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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Offenbarung betrifft variable Nockenphasensteller für Fahrzeuge, wie beispielsweise Personenkraftwagen oder Lastkraftwagen.
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HINTERGRUND
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Kraftmaschinenbaugruppen können einen Nockenphasensteller umfassen, der mit einer Kraftmaschinen-Nockenwelle gekoppelt ist, um die zeitliche Einstellung von Einlass- und/oder Auslassventilereignissen anzupassen. Das Anpassen der zeitlichen Ventileinstellung basierend auf Kraftmaschinen-Betriebsbedingungen kann eine verbesserte Motorleistung liefern, wie beispielsweise eine erhöhte Leistungsausgabe oder eine erhöhte Drehmomentausgabe. Es können zusätzliche Vorteile in der Form eines verringerten Kraftstoffverbrauchs und/oder von verringerten Kraftmaschinenemissionen realisiert werden. Das Erhöhen des Ausmaßes, um das die Nockenwelle nach früh oder nach spät verstellt werden kann, kann für erhöhte Ausbeuten bezüglich dieser Metriken sorgen.
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In der US 2012 / 0 318 219 A1 ist ein Nockenphasensteller beschrieben, der einen Stator, einen Rotor, eine Abdeckung sowie einen ersten und zweiten Verriegelungsstift aufweist. Der Stator weist eine erste, zweite dritte Nase auf. Der Rotor ist mit dem Stator drehbar gekoppelt und weist einen ersten, zweiten und dritten Flügel auf. Der erste Flügel ist zwischen der ersten Nase und der zweiten Nase angeordnet. Der zweite Flügel ist zwischen der zweiten und der dritten Nase angeordnet. Der Rotor definiert ein erstes und zweites Loch, die sich jeweils durch den ersten bzw. zweiten Flügel erstrecken. Der Rotor ist ausgebildet, um sich bezogen auf den Stator zwischen einer ersten und zweiten Zwischenposition zu drehen. Die Abdeckung ist an dem Stator befestigt und definiert einen ersten sowie einen zweiten Verriegelungsstiftsitz. Der erste und der zweite Verriegelungsstiftsitz sind mit dem ersten bzw. zweiten Loch ausgerichtet, wenn sich der Rotor in der ersten bzw. zweiten Zwischenposition befindet. Der erste und der zweite Verriegelungsstift sind in dem ersten bzw. zweiten Loch beweglich angeordnet. Der erste und der zweite Verriegelungsstift sind ausgebildet, um entlang des ersten bzw. zweiten Lochs und in den ersten bzw. zweiten Verriegelungsstiftsitz bewegt zu werden, um den Rotor bezogen auf den Stator in der ersten bzw. zweiten Zwischenposition zu verriegeln.
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Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Nockenphasensteller zu schaffen, der für einen erneuten Kaltstart oder Warmstart nach dem Stoppen eines Verbrennungsmotors zuverlässig in einer vorbestimmten Position einstellbar ist.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Diese Aufgabe wird durch einen Nockenphasensteller mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Der Nockenphasensteller weist einen Stator, einen Rotor, eine erste und eine zweite Abdeckung sowie einen ersten, einen zweiten und einen dritten Verriegelungsstift auf. Der Stator weist eine erste Nase, eine zweite Nase und eine dritte Nase auf. Der Rotor ist mit dem Stator drehbar gekoppelt und weist einen ersten Flügel, einen zweiten Flügel und einen dritten Flügel auf. Der erste Flügel ist zwischen der ersten Nase und der zweiten Nase angeordnet. Der zweite Flügel ist zwischen der zweiten und der dritten Nase angeordnet. Der Rotor definiert ein erstes Loch, das sich durch den ersten Flügel erstreckt, und ein zweites Loch, das sich durch den zweiten Flügel erstreckt. Der Rotor ist ausgebildet, um sich bezogen auf den Stator zwischen einer ersten Zwischenposition und einer zweiten Zwischenposition zu drehen. Die erste Abdeckung ist an dem Stator befestigt und definiert einen ersten Verriegelungsstiftsitz sowie einen zweiten Verriegelungsstiftsitz. Der erste Verriegelungsstiftsitz ist mit dem ersten Loch ausgerichtet, wenn sich der Rotor in der ersten Zwischenposition befindet. Der zweite Verriegelungsstiftsitz ist mit dem zweiten Loch ausgerichtet, wenn sich der Rotor in der zweiten Zwischenposition befindet. Der erste Verriegelungsstift ist in dem ersten Loch beweglich angeordnet. Der erste Verriegelungsstift ist ausgebildet, um entlang des ersten Lochs und in den ersten Verriegelungsstiftsitz bewegt zu werden, um den Rotor bezogen auf den Stator in der ersten Zwischenposition zu verriegeln. Der zweite Verriegelungsstift ist in dem zweiten Loch beweglich angeordnet. Der zweite Verriegelungsstift ist ausgebildet, um entlang des zweiten Lochs und in den zweiten Verriegelungsstiftsitz bewegt zu werden, um den Rotor bezogen auf den Stator in der zweiten Zwischenposition zu verriegeln. Die zweite Abdeckung ist an dem Stator befestigt ist und definiert einen dritten Verriegelungsstiftsitz. Der dritte Verriegelungsstift ist in dem zweiten Loch beweglich angeordnet und ausgebildet, um teilweise in dem dritten Verriegelungsstiftsitz angeordnet zu sein, um den Rotor bezogen auf den Stator in der zweiten Zwischenposition zu verriegeln.
