Unter einem „kalten Betriebszustand des Verbrennungsmotors” soll insbesondere ein Temperaturbereich des Verbrennungsmotors verstanden werden, in dem beispielsweise die Früh-Phasenlage vorteilhaft ist und vorzugsweise einen sicheren Motorstart mit kurzer Startzeit ermöglicht. Unter einer Startzeit” soll insbesondere der Zeitbedarf zum Starten des Verbrennungsmotors, also beispielsweise die Zeit von der ersten Bewegung der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors bis zum Erreichen einer Leerlaufdrehzahl verstanden werden. Unter einer „Steuer- und/oder Regeleinheit” soll insbesondere eine Einheit mit zumindest einem Steuergerät verstanden werden. Unter einem „Steuergerät” soll insbesondere eine Einheit mit einer Prozessoreinheit und mit einer Speichereinheit sowie mit einem in der Speichereinheit gespeicherten Betriebsprogramm verstanden werden. Grundsätzlich kann die Steuer- und/oder Regeleinheit mehrere untereinander verbundene Steuergeräte aufweisen, die vorzugsweise dazu vorgesehen sind, über ein Bus-System, wie insbesondere ein CAN-Bus-System, miteinander zu kommunizieren. Unter einem „Motorstartvorgang” soll insbesondere ein Vorgang verstanden werden, in dem der Verbrennungsmotor ausgehend von einem Motorstillstand zum Laufen gebracht wird und/oder bei dem der Verbrennungsmotor ausgehend von einer Drehzahl Null auf eine Startdrehzahl gebracht wird. Unter vorgesehen soll insbesondere speziell programmiert, ausgelegt, ausgestattet und/oder angeordnet verstanden werden, Weiter wird vorgeschlagen, dass das temperaturabhängige Entriegelungselement als ein Kraftspeicherelement ausgebildet ist, das dazu vorgesehen ist, zur Entriegelung der in der beispielhaften Spät-Phasenlage verriegelten Nockenwelle eine temperaturabhängige Entriegelungskraft bereitzustellen. Dadurch kann ein besonders vorteilhaftes, von der Steuer- und/oder Regeleinheit unabhängiges Entriegelungselement bereitgestellt werden. Unter einer „Entriegelungskraft” soll insbesondere eine Kraft verstanden werden, die dazu vorgesehen ist, eine Verriegelung der Nockenwelle aufzulösen. Unter einer „temperaturabhängigen Entriegelungskraft” soll insbesondere eine Entriegelungskraft verstanden werden, deren Wert sich mit der Temperatur verändert.
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In einer weiteren erfindungsgemäßen Ausgestaltung weist das als Kraftspeicherelement ausgebildete Entriegelungselement einen negativen Kraft-Temperatur-Verlauf auf. Dadurch kann besonders einfach die in der beispielhaften Spät-Phasenlage verriegelte Nockenwelle unterhalb der bestimmten Temperatur entriegelt werden. Unter einem „Kraft-Temperatur-Verlauf” soll insbesondere ein Verlauf der Entriegelungskraft in Abhängigkeit von der Temperatur verstanden werden, wobei der Verlauf auch zumindest zwei temperaturabhängige, diskrete Werte der Entriegelungskraft aufweisen kann. Unter „negativ” soll insbesondere verstanden werden, dass mit steigender Temperatur die Entriegelungskraft kleiner wird, oder dass ein diskreter Wert der Entriegelungskraft ab einer definierten Temperatur kleiner ist als ein diskreter Wert der Entriegelungskraft unterhalb der definierten Temperatur, wobei der diskrete Wert der Entriegelungskraft ab der definierten Temperatur auch Null sein kann. Unter einem „Entriegelungselement, das einen negativen Kraft-Temperatur-Verlauf aufweist” soll insbesondere ein Entriegelungselement verstanden werden, das dazu vorgesehen ist, eine bei fallender Temperatur steigende Entriegelungskraft bereitzustellen oder einen diskreten Wert der Entriegelungskraft ab der definierten Temperatur bereitzustellen, der kleiner ist als der diskrete Wert der Entriegelungskraft, den das Entriegelungselement unterhalb der definierten Temperatur bereitstellt. Unter „ab der definierten Temperatur” soll insbesondere eine Temperatur verstanden werden, die gleich oder größer ist als die definierte Temperatur.
