DE102012201551A1

DE102012201551A1 - Befüllung eines Volumenspeichers in einem Nockenwellenversteller

Info

Publication number: DE102012201551A1
Application number: DE201210201551
Authority: DE
Inventors: Jens Schäfer; Martin Steigerwald; Michael Busse; Jürgen Plate; Steffen Räcklebe; Andreas Wedel; Olaf Boese; Robert Heinemann
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2012-02-02
Filing date: 2012-02-02
Publication date: 2013-08-08
Anticipated expiration: 2032-02-03
Also published as: US20130199475A1; CN103244225A; US8991344B2; CN103244225B; DE102012201551B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Wegeventil (30) zum Steuern eines Hydraulikölflusses von einem Druckanschluss (34) über Arbeitskammern eines Nockenwellenverstellers (4) zu einem Tankanschluss (58). Das Wegeventil (30) umfasst einen Speicheranschluss (36) zum Leiten wenigstens eines Teils des aus einer Arbeitskammer ablaufenden Hydrauliköles in einen Volumenspeicher (54) vor dem Ablauf in den Tankanschluss (58), wobei der Speicheranschluss (36) über einen Kanal (60) mit dem Druckanschluss (34) verbunden ist.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Wegeventil zum Steuern eines Hydraulikölflusses von einem Druckanschluss über Arbeitskammern eines Nockenwellenverstellers zu einem Tankanschluss, den Nockenwellenversteller, einen Verbrennungsmotor mit dem Nockenwellenversteller, ein Verfahren zum Füllen eines Volumenspeichers in einem Nockenwellenversteller und eine Steuervorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Hintergrund der Erfindung
Nockenwellenversteller sind technische Baugruppen zum Verstellen der Phasenlagen zwischen einer Kurbelwelle und einer Nockenwelle in einem Verbrennungsmotor.
Aus der WO 2011 032 805 A1 ist es bekannt in einem Nockenwellenversteller einen Volumenspeicher anzuordnen, aus dem von den Druckkammern im Falle eines Unterdruckes Hydraulikflüssigkeit angesaugt werden kann.
Aufgabe der Erfindung
Es ist Aufgabe der Erfindung den bekannten Nockenwellenversteller zu verbessern.
Lösung der Aufgabe
Die Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die Erfindung schlägt vor, den Volumenspeicher des Nockenwellenverstellers direkt über den Druckanschluss des Nockenwellenverstellers mit Hydraulikflüssigkeit zu befüllen.
Dem Vorschlag liegt die Überlegung zugrunde, dass ein ausreichender Füllstand im Volumenspeicher aufgrund der Fliehkraft im Betrieb des Nockenwellenverstellers durch die radialen Begrenzungen des Volumenspeichers gewährleistet ist. Ist der Volumenspeicher beispielsweise in den Flügeln des Rotors angeordnet, so sind diese radialen Begrenzungen der Außendurchmesser des Hohlflügels und sein Innendurchmesser, wenn dort der Ablauf zum Tank angeordnet ist. Aufgrund der Fliehkraft ist die Befüllung jedoch drehzahlabhängig.
Dem Vorschlag liegt ferner die Überlegung zugrunde, dass nach dem Abstellen eines den Nockenwellenversteller umfassenden Verbrennungsmotors durch die Verringerung der Drehzahl und der damit verbundenen Verringerung der Fliehkraft, der Füllstand im Volumenspeicher des Nockenwellenverstellers abnimmt und bei einem Stillstand des Verbrennungsmotors entsprechend der Winkellage des Volumenspeichers minimal wird.
Dem Vorschlag liegt diesbezüglich die Erkenntnis zugrunde, dass sich bei einem Neustart des Verbrennungsmotors der Füllstand des Volumenspeichers aufgrund von Leckagevolumenströmen nur langsam erhöht, so dass eine Vollverstellung mit dem Nockenwellenversteller erst nach einer bestimmten Zeit möglich ist, bei der eine ausreichende Befüllung des Volumenspeichers erreicht wurde.
Basierend auf der Erkenntnis liegt dem Vorschlag die Idee zugrunde, den Volumenspeicher zunächst nicht mit dem aus den Druckkammern des Nockenwellenverstellers ablaufender Hydraulikflüssigkeit zu füllen, sondern mit Hydraulikflüssigkeit, die direkt vom Druckanschluss bereitgestellt wird. Auf diese Weise kann im Volumenspeicher bei einem Start des Verbrennungsmotors zeitnah eine ausreichende Befüllung bereitgestellt werden.
Die Erfindung gibt daher ein Wegeventil zum Steuern eines Hydraulikölflusses von einem Druckanschluss über Arbeitskammern eines Nockenwellenverstellers zu einem Tankanschluss an. Das angegebene Wegeventil umfasst einen Speicheranschluss zum Leiten wenigstens eines Teils des aus einer Arbeitskammer ablaufenden Hydrauliköles in einen Volumenspeicher vor dem Ablauf in den Tankanschluss. Erfindungsgemäß ist der Speicheranschluss über einen Kanal mit dem Druckanschluss verbunden.
Durch den Kanal kann das Wegeventil einen Volumenspeicher in einem Nockenwellenversteller beim Start eines Verbrennungsmotors besonders schnell befüllen, so dass früh eine Entriegelung des Nockenwellenverstellers und eine Verstellung zwischen der Nockenwelle und der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors stattfinden können. Dies ist insbesondere bei Verbrennungsmotoren vorteilhaft die besonders häufig abgestellt und wieder neugestartet werden, wie beispielsweise die Verbrennungsmotoren in Fahrzeugen mit einem Start/Stop-System. Zudem mindert die Erfindung hohe dynamische Belastungen und unerwünschte Geräusche im Nockenwellenversteller, die auftreten, wenn nicht ausreichend Hydraulikflüssigkeit im Volumenspeicher vorhanden ist und damit Luft in die Druckkammern des Nockenwellenverstellers angesaugt wird. Diese angesaugte Luft führt zum Verlust der hydraulischen Entspannung und kann zu einem instabilen Verhalten des gesamten Nockenwellenverstellers führen.
In einer Weiterbildung der Erfindung ist der Kanal zwischen dem Druckanschluss und dem Speicheranschluss als axiale Nut ausgebildet. Die axiale Nut kann mit einfachen Mitteln in eine Oberfläche des angegebenen Wegeventils beispielsweise durch Fräsen eingearbeitet werden.
In einer zusätzlichen Weiterbildung der Erfindung umfasst das angegebene Zentralventil eine Hülse, die die axiale Nut wenigstens teilweise abdeckt. Auf diese Weise kann die axiale Nut und somit der Kanal besser von den restlichen Anschlüssen des Wegeventils hydraulisch getrennt werden.
In einer besonderen Weiterbildung der Erfindung ist der Kanal an den Arbeitskammern vorbeigeführt.
In einer anderen Weiterbildung der Erfindung umfasst das angegebene Wegeventil einen Steuerkolben. Dieser verbindet die Arbeitskammern mit dem Druckanschluss beziehungsweise mit dem Tankanschluss, wobei der Kanal wenigstens teilweise durch den Steuerkolben geführt ist.
In einer anderen Weiterbildung der Erfindung umfasst der angegebene Steuerkolben einen Schalter zum Verschließen des Kanals. Durch den Schalter kann der Volumenspeicher nach seiner Befüllung mit Hydraulikflüssigkeit vom Druckanschluss getrennt werden, so dass die im Volumenspeicher gespeicherte Hydraulikflüssigkeit unter einem geringeren Druck gespeichert wird, als der Druck, der in den Druckkammern aufgebaut wird, so dass die Druckkammern und damit der Rotor des Nockenwellenverstellers dynamisch verstellt werden können.
In einer besonderen Weiterbildung der Erfindung ist der Schalter als im Steuerkolben beweglicher Ventilschieber ausgebildet. Auf diese Weise ist kein zusätzlicher Bauraum im Nockenwellenversteller notwendig, um den Schalter zu integrieren.
Die Erfindung gibt auch einen Nockenwellenversteller an, der einen Stator zur Aufnahme einer Rotationsenergie von einer Kurbelwelle eines Verbrennungsmotors, einen im Stator drehbar gelagerten Rotor zur Abgabe der Rotationsenergie an eine Nockenwelle zum Ansteuern des Verbrennungsmotors und ein axial in die Nockenwelle einschraubbares, angegebenes Wegeventil zum Steuern der Lage des Rotors zum Stator umfasst.
Die Erfindung gibt auch einen Verbrennungsmotor an, der eine Brennkammer, eine durch die Brennkammer angetriebene Kurbelwelle, eine die Brennkammer steuernde Nockenwelle und einen angegebenen Nockenwellenversteller zum Übertragen einer Rotationsenergie von der Kurbelwelle auf die Nockenwelle umfasst.
Die Erfindung gibt auch ein Verfahren zum Füllen eines Volumenspeichers in einem Nockenwellenversteller mit einer Hydraulikflüssigkeit an. Das angegebene Verfahren umfasst die Schritte Verbinden des Volumenspeichers mit einem Druckanschluss des Nockenwellenverstellers und Unterbrechen der Verbindung, wenn der Volumenspeicher gefüllt ist.
Weiterbildungen des Verfahrens können Verfahrensschritte sein, die die Merkmale des angegebenen Wegeventils gemäß den Unteransprüchen sinngemäß realisieren.
Die Erfindung gibt auch eine Steuervorrichtung für einen Nockenwellenversteller an, die geeignet ist das angegebene Verfahren auszuführen.
In einer Weiterbildung weist die Steuervorrichtung einen Speicher und einen Prozessor auf. Dabei ist das Verfahren in Form eines Computerprogramms in dem Speicher hinterlegt und der Prozessor zur Ausführung des Verfahrens vorgesehen, wenn das Computerprogramm aus dem Speicher in den Prozessor geladen ist.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend anhand einer Zeichnung näher erläutert, in der
1 eine schematische Darstellung eines Verbrennungsmotors mit Nockenwellenverstellern;
2 eine Schnittansicht eines Nockenwellenverstellers aus 1;
3 einen Ausschnitt des Nockenwellenverstellers aus 2;
4 eine Schnittansicht eines alternativen Nockenwellenverstellers aus 1; und
5 einen Ausschnitt des Nockenwellenverstellers aus 4 zeigen.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnung
In den Figuren werden gleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen und nur einmal beschrieben.
Es wird auf 1 Bezug genommen, die eine schematische Darstellung eines Verbrennungsmotors 2 mit Nockenwellenverstellern 4 zeigt.
Der Verbrennungsmotor 2 umfasst in einer an sich bekannten Weise einen Brennraum 6, der durch Ventile 8 geöffnet und geschlossen werden kann. Die Ventile werden durch Nocken 10 auf entsprechenden Nockenwellen 12 angesteuert. Im Brennraum 6 ist ferner ein Hubkolben 14 aufgenommen, der eine Kurbelwelle 16 antreibt. Die Rotationsenergie der Kurbelwelle 16 wird an ihrem axialen Ende über Triebmittel 18 auf die Nockenwellenversteller 4 übertragen. Im vorliegenden Beispiel kann das Triebmittel eine Kette oder ein Riemen sein.
Die Nockenwellenversteller 4 sind jeweils auf eine der Nockenwellen 12 axial aufgesetzt, nehmen die Rotationsenergie vom Triebmittel 18 auf und geben diese an die Nockenwellen 12 ab. Dabei können die Nockenwellenversteller 4 die Drehung der Nockenwellen 12 gegenüber der Kurbelwelle 14 zeitweise verzögern oder beschleunigen, um die Phasenlage der Nockenwellen 12 gegenüber der Kurbelwelle 16 zu verändern.
Es wird auf die 2 und 3 Bezug genommen, die eine Schnittansicht eines der Nockenwellenversteller 4 aus 1 zeigen.
Der Nockenwellenversteller 4 weist einen Stator 20 und einen im Stator 20 aufgenommenen Rotor 22 auf.
Der Rotor 22 ist konzentrisch im Stator 20 aufgenommen und weist von einer Nabe 24 des Rotors abragende Flügel 26 auf. Der Rotor 22 ist konzentrisch auf einer in eine der Nockenwellen 12 eingeschraubte Zentralschraube 28 eines Zentralventils 30 gehalten, in der axial beweglich ein Steuerkolben 32 aufgenommen ist, der durch einen nicht gezeigten Stößel eines Zentralmagneten axial in die Zentralschraube 28 bewegt und durch eine nicht weitere dargestellte Feder axial aus der Zentralschraube 28 herausgedrückt werden kann. Abhängig von der Stellung des Steuerkolbens 32 in der Zentralschraube 28 werden nicht weitere dargestellte Druckkammern des Nockenwellenverstellers 4 in einer an sich bekannten Weise mit einem Druckanschluss 34 oder mit einem Volumenspeicheranschluss 36 verbunden, über die entsprechend eine Hydraulikflüssigkeit in die Druckkammern gepumpt aus der aus diesen entlassen werden kann.
Der Stator 20 weist ein ringförmiges Außenteil 38 auf, von dem nicht weiter dargestellte Segmente radial nach innen abragen. Das ringförmige Außenteil 38 ist mit einem Frontdeckel 40 und einem Rückdeckel 42 axial verschlossen, wobei die Deckel 40, 42 über Schrauben 44 auf dem ringförmigen Außenteil 38 gehalten werden. Am radialen Umfang des ringförmigen Außenteils 38 sind Zähne 46 ausgebildet, in die das Triebmittel 18 eingreifen kann.
Die Zentralschraube 36 weist als Volumenspeicheranschluss 36 radiale Bohrungen 48 auf, auf der axial Kanäle 50 durch den Rotor 22 aufgelegt sind. Die Kanäle 50 sind auf eine umfängliche Nut 52 an der zur Zentralschraube 28 gerichteten radialen Innenseite des Rotors 22 radial aufgesetzt, so dass das Zentralventil 30 nicht in einer vorbestimmten Winkellage in die Nockenwelle 12 eingeschraubt werden muss.
Die Kanäle 50 führen in die Volumenspeicher 54, die durch den Rotor 22 und den Frontdeckel 40 begrenzt sind. Die Volumenspeicher 54 sind über Rückschlagventile 56 zu den Druckkammern des Nockenwellenverstellers 4 geöffnet, wobei der Fluss der Hydraulikflüssigkeit ausschließlich vom Volumenspeicher 54 zur Druckkammer möglich ist, so dass die Druckkammer im Falle eines Unterdruckes aus dem Volumenspeicher 54 gespeicherte Hydraulikflüssigkeit ansaugen kann. Läuft der Volumenspeicher 54 mit zu viel Hydraulikflüssigkeit über, so wird der Überschuss an Hydraulikflüssigkeit über einen Tankanschluss 58 beispielsweise an eine nicht gezeigte Ölwanne abgegeben. Der Tankanschluss 58 liegt näher an einer Rotationsachse als die Rückschlagventile 56, so dass während des Betriebs des Nockenwellenverstellers die Hydraulikflüssigkeit aufgrund der Fliehkraft zunächst die Rückschlagventile 56 erreicht, bevor sie über den Tankanschluss 58 überläuft.
Der Druckanschluss 34 ist ferner über eine axiale Nut 60 in der Zentralschraube 28 mit dem Speicheranschluss 36 direkt verbunden. Die axiale Nut 60 in der Zentralschraube 28 stellt somit einen Bypass dar, mit der ein Fluss an Hydraulikflüssigkeit aus dem Druckanschluss 34 die Druckkammern des Nockenwellenverstellers umgeht. Der direkte Fluss an Hydraulikflüssigkeit vom Druckanschluss 34 zum Speicheranschluss 36 kann in der vorliegenden Ausführung über ein schematisch dargestelltes 2/2 Wegeventil 62 gesteuert werden.
Wird der Verbrennungsmotor 2 in Betrieb genommen, so öffnet das 2/2 Wegeventil 62 den Druckanschluss 34 gegenüber der axialen Nut 60, so dass Hydraulikflüssigkeit durch den Druckanschluss 34 direkt in den Volumenspeicher 54 gedrückt wird. Ist der Volumenspeicher 54 vollständig mit Hydraulikflüssigkeit gefüllt, so schließt das 2/2 Wegeventil 62 den Druckanschluss wieder für die axiale Nut 60. Der weitere Betrieb des Nockenwellenverstellers 4 erfolgt dann in der an sich bekannten Weise.
In der vorliegenden Ausführung weist der Druckanschluss 34 zwei Eingänge auf, die von einer gleichen schematisch angedeuteten Druckquelle mit Hydraulikflüssigkeit versorgt werden, wobei einer der beiden Eingänge durch das 2/2 Wegeventil 62 gesteuert wird. Alternativ könnte aber der Druckanschluss 34 aber auch ein 3/2 Wegeventil umfassen, das die Hydraulikflüssigkeit auf den Speicheranschluss 36 über die axiale Nut 60 oder in der bekannten Weise auf die nicht weiter referenzierten Arbeitsanschlüsse des Nockenwellenverstellers 4 leitet, wenn beispielsweise die Druckquelle abschaltbar ist. Ist die Druckquelle nicht abschaltbar, könnte der Druckanschluss 34 auch ein 3/3 Wegeventil umfassen, das in der vorangegangenen Weise arbeitet und zusätzlich die Zufuhr der Hydraulikflüssigkeit auch ganz unterbindet.
Axial auf die Nockenwelle 12 und radial auf die axiale Nut 60 in der Zentralschraube 28 ist eine Hülse 64 aufgesetzt, die ein radiales Austreten von Hydraulikflüssigkeit aus der axialen Nut 60 verhindert.
In 3 ist der Fluss der Hydraulikflüssigkeit vom Druckanschluss 34 zum Speicheranschluss 36 über einen gestrichelten Pfeil 66 angedeutet.
Es wird auf die 4 und 5 Bezug genommen, die eine Schnittansicht eines der Nockenwellenversteller 4 aus 1 gemäß einem weiteren Beispiel zeigen.
In 4 ist im Steuerkolben 32 ein dazu relativ axial verschieblicher Ventilschieber 68 aufgenommen. Ferner ist die axiale Nut 60 über eine durch die Zentralschraube 28 und den Steuerkolben 32 führende radiale Bohrung 70 nach innen hin geöffnet.
Der Ventilschieber 68 weist einen axial über den Steuerkolben hervorspringenden Vorsatz 72 auf. Greift ein nicht gezeigter Aktor, wie beispielsweise ein Zentralmagnet, in einer an sich bekannten und in 5 durch einen Pfeil 74 angedeuteten Weise, am Steuerkolben 32 zum Betätigen des Wegeventils 30 an, so verschiebt dieser zunächst über den Vorsatz 72 zunächst den Ventilschieber 68 und verschließt damit die radiale Bohrung 70. Erst danach wird der Steuerkolben 32 in der an sich bekannten Weise weiterbewegt.
In einer Ausgangsstellung des Aktors und damit des Steuerkolbens 32 mit dem Ventilschieber 68 ist die radiale Bohrung 70 geöffnet und lässt ins Innere des Steuerkolbens Hydraulikflüssigkeit direkt aus der Druckquelle über die axiale Nut 60 fließen. Diese Hydraulikflüssigkeit fließt dann über den Speicheranschluss 36 in den Volumenspeicher 54 und füllt diesen.
Ist der Volumenspeicher gefüllt, betätigt der Aktor den Steuerkolben 32 wie bereits erwähnt in der bekannten Weise, wodurch automatisch die Zufuhr von Hydraulikflüssigkeit direkt aus der Druckquelle ins Innere des Steuerkolbens 32 über die axiale Nut 60 unterbrochen wird.