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Gemäß einer Ausführungsform ist der erste Verriegelungsstiftsitz nicht mit dem ersten Loch ausgerichtet, wenn sich der Rotor in der zweiten Zwischenposition befindet, wodurch verhindert wird, dass der erste Verriegelungsstift in den ersten Verriegelungsstiftsitz eintritt. Der zweite Verriegelungsstift ist nicht mit dem zweiten Loch ausgerichtet, wenn sich der Rotor in der ersten Zwischenposition befindet, wodurch verhindert wird, dass der zweite Verriegelungsstift in den zweiten Verriegelungsstiftsitz eintritt. Der Nockenphasensteller weist ferner eine Feder auf, die funktional mit dem ersten Verriegelungsstift gekoppelt ist. Die Feder ist ausgebildet, um den ersten Verriegelungsstift in Richtung des ersten Verriegelungsstiftsitzes vorzuspannen. Die Feder kann eine erste Feder sein, und der Nockenphasensteller kann eine zweite Feder aufweisen, die funktional mit dem zweiten Verriegelungsstift gekoppelt ist. Die zweite Feder ist ausgebildet, um den zweiten Verriegelungsstift in Richtung des zweiten Verriegelungsstiftsitzes vorzuspannen. Die zweite Feder ist mit dem dritten Verriegelungsstift funktional gekoppelt. Die zweite Feder ist ausgebildet, um den dritten Verriegelungsstift in Richtung des dritten Verriegelungsstiftsitzes vorzuspannen. Die zweite Feder ist ausgebildet, um den zweiten und den dritten Verriegelungsstift voneinander weg vorzuspannen. Das zweite Loch ist mit dem dritten Verriegelungsstiftsitz ausgerichtet, wenn sich der Rotor in der zweiten Zwischenposition befindet. Der erste Flügel berührt keine der ersten, zweiten und dritten Nase, wenn sich der Rotor in der ersten Zwischenposition befindet. Der zweite Flügel berührt keine der ersten, zweiten und dritten Nase, wenn sich der Rotor in der zweiten Zwischenposition befindet.
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Die vorliegende Offenbarung betrifft auch Fahrzeuge, wie beispielsweise Personenkraftwagen oder Lastkraftwagen. Gemäß einer Ausführungsform weist das Fahrzeug eine Brennkraftmaschine, einen Elektromotor und einen Nockenphasensteller auf, der mit der Brennkraftmaschine funktional gekoppelt ist. Der Nockenphasensteller weist einen Stator auf, der eine erste Nase, eine zweite Nase und eine dritte Nase aufweist. Zusätzlich weist der Nockenphasensteller einen Rotor auf, der mit dem Stator drehbar gekoppelt ist. Der Rotor weist einen ersten Flügel, einen zweiten Flügel und einen dritten Flügel auf. Der Rotor definiert ein erstes Loch, das sich durch den ersten Flügel erstreckt, und ein zweites Loch, das sich durch den zweiten Flügel erstreckt. Der Rotor ist ausgebildet, um sich bezogen auf den Stator zwischen einer ersten Zwischenposition und einer zweiten Zwischenposition zu drehen. Der Nockenphasensteller weist ferner eine erste und eine zweite Abdeckung auf, die an dem Stator befestigt sind. Die erste Abdeckung definiert einen ersten Verriegelungsstiftsitz, während die zweite Abdeckung einen zweiten und einen dritten Verriegelungsstiftsitz definiert. Der erste Verriegelungsstiftsitz ist mit dem ersten Loch ausgerichtet, wenn sich der Rotor in der ersten Zwischenposition befindet. Der zweite Verriegelungsstiftsitz ist mit dem zweiten Loch ausgerichtet, wenn sich der Rotor in der zweiten Zwischenposition befindet. Der Nockenphasensteller weist ferner einen ersten Verriegelungsstift auf, der in dem ersten Loch beweglich angeordnet ist. Der erste Verriegelungsstift ist ausgebildet, um entlang des ersten Lochs und in den ersten Verriegelungsstiftsitz bewegt zu werden, um den Rotor bezogen auf den Stator in der ersten Zwischenposition zu verriegeln, wenn die Brennkraftmaschine stoppt und der Elektromotor aktiv ist. Der Nockenphasensteller weist ferner einen zweiten und einen dritten Verriegelungsstift auf, die beweglich in dem zweiten Loch angeordnet sind. Der zweite Verriegelungsstift ist ausgebildet, um entlang des zweiten Lochs und in den zweiten Verriegelungsstiftsitz bewegt zu werden, um den Rotor bezogen auf den Stator in der zweiten Zwischenposition zu verriegeln, wenn die Brennkraftmaschine stoppt und der Elektromotor inaktiv ist. Der dritte Verriegelungsstift ist ausgebildet, um teilweise in dem dritten Verriegelungsstiftsitz angeordnet zu sein, um den Rotor bezogen auf den Stator in der zweiten Zwischenposition zu verriegeln.
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Gemäß einer Ausführungsform ist der erste Verriegelungsstiftsitz nicht mit dem ersten Loch ausgerichtet, wenn sich der Rotor in der zweiten Zwischenposition befindet, wodurch verhindert wird, dass der erste Verriegelungsstift in das erste Loch eintritt. Der zweite Verriegelungsstift ist nicht mit dem zweiten Loch ausgerichtet, wenn sich der Rotor in der ersten Zwischenposition befindet, wodurch verhindert wird, dass der zweite Verriegelungsstift in das zweite Loch eintritt. Das Fahrzeug kann ferner eine Feder aufweisen, die funktional mit dem ersten Verriegelungsstift gekoppelt ist. Die Feder ist ausgebildet, um den ersten Verriegelungsstift in Richtung des ersten Verriegelungsstiftsitzes vorzuspannen. Die Feder kann eine erste Feder sein, und der Nockenphasensteller kann eine zweite Feder aufweisen, die mit dem zweiten Verriegelungsstift funktional gekoppelt ist. Die zweite Feder ist ausgebildet, um den zweiten Verriegelungsstift in Richtung des zweiten Verriegelungsstiftsitzes vorzuspannen.
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Die vorliegende Offenbarung umfasst ferner Verfahren zum Steuern eines Fahrzeugs. Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Verfahren die folgenden Schritte: (a) dass eine Brennkraftmaschine gestartet wird; (b) dass die Brennkraftmaschine gestoppt wird; (d) dass ermittelt wird, ob ein Elektromotor aktiv ist; (e) dass dann, wenn der Elektromotor aktiv ist, ein Rotor eines Nockenphasenstellers in eine erste Zwischenposition bewegt wird; und (f) dass dann, wenn der Elektromotor inaktiv ist, ein Rotor des Nockenphasenstellers in eine zweite Zwischenposition bewegt wird. Der Nockenphasensteller, der in diesem Verfahren verwendet wird, kann ein beliebiger der Nockenphasensteller sein, die in der vorliegenden Offenbarung beschrieben sind.