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Weiter wird vorgeschlagen, dass die Verriegelungseinheit ein zur Verriegelung der Nockenwelle vorgesehenes Formschlusselement aufweist, das zur temperaturabhängigen Entriegelung der Nockenwelle zumindest teilweise bewegungstechnisch mit dem temperaturabhängigen Entriegelungselement gekoppelt ist. Dadurch kann die Verriegelung der Nockenwelle durch die Entriegelungskraft besonders einfach gelöst werden. Unter „bewegungstechnisch gekoppelt” soll in diesem Zusammenhang insbesondere verstanden werden, dass das Entriegelungselement mittels der Entriegelungskraft das Formschlusselement bewegen und/oder verschieben und/oder verformen kann. Unter „teilweise bewegungstechnisch gekoppelt” soll in diesem Zusammenhang insbesondere verstanden werden, dass das Entriegelungselement das Formschlusselement lediglich in eine Entriegelungsrichtung bewegen kann. Unter einer „Entriegelungsrichtung” soll insbesondere eine Richtung des Formschlusselements verstanden werden, in die das Formschlusselement bewegt, verschoben und/oder verformt werden muss, um die Verriegelung aufzulösen.
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Ferner wird vorgeschlagen, dass die Verriegelungseinheit einen wenigstens teilweise bewegungstechnisch mit dem Formschlusselement gekoppelten Stellaktor aufweist, der dazu vorgesehen ist, zur aktiven Verriegelung der Nockenwelle eine Verriegelungskraft bereitzustellen, die der temperaturabhängigen Entriegelungskraft entgegenwirkt. Dadurch kann eine vorteilhafte Verriegelung der Nockenwelle realisiert werden, die in Abhängigkeit von der Steuer- und/oder Regeleinheit die Nockenwelle verriegelt. Unter „bewegungstechnisch gekoppelt” soll in diesem Zusammenhang insbesondere verstanden werden, dass der Stellaktor mittels der Verriegelungskraft das Formschlusselement bewegen und/oder verschieben und/oder verformen kann. Unter „teilweise bewegungstechnisch gekoppelt” soll in diesem Zusammenhang insbesondere verstanden werden, dass der Stellaktor das Formschlusselement lediglich in eine Verriegelungsrichtung bewegen kann. Unter einer Verriegelungsrichtung” soll insbesondere eine Richtung des Formschlusselements verstanden werden, in die das Formschlusselement bewegt, verschoben und/oder verformt werden muss, um die Nockenwelle zu verriegeln, und die damit der Entriegelungsrichtung entgegengerichtet ist.
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Insbesondere ist es vorteilhaft, wenn das temperaturabhängige Entriegelungselement als ein Bimetallelement ausgebildet ist. Dadurch kann eine Temperaturabhängigkeit des Entriegelungselements besonders einfach realisiert werden. Unter einem „Bimetallelement” soll insbesondere ein Element aus zumindest zwei, stoff- und/oder formschlüssig verbundenen Materialien verstanden werden, die im Vergleich zueinander verschiedene Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweisen.
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Besonders vorteilhaft ist, wenn das temperaturabhängige Entriegelungselement als eine Bimetallfeder ausgebildet ist. Dadurch kann ein besonders vorteilhaftes temperaturabhängiges Entriegelungselement gefunden werden.
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Ferner ist es vorteilhaft, wenn die Phasenlageneinstelleinheit zumindest ein temperaturabhängiges Grundphasenlageneinstellelement aufweist, das dazu vorgesehen ist, in Abhängigkeit von der Temperatur zumindest zwei unterschiedliche Motorstart- und/oder Notlaufphasenlagen zwischen der Nockenwelle und der Kurbelwelle selbstständig einzustellen. Dadurch können bestimmte Winkelpositionen der Nockenwelle relativ zu der Kurbelwelle in Abhängigkeit von der Temperatur, insbesondere beim abgestellten Verbrennungsmotor und/oder bei einem Fehlerfall und damit für einen Notlauf des Verbrennungsmotors, z. B. bei einem Defekt zumindest eines Teils der Nockenwellenverstellvorrichtung, insbesondere bei einem Defekt einer aktiven Verstelleinheit der Nockenwellenverstellvorrichtung, eingestellt werden. Somit kann eine Nockenwellenverstellvorrichtung mit zumindest zwei unterschiedlichen Motorstart- und/oder Notlaufphasenlagen bereitgestellt werden, wodurch schlechte Lauf- und/oder Starteigenschaften des Verbrennungsmotors vermieden werden können. Der Verbrennungsmotor kann bei unterschiedlichen Temperaturen, insbesondere bei unterschiedlichen Motortemperaturen, komfortabel gestartet werden, wodurch der Verbrennungsmotor schwingungsarm auf eine Startdrehzahl beschleunigt und dadurch ein Komfort, insbesondere bei dem Motorstartvorgang, verbessert werden kann. Weiter kann eine Motorlaufeigenschaft des Verbrennungsmotors bei verschiedenen Temperaturen, insbesondere bei einem Fehlerfall, verbessert werden, wodurch der Komfort weiter erhöht werden kann. Unter einem „Grundphasenlageneinstellelement” soll insbesondere ein Element verstanden werden, das zur selbstständigen Einstellung einer Phasenlage vorgesehen ist, die bei einem abgestellten, inaktiven Verbrennungsmotor und/oder bei einem Notlauf stromlos und/oder unabhängig von der Steuer- und/oder Regeleinheit eingestellt ist, um einen Motorstart und/oder einen Notlauf des Verbrennungsmotors zu gewährleisten, wie insbesondere eine ohne eine extern angesteuerte, beispielsweise mittels der Steuer- und/oder Regeleinheit angesteuerte, Aktuatorik eingestellte Phasenlage. Unter einer „Motorstartphasenlage” soll Insbesondere eine Phasenlage verstanden werden, die selbstständig eingestellt wird und für den Motorstartvorgang vorgesehen ist. Unter „für den Motorstartvorgang” soll insbesondere vor und/oder während des Motorstartvorgangs verstanden werden. Unter einer „Notlaufphasenlage” soll insbesondere eine Phasenlage verstanden werden, die selbstständig eingestellt wird und für den Notlauf vorgesehen ist.