Bezugszeichenliste

2: Verbrennungsmotor
4: Nockenwellenversteller
6: Brennraum
8: Ventil
10: Nocken
12: Nockenwelle
14: Hubkolben
16: Kurbelwelle
18: Triebmittel
20: Stator
22: Rotor
24: Nabe
26: Flügel
28: Zentralschraube
30: Zentralventil
32: Steuerkolben
34: Druckanschluss
36: Speicheranschluss
38: ringförmiges Außenteil
40: Frontdeckel
42: Rückdeckel
44: Schraube
46: Zahn
48: radiale Bohrung
50: Kanal
52: umfängliche Nut
54: Volumenspeicher
56: Rückschlagventil
58: Tankanschluss
60: axiale Nut
62: Wegeventil
64: Hülse
66: Pfeil
68: Ventilschieber
70: radiale Bohrung
72: Vorsatz

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2011032805 A1 [0003]

Claims

Wegeventil (30) zum Steuern eines Hydraulikölflusses von einem Druckanschluss (34) über Arbeitskammern eines Nockenwellenverstellers (4) zu einem Tankanschluss (58), umfassend einen Speicheranschluss (36) zum Leiten wenigstens eines Teils des aus einer Arbeitskammer ablaufenden Hydrauliköles in einen Volumenspeicher (54) vor dem Ablauf in den Tankanschluss (58), wobei der Speicheranschluss (36) über einen Kanal (60) mit dem Druckanschluss (34) verbunden ist.
Wegeventil (30) nach Anspruch 1, wobei der Kanal (60) zwischen dem Druckanschluss (34) und dem Speicheranschluss (36) als axiale Nut ausgebildet ist, wobei die axiale Nut vorzugsweise wenigstens teilweise mit einer Hülse (64) abgedeckt ist.
Wegeventil (30) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Kanal (60) an den Arbeitskammern vorbeigeführt ist.
Wegeventil (30) nach einem der vorstehenden Ansprüche, umfassend einen Steuerkolben (32) zum Verbinden der Arbeitskammern mit dem Druckanschluss (34) beziehungsweise mit dem Tankanschluss (58), wobei der Kanal (60) wenigstens teilweise durch den Steuerkolben (32) geführt ist.
Wegeventil (30) nach einem der vorstehenden Ansprüche, umfassend einen Schalter (62, 72) zum Verschließen des Kanals (60).
Wegeventil (30) nach Anspruch 5, wobei der Schalter (62, 72) als im Steuerkolben (32) beweglicher Ventilschieber (68) ausgebildet ist.
Nockenwellenversteller (4) umfassend einen Stator (20) zur Aufnahme einer Rotationsenergie von einer Kurbelwelle (16) eines Verbrennungsmotors (2), einen im Stator (20) drehbar gelagerten Rotor (22) zur Abgabe der Rotationsenergie an eine Nockenwelle (12) zum Ansteuern des Verbrennungsmotors (2) und ein axial in die Nockenwelle (12) einschraubbares Wegeventil (30) nach einem der vorstehenden Ansprüche zum Steuern der Lage des Rotors (22) zum Stator (20).
Verbrennungsmotor (2) umfassend eine Brennkammer (6), eine durch die Brennkammer (6) angetriebene Kurbelwelle (16), eine die Brennkammer (6) steuernde Nockenwelle (12) und einen Nockenwellenversteller (4) nach Anspruch 7 zum Übertragen einer Rotationsenergie von der Kurbelwelle (16) auf die Nockenwelle (12).
Verfahren zum Füllen eines Volumenspeichers (54) in einem Nockenwellenversteller (4) mit einer Hydraulikflüssigkeit umfassend Verbinden des Volumenspeichers (54) mit einem Druckanschluss (34) des Nockenwellenverstellers (4) und Unterbrechen der Verbindung (60), wenn der Volumenspeicher (54) gefüllt ist.
Steuervorrichtung für einen Nockenwellenversteller (4), die geeignet ist, ein Verfahren nach Anspruch 9 auszuführen.