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Figurenliste
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- 1 ist ein schematisches Blockdiagramm eines Fahrzeugs, das einen Nockenphasensteller aufweist;
- 2 ist eine schematische Draufsicht eines Nockenphasenstellers und zeigt den Nockenphasensteller in einer „mittleren Parkposition“;
- 3 ist eine schematische, seitliche und perspektivische Schnittansicht des Nockenphasenstellers von 2 entlang der Schnittlinie 3-3 von 2;
- 4 ist eine schematische, seitliche und perspektivische Schnittansicht des Nockenphasenstellers von 2 entlang der Schnittlinie 4-4 von 2;
- 5 ist eine schematische Schnittansicht eines Abschnitts des Nockenphasenstellers von 2;
- 6 ist eine schematische Draufsicht eines Nockenphasenstellers und zeigt den Nockenphasensteller von 2 in einer „Endparkposition“; und
- 7 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zum Steuern des Fahrzeugs von 1 darstellt.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
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1 ist ein Blockdiagramm, das ein Fahrzeug 8, wie beispielsweise einen Personenkraftwagen oder einen Lastkraftwagen, schematisch darstellt. Das Fahrzeug weist einen Hybridantriebsstrang 9 auf, der wiederum eine Brennkraftmaschine 12, einen Elektromotor/Generator 16 und ein Steuermodul 23 aufweist, wie beispielsweise ein Kraftmaschinen-Steuermodul. Die Kraftmaschine 12 und der Elektromotor 16 können elektronisch durch das Steuermodul 23 gesteuert werden, welches ein herkömmlicher, auf einem Mikroprozessor basierter Kraftmaschinencontroller sein kann, der solche herkömmlichen Elemente aufweist wie einen Mikroprozessor, einen Festwertspeicher ROM, einen Arbeitsspeicher RAM, einen elektrisch programmierbaren Festwertspeicher EPROM, einen Hochgeschwindigkeitstaktgeber, Schaltungen zur Analog-Digital-Umsetzung (A/D) und zur Digital-Analog-Umsetzung (D/A), Eingabe/Ausgabe-Schaltungen und -Einrichtungen (I/O) und geeignete Signalkonditionierungs- und Pufferschaltungen. Das Steuermodul 23 dient dazu, Daten von einer Vielzahl Sensoren zu erfassen und eine Vielzahl Aktuatoren der Kraftmaschine 12 über mehrere diskrete Leitungen zu steuern. Der Einfachheit halber ist das Steuermodul 23 allgemein mit einer bidirektionalen Schnittstelle mit der Kraftmaschine 12 und dem Elektromotor 16 gezeigt, und es kann ausgebildet sein, um Signale zu empfangen, die verschiedene Parameter angeben, wie beispielsweise eine Nockenwellenposition. In Ansprechen auf diese Signale kann das Steuermodul 23 einen oder mehrere Aktuatoren steuern, wie beispielsweise Ventile.
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Das Fahrzeug 8 weist ferner einen Nockenphasensteller 10 auf, um die zeitliche Einstellung bezüglich der Drehung einer Nockenwelle (nicht gezeigt) zu regeln. Spezieller kann die zeitliche Einstellung der Nockenwelle bezogen auf eine andere Nockenwelle oder bezogen auf einen Ort des Kolbens in der Kraftmaschine 12 nach früh oder nach spät verstellt werden. Der Nockenphasensteller 10 regelt die Nockenwelle basierend auf Ausgangssignalen von einem Nockenpositionssensor 33. Der Nockenpositionssensor 33 kann einen Sensor mit variabler Reluktanz oder einen Halleffektsensor umfassen, ohne auf diese beschränkt zu sein. Der Nockenpositionssensor 33 kann Ausgangspositionssignale, welche die Drehposition der Nockenwelle angeben, an das Steuermodul 23 übertragen. Daher ist der Nockenpositionssensor 33 elektrisch mit dem Steuermodul 23 verbunden. In Ansprechen auf die Ausgangspositionssignale von dem Nockenpositionssensor 33 kann das Steuermodul 23 ein oder mehrere pulsweitenmodulierte Steuerventile (PWM-Steuerventile) 25 und ein Ein/Aus-Steuerventil 27 steuern. Das Ein/Aus-Steuerventil 27 und das PWM-Steuerventil 25 stehen mit einer Fluidquelle 19, die ein Fluid wie etwa Öl enthält, in fluidtechnischer Verbindung. Das PWM-Steuerventil 25 und das Ein/Aus-Steuerventil 27 sind elektrisch mit dem Steuermodul 23 verbunden. Das Steuermodul 23 kann ein PWM-Befehlssignal an das PWM-Steuerventil 25 senden. Beim Empfangen des PWM-Befehlssignals wird das PWM-Steuerventil 25 betätigt, um den Nockenphasensteller 10 nach früh oder nach spät zu verstellen. Zusätzlich kann das Steuermodul 23 ein Ein/Aus-Befehlssignal an das Ein/Aus-Steuerventil 27 senden. Beim Empfangen des Ein/Aus-Befehlssignals verriegelt oder entriegelt das Ein/Aus-Steuerventil 27 den Nockenphasensteller 10. Der Nockenphasensteller 10, der Nockenpositionssensor 33, das PWM-Steuerventil 25 und das Ein/Aus-Steuerventil 27 können gemeinsam als ein Nockenphasenstellersystem 17 bezeichnet werden.
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2 stellt schematisch einen Nockenphasensteller 10 dar, der Teil des Fahrzeugs 8 (1) sein kann. Der Nockenphasensteller 10 weist eine Scheibe, ein Ritzel oder ein Zahnrad 14 für einen Eingriff mit einem Riemen, einer Kette oder einem Zahnrad (nicht gezeigt) auf, die funktional mit einer Kraftmaschinen-Kurbelwelle (nicht gezeigt) verbunden sind. Dementsprechend ist das Ritzel 14 zur Drehung um eine Achse 18 über die Kette durch die Kraftmaschinen-Kurbelwelle antreibbar. Der Nockenphasensteller 10 weist auch einen Stator 22 auf, der bezogen auf das Ritzel 14 für eine einheitliche Drehung mit diesem um die Achse 18 befestigt ist. Der Stator 22 weist eine innere Statorfläche 26 auf, die eine Kammer 30 definiert. Die innere Statorfläche 26 ist im Wesentlichen zylindrisch, weist aber eine erste, zweite und dritte Nase 34, 35, 36 auf, die sich radial nach innen (in Richtung der Achse 18) erstrecken. Obwohl die Zeichnungen drei Nasen 34, 35, 36 zeigen, wird in Betracht gezogen, dass der Stator 22 mehr oder weniger Nasen aufweisen kann.
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Der Nockenphasensteller 10 weist auch einen Rotor 38 auf, der in der Kammer 30 angeordnet ist. Der Rotor 38 ist drehbar mit dem Stator 22 gekoppelt und weist einen Nabenabschnitt 42 mit einer im Wesentlichen zylindrischen Außenfläche 44 auf. Daher kann sich der Rotor 38 bezogen auf den Stator 22 zumindest zwischen einer ersten Zwischenposition oder „Endparkposition“ (6) und einer zweiten Zwischenposition oder „mittleren Parkposition“ (2) drehen, wie es nachstehend im Detail beschrieben ist. Ferner weist der Rotor 38 einen ersten, zweiten und dritten Flügel 46, 47, 48 auf, die sich von dem Nabenabschnitt 42 nach außen erstrecken. Obgleich die Zeichnungen drei Flügel zeigen, wird in Betracht gezogen, dass der Rotor 38 mehr oder weniger Flügel aufweisen kann. Unabhängig von der Anzahl der Flügel berührt jeder Flügel 46, 47, 48 einen jeweiligen zylindrischen Abschnitt der inneren Statorfläche 26 des Stators 22. Jeder der Flügel 46, 47, 48 ist zwischen zwei der Nasen 34, 35, 36 angeordnet. Beispielsweise ist der erste Flügel 46 bei der gezeigten Ausführungsform zwischen der ersten und der zweiten Nase 34, 35 angeordnet; der zweite Flügel 47 ist zwischen der zweiten und der dritten Nase 35, 36 angeordnet; und der dritte Flügel 48 ist zwischen der ersten und der dritten Nase 34, 36 angeordnet. Jede der ersten, zweiten und dritten Nase 34, 35, 36 berührt einen zylindrischen Abschnitt der äußeren Rotorfläche 44 des Rotors 38.
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Die erste Nase 34 kann von dem ersten Flügel 46 beabstandet sein. Somit können der Rotor 38 und der Stator 22 gemeinsam eine erste Kammer 50 zwischen der ersten Nase 34 und dem ersten Flügel 46 definieren. Die erste Nase 34 kann auch von dem dritten Flügel 48 beabstandet sein. Dementsprechend können der Rotor 38 und der Stator 22 zusammen eine zweite Kammer 54 zwischen der ersten Nase 34 und dem dritten Flügel 48 definieren. Die zweite Nase 35 kann von dem ersten Flügel 46 beabstandet sein. Folglich können der Rotor 38 und der Stator 22 gemeinsam eine dritte Kammer 49 zwischen der zweiten Nase 35 und dem ersten Flügel 46 definieren. Die zweite Nase 35 kann von dem zweiten Flügel 47 beabstandet sein. Daher definieren der Rotor 38 und der Stator 22 gemeinsam eine vierte Kammer 37 zwischen der zweiten Nase 35 und dem zweiten Flügel 47. Der zweite Flügel 47 kann von der dritten Nase 36 beabstandet sein. Dementsprechend können der Rotor 38 und der Stator 22 eine fünfte Kammer 39 zwischen dem zweiten Flügel 47 und der dritten Nase 36 definieren. Die dritte Nase 36 kann von dem dritten Flügel 48 beabstandet sein. Der Rotor 38 und der Stator 22 können daher eine sechste Kammer 41 zwischen der dritten Nase 36 und dem dritten Flügel 48 definieren. Die Kammern 50, 54, 49, 37, 39 und 30 können durch Hydraulikfluid selektiv mit Druck beaufschlagt werden, um zu bewirken, dass sich der Rotor 38 bezogen auf den Stator 22 um die Achse 18 dreht, und um dadurch die zeitliche Ventileinstellung der Kraftmaschine 12 zu ändern.
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Der Rotor 38 kann bezüglich der Nockenwelle (nicht gezeigt) befestigt sein. Dementsprechend verstellt eine Drehung des Rotors 38 bezogen auf den Stator 22 in einer Richtung (z.B. in der ersten Drehrichtung R1) die zeitliche Ventileinstellung nach früh. Alternativ kann eine Drehung des Rotors 38 bezogen auf den Stator 22 in der ersten Drehrichtung R1 die zeitliche Ventileinstellung nach spät verstellen. Lediglich zu Veranschaulichungszwecken zeigt 2 die Autorität oder den Bereich 31 des Phasenstellers 10 für die Nockenverstellung nach früh. Eine Drehung des Rotors 38 bezogen auf den Stator 22 in der anderen Richtung (z.B. in der zweiten Drehrichtung R2) verstellt die zeitliche Ventileinstellung nach spät. Alternativ kann eine Drehung des Rotors 38 bezogen auf den Stator 22 in der zweiten Drehrichtung R2 die zeitliche Ventileinstellung nach früh verstellen. Lediglich zu Veranschaulichungszwecken zeigt 2 die Autorität oder den Bereich 43 für die Nockenverstellung nach spät. Die Bewegung des Rotors 38 bezogen auf den Stator 22 ist durch den Eingriff zwischen den Nasen 34, 35, 36 und den Flügeln 46, 47, 48 begrenzt. Beispielsweise kann eine maximale Verstellung der zeitlichen Ventileinstellung nach früh erfolgen, wenn der zweite Flügel 47 die dritte Nase 36 berührt, und eine maximale Verstellung der zeitlichen Ventileinstellung nach spät kann erfolgen, wenn der zweite Flügel 47 die zweite Nase 35 berührt.