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Weiter wird ein Verfahren zur Verwendung einer Nockenwellenverstellvorrichtung, insbesondere einer erfindungsgemäßen Nockenwellenverstellvorrichtung, für einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeugs vorgeschlagen, bei dem für einen warmen Betriebszustand des Verbrennungsmotors eine Phasenlage, beispielsweise eine Spät-Phasenlage zwischen einer Kurbelwelle und einer Nockenwelle eingestellt wird, und die Nockenwelle gegenüber der Kurbelwelle zumindest in dieser beispielhaften Spät-Phasenlage mechanisch verriegelt wird, wobei die in dieser beispielhaften Spät-Phasenlage verriegelte Nockenwelle in Abhängigkeit von der Temperatur von einem temperaturabhängigen Entriegelungselement selbstständig entriegelt wird, wodurch ein Komfort des die Nockenwellennverstellvorrichtung aufweisenden Kraftfahrzeugs, insbesondere bei dem Motorstartvorgang, erhöht werden kann.
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Außerdem wird für das Verfahren vorgeschlagen, dass zur selbstständigen Entriegelung eine von der Temperatur abhängige Entriegelungskraft bereitgestellt wird. Dadurch kann eine selbstständige Entriegelung besonders einfach realisiert werden.
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Im warmen Betriebszustand des Verbrennungsmotors können auch andere Phasenlagen als die hier beispielhaft aufgeführte Spät-Phasenlage eingestellt und/oder verriegelt werden, wie z. B. mittlere oder frühe Phasenlagen, ohne den Umfang dieser Erfindung zu verlassen.
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Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Die Zeichnung, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
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Die 1 zeigt schematisch eine Nockenwellenverstellvorrichtung für einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeugs. Das Kraftfahrzeug kann beispielsweise als ein Hybridkraftfahrzeug, d. h. als ein Kraftfahrzeug mit zumindest einem Verbrennungsmotor und zumindest einer weiteren Antriebseinheit, bei dem der zumindest eine Verbrennungsmotor und die zumindest eine weitere Antriebseinheit entweder einzeln oder in Kombination Endantriebselemente, wie beispielsweise Antriebsräder, antreiben, ausgebildet sein. Vorzugsweise ist die zumindest eine weitere Antriebseinheit dabei als ein Elektromotor ausgebildet.
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Die Nockenwellenverstellvorrichtung weist eine Phasenlageneinstelleinheit 10 auf, die für einen kalten Betriebszustand des Verbrennungsmotors eine Früh-Phasenlage zwischen einer Kurbelwelle des Verbrennungsmotors und einer Nockenwelle 11 des Verbrennungsmotors und für einen warmen Betriebszustand des Verbrennungsmotors eine Spät-Phasenlage zwischen der Kurbelwelle und der Nockenwelle 11 einstellen kann.
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Zur selbstständigen Einstellung von zwei unterschiedlichen Motorstartphasenlagen Zwischen der Nockenwelle 11 und der Kurbelwelle und von zwei unterschiedlichen Notlaufphasenlagen zwischen der Nockenwelle 11 und der Kurbelwelle weist die Phasenlageneinstelleinheit 10 ein temperaturabhängiges Grundphasenlageneinstellelement 16 auf. Das Grundphasenlageneinstellelement 16 ist zur passiven Einstellung der Früh-Phasenlage und der Spät-Phasenlage vorgesehen. Es stellt für einen Motorstartvorgang des Verbrennungsmotors in Abhängigkeit von der Temperatur des Verbrennungsmotors zwei unterschiedliche Motorstartphasenlagen und für eines Notlauf des Verbrennungsmotors in Abhängigkeit von der Temperatur des Verbrennungsmotors zwei unterschiedliche Notlaufphasenlagen ein. Das Grundphasenlageneinstellelement 16 stellt die zwei unterschiedlichen Motorstartphasenlagen und die zwei Notlaufphasenlagen in Abhängigkeit von einer Temperatur ein, die vor und bei dem Motorstartvorgang und in dem Notlauf vorliegt. Das Grundphasenlageneinstellelement 16 stellt bei dem kalten Betriebszustand des Verbrennungsmotors und damit bei einem kalten Verbrennungsmotor eine Motorstartphasenlage bzw. eine Notlaufphasenlage ein, die der Früh-Phasenlage entspricht. Das Grundphasenlageneinstellelement 16 stellt bei dem warmen Betriebszustand des Verbrennungsmotors und damit bei einem warmen Verbrennungsmotor eine Motorstartphasenlage bzw. eine Notlaufphasenlage ein, die der Spät-Phasenlage entspricht.
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Das Grundphasenlageneinstellelement 16 ist als ein temperaturabhängiges Kraftspeicherelement ausgebildet, das für den Motorstartvorgang und für den Notlauf des Verbrennungsmotors ein Verdrehmoment bereitstellt, das zur Einstellung der entsprechenden Motorstartphasenlage bzw. der entsprechenden Notlaufphasenlage vorgesehen ist. Zur Bereitstellung einer Temperaturabhängigkeit ist das Grundphasenlageneinstellelement 16 als ein Bimetallelement ausgebildet. Das Grundphasenlageneinstellelement 16 ist als eine Bimetallfeder ausgebildet. Das Grundphasenlageneinstellelement 16 ist als eine Drehfeder ausgebildet. Es bildet eine temperaturabhängige Rückstellfeder aus.
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Das Grundphasenlageneinstellelement 16 stellt oberhalb einer definierten Temperatur, und damit bei dem warmen Betriebszustand des Verbrennungsmotors, die Spät-Phasenlage und unterhalb der definierten Temperatur, und damit in dem kalten Betriebszustand des Verbrennungsmotors, die Früh-Phasenlage ein. Das Grundphasenlageneinstellelement 16 stellt die Spät-Phasenlage bzw. die Früh-Phasenlage ein, wenn der Verbrennungsmotor abgeschaltet oder eine aktive Verstellung einer Phasenlage aufgrund eines Fehlerfalls nicht möglich ist, wodurch ein Komfortstart bei warmer abgestelltem Verbrennungsmotor realisiert werden kann. Dadurch wird eine vorteilhafte, d. h. für einen schwingungsarmen Start des Verbrennungsmotors günstige Phasenlage zwischen der Kurbelwelle und der Nockenwelle 11 für den Komfortstart bei noch nicht abgekühltem Verbrennungsmotor eingestellt.
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In diesem Ausführungsbeispiel weist das Grundphasenlageneinstellelement 16 eine 2-Stufen-Schnappcharakteristik auf. Das Grundphasenlageneinstellelement 16 stellt somit diskrete, von der Temperatur abhängige, unterschiedliche Verdrehmomente ein, wodurch entweder die Früh-Phasenlage oder die Spät-Phasenlage eingestellt wird. Grundsätzlich kann das Grundphasenlageneinstellelement 16 auch eine kontinuierliche Charakteristik aufweisen, wodurch sich das Verdrehmoment kontinuierlich mit der Temperatur verändert.
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Das Grundphasenlageneinstellelement 16 ist wirkungsmäßig zwischen einem Kurbelwellenrad 17 der Nockenwellenverstellvorrichtung und einer Nockenwellenscheibe 18 der Nockenwellenverstellvorrichtung angeordnet. Das Grundphasenlageneinstellelement 16 ist mit einem Ende fest an das Kurbelwellenrad 17 und mit einem anderen Ende fest an die Nockenwellenscheibe 18 angebunden. Das Grundphasenlageneinstellelement 16 verdreht zur Einstellung der Spät-Phasenlage und der Früh-Phasenlage die Nockenwellenscheibe 18 relativ zum Kurbelwellenrad 17, Das Kurbelwellenrad 17 ist drehmomentübertragend mit der Kurbelwelle verbunden. Es wird von der Kurbelwelle angetrieben. Das Kurbelwellenrad 17 ist als ein Kettenrad ausgebildet. Es wird mittels einer Kette von der Kurbelwelle angetrieben. Die Nockenwellenscheibe 18 ist drehmomentübertragend mit der Nockenwelle 11 verbunden. Sie ist dreh- und verschiebefest an der Nockenwelle 11 angebunden.
