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Die Erfindung betrifft eine Nockenwellenverstellvorrichtung.
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Es sind bereits Nockenwellenverstellvorrichtungen bekannt, die einen Nockenwellenversteller zur Verstellung einer Phasenlage zwischen einer Nockenwelle und einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine, der eine Mittenverriegelung zur mechanischen Verriegelung der Phasenlage in einer Verriegelungsposition umfasst, eine hydraulische Steuerung, die dazu vorgesehen ist, den Nockenwellenversteller mit Betriebsmittel für eine Verstellung der Phasenlage der Nockenwelle zu versorgen, und bestromte Aktoren zur aktiven Verstellung der Phasenlage in die Verriegelungsposition aufweisen. Weiterhin bekannt sind Nockenwellenverstellvorrichtungen die unter Ausnutzung von Wechselmomenten der Nockenwelle mit Hilfe von Zwischenraststufen in die Verriegelungsposition gelangen. Diesen Lösungen ist gemeinsam, dass eine zuverlässige Funktion nur in einem eingeschränkten Betriebstemperaturbereich und dem Vorhandensein von Wechselmomenten gegeben ist.
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Der Erfindung liegt insbesondere die Aufgabe zugrunde, eine robuste und stabile Nockenwellenverstellvorrichtung bereitzustellen die unabhängig dem Vorhandensein von Wechselmomenten und Betriebstemperatur funktioniert. Sie wird durch eine erfindungsgemäße Ausgestaltung entsprechend dem Anspruch 1 gelöst. Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
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Die Erfindung geht aus von einer Nockenwellenverstellvorrichtung, mit einem Nockenwellenversteller zur Verstellung einer Phasenlage zwischen einer Nockenwelle und einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine, der eine mechanische Verriegelung der Phasenlage in einer Verriegelungsposition aufweist, die sich nicht an den Endanschlägen befindet, im Nachfolgenden Mittenverriegelung genannt, und mit einer hydraulischen Steuerung, die dazu vorgesehen ist, den Nockenwellenversteller mit Betriebsmittel für eine Verstellung der Phasenlage der Nockenwelle zu versorgen.
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Es wird vorgeschlagen, dass die Mittenverriegelung einen Steuermechanismus aufweist, der dazu vorgesehen ist, die Phasenlage mittels der hydraulischen Steuerung selbstständig in Richtung der Verriegelungsposition zu verstellen. Unter einem „Nockenwellenversteller” soll in diesem Zusammenhang eine Vorrichtung verstanden werden, die dazu vorgesehen ist, eine Phasenlage der Nockenwelle relativ zu der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine zu verstellen. Insbesondere umfasst der Nockenwellenversteller eine Mehrzahl von paarweise angeordneten Kammern, wobei zur Verstellung der Phasenlage von zwei benachbarten Kammern jeweils eine durch Zuführung eines Betriebsmittels mit Druck beaufschlagt wird und die jeweils andere drucklos geschaltet wird. Unter einer „Mittenverriegelung” soll in diesem Zusammenhang eine Verriegelungsvorrichtung verstanden werden, die dazu vorgesehen ist, bei einer Motorabschaltung eine Phasenlage zwischen der Nockenwelle und der Kurbelwelle mechanisch in einer Verriegelungsposition zwischen zwei Endstellungen eines Stellbereichs des Nockenwellenverstellers zu fixieren. Die Verriegelungsposition kann beliebig zwischen den Endlagen liegen. Unter „fixieren” soll in diesem Zusammenhang verstanden werden, dass die Mittenverriegelung mechanisch einer Verstellung der Phasenlage aus der Verriegelungsposition entgegenwirkt, sodass die Phasenlage mit einem maximalen Spiel von 1 Grad, vorteilhaft von maximal 0,5 Grad in der Verriegelungsposition gehalten wird. Unter einer „hydraulischen Steuerung” soll in diesem Zusammenhang eine Hydraulikeinheit verstanden werden, die dazu vorgesehen ist, den Nockenwellenversteller mit einem Betriebsmittel zur Druckbeaufschlagung der Kammern zu versorgen. Bevorzugt wird als Betriebsmittel das Motorenöl der Brennkraftmaschineverwendet, grundsätzlich kann das Betriebsmittel auch von anderen, einem Fachmann für eine Verwendung als Hydraulikflüssigkeit geeignet erscheinenden Betriebsflüssigkeiten gebildet sein. Darunter, dass „der Steuermechanismus dazu vorgesehen ist, die Phasenlage mittels der hydraulischen Steuerung selbstständig in Richtung der Verriegelungsposition zu verstellen”, soll in diesem Zusammenhang verstanden werden, dass der Steuermechanismus bei einem Abstellen der Brennkraftmaschine die hydraulische Steuerung derart schaltet, dass die Phasenlage der Nockenwelle relativ zu der Kurbelwelle in Richtung auf die Verriegelungsposition verstellt wird. Dadurch kann ein selbsttätiges Anfahren der Verriegelungsposition bei einer Abschaltung der Brennkraftmaschine, unabhängig von einer Temperatur der Brennkraftmaschine, einer Phasenlage der Nockenwelle relativ zu der Kurbelwelle und unabhängig von den wirkenden Momenten auf die Nockenwelle, bei der Abschaltung der Brennkraftmaschine erreicht werden. Es kann auf eine Einrichtung mit zusätzlichen Bauteilen zur aktiven Verstellung der Phasenlage, wie beispielsweise zu bestromenden Aktoren, verzichtet werden, wodurch eine robuste und stabile Nockenwellenverstellvorrichtung erreicht werden kann.