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Typische Nockenphasensteller weisen eine mechanische Anschlagsposition auf, indem der Eingriff zwischen dem Stator und dem Rotor verwendet wird, um die Drehbewegung des Rotors bei einem Abschalten der Kraftmaschine zu stoppen. Um die Motorleistung während eines Kraftmaschinenstarts zu verbessern, ist es jedoch wünschenswert, den Nockenphasensteller bei einer Zwischenposition zu verriegeln, bei der dieser natürliche Anschlag nicht vorhanden ist, d.h., bei der der Rotor nicht an dem Stator ruht. Bei Hybridfahrzeugen ist es wünschenswert, den Nockenphasensteller während eines Kraftmaschinen-Kaltstarts und eines Kraftmaschinen-Warmstarts bei unterschiedlichen Zwischenpositionen zu verriegeln. Wie hierin verwendet, bedeutet der Ausdruck „Kraftmaschinen-Kaltstart“, dass die Kraftmaschine 12 startet, nachdem sie für eine vorbestimmte Zeitdauer ausgeschaltet war, und dass sie daher kalt oder zumindest nicht heiß ist. Beispielsweise kann ein Kraftmaschinen-Kaltstart in einer Garage erfolgen, wenn der Fahrzeugbediener die Kraftmaschine an einem Tag zum ersten Mal startet. Bei einem Hybridfahrzeug kann ein Kraftmaschinen-Kaltstart beispielsweise auftreten, wenn der Elektromotor inaktiv ist. Der „Kraftmaschinen-Warmstart“ erfolgt, nachdem die Kraftmaschine während eines Hybridbetriebs abgeschaltet wurde, bei welchem das Fahrzeug 8 einen Elektromotor als Antrieb verwendet. Der Kraftmaschinen-Warmstart kann auch während eines Start-/Stopp-Betriebs erfolgen, bei dem die Kraftmaschine abgeschaltet wird, wenn bestimmte Bedingungen erfüllt sind. Beispielsweise kann die Kraftmaschine abgeschaltet werden, wenn das Fahrzeug an einer Verkehrsampel stoppt. Bei einem Hybridfahrzeug kann ein Kraftmaschinen-Kaltstart beispielsweise erfolgen, während der Elektromotor aktiv ist. Da sich optimale Kraftmaschinenbedingungen für „Kaltstarts“ und „Warmstarts“ unterscheiden können, ist es wünschenswert, eine Nockenphaseneinstellung zu entwickeln, die in der Lage ist, bei einer ersten Zwischenposition, die für Kraftmaschinen-Warmstarts optimal ist, und bei einer zweiten Zwischenposition, die für Kraftmaschinen-Kaltstarts optimal ist, verriegelt zu werden.
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Unter Bezugnahme auf 2 und 3 weist ein Verriegelungsmechanismus 56 einen ersten Verriegelungsstift 58 auf, der zumindest teilweise in einem ersten Loch 62 (z.B. einer zylindrischen Bohrung) angeordnet ist, das in dem ersten Flügel 46 gebildet ist. Speziell ist der erste Verriegelungsstift 58 in dem ersten Loch 62 beweglich angeordnet. Das erste Loch 62 und der erste Verriegelungsstift 58 sind derart ausgerichtet und bemessen, dass eine Bewegung des ersten Verriegelungsstifts 58 bezogen auf den Rotor 38 im Wesentlichen auf eine lineare Verschiebung parallel zu der Achse 18 begrenzt ist. Der erste Verriegelungsstift 58 ist bezogen auf den Rotor 38 zwischen einer ausgefahrenen Position und einer zurückgezogenen Position bewegbar, wie es in 3 gezeigt ist. In der ausgefahrenen Position steht der erste Verriegelungsstift 58 aus dem Rotorloch 62 hervor, und in der zurückgezogenen Position steht der erste Verriegelungsstift 58 im Wesentlichen nicht aus dem ersten Rotorloch 62 hervor.
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Eine erste oder vordere Abdeckung 66 ist bezüglich des Stators 22 befestigt, um ein Ende der Kammer 30 zu verschließen. Die erste Abdeckung 66 kann beispielsweise an dem Stator 22 befestigt sein. Eine zweite oder hintere Abdeckung 146 ist bezüglich des Stators 22 befestigt, um das andere Ende der Kammer 30 zu verschließen. Die zweite Abdeckung 146 kann beispielsweise an dem Stator 22 befestigt sein. Die erste Abdeckung 66 definiert einen Hohlraum (z.B. eine Höhlung), der als ein erster Verriegelungsstiftsitz 70 für den ersten Verriegelungsstift 58 wirkt. Alternativ kann der erste Verriegelungsstiftsitz 70 durch die zweite Abdeckung 146 definiert sein. Der erste Verriegelungsstiftsitz 70 ist in der ersten Abdeckung 66 derart angeordnet, dass der erste Verriegelungsstiftsitz 70 mit dem ersten Verriegelungsstift 58 ausgerichtet ist, wenn sich der Rotor 38 in einer „Endparkposition“ oder ersten Zwischenposition bezogen auf den Stator 22 befindet, wie es in 6 gezeigt ist, wobei der erste und der dritte Flügel 46, 48 nicht mit irgendeiner der ersten und der dritten Nase 34, 36 in Kontakt stehen. In der in „Endparkposition“ steht die zweite Nase 35 in Kontakt mit dem zweiten Flügel 47, die zweite Nase 35 steht jedoch nicht in Kontakt mit dem ersten Flügel 46. Ferner steht der zweite Flügel 47 in der in „Endparkposition“ nicht in Kontakt mit der dritten Nase 36. Dementsprechend ist das erste Loch 62 im Wesentlichen mit dem ersten Verriegelungsstiftsitz 70 ausgerichtet, wenn sich der Rotor 38 in der ersten Zwischenposition befindet. Wenn sich der Rotor 38 in der Endparkposition befindet und sich der erste Verriegelungsstift 58 in der ausgefahrenen Position befindet, befindet sich ein Teil des ersten Verriegelungsstifts 58 in dem ersten Verriegelungsstiftsitz 70, und ein anderer Teil des ersten Verriegelungsstifts 58 befindet sich in dem ersten Loch 62. Dementsprechend verriegelt der erste Verriegelungsstift 58 den Rotor 38 bezüglich der ersten Abdeckung 66 und des Stators 22. Eine erste Feder 74 ist in dem ersten Loch 62 angeordnet und spannt den ersten Verriegelungsstift 58 in Richtung der ausgefahrenen Position vor. Eine Halterung 75 kann teilweise innerhalb der ersten Feder 74 angeordnet sein, um die Abnutzung der ersten Feder 74 zu minimieren. Der erste Verriegelungsstift 58 ist zurückziehbar, indem ein hydraulischer Druck ausgeübt wird. Beispielsweise kann unter Druck stehendes Öl in das erste Loch 62 oder in den ersten Verriegelungsstiftsitz 70 zugeführt werden, um den ersten Verriegelungsstift 58 von dem ersten Verriegelungsstiftsitz 70 weg und in Richtung seiner zurückgezogenen Position zu bewegen. Wenn der erste Verriegelungsstiftsitz 70 nicht korrekt mit dem ersten Verriegelungsstift 58 ausgerichtet ist, wie es in 6 gezeigt ist, kann der erste Verriegelungsstift 58 nicht in den ersten Verriegelungsstiftsitz 70 eintreten, und daher wird der Rotor 38 nicht verriegelt. Wenn sich der Rotor 38 in der zweiten Zwischenposition oder „mittleren Parkposition“ befindet, ist der erste Verriegelungsstiftsitz 70 nicht mit dem ersten Verriegelungsstift 58 ausgerichtet, wodurch verhindert wird, dass der erste Verriegelungsstift 58 in den ersten Verriegelungsstiftsitz 70 eintritt. Daher ist der erste Verriegelungsstiftsitz 70 nicht mit dem ersten Loch 62 ausgerichtet, wenn sich der Rotor 22 in der zweiten Zwischenposition befindet, wodurch verhindert wird, dass der erste Verriegelungsstift 58 in den ersten Verriegelungsstiftsitz 70 eintritt.
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Unter Bezugnahme auf 4 und 5 kann es wünschenswert sein, wie Fachleute verstehen werden, den Rotor 38 bezogen auf den Stator 22 in einer „mittleren Parkposition“ oder zweiten Zwischenposition zu verriegeln, wie sie in 2 gezeigt ist, d.h., in welcher der erste, zweite und dritte Flügel 46, 47, 48 nicht mit irgendeiner der ersten, zweiten und dritten Nase 34, 35, 36 in Kontakt stehen. Bei einem Kraftmaschinenstart befindet sich der Nockenphasensteller 10 in der mittleren Parkposition (6). Öl 260, das durch eine Kraftmaschinen-Ölpumpe (nicht gezeigt) unter Druck gesetzt wird, tritt in einen Durchgang 264 ein (der in dem zweiten Flügel 47 gebildet ist) und beaufschlagt die erste und die zweite Flügelkammer 268, 272 gleichermaßen mit Druck. Der zweite Flügel 47 definiert ein zweites Loch 276 (z.B. eine zylindrische Bohrung), und zwei Verriegelungsstifte 280, 284 sind in dem zweiten Loch 276 parallel zu der Achse 18 selektiv verschiebbar. Der Verriegelungsstift 280 kann auch als der zweite Verriegelungsstift bezeichnet werden, und der Verriegelungsstift 284 kann als der dritte Verriegelungsstift bezeichnet werden. Der zweite Verriegelungsstift 280 wirkt mit der Fläche des zweiten Lochs 276 zusammen, um die erste Flügelkammer 268 zu definieren. Der zweite und der dritte Verriegelungsstift 280, 284 können als die Zwischenstifte bezeichnet werden. Der dritte Verriegelungsstift 284 wirkt mit der Fläche des zweiten Lochs 276 zusammen, um die zweite Flügelkammer 272 zu definieren. Eine zweite Feder 288 ist zwischen dem zweiten und dem dritten Verriegelungsstift 280, 284 in dem zweiten Loch 276 angeordnet und spannt den zweiten und den dritten Verriegelungsstift 280, 284 voneinander weg und in Richtung jeweiliger ausgefahrener Positionen vor. Wenn der Öldruck auf die erste und die zweite Flügelkammer 268, 272 ausgeübt wird, überwindet der Druck die Vorspannung der zweiten Feder 288, und der zweite sowie der dritte Verriegelungsstift 280, 284 werden aufeinander zu zurückgezogen, wodurch sie außer Eingriff des zweiten und des dritten Verriegelungsstiftsitzes 292, 296 gelangen und eine Bewegung des Rotors 38 bis zu den Grenzen ermöglichen, die durch den Stator gegeben sind. Der zweite und der dritte Verriegelungsstiftsitz 292, 296 sind jeweils in der ersten bzw. der zweiten Abdeckung 66, 146 gebildet. Die erste und die zweite Abdeckung 66, 146 sind an dem Stator 22 befestigt.
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Die zweite Feder 288 ist derart konstruiert, dass weder der zweite Verriegelungsstift 280 noch der dritte Verriegelungsstift 284 vor dem Minimum des Betriebsdrucks außer Eingriff gelangen, sie ermöglicht aber dennoch das Lösen beider Stifte bei dem maximalen Betriebsdruck. Den Kammern 50, 54, 49, 37, 39 und 30 wird ein Öldruck, der für Nockenphasensteller typisch ist, unter Verwendung eines Schieberventils mit drei Positionen zugeführt. Die erste und die zweite Flügelkammer 268, 272 verwenden eine zusätzliche Ölversorgung unter Verwendung eines Ein/Aus-Steuerventils 27 (1), und sie können mit diesem Öl versorgt werden, um den zweiten und den dritten Verriegelungsstift 280, 284 von dem zweiten bzw. dem dritten Verriegelungsstiftsitz 292, 296 zu lösen.
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Bei einer Kraftmaschinenabschaltung werden der zweite und der dritte Verriegelungsstift 280, 284 in den zweiten bzw. dritten Verriegelungsstiftsitz 292, 296 bewegt, um den Rotor 38 in seiner mittleren Parkposition zu verriegeln. Wenn sich der Rotor 38 nicht in der zweiten Zwischenposition befindet, ist das zweite Loch 276 nicht mit dem zweiten und dem dritten Verriegelungsstiftsitz 292, 296 ausgerichtet, wodurch verhindert wird, dass der zweite und der dritte Verriegelungsstift 280, 284 in den zweiten bzw. dritten Verriegelungsstiftsitz 292, 296 eintreten. Der Öldruck, der auf die Verriegelungsstifte 280, 284 mittels der ersten und der zweiten Flügelkammer 268, 272 ausgeübt wird, wird unter Verwendung des Ein/Aus-Steuerventils 27 (1) entfernt, wenn die Kraftmaschine 12 ausgeschaltet wird. Während die Kraftmaschine ausgeschaltet wird, stoppt die Kraftmaschine 12, und der Elektromotor 16 kann inaktiv werden (d.h., dass er ausgeschaltet wird). Nachdem der Öldruck von dem zweiten und dem dritten Verriegelungsstift 280, 284 entfernt ist, kann die zweite Feder 288 eine Vorspannkraft auf den zweiten und den dritten Verriegelungsstift 280, 284 in die Richtung seines jeweiligen zweiten und dritten Verriegelungsstiftsitzes 292, 296 ausüben. Eine hydraulische Verriegelung aufgrund des ersten und des zweiten Stiftlochs 310, 312 an den Enden des zweiten und des dritten Verriegelungsstifts 280, 284 tritt nicht auf. Die längliche Natur des zweiten und des dritten Verriegelungsstiftsitzes 292, 296 gibt dem zweiten und dem dritten Verriegelungsstift 280, 284 Zeit, in die Verriegelungsstiftsitze 292 und 296 zu fallen, wenn sich der Rotor 38 zu einer angewiesenen Abschaltposition bewegt.
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In seiner endgültigen Ruheposition steht der dritte Verriegelungsstift 284 mit der Wand 316 des dritten Verriegelungsstiftsitzes 296 in Kontakt, während eine erste Lücke 320 zwischen dem dritten Verriegelungsstift 284 und der Wand 324 des dritten Sitzes 296 existiert. Auf ähnliche Weise steht der zweite Verriegelungsstift 280 an seiner endgültigen Ruheposition mit der Wand 328 des zweiten Verriegelungsstiftsitzes 292 in Kontakt, während eine zweite Lücke 332 zwischen dem zweiten Verriegelungsstift 280 und der Wand des zweiten Verriegelungsstiftsitzes 292 existiert. Einer der Verriegelungsstifte 280, 284 kann vor dem anderen mit seinem jeweiligen Verriegelungsstiftsitz 292, 296 in Eingriff gelangen.
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Die erste Abdeckung 66 weist eine erste Fläche 344 auf, die dem Rotor 38 zugewandt ist und die den zweiten Verriegelungsstiftsitz 292 umgibt. Die zweite Abdeckung 146 weist eine zweite Fläche 340 auf, die dem Rotor 38 und der ersten Fläche 344 zugewandt ist und die den dritten Verriegelungsstiftsitz 296 umgibt. Der Rotor 38 ist bezogen auf den Stator 22 um die Achse 18 selektiv drehbar.
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7 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren 300 zum Steuern des Fahrzeugs 8 darstellt. Gemäß dem Verfahren 300 repräsentiert der Schritt 302 einen Kraftmaschinen-Kaltstart. Wie hierin verwendet, bedeutet der Ausdruck „Kraftmaschinen-Kaltstart“, dass die Kraftmaschine 12 startet, nachdem sie für eine vorbestimmte Zeitdauer abgeschaltet war und daher kalt oder zumindest nicht heiß ist. Beispielsweise kann ein Kraftmaschinen-Kaltstart in einer Garage erfolgen, wenn der Fahrzeugbediener die Kraftmaschine 12 an einem Tag zum ersten Mal startet. Während eines normalen Kraftmaschinen-Kaltstarts kann der Elektromotor 16 ausgeschaltet sein (d.h. inaktiv sein), und unter Druck stehendes Öl 260 tritt durch Durchgänge (nicht gezeigt) in dem Rotor 38 in die Kammern 50, 54, 49, 37, 39, 30 (2) ein. Das unter Druck stehende Öl 260 kann in die Kammern 50, 54, 49, 37, 39, 30 durch den Nocken (nicht gezeigt) zugeführt werden, und die Strömung des unter Druck stehenden Öls 260 kann durch das PWM-Ölsteuerventil 25 gesteuert werden.
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Sobald der Öldruck in den Kammern 50, 54, 49, 37, 39, 30 (2) für eine Steuerung geeignet ist, beginnt die Kraftmaschine 12 bei Schritt 304 zu arbeiten, und das Ein/Aus-Steuerventil 27 wird betätigt, um unter Druck stehendes Öl 260 in die erste und die zweite Flügelkammer 268, 272 (5) zuzuführen, um den zweiten und den dritten Verriegelungsstift 280, 284 (5) aus dem zweiten bzw. dem dritten Verriegelungsstiftsitz 292, 296 zurückzuziehen. Das Nockenphasenstellersystem 17 (1) kann nun die nach früh und nach spät verstellten Nockenpositionen unter Verwendung des PWM-Steuerventils 25 steuern. Speziell kann das PWM-Steuerventil 25 den Öldruck in den Kammern 50, 54, 49, 37, 39, 30 steuern, wie es in der Technik bekannt ist, um die Winkelposition des Rotors 38 bezogen auf den Stator 22 zu steuern.
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Bei Schritt 306 stoppt die Kraftmaschine 12. Anschließend ermittelt das Steuermodul 23 (1) bei Schritt 308 das Verfahren des Kraftmaschinenstopps. Insbesondere ermittelt das Steuermodul 23, ob die Kraftmaschine 12 aufgrund eines normalen Abschaltvorgangs mit Schlüssel durch den Fahrzeugbediener oder aufgrund eines Hybridbetriebs oder eines Start-/Stopp-Systems gestoppt wird. Der normale Abschaltvorgang mit Schlüssel tritt auf, wenn der Fahrzeugbediener die Kraftmaschine 12 manuell stoppt, indem beispielsweise der Fahrzeugschlüssel aus der Zündung (nicht gezeigt) entfernt wird. Die Kraftmaschine 12 kann während eines Hybridbetriebs gestoppt werden, wenn das Fahrzeug 8 den Elektromotor 16 (und nicht die Kraftmaschine 12) zum Antreiben des Fahrzeugs 8 verwendet. Das Fahrzeug 8 kann auch ein Start-/Stopp-System aufweisen (nicht gezeigt), bei dem die Kraftmaschine 12 gestoppt wird, wenn bestimmte Bedingungen erfüllt sind. Beispielsweise kann das Start-/Stopp-System die Kraftmaschine 12 abschalten, wenn das Fahrzeug 8 an einer Verkehrsampel stoppt. Um die Art des Kraftmaschinenstopps zu ermitteln, kann das Steuermodul 23 ermitteln, ob der Kraftmaschinenstopp aufgetreten ist, während der Elektromotor 16 aktiv oder inaktiv war. Beispielsweise kann das Steuermodul 23 ermitteln, ob der Elektromotor 16 aktiv oder inaktiv bleibt, nachdem die Kraftmaschine 12 gestoppt ist.
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Wenn das Steuermodul 23 ermittelt, dass die Kraftmaschine 12 aufgrund eines manuellen Abschaltvorgangs gestoppt wird, weist das Steuermodul 23 das Nockenphasenstellersystem 17 bei Schritt 311 an, den Rotor 38 des Nockenphasenstellers 10 in die zweite Zwischenposition zu bewegen. Wenn der Elektromotor 16 beispielsweise inaktiv ist (d.h. ausgeschaltet ist), nachdem die Kraftmaschine bei Schritt 306 stoppt, weist das Steuermodul 23 das Nockenphasenstellersystem 17 an, den Rotor 38 in die zweite Zwischenposition zu bewegen. Speziell steuert das Nockenphasenstellersystem 17 den Öldruck in den Kammern 50, 54, 49, 37, 39, 30 unter Verwendung des PWM-Steuerventils 25, um den Rotor 38 bezogen auf den Stator 22 zu drehen, bis der Rotor 38 die zweite Zwischenposition erreicht, wie sie in 2 gezeigt ist. Wenn sich der Rotor 38 bezogen auf den Stator 22 in der zweiten Zwischenposition befindet, sind der zweite und der dritte Verriegelungsstift 280, 284 mit dem zweiten bzw. dem dritten Verriegelungsstiftsitz 292, 296 ausgerichtet. Dementsprechend ist das zweite Loch 276 im Wesentlichen mit dem zweiten und dem dritten Verriegelungsstiftsitz 292, 296 ausgerichtet, wenn sich der Rotor 38 in der zweiten Zwischenposition befindet. Anschließend weist das Steuermodul 23 das Ein/Aus-Steuerventil 27 bei Schritt 313 an, die Zufuhr des Öls zu der ersten und der zweiten Flügelkammer 268, 272 abzuschalten. Infolgedessen spannt die zweite Feder 288 den zweiten und den dritten Verriegelungsstift 280, 284 in die Richtung des zweiten bzw. des dritten Verriegelungsstiftsitzes 292, 296 vor. Sobald der zweite und der dritte Verriegelungsstift 280, 284 in dem zweiten bzw. dem dritten Verriegelungsstiftsitz 292, 296 angeordnet sind, ist der Nockenphasensteller 10 verriegelt, und der Rotor 38 kann sich nicht bezüglich des Stators 22 bewegen. An diesen Punkt wird die Kraftmaschine 12 abgeschaltet, und sie ist für einen Kraftmaschinen-Kaltstart bereit.
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Wenn das Steuermodul 23 ermittelt, dass die Kraftmaschine 12 aufgrund eines Hybridbetriebs oder eines Betriebs eines Start-/Stopp-Systems gestoppt wird, weist das Steuermodul 23 das Nockenphasenstellersystem 17 bei Schritt 314 an, den Rotor 38 in die erste Zwischenposition zu bewegen. Wenn das Steuermodul 23 beispielsweise ermittelt, dass der Elektromotor 16 aktiv ist (d.h. eingeschaltet ist), nachdem die Kraftmaschine 12 gestoppt ist, weist das Steuermodul 23 an, dass der Rotor 38 in die erste Zwischenposition bezogen auf den Stator 22 bewegt wird. Speziell steuert das Nockenphasenstellersystem 17 den Öldruck in den Kammern 50, 54, 49, 37, 39, 30 unter Verwendung des PWM-Steuerventils 25, um den Rotor 38 bezogen auf den Stator 22 zu drehen, bis der Rotor 38 die erste Zwischenposition erreicht. In der ersten Zwischenposition ist der erste Verriegelungsstiftsitz 70 mit dem ersten Verriegelungsstift 58 ausgerichtet. Anschließend weist das Steuermodul 23 das Ein/Aus-Steuerventil 27 (1) bei Schritt 315 an, die Zufuhr des Öls zu dem ersten Loch 62 oder zu dem ersten Verriegelungsstiftsitz 70 abzuschalten. Infolgedessen spannt die erste Feder 74 den ersten Verriegelungsstift 58 in die Richtung des ersten Verriegelungsstiftsitzes 70 vor. Sobald der erste Verriegelungsstift 58 teilweise in dem ersten Verriegelungsstiftsitz 70 angeordnet ist, ist der Nockenphasensteller 10 verriegelt, und der Rotor 38 kann sich nicht bezogen auf den Stator 22 bewegen. An diesem Punkt wird die Kraftmaschine 12 abgeschaltet, und sie ist für einen Kraftmaschinen-Warmstart bereit. Bei Schritt 318 kann die Kraftmaschine effizient einen Warmstart beginnen. Der Kraftmaschinen-Warmstart bezieht sich auf die Situation, in welcher die Kraftmaschine 12 startet, nachdem sie aufgrund eines Hybridbetriebs oder eines Betriebs eines Start-/Stopp-Systems gestoppt wurde (wie es vorstehend diskutiert wurde). Nach dem Kraftmaschinen-Warmstart kann die Kraftmaschine 12 bei Schritt 304 mit dem Betrieb fortfahren. Während des normalen Kraftmaschinenbetriebs kann das Nockenphasenstellersystem 17 damit fortfahren, den Betrieb des Nockenphasenstellers 10 unter Verwendung des PWM-Ventils 25 zu steuern, wie es in der Technik bekannt ist.