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Zur thermischen Kopplung des temperaturabhängigen Grundphasenlageneinstellelements 16 mit dem Verbrennungsmotor weist die Nockenwellenverstellvorrichtung eine thermische Verbindung auf. Die thermische Verbindung des Grundphasenlageneinstellelements 16 mit dem Verbrennungsmotor ist durch eine Anordnung des Grundphasenlageneinstellelements 16 innerhalb eines Verbrennungsmotorgehäuses realisiert. Das Grundphasenlageneinstellelement 16 ist in einem Bereich angeordnet, in dem eine Temperatur vorliegt, die im Wesentlichen einer Motortemperatur des Verbrennungsmotors entspricht. Es ist zur thermischen Kopplung mit dem Verbrennungsmotor in einem Bereich angeordnet, in dem sich ein Nebel eines Betriebsmittels bildet. Das Betriebsmittel ist dabei zur Kühlung und Schmierung des Verbrennungsmotors vorgesehen. Es ist als ein Betriebsmittelöl ausgebildet. Grundsätzlich kann die thermische Kopplung auch auf eine andere, dem Fachmann als sinnvoll erscheinende Art und Weise realisiert werden, wie beispielsweise durch einen direkten Kontakt des Grundphasenlageneinstellelements 16 mit einem Teil des Verbrennungsmotors und/oder durch eine Anordnung in dem Betriebsmittel. Durch die thermische Kopplung mit dem Verbrennungsmotor stellt das Grundphasenlageneinstellelement 16 die Früh-Phasenlage oder die Spät-Phasenlage abhängig von der Motortemperatur ein.
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Zur aktiven Einstellung der Früh-Phasenlage und der Spät-Phasenlage zwischen der Kurbelwelle und der Nockenwelle 11 weist die Nockenwellenverstellvorrichtung eine aktive Verstelleinheit 19 auf, die zur aktiven Einstellung der Früh-Phasenlage und zur aktiven Einstellung der Spät-Phasenlage das Grundphasenlageneinstellelement 16 aktiv übersteuert. Die Verstelleinheit 19 stellt zur aktiven Einstellung der Früh-Phasenlage und der Spät-Phasenlage ein Verdrehmoment bereit, das größer ist als das von dem Grundphasenlageneinstellelement 16 bereitgestellte Verdrehmoment. Sie stellt die Früh-Phasenlage oder die Spät-Phasenlage in Abhängigkeit von einer Steuer- und Regeleinheit 20 ein. Die Verstelleinheit 19 ist als eine hydraulische Verstelleinheit ausgebildet. Sie weist zur aktiven Einstellung der Früh-Phasenlage und der Spät-Phasenlage ein Hydraulikventil 21 auf. In diesem Ausführungsbeispiel ist die Verstelleinheit 19 als ein Flügelzellenversteller ausgebildet. Sie weist einen Außenrotor und einen Innenrotor auf, wobei der Innenrotor relativ zum Außenrotor verdreht werden kann. Der Außenrotor ist fest an das Kurbelwellenrad 17 angebunden oder einstückig mit dem Kurbelwellenrad 17 ausgebildet und bildet einen Eingang der Verstelleinheit 19. Der Innenrotor ist fest an die Nockenwellenscheibe 18 oder an die Nockenwelle 11 angebunden und bildet einen Ausgang der Verstelleinheit 19. Zwischen dem Eingang und dem Ausgang der Verstelleinheit 19 ist das Grundphasenlageneinstellelement 16 angeordnet. Grundsätzlich kann die Verstelleinheit 19 auch als eine andere, dem Fachmann als sinnvoll erscheinende aktive Verstelleinheit ausgebildet werden.
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Zur mechanischen Verriegelung der Nockenwelle 11 gegenüber der Kurbelwelle in der Spät-Phasenlage weist die Nockenwellenverstellvorrichtung eine Verriegelungseinheit 12 auf. Die Verriegelungseinheit 12 verriegelt die Nockenwelle 11 in einer Phasenlage, die sich bei einem warmen Verbrennungsmotor einstellt und die damit für einen Warmstart und für einen Notlauf bei einem warmen Verbrennungsmotor vorgesehen ist, wodurch ein Schwingen um die Spät-Phasenlage verhindert wird und der Verbrennungsmotor schwingungsarm betrieben werden kann. Die Verriegelungseinheit 12 verriegelt die Nockenwelle 11 in der Spät-Phasenlage aktiv, d. h. abhängig von der Steuer- und Regeleinheit 20, und entriegelt die in der Spät-Phasenlage verriegelte Nockenwelle 11 passiv, d. h. unabhängig von der Steuer- und Regeleinheit 20.