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Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass die hydraulische Steuerung mindestens ein, durch den Steuermechanismus betätigtes, Ventil umfasst, das für eine Einstellung einer Verstellrichtung des Nockenwellenverstellers vorgesehen ist. Dadurch kann eine Verstellung der Verstellrichtung des Nockenwellenverstellers, um die Verriegelungsposition anzufahren, mit einem geringen technischen Aufwand erreicht werden. Ferner kann das Anfahren der Verriegelungsposition unabhängig von Wechselmomenten der Nockenwelle erreicht werden.
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Weiterhin wird vorgeschlagen, dass der Steuermechanismus einen Stellkolben in Funktionseinheit mit einem mechanisch wirkenden Verriegelungsbolzen zur Betätigung des Ventils und eine Kulisse als Wirkpartner für den Verriegelungs Bolzens aufweist, die zusätzlich dazu vorgesehen ist, die Verstellrichtung in Abhängigkeit von der Phasenlage über die Position des Ventils einzustellen. Dadurch kann eine Umkehrung der Verstellrichtung des Nockenwellenverstellers, um die Verriegelungsposition anzufahren, mit einem geringen technischen Aufwand erreicht werden. Ferner kann das Anfahren der Verriegelungsposition unabhängig von Wechselmomenten der Nockenwelle erreicht werden.
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Ferner wird vorgeschlagen, dass die Mittenverriegelung einen Verriegelungsbolzen aufweist, der dazu vorgesehen ist, die Phasenlage mechanisch in der Verriegelungsposition zu verriegeln. Dadurch kann eine robuste und stabile Nockenwellenverriegelungsvorrichtung erreicht werden.
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Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Figurenbeschreibung. In den Figuren ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Die Figuren, die Figurenbeschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
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Dabei zeigen:
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1 eine schematische Darstellung einer hydraulischen Steuerung einer erfindungsgemäßen Nockenwellenverstellvorrichtung in einem Betriebszustand vor Ansteuerung einer Verriegelungsposition,
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2 eine Darstellung eines Nockenwellenverstellers der erfindungsgemäßen Nockenwellenverstellvorrichtung in dem Betriebszustand vor Ansteuerung einer Verriegelungsposition,
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3 eine schematische Darstellung der hydraulischen Steuerung der erfindungsgemäßen Nockenwellenverstellvorrichtung in einem Betriebszustand nach Ansteuerung einer Verriegelungsposition,
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4 eine Darstellung des Nockenwellenverstellers der erfindungsgemäßen Nockenwellenverstellvorrichtung in dem Betriebszustand nach Ansteuerung einer Verriegelungsposition,
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5 eine schematische Darstellung der hydraulischen Steuerung der erfindungsgemäßen Nockenwellenverstellvorrichtung in einem verriegelten Betriebszustand,
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6 eine Darstellung des Nockenwellenverstellers der erfindungsgemäßen Nockenwellenverstellvorrichtung in dem verriegelten Betriebszustand und
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7 eine schematische Darstellung eines Hydraulikschaltplans der hydraulischen Steuerung.
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Die 1 bis 7 zeigen eine Nockenwellenverstellvorrichtung 10, mit einem Nockenwellenversteller 11. Der Nockenwellenversteller 11 ist zur Verstellung einer Phasenlage zwischen einer Kurbelwelle und einer Nockenwelle einer Brennkraftmaschine vorgesehen. Die Brennkraftmaschine wird zum Antrieb eines Kraftfahrzeugs eingesetzt.
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Der Nockenwellenversteller 11 umfasst einen Flügelkolben 23, der dazu vorgesehen ist, drehfest mit der Nockenwelle verbunden zu werden, und ein Gehäuse 24, in dem der Flügelkolben 23 angeordnet ist (2). Der Flügelkolben 23 ist gegen das Gehäuse 24 verdrehbar. Der Flügelkolben 23 und das Gehäuse 24 bilden eine Mehrzahl von Verstellerkammern 25, 26 aus. Die Verstellerkammern 25, 26 sind jeweils paarweise angeordnet, wobei zwei benachbarte Verstellerkammern 25, 26 jeweils für unterschiedliche Verstellrichtungen vorgesehen sind. Jede der Kammern weist eine Stirnfläche auf, die durch den Flügelkolben 23 ausgebildet ist, und eine Stirnfläche, die durch das Gehäuse 24 ausgebildet ist. Die Stirnflächen sind jeweils in Umfangsrichtung gerichtet. Zur Verstellung der Phasenlage in die eine Verstellrichtung wird die erste Hälfte der Verstellerkammern 25, 26 mit Druck beaufschlagt, während gleichzeitig die zweite Hälfte der Verstellerkammern 25, 26 drucklos geschaltet wird. Zur Verstellung in die andere Verstellrichtung wird die zweite Hälfte der Verstellerkammern 25, 26 mit Druck beaufschlagt und die erste Hälfte der Verstellerkammern 25, 26 drucklos geschaltet. Zur Druckbeaufschlagung wird die jeweilige Hälfte der Verstellerkammern 25, 26, die mit Druck beaufschlagt wird, mit einem Betriebsmittel befüllt, wogegen die andere Hälfte der Verstellerkammern 25, 26 von dem Betriebsmittel entleert wird. Als Betriebsmittel wird in dem dargestellten Ausführungsbeispiel das Motorenöl der Brennkraftmaschine verwendet. In der 1 ist ein Paar von Verstellerkammern 25, 26 dargestellt.
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Die Nockenwellenverstellvorrichtung 10 weist eine hydraulische Steuerung 12 auf, die dazu vorgesehen ist, den Nockenwellenversteller 11 mit Betriebsmittel für eine Verstellung der Phasenlage der Nockenwelle zu versorgen (7). Die hydraulische Steuerung 12 umfasst ein Proportionalventil 13, das zur Regelung der Phasenlage der Nockenwelle vorgesehen ist. Über das Proportionalventil 13 wird eine Druckbeaufschlagung der Kammern des Nockenwellenverstellers 11 durch Regelung einer Menge an Betriebsmittel, das in die mit Druck zu beaufschlagende Hälfte der Verstellerkammern 25, 26 eingefüllt wird, eingestellt, um eine Verstellung der Phasenlage und eine Verstellgeschwindigkeit des Nockenwellenverstellers 11 zu regeln.
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Die hydraulische Steuerung 12 umfasst zudem ein Umschaltventil 14, das dazu vorgesehen ist, eine Verstellrichtung des Nockenwellenverstellers 11 zu ändern. Das Umschaltventil 14 schaltet zur Änderung der Verstellrichtung des Nockenwellenverstellers 11 eine Entleerung der bislang mit Betriebsmittel befüllten Verstellerkammer 25, 26 und eine Befüllung der bislang leeren Verstellerkammer 26, 25.
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Der Nockenwellenversteller 11 weist eine Mittenverriegelung 15 zur mechanischen Verriegelung der Phasenlage in einer Verriegelungsposition auf. Die Verriegelungsposition ist eine Position zwischen Endlagen eines Stellbereichs des Nockenwellenverstellers 11. Aus der Verriegelungsposition ist ein sicherer Start der Brennkraftmaschine auch bei kaltem Motor möglich. Die Mittenverriegelung 15 sichert die Phasenlage der Nockenwelle in der Verriegelungsposition mit einem maximalen Spiel von 1 Grad, vorteilhaft von maximal 0,5 Grad. Die Verriegelungsposition, in der die Mittenverriegelung 15 die Phasenlage verriegelt, ist von beiden Endlagen um einen Winkelbereich entfernt, der größer als das maximale Spiel ist. Die Verriegelungsposition kann dem Mittelpunkt zwischen den Endlagen des Stellbereichs des Nockenwellenverstellers 11 entsprechen, grundsätzlich aber beliebig zwischen den Endlagen liegen.
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Die Mittenverriegelung 15 weist einen Steuermechanismus 16 auf, der dazu vorgesehen ist, die Phasenlage mittels der hydraulischen Steuerung 12 selbstständig in Richtung der Verriegelungsposition zu verstellen. Der Steuermechanismus 16 ist darauf ausgerichtet, die Phasenlage selbständig in Richtung der Verriegelungsposition zu verstellen, sobald die Regelung der Phasenlage der Nockenwelle durch das Proportionalventil 13 bei Abschalten der Brennkraftmaschine beendet wird.
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Die hydraulische Steuerung 12 umfasst ein durch den Steuermechanismus 16 betätigtes Ventil 22, das für eine Einstellung einer Verstellrichtung des Nockenwellenverstellers 11 vorgesehen ist. Das durch den Steuermechanismus 16 betätigte Ventil 22 ist als Pilotventil ausgeführt, welches als Vorsteuerventil eine kleine Menge an Betriebsmittel zur Schaltung des Umschaltventils 14 einsetzt (1).
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Der Steuermechanismus 16 weist einen Bolzen 17 zur Betätigung des Ventils 22 und eine Kulisse 19 als Wirkpartner für den Bolzens 17 auf, die zudem dazu vorgesehen sind, die Verstellrichtung in Abhängigkeit von der Phasenlage einzustellen. Die Kulisse 19 weist eine nierenförmige Form auf. Der Bolzen 17 wird betätigt, sobald der Bolzen 17 in die Kulisse 19 einrastet (4). Durch Betätigung des Bolzens 17 und darauffolgende Betätigung des Ventils 22 wird die Verstellrichtung des Nockenwellenverstellers 11 umgestellt (3).
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Die Mittenverriegelung 15 weist einen Verriegelungsbolzen 18 auf, der dazu vorgesehen ist, die Phasenlage mechanisch in der Verriegelungsposition zu verriegeln. Der Verriegelungsbolzen 18 ist von dem Bolzen 17 zur Betätigung des Ventils 22 gebildet. Der Verriegelungsbolzen 18 hemmt eine Verstellung der Phasenlage der Nockenwelle in eine der Verstellrichtungen. Die Verstellrichtung, in die der Verriegelungsbolzen 18 die Verstellung der Phasenlage der Nockenwelle hemmt, stellt die Verstellrichtung dar, auf die durch Betätigung des Bolzens 17 umgeschaltet wird. Die Kulisse 19 ist räumlich so angeordnet, dass bei Eingriff des Bolzens 17 in die Kulisse 19 sich die Phasenlage der Nockenwelle zwischen der Verriegelungsposition und der Endposition befindet die bei nicht umgeschaltener Verstellrichtung angefahren wird. Der Verriegelungsbolzen 18 weist in dem dargestellten Ausführungsbeispiel eine Wirkrichtung in tangentialer Richtung auf. In alternativen Ausgestaltungen ist auch eine Wirkrichtung in radialer Richtung möglich.
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Die Mittenverriegelung 15 weist einen weiteren Verriegelungsbolzen 20 auf, der dazu vorgesehen ist, zusammen mit dem ersten Verriegelungsbolzen 18 die Phasenlage mechanisch in der Verriegelungsposition zu verriegeln. Der weitere Verriegelungsbolzen 20 hemmt eine Verstellung der Phasenlage der Nockenwelle in die Gegenrichtung der Verstellrichtung, auf die durch Betätigung des Bolzens 17 umgeschaltet wird. Die Mittenverriegelung 15 weist eine weitere Kulisse 21 auf, in der der weitere Verriegelungsbolzen 20 aufgenommen werden kann (6). Zur Verriegelung der Nockenwelle in der Verriegelungsposition hemmt der weitere Verriegelungsbolzen 20 die Verstellung der Phasenlage der Nockenwelle, nachdem der Bolzen 17 die Verstellrichtung des Nockenwellenverstellers 11 geändert hat (5). Sind sowohl der als Verriegelungsbolzen 18 ausgeführte Bolzen 17 als auch der weitere Verriegelungsbolzen 20 in der jeweiligen Kulisse 19, 21 aufgenommen, ist die Phasenlage in der Verriegelungsposition fest verriegelt. Der Steuermechanismus 16 umfasst ein Schaltventil 27 zur Entriegelung der Verriegelungsbolzen 18, 20, um bei einem Motorstart den Nockenwellenversteller 11 für den Betrieb zu entriegeln und beim Motorstopp die Verriegelung zu ermöglichen
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Nockenwellenverstellvorrichtung
- 11
- Nockenwellenversteller
- 12
- Steuerung
- 13
- Proportionalventil
- 14
- Umschaltventil
- 15
- Mittenverriegelung
- 16
- Steuermechanismus
- 17
- Bolzen
- 18
- Verriegelungsbolzen
- 19
- Kulisse
- 20
- Verriegelungsbolzen
- 21
- Kulisse
- 22
- Ventil
- 23
- Flügelkolben
- 24
- Gehäuse
- 25
- Verstellerkammer
- 26
- Verstellerkammer
- 27
- Schaltventