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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft ein Steuerventil eines Nockenwellenverstellers.
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Hintergrund der Erfindung
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Nockenwellenversteller werden in Verbrennungsmotoren zur Variation der Steuerzeiten der Brennraumventile eingesetzt, um die Phasenrelation zwischen einer Kurbelwelle und einer Nockenwelle in einem definierten Winkelbereich, zwischen einer maximalen Früh- und einer maximalen Spätposition, variabel gestalten zu können. Die Anpassung der Steuerzeiten an die aktuelle Last und Drehzahl senkt den Verbrauch und die Emissionen. Zu diesem Zweck sind Nockenwellenversteller in einen Antriebsstrang integriert, über welche ein Drehmoment von der Kurbelwelle auf die Nockenwelle übertragen wird. Dieser Antriebsstrang kann beispielsweise als Riemen-, Ketten- oder Zahnradtrieb ausgebildet sein.
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Bei einem hydraulischen Nockenwellenversteller bilden das Abtriebselement und das Antriebselement ein oder mehrere Paare gegeneinander wirkende Druckkammern aus, welche mit Hydraulikmittel beaufschlagbar sind. Das Antriebselement und das Abtriebselement sind koaxial angeordnet. Durch die Befüllung und Entleerung einzelner Druckkammern wird eine Relativbewegung zwischen dem Antriebselement und dem Abtriebselement erzeugt. Die auf zwischen dem Antriebselement und dem Abtriebselement rotativ wirkende Feder drängt das Antriebselement gegenüber dem Abtriebselement in eine Vorteilsrichtung. Diese Vorteilsrichtung kann gleichläufig oder gegenläufig zu der Verdrehrichtung sein.
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Eine Bauart der hydraulischen Nockenwellenversteller ist der Flügelzellenversteller. Der Flügelzellenversteller weist einen Stator, einen Rotor und ein Antriebsrad mit einer Außenverzahnung auf. Der Rotor ist als Abtriebselement meist mit der Nockenwelle drehfest verbindbar ausgebildet. Das Antriebselement beinhaltet den Stator und das Antriebsrad. Der Stator und das Antriebsrad werden drehfest miteinander verbunden oder sind alternativ dazu einteilig miteinander ausgebildet. Der Rotor ist koaxial zum Stator und innerhalb des Stators angeordnet. Der Rotor und der Stator prägen mit deren, sich radial erstreckenden Flügeln, gegensätzlich wirkende Ölkammern aus, welche durch Öldruck beaufschlagbar sind und eine Relativdrehung zwischen dem Stator und dem Rotor ermöglichen. Die Flügel sind entweder einteilig mit dem Rotor bzw. dem Stator ausgebildet oder als „gesteckte Flügel” in dafür vorgesehene Nuten des Rotors bzw. des Stators angeordnet. Weiterhin weisen die Flügelzellenversteller diverse Abdichtdeckel auf. Der Stator und die Abdichtdeckel werden über mehrere Schraubenverbindungen miteinander gesichert.
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Eine andere Bauart der hydraulischen Nockenwellenversteller ist der Axialkolbenversteller. Hierbei wird über Öldruck ein Verschiebeelement axial verschoben, welches über Schrägverzahnungen eine Relativdrehung zwischen einem Antriebselement und einem Abtriebselement erzeugt.
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Die Steuerventile der hydraulischen Nockenwellenversteller steuern den Hydraulikmittelfluss zwischen dem Nockenwellenversteller und der Ölpumpe bzw. dem Ölreservoir (Tank).
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Das Steuerventil weist ein hohlzylindrisches Gehäuse und einen rotationssymmetrischen Steuerkolben auf. Innerhalb des Gehäuses des Steuerventils ist der Steuerkolben angeordnet. Der Steuerkolben ist in axialer Richtung beweglich und von dem Gehäuse geführt. Somit kann der Steuerkolben zum Gehäuse in einer beliebigen axialen Stellung positioniert werden. Die Positionierung erfolgt durch einen Elektromagneten, welcher mit seinem Betätigungsstift ein Ende des Steuerkolbens kontaktiert und den Steuerkolben verschieben kann. Eine Feder stellt den Kontakt zwischen dem Steuerkolben und dem Betätigungsstift sicher. Durch die axiale Positionierung des Steuerkolben werden die verschiedenen Anschlüsse des Steuerventils miteinander hydraulisch verbunden oder voneinander getrennt und können so miteinander kommunizieren oder nicht. Zum Leiten des Hydraulikmittels zwischen den Anschlüssen sind Steuerkolben und Gehäuse mit Öffnungen, z. B. Nuten und/oder Bohrungen, versehen. Der Steuerkolben besitzt Steuerkanten, welche zusammen mit den Kanten der Öffnungen des Gehäuses den Durchfluss steuern. Die Steuerkanten selbst sind die Kanten der jeweiligen Öffnung, z. B. Nuten, des Steuerkolbens. Zum Steuern des Durchflusses werden die Kanten der Öffnungen des Gehäuses und die Steuerkanten zueinander derart positioniert, so dass eine Öffnung des Gehäuses mit einer Öffnung des Steuerkolbens weitestgehend gegenübersteht und eine, über die axiale Positionierbarkeit des Steuerkolbens, variable Durchflussfläche für das Hydraulikmittel bildet.
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Ein als Zentralventil ausgebildetes Steuerventil ist koaxial zur Symmetrie- bzw. Drehachse des Nockenwellenverstellers bzw. der Nockenwelle angeordnet. Zusätzlich ist das Zentralventil innerhalb des Nockenwellenverstellers platziert, d. h. Zentralventil und Nockenwellenversteller bauen in radialer Richtung aufeinander auf. Optional kann zwischen dem Nockenwellenversteller und dem Zentralventil die Nockenwelle angeordnet sein. Das Gehäuse des Zentralventils kann als Zentralschraube ausgebildet sein, womit der Nockenwellenversteller mit der Nockenwelle drehfest verspannt wird. Der Elektromagnet ist als Zentralmagnet weitestgehend fluchtend zum Zentralventil angeordnet und für gewöhnlich gestellfest, insbesondere am Zylinderkopf, angeordnet.
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Alternativ kann ein Steuerventil mit einem daran fest angeordneten Elektromagneten, an einer beliebigen Position in der Hydraulikmittelgalerie, außerhalb von dem Nockenwellenversteller und der Nockenwelle, angeordnet sein und den Hydraulikmittelfluss steuern.
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Die
WO 2010/015541 A1 zeigt einen Nockenwellenversteller mit einem Zentralventil. Das Zentralventil hat zwei Zulaufanschlüsse, wobei der Eine koaxial zum Zentralventil und der Andere radial zum Zentralventil angeordnet ist. Die Zulaufanschlüsse sind als Bohrungen ausgebildet. Weiter besitzt das Zentralventil zwei Arbeitsanschlüsse am Außenumfang, welche den Hydraulikmittelkanälen zu den Druckkammern gegenüberstehen. Auf der nockenwellenabgewandten Seite ist der Tankanschluss angeordnet, um zu verdrängendes Hydraulikmittel in das Reservoir der Brennkraftmaschine zurückzuführen.
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Die
DE 198 17 319 A1 zeigt ein Zentralventil eines Nockenwellenverstellers. Der Zulaufanschluss ist am Außenumfang des Zentralventils angeordnet. Der Zulaufanschluss wird in axialer Richtung von den beiden Arbeitsanschlüssen flankiert. Der Tankanschluss befindet sich am nockenwellenzugewandten Ende des Zentralventil und mündet in eine radiale Bohrung der Nockenwelle.
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Ein weiteres Zentralventil ist aus der
DE 10 2008 004 591 A1 bekannt. Gezeigt ist ein als Zentralschraube gestaltetes Gehäuse mit einem Zulauf-, einem Ablauf- und zwei Versorgungsanschlüssen. Über den Zulaufanschluss gelangt Hydraulikmittel in das Innere des Gehäuses, anschließend passiert das Hydraulikmittel ein Rückschlagventil und strömt über einen axialen Zulaufkanal in eine als Ringkanal gestaltete Steuernut eines Steuerkolbens. Der axiale Zulaufkanal wird mittels einer mit Kunststoff umspritzten Steuerhülse gebildet.
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Eine weitere Steuerhülse dieser Gattung ist beispielsweise Gegenstand der
DE 10 2010 026 853 A1 . Gezeigt ist insbesondere eine Rückschlagventileinheit bestehend aus einem Boden mit einer Öffnung. Die Öffnung kann verschlossen werden durch eine Rückschlagventilplatte, die an einem Arm federnd gelagert ist.
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Die
US 2007/0 251 475 A1 offenbart ein Zentralventil einer Nockenwellenverstellvorrichtung mit einem Steuerkolben und drei, am Außenumfang eines Ventilgehäuses angeordneten Hydraulikmittelanschlüssen. Zwei Versorgungsanschlüsse schließen einen Zulaufanschluss ein, über den Hydraulikmittel dem Steuerventil zugeführt wird. In Abhängigkeit von der der Stellung des Steuerkolbens wird Hydraulikmittel über einen der Versorgungsanschlüsse einer zugeordneten Arbeitskammer eines Nockenwellenverstells zugeführt.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein Steuerventil eines Nockenwellenverstellers anzugeben, das eine verbesserte Ansteuerung des hydraulischen Nockenwellenverstellers erlaubt.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
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Ein Steuerventil eines Nockenwellenverstellers, wobei das Steuerventil zur Steuerung des Nockenwellenverstellers von Hydraulikmittel durchströmt wird und das Steuerventil einen Zuflussanschluss, mehrere Arbeitsanschlüsse, einen Pinanschluss und einen Tankanschluss hat, wobei das Steuerventil ein hohlzylindrisches Gehäuse mit mehreren Öffnungen und einen im Gehäuse axial bewegbaren Steuerkolben aufweist, wobei eine Innenmantelfläche des Gehäuses den Steuerkolben führt und der Steuerkolben axial positionierbar ist, um so den Hydraulikmittelfluss zwischen den Anschlüssen durch die Öffnungen hindurch zu steuern, löst die Aufgabe erfindungsgemäß dadurch, dass das Gehäuse drei axial voneinander beabstandete Pinöffnungen hat, welche mit dem Pinanschluss fluidleitend verbunden sind, wobei zwei Pinöffnungen jeweils in zwei axialen Positionen des Steuerkolbens mit dem Tankanschluss fluidleitend verbunden sind und die dritte Pinöffnung in einer dritten axialen Position des Steuerkolbens nicht mit dem Tankanschluss fluidleitend verbunden ist.
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Über den Zulaufanschluss des Steuerventil wird Hydraulikmittel von der Ölpumpe zugeführt. Die verschiedenen axialen Positionen des Steuerkolbens verteilen das Hydraulikmittel an die Arbeitsanschlüsse, welche fluidleitend mit den Arbeitskammern des Nockenwellenverstellers verbunden sind und an den Pinanschluss, welcher fluidleitend mit einem Verriegelungsmechanismus des Nockenwellenverstellers verbunden ist. Über den Tankanschluss wird das Hydraulikmittel aus den Nockenwellenversteller zum Ölreservoir, je nach axialer Position des Steuerkolbens, abgeführt.
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Bei entsprechender, nach dem Stand der Technik bekannter, Befüllung bzw. Entleerung der Arbeitskammern des Nockenwellenversteller mit Hydraulikmittel kann das Antriebselement zum Abtriebselement verdreht werden.
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Der Verriegelungsmechanismus des Nockenwellenverstellers nimmt im Fall des über den Pinanschluss dem Verriegelungsmechanismus zugeführten Hydraulikmittels seinen entriegelten Zustand ein, wodurch das Antriebselement gegenüber dem Abtriebselement verdreht werden kann. Wird mittels des Steuerkolbens der Pinanschluss mit dem Tankanschluss verbunden, so ist der Verriegelungsmechanismus nicht mit Hydraulikmittel beaufschlagt und nimmt den verriegelten Zustand ein, wodurch das Antriebselement gegenüber dem Abtriebselement nicht mehr verdreht werden kann.
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In einer Ausgestaltung der Erfindung ist in der ersten axialen Position des Steuerkolbens die erste Pinöffnung für einen Hydraulikmittelfluss gesperrt, die zweite Pinöffnung mit dem Tankanschluss fluidleitend verbunden und die dritte Pinöffnung für einen Hydraulikmittelfluss gesperrt. Vorteilhafterweise wird in dieser ersten axialen Position des Steuerkolbens Hydraulikmittel nur durch die zweite Pinöffnung zum Tank geleitet.
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In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die erste axiale Position des Steuerkolbens in einer ersten Endlage des Steuerkolben erreicht. Vorteilhafterweise kann die erste Endlage einer von einem Elektromagneten betätigten oder unbetätigten Position entsprechen, wodurch in einer stabilen und ungeregelten axialen Position des Steuerkolbens das Hydraulikmittel durch die zweite Pinöffnung abgeführt werden kann und dadurch der Verriegelungsmechanismus des Nockenwellenversteller den verriegelten Zustand einnehmen kann. In der ersten Endlage schlägt der Steuerkolben gegen einen ersten Endanschlag an.
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In einer Ausgestaltung der Erfindung ist in der zweiten axialen Position des Steuerkolbens die erste Pinöffnung mit dem Tankanschluss fluidleitend verbunden, die zweite Pinöffnung für einen Hydraulikmittelfluss gesperrt und die dritte Pinöffnung für einen Hydraulikmittelfluss gesperrt. Vorteilhafterweise wird in dieser zweiten axialen Position des Steuerkolbens Hydraulikmittel nur durch die erste Pinöffnung zum Tank geleitet.
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In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die zweite axiale Position des Steuerkolbens in einer zweiten Endlage des Steuerkolbens erreicht. Vorteilhafterweise kann die zweite Endlage einer von einem Elektromagneten betätigten oder unbetätigten Position entsprechen, wodurch in einer stabilen und ungeregelten axialen Position des Steuerkolbens das Hydraulikmittel durch die erste Pinöffnung abgeführt werden kann und dadurch der Verriegelungsmechanismus des Nockenwellenversteller den verriegelten Zustand einnehmen kann. In der zweiten Endlage schlägt der Steuerkolben gegen einen zweiten Endanschlag an.
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In einer Ausgestaltung der Erfindung ist in der dritten axialen Position des Steuerkolbens die erste Pinöffnung für einen Hydraulikmittelfluss gesperrt, die zweite Pinöffnung für einen Hydraulikmittelfluss gesperrt und die dritte Pinöffnung mit dem Zulaufanschluss fluidleitend verbunden. Vorteilhafterweise wird in dieser dritten axialen Position des Steuerkolbens Hydraulikmittel nur durch die dritte Pinöffnung, ausgehend vom Zulaufanschluss, geleitet, wodurch der Verriegelungsmechanismus den entriegelten Zustand einnehmen kann.
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In einer Ausgestaltung der Erfindung ist in der dritten axialen Position des Steuerkolbens die erste Pinöffnung für einen Hydraulikmittelfluss gesperrt, die zweite Pinöffnung für einen Hydraulikmittelfluss gesperrt ist und die dritte Pinöffnung mit einem der Arbeitsanschlüsse fluidleitend verbunden. Vorteilhafterweise wird in dieser dritten axialen Position des Steuerkolbens Hydraulikmittel nur durch die dritte Pinöffnung, ausgehend von einem der Arbeitsanschlüsse, geleitet, wodurch der Verriegelungsmechanismus den entriegelten Zustand einnehmen kann.
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In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die dritte axiale Position des Steuerkolbens zwischen den beiden Endlagen des Steuerkolbens erreicht. Bevorzugterweise ist somit in einer von den Endlagen verschiedenen und geregelten Position des Steuerkolbens der Verriegelungsmechanismus ansteuerbar und kann seinen entriegelten Zustand einnehmen, wodurch der Nockenwellenversteller verstellen kann. In den Endlagen des Steuerkolben hingegen ist der Verriegelungsmechanismus aufgrund der Verbindung des Pinanschlusses mit dem Tankanschluss zuverlässig in seinem verriegelten Zustand. Besonders bei ausgefallener Betätigung durch den Elektromagneten oder bei Motorstart oder bei Motorstopp ist ein verriegelter Verriegelungsmechanismus vorteilhaft. Zudem sind die Endlagen stabil und sicher durch den Steuerkolben einnehmbar, wodurch sich die Zuverlässigkeit der Ansteuerung erhöht. Der Steuerkolben kontaktiert hierbei keinen der beiden Endanschläge.
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In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist das Steuerventil einen in axialer Richtung verlaufenden Pinkanal auf, welcher die drei Pinöffnungen gemeinsam mit dem Pinanschluss fluidleitend verbindet. Die drei Pinöffnungen stehen durch den Pinkanal in fluidleitender Verbindung.
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In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die dritte Pinöffnung zwischen der ersten und der zweiten Pinöffnung angeordnet. Bevorzugterweise ist somit in einer geregelten axialen Position des Steuerkolbens der Verriegelungsmechanismus ansteuerbar und kann seinen entriegelten Zustand einnehmen, wodurch der Nockenwellenversteller verstellen kann, d. h. erst nachdem die Betätigung durch den Elektromagneten erfolgt ist, kann der Nockenwellenversteller verstellen.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung arretiert die Verriegelung den Nockenwellenversteller in der Mittenposition. Die Mittenposition ist vorteilhaft, um die Brennkraftmaschine bei Motorstart zuverlässig zu starten.
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In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist das Steuerventil als Zentralventil ausgebildet. Vorteilhafterweise ist das Zentralventil radial innerhalb des Nockenwellenverstellers bzw. der Nockenwelle angeordnet. Kurze hydraulische Wege vom Zentralventil zum Nockenwellenversteller resultieren in einer verkürzten Steuerverzögerung und somit verbessert die nockenwellenverstellernahe Anordnung die Leistung des gesamten Nockenwellenverstellsystems.
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Durch die erfindungsgemäße Ausbildung des Steuerkolbens wird eine Anschlusskonfigurationen ermöglicht, bei der die Verriegelung des Nockenwellenversteller in den Endlagen des Steuerkolben verriegelt ist.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren dargestellt.
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Es zeigen:
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1a einen Längschnitt des als Zentralventil ausgebildeten erfindungsgemäßen Steuerventils,
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1b einen weiteren Längsschnitt des Zentralventils nach 1a, welcher um 45° um die Drehachse gegenüber dem Längsschnitt aus 1a versetzt ist,
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2a eine Bruchdarstellung des Zentralventils nach 1a und 1b mit seinem Steuerkolben in seiner ersten Position,
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2b eine Bruchdarstellung des Zentralventils nach 1a und 1b mit seinem Steuerkolben in seiner zweiten Position und
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2c eine Bruchdarstellung des Zentralventils nach 1a und 1b mit seinem Steuerkolben in seiner dritten Position.
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Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen
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1a zeigt einen Längschnitt des als Zentralventil ausgebildeten erfindungsgemäßen Steuerventils 1.
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Das Steuerventil 1 weist eine hohlzylindrische Zentralschraube 11, einen Gehäuseeinsatz 12, ein hohlzylindrisches Gehäuse 2, einen Steuerkolben 4, einen Sicherungsring 15 und eine Druckfeder 13. Alle vorgenannten Bauteile sind koaxial zueinander und zu einer gemeinsamen Drehachse 14 angeordnet, welche nach erfolgter Montage des Steuerventils 1 mit einem Nockenwellenversteller und mit einer Nockenwelle zugleich die Drehachse 14 des Nockenwellenverstellers bzw. der Nockenwelle ist.
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Die hohlzylindrische Zentralschraube 11 ist zur drehfesten Befestigung des Nockenwellenverstellers mit der Nockenwelle vorgesehen. Der Gehäuseeinsatz 12 ist von einem Innenumfang der Zentralschraube 11 aufgenommen. Der Gehäuseeinsatz 12 weist einen Zulaufkanal 10, mehrere Arbeitskanäle 9a, 9b und einen Pinkanal 6 auf, welche sich in axialer Richtung erstrecken und das Hydraulikmittel parallel zur Drehachse 14 leiten können. Weiter weist das Gehäuse 2 mehrere Zulauföffnungen 7a, 7b, 7c, mehrere Arbeitsöffnungen 8a, 8b und drei Pinöffnungen 5a, 5b, 5c auf, welche in fluidleitender Verbindung mit den vorgenannten Kanälen stehen, um Hydraulikmittel von einem Zulaufanschluss P des Steuerventils 1 zu den Arbeitsanschlüssen A, B, dem Tankanschluss T sowie zu dem Pinanschluss Pin zu leiten. Die Arbeitsanschlüsse A, B sind als radiale Bohrungen an unterschiedlichen Positionen am Außenumfang des Steuerventils 1 bzw. der Zentralschraube 11 angeordnet. Der Zulaufanschluss P befindet sich an der gewindeseitigen Stirnseite der Zentralschraube 11 bzw. des Steuerventils 1. Der Tankanschluss T befindet sich auf der dem Zulaufanschluss P entgegengesetzten Stirnseite der Zentralschraube 11 bzw. des Steuerventils 1. Der Tankanschluss T hat mehrere, vom Steuerkolben 4 ausgebildete Tanköffnungen 18. Die Tanköffnungen 18 sind an der dem Tankanschluss T zugewandten stirnseitigen Ende des Steuerkolbens 4 angeordnet und als radiale Bohrungen ausgebildet, um Hydraulikmittel aus dem Inneren des Steuerkolbens 4 zum Tankanschluss zu leiten.
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Der Steuerkolben 4 wird von einer Druckfeder 13 kraftbeaufschlagt und gegen einen Sicherungsring 15 gedrückt. Der Sicherungsring 15 sichert die axiale Position des Gehäuseseinsatzes 12 und des Steuerkolbens 4 innerhalb der Zentralschraube 11. Die Druckfeder 13 stützt sich einerseits an dem Steuerkolben 4 und andererseits am Gehäuseeinsatz 12 bzw. am Gehäuse 2 ab.
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Der Steuerkolben 4 wird von einer Innenmantelfläche 19 des Gehäuses 2 geführt. Am Außenumfang 16 des Steuerkolbens 4 befinden sich aus dem Stand der Technik bekannte Steuerkanten. Mittels der Steuerkanten lässt sich die Durchflussfläche einer Öffnung des Gehäuses 2, bspw. durch die Arbeitsöffnungen 8a, 8b, variieren, um gezielt eine bestimmte Menge Hydraulikmittel zu den Arbeitskammer des Nockenwellenversteller zuzuführen bzw. abzuführen. Die Arbeitskammern des Nockenwellenversteller sind aus dem Stand der Technik bekannt und erzeugen bei Befüllung mit Hydraulikmittel die Relativverstellung zwischen Nockenwelle und Kurbelwelle. Der Pinanschluss Pin ist einer Verriegelung des Nockenwellenverstellers fluidleitend verbunden. Die Verriegelung verriegelt bekannterweise den Nockenwellenversteller in seiner Winkellage in Zwischenposition, idealerweise in der ebenfalls bekannten Mittenposition.
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1b einen weiteren Längsschnitt des Zentralventils nach 1a, welcher um 45° um die Drehachse gegenüber dem Längsschnitt aus 1a versetzt ist. Die Arbeitskanäle 9a des Gehäuseeinsatzes 12 verbinden fluidleitend den als Vielzahl von über den Umfang verteilten radialen Bohrungen ausgebildeten Arbeitsanschluss A mit den als Vielzahl über den Umfang verteilten Arbeitsöffnungen 8a des Gehäuses 2. Jeder Arbeitskanal 9a ist als axialer Schlitz des Gehäuseseinsatzes 12 ausgebildet und wird in radialer Richtung von der Zentralschraube 11 und dem Gehäuse 2 begrenzt.
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Die Arbeitskanäle 9b des Gehäuseeinsatzes 12 verbinden fluidleitend den als Vielzahl von über den Umfang verteilten radialen Bohrungen ausgebildeten Arbeitsanschluss B mit den als Vielzahl über den Umfang verteilten Arbeitsöffnungen 8b des Gehäuses 2. Jeder Arbeitskanal 9b ist als axialer Schlitz des Gehäuseseinsatzes 12 ausgebildet und wird in radialer Richtung von der Zentralschraube 11 und dem Gehäuse 2 begrenzt. Sowohl der Arbeitsanschluss B als auch die Arbeitskanäle 9b und die Arbeitsöffnungen 8b sind jeweils von dem Arbeitsanschluss A und den Arbeitskanälen 9a und den Arbeitsöffnungen 8a axial beabstandet angeordnet.
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Unterhalb der Symmetrielinie bzw. der Drehachse 14 ist die Zulauföffnung 7a sichtbar, von der über eine Nut 20a des Steuerkolbens 4 das Hydraulikmittel umfangsseitig bis zur Arbeitsöffnung 8a geleitet werden kann. Zur Nut 20a axial benachbart ist die Nut 20c, welche das Hydraulikmittel von der Zulauföffnung 7c über den Umfang verteilen kann. In dieser Stellung des Steuerkolbens 4 steht der Nut 20c keine weitere Öffnung gegenüber, über die das Hydraulikmittel abfließen kann. Zur Nut 20c axial benachbart ist die Nut 20b, welche das Hydraulikmittel von der Zulauföffnung 7b über den Umfang verteilen kann. In dieser Stellung des Steuerkolbens 4 steht der Nut 20b keine weitere Öffnung gegenüber, über die das Hydraulikmittel abfließen kann.
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Der Hydraulikmittelfluss zwischen den einzelnen Anschlüssen A, B, P, T und Pin in Abhängigkeit der axialen Position des Steuerkolben 4 wird in den 2a–2c beschrieben.
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2a zeigt eine Bruchdarstellung des Zentralventils nach 1a und 1b mit seinem Steuerkolben 4 in seiner ersten Position.
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In dieser ersten Position ist der Steuerkolbens 4 vorteilhafterweise von einem Elektromagneten, insbesondere einem koaxial zur Drehachse 14 angeordneten Zentralmagneten, unbetätigt. Die Druckfeder 13 drückt den Steuerkolben 4 gegen den eingangs genannten Sicherungsring 15 in seine erste Endlage.
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Wie in 1a und 1b bereits beschrieben kann das Hydraulikmittel vom Zulaufanschluss P über den Zulaufkanal 10 durch die Zulauföffnung 7a in die Nut 20a gelangen. Von der Nut 20a wird das Hydraulikmittel umfangsseitig verteilt und kann durch die Arbeitsöffnung 8a hindurch zu dem Arbeitskanal 9a und schließlich zum Arbeitsanschluss A gelangen und weiter zur ersten Arbeitskammer des Nockenwellenversteller zugeführt werden. Zugleich wird Hydraulikmittel aus der zweiten Arbeitskammer des Nockenwellenverstellers über den Arbeitsanschluss B über den Arbeitskanal 9b durch die Arbeitsöffnung 8b zum Innenraum des Zentralventils geleitet und kann durch das Innere hindurch über die Tanköffnungen 18 zum Tankanschluss T abfließen. Der Nockenwellenversteller verstellt so sein Antriebselement gegenüber seinem Abtriebselement in eine erste Umfangsrichtung.
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Gleichzeitig kann Hydraulikmittel von der Verriegelung des Nockenwellenversteller über den als radiale Bohrung ausgebildeten Pinanschluss Pin in den Pinkanal 6 abfließen. Durch die Pinöffnung 5b hindurch wird dieses Hydraulikmittel gleichfalls über die Kante der Stirnseite des Steuerkolbens 4 hinweg in das Innere des Zentralventils geleitet und zum Tankanschluss T abgeführt. Die Pinbohrungen 5a und 5c bleiben von dem Außenumfang des Steuerkolbens 4 verschlossen. Die Nuten 20c und 20b werden zwar durch die jeweiligen Zulauföffnungen 7c und 7b mit Hydraulikmittel befüllt, können dieses jedoch nicht an eine weitere Öffnung verteilen.
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2b zeigt eine Bruchdarstellung des Zentralventils nach 1a und 1b mit seinem Steuerkolben in seiner zweiten Position.
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In dieser zweiten Position ist der Steuerkolbens 4 vorteilhafterweise von einem Elektromagneten, insbesondere einem koaxial zur Drehachse 14 angeordneten Zentralmagneten, betätigt. Die Druckfeder 13 ist vollständig komprimiert und der Steuerkolben 4 hat den maximalen Abstand zum eingangs genannten Sicherungsring 15. Der Steuerkolben 4 kontaktiert mit seiner Stirnseite den Gehäuseeinsatz 12 in seiner zweiten Endlage.
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Nun kann das Hydraulikmittel vom Zulaufanschluss P über den Zulaufkanal 10 durch die Zulauföffnung 7b in die Nut 20b gelangen. Von der Nut 20b wird das Hydraulikmittel umfangsseitig verteilt und kann durch die Arbeitsöffnung 8b hindurch zu dem Arbeitskanal 9b und schließlich zum Arbeitsanschluss B gelangen und weiter zur zweiten Arbeitskammer des Nockenwellenversteller zugeführt werden. Zugleich wird Hydraulikmittel aus der ersten Arbeitskammer des Nockenwellenverstellers über den Arbeitsanschluss A über den Arbeitskanal 9a durch die Arbeitsöffnung 8a zu einem in dieser Position vorhandenen radialen Spalt, welcher von einer Stufung am Außenumfang des Steuerkolbens 4 ausgebildet ist, zwischen Steuerkolben 4 und Gehäuse 2 in axialer Richtung geleitet und kann hierüber ohne die Tanköffnungen 18 zu durchströmen zum Tankanschluss T abfließen. Der Nockenwellenversteller verstellt so sein Antriebselement gegenüber seinem Abtriebselement in eine zweite, der ersten entgegen gerichtete Umfangsrichtung.
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Gleichzeitig kann Hydraulikmittel von der Verriegelung des Nockenwellenversteller über den als radiale Bohrung ausgebildeten Pinanschluss Pin in den Pinkanal 6 abfließen. Durch die Pinöffnung 5a hindurch wird dieses Hydraulikmittel gleichfalls über die Kante der Stirnseite des Steuerkolbens 4 hinweg und über den vorgenannten Spalt zum Tankanschluss T abgeführt. Die Pinbohrungen 5b und 5c sind von dem Außenumfang des Steuerkolbens 4 verschlossen. Die Nuten 20c und 20a werden zwar durch die jeweiligen Zulauföffnungen 7c und 7a mit Hydraulikmittel befüllt, können dieses jedoch nicht an eine weitere Öffnung verteilen.
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2c zeigt eine Bruchdarstellung des Zentralventils nach 1a und 1b mit seinem Steuerkolben in seiner dritten Position.
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In dieser dritten Position ist der Steuerkolbens 4 vorteilhafterweise von einem Elektromagneten, insbesondere einem koaxial zur Drehachse 14 angeordneten Zentralmagneten, betätigt. Die Druckfeder 13 ist nicht vollständig komprimiert und der Steuerkolben 4 hat einen Abstand zum eingangs genannten Sicherungsring 15 und zur stirnseitigen Anlagefläche des Gehäuseeinsatz 12. Der Steuerkolben 4 ist nun zwischen der ersten und der zweiten Endlage, idealerweise mittig und gleichmäßig von seinen beiden Endlagen beabstandet, positioniert.
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Nun kann das Hydraulikmittel vom Zulaufanschluss P über den Zulaufkanal 10 durch die Zulauföffnung 7c in die Nut 20c gelangen. Von der Nut 20c wird das Hydraulikmittel umfangsseitig verteilt und kann durch die Pinöffnung 5c hindurch zu dem Pinkanal 6 und schließlich zum Pinanschluss Pin gelangen und weiter der Verriegelung des Nockenwellenversteller zugeführt werden. Die Verriegelung ist nun dem Hydraulikmitteldruck ausgesetzt und kann, je nach Ausgestaltung der Verriegelung entweder entriegeln oder verriegeln. In diesem Ausführungsbeispiel wird die Verriegelung bei anliegendem Hydraulikmitteldruck entriegelt.
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Gleichzeitig kann das Hydraulikmittel vom Zulaufanschluss P über den Zulaufkanal 10 durch die Zulauföffnungen 7a und 7b in die entsprechenden Nuten 20a und 20b gelangen. Die Nuten 20a und 20b werden zwar durch die jeweiligen Zulauföffnungen 7a und 7b mit Hydraulikmittel befüllt, können dieses jedoch nicht an eine weitere Öffnung und somit nicht an die Arbeitsanschlüsse A und B verteilen. Der Nockenwellenversteller verstellt nicht und sein Antriebselement verharrt gegenüber seinem Abtriebselement in seiner Winkelposition.
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Vorteilhafterweise kann mit dieser Ansteuerung das Antriebselement zum Abtriebselement in der Winkelposition gehalten und zugleich die Verriegelung entriegeln. Ist der Steuerkolben 4 in einer seiner Endlagen, so ist die Verriegelung nicht mit Hydraulikmitteldruck beaufschlagt und kann in seine Verriegelungskulisse einriegeln, sofern ein Verriegelungskolben einer Verriegelungskulisse gegenübersteht. Zugleich kann in den beiden Endlagen des Steuerkolben 4 der Nockenwellenversteller verstellen. Besonders vorteilhaft ist hierbei die erste Endlage des Steuerkolbens 4, bei dem dieser unbetätigt ist. Fällt der Elektromagnet aufgrund einer Störung aus, so wird durch die erfindungsgemäße Ausbildung des Steuerventils 1 der Nockenwellenversteller in diesem Modus in eine Umfangsrichtung verstellen und zugleich der Verriegelung das Verriegeln ermöglichen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Steuerventil
- 2
- Gehäuse
- 3
- Öffnungen
- 4
- Steuerkolben
- 5a
- Pinöffnung
- 5b
- Pinöffnung
- 5c
- Pinöffnung
- 6
- Pinkanal
- 7a
- Zulauföffnung
- 7b
- Zulauföffnung
- 7c
- Zulauföffnung
- 8a
- Arbeitsöffnung
- 8b
- Arbeitsöffnung
- 9a
- Arbeitskanal
- 9b
- Arbeitskanal
- 10
- Zulaufkanal
- 11
- Zentralschraube
- 12
- Gehäuseeinsatz
- 13
- Druckfeder
- 14
- Drehachse
- 15
- Sicherungsring
- 16
- Außenumfang
- 17
- Rückschlagventil
- 18
- Tanköffnung
- 19
- Innenmantelfläche
- 20a
- Nut
- 20b
- Nut
- 20c
- Nut
- A
- Arbeitsanschluss
- B
- Arbeitsanschluss
- P
- Zulaufanschluss
- T
- Tankanschluss
- Pin
- Pinanschluss