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Zur passiven Entriegelung der in der Spät-Phasenlage verriegelten Nockenwelle 11 weist die Verriegelungseinheit 12 ein temperaturabhängiges Entriegelungselement 13 auf. Das temperaturabhängige Entriegelungselement 13 entriegelt selbstständig die in der Spät-Phasenlage verriegelte Nockenwelle 11 in Abhängigkeit von der Temperatur des Verbrennungsmotors. Die in der Spät-Phasenlage verriegelte Nockenwelle 11 wird in Abhängigkeit von der Temperatur des Verbrennungsmotors selbstständig entriegelt. Das Entriegelungselement 13 entriegelt die in der Spät-Phasenlage verriegelte Nockenwelle 11 zur Einstellung der Früh-Phasenlage zwischen der Kurbelwelle und der Nockenwelle 11 selbstständig. Es entriegelt die in der Spät-Phasenlage verriegelte Nockenwelle 11, um die Früh-Phasenlage einzustellen. Das Entriegelungselement 13 entriegelt die in der Spät-Phasenlage verriegelte Nockenwlle 11, damit das Grundphasenlageneinstellelement 16 passiv oder die Verstelleinheit 19 aktiv die Früh-Phasenlage einstellt. Es entriegelt die in der Spät-Phasenlage verriegelte Nockenwelle 11 in dem kalten Betriebszustand des Verbrennungsmotors und damit bei dem kalten Verbrennungsmotor selbstständig.
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Zur Bereitstellung einer temperaturabhängigen Entriegelungskraft, um die in der Spät-Phasenlage verriegelte Nockenwelle 11 zu entriegeln, ist das temperaturabhängige Entriegelungselement 13 als ein Kraftspeicherelement ausgebildet. Das Entriegelungselement 13 stellt zur Entriegelung der in der Spät-Phasenlage verriegelten Nockenwelle 11 eine Entriegelungskraft bereit, die in eine Entriegelungsrichtung 22 wirkt. Es wird zur selbstständigen Entriegelung eine von der Temperatur des Verbrennungsmotors abhängige Entriegelungskraft bereitgestellt.
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Zur Entriegelung der in der Spät-Phasenlage verriegelten Nockenwelle 11 in dem kalten Betriebszustand weist das als Kraftspeicherelement ausgebildete Entriegelungselement 13 einen negativen Kraft-Temperatur-Verlauf auf. Das Entriegelungselement 13 stellt eine Entriegelungskraft bereit, die mit fallender Temperatur des Verbrennungsmotors zunimmt. Es stellt eine Entriegelungskraft bereit, die bei niedrigen Temperaturen größer ist als bei hohen Temperaturen. Zur Bereitstellung einer Temperaturabhängigkeit ist das Entriegelungselement 13 als ein Bimetallelement ausgebildet. Das Entriegelungselement 13 ist als eine Bimetallfeder ausgebildet. Es ist als eine Druckfeder ausgebildet. Das Entriegelungselement 13 bildet eine temperaturabhängige Druckfeder aus. Grundsätzlich kann das Entriegelungselement 13 auch als ein Dehnstoffelement mit einer temperaturabhängigen Charakteristik ausgebildet sein. Natürlich kann das temperaturabhängige Entriegelungselement 13 auch zweiteilig ausgebildet werden, wobei das Entriegelungselement 13 bei einer solchen Ausgestaltung beispielsweise durch eine konventionelle Druckfeder und ein temperaturabhängiges Einstellelement ausgebildet ist, die vorteilhafterweise miteinander verbunden sind.
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In diesem Ausführungsbeispiel weist das temperaturabhängige Entriegelungselement 13 eine 2-Stufen-Schnappcharakteristik auf. Das Entriegelungselement 13 stellt somit diskrete, von der Temperatur abhängige, unterschiedliche Entriegelungskräfte ein. Es stellt entweder eine Entriegelungskraft bereit oder nicht bereit. Das Entriegelungselement 13 stellt unterhalb einer definierten Temperatur, und damit bei dem kalten Betriebszustand des Verbrennungsmotors, die Entriegelungskraft bereit und oberhalb der definierten Temperatur, und damit in dem warmen Betriebszustand des Verbrennungsmotors, keine Entriegelungskraft bereit. Grundsätzlich kann das Entriegelungselement 13 auch eine kontinuierliche Charakteristik aufweisen, wodurch sich die Entriegelungskraft kontinuierlich mit der Temperatur verändert, insbesondere bei fallender Temperatur vergrößert.
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Zur thermischen Kopplung des temperaturabhängigen Entriegelungselements 13 mit dem Verbrennungsmotor weist die Nockenwellenverstellvorrichtung eine weitere thermische Verbindung auf. Die thermische Verbindung des Entriegelungselements 13 mit dem Verbrennungsmotor ist durch eine Anordnung des Entriegelungselements 13 innerhalb des Verbrennungsmotorgehäuses realisiert. Das Entriegelungselement 13 ist in einem Bereich angeordnet, in dem eine Temperatur vorliegt, die im Wesentlichen einer Motortemperatur entspricht. Es ist zur thermischen Kopplung mit dem Verbrennungsmotor in einem Bereich angeordnet, in dem sich ein Nebel des Betriebsmittels bildet, das zur Kühlung und Schmierung des Verbrennungsmotors vorgesehen ist. Grundsätzlich kann die thermische Kopplung des Entriegelungselements 13 auch auf eine andere, dem Fachmann als sinnvoll erscheinende Art und Weise realisiert werden, wie beispielsweise durch einen direkten Kontakt des Entriegelungselements 13 mit einem Teil des Verbrennungsmotors und/oder durch eine Anordnung in dem Betriebsmittel.
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Zur Verriegelung der Nockenwelle 11 in der Spät-Phasenlage weist die Verriegelungseinheit 12 ein Formschlusselement 14 auf. Des Formschlusselement 14 ist als ein Rastelement ausgebildet. Es ist als ein Verriegelungsstift ausgebildet. Des Formschlusselement 14 ist dazu vorgesehen, zur Verriegelung der Nockenwelle 11 in der Spät-Phasenlage formschlüssig in eine in der Nockenwellenscheibe 18 angeordnete Verriegelungsöffnung 23 einzugreifen. Das Formschlusselement 14 rastet zur Verriegelung der Nockenwelle 11 in der Spät-Phasenlage in die als eine Bohrung ausgebildete Verriegelungsöffnung 23 ein. Die Verriegelungsöffnung 23 ist der Spät-Phasenlage der Nockenwelle 11 zugeordnet.
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Das Formschlusselement 14 ist zur temperaturabhängigen Entriegelung der in der Spät-Phasenlage verriegelten Nockenwelle 11 bewegungstechnisch mit dem temperaturabhängigen Entriegelungselement 13 gekoppelt. Das Entriegelungselement 13 wirkt mit der Entriegelungskraft auf das Formschlusselement 14 ein. Zur bewegungstechnischen Kopplung ist das Entriegelungselement 13 mit einem Ende fest an das Formschlusselement 14 und mit einem anderen Ende fest an ein Gehäuse der Verstelleinheit 19 angebunden. Das Entriegelungselement 13 wirkt axial bezüglich des Formschlusselements 14.
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Zur aktiven Verriegelung der Nockenwelle 11 in der Spät-Phasenlage weist die Verriegelungseinheit 12 einen Stellaktor 15 auf, der kommunizierend mit der Steuer- und Regeleinheit 20 verbunden ist. Der Stellaktor 15 ist elektromagnetisch ausgebildet. Der Stellaktor 15 weist ein Druckstück 24 auf, mittels dessen der Stellaktor 15 auf das Formschlusselement 14 einwirkt. Der Stellaktor 15 ist mittels des Druckstücks 24 teilweise bewegungstechnisch mit dem Formschlusselement 14 gekoppelt. Der Stellaktor 15 stellt zur aktiven Verriegelung der Nockenwelle 11 in der Spät-Phasenlage eine Verriegelungskraft bereit, die der temperaturabhängigen Entriegelungskraft des Entriegelungselements 13 entgegenwirkt. Der Stellaktor 15 wirkt mit der Verriegelungskraft mittels des Druckstücks 24 auf das Formschlusselement 14. Er stellt zur aktiven Verriegelung der Nockenwelle 11 in der Spät-Phasenlage eine Verriegelungskraft bereit, die in eine Verriegelungsrichtung 25 wirkt, die engegengesetzt zu der Entriegelungsrichtung 22 ausgerichtet ist. Der elektromagnetische Stellaktor 15 stellt in Abhängigkeit von der Steuer- und Regeleinheit 20 die Verriegelungskraft bereit, die entgegensetzt zu der Entriegelungskraft wirkt. Der elektromagnetische Stellaktor 15 drückt das Formschlusselement 14 zum Verriegeln der Nockenwelle 11 in der Spät-Phasenlage in die Verriegelungsöffnung 23. Durch die teilweise bewegungstechnische Kopplung kann der Stellaktor 15 das Formschlusselement 14 lediglich in die Verriegelungsrichtung 25 bewegen und damit die Nockenwelle 11 lediglich verriegeln. Grundsätzlich kann der Stellaktor 15 auch vollständig bewegungstechnisch mit dem Formschlusselement 14 gekoppelt sein, wodurch der Stellaktor 15 das Formschlusselement 14 in die Verriegelungsrichtung 25 und in die Entriegelungsrichtung 22 bewegen und damit die Nockenwelle 11 aktiv verriegeln und aktiv entriegeln kann.
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Stellt das Grundphasenlageneinstellelement 16 passiv oder die Verstelleinheit 19 aktiv die Spät-Phasenlage der Nockenwelle 11 ein, befinden sich des Formschlusselement 14 und die Verriegelungsöffnung 25 einander axial gegenüber, wodurch das Formschlusselement 14 mittels der Verriegelungseinheit 12 in die Verriegelungsöffnung 25 gedrückt wird und dadurch die Nockenwelle 11 in der Spät-Phasenlage aktiv verriegelt. Wird der Verbrennungsmotor kurzzeitig abgestellt, beispielsweise in einem Start-Stop-Betrieb, kann der Verbrennungsmotor, solange er sich in dem warmen Betriebszustand befindet, komfortabel und damit schwingungsarm gestartet werden. Bei längeren Abstellzeiten des Verbrennungsmotors kühlt sich der Verbrennungsmotor ab, wodurch das Entriegelungselement 13 bei dem kalten Betriebszustand des Verbrennungsmotors das Formschlusselement 14 aus der Verriegelungsöffnung 25 zieht und die in der Spät-Phasenlage verriegelte Nockenwelle 11 entriegelt. Nachdem das Entriegelungselement 13 die in der Spät-Phasenlage verriegelte Nockenwelle 11 entriegelt hat, dreht das Grundphasenlageneinstellelement 16 die Nockenwelle 11 selbstständig in die Früh-Phasenlage und damit in eine für einen Kaltstart des Verbrennungsmotors vorteilhafte Phasenlage. Bei dieser Früh-Phasenlage insbesondere der Einlassnockenwelle erzeugt der Verbrennungsmotor ein hohes Startdrehmoment, und kann somit die bei niedrigen Temperaturen erhöhte innere Reibung des Verbrennungsmotors besser überwinden. Dies ermöglicht einen sicheren Kaltstart des Verbennungsmotors mit kurzer Startzeit.
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Zur Steuerung und Regelung weist die Nockenwellenverstellvorrichtung die Steuer- und Regeleinheit 20 auf. Die Steuer- und Regeleinheit 20 stellt aktiv eine Temperatur des temperaturabhängigen Entriegelungselements 13 mittels einer Bestromung des Entriegelungselements 13 ein. Sie verändert dadurch aktiv die temperaturabhängige Entriegelungskraft des Entriegelungselements 13. Die Steuer- und Regeleinheit 20 weist dazu eine Bestromungsfunktion auf, die zur aktiven Veränderung der Temperatur des Entriegelungselements 13 und damit der Entriegelungskraft des Entriegelungselements 13 das Entriegelungselement 13 mit einer elektrischen Spannung beaufschlagt. Grundsätzlich kann aber auf eine aktive Einstellung der Temperatur des Entriegelungselements 13 durch die Steuer- und Regeleinheit 20 verzichtet werden, wodurch die Temperatur des Entriegelungselements 13 und damit die Entriegelungskraft lediglich passiv durch die Motortemperatur eingestellt wird. Natürlich kann die Steuer- und Regeleinheit 20 auch die Temperatur und damit das Verdrehmoment des Grundphasenlageneinstellelements 16 mittels einer Bestromung aktiv einstellen.
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Grundsätzlich kann die Verriegelungseinheit 12 ein weiteres Formschlusselement aufweisen, das zur Verriegelung der Nockenwelle 11 in der Früh-Phasenlage vorgesehen ist. Dazu greift das weitere Formschlusselement in eine weitere in der Nockenwellenscheibe 18 angeordnete Verriegelungsöffnung, wodurch bei einem Kaltstart die Früh-Phasenlage der Nockenwelle sicher beibehalten wird.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102007032517 A1 [0002]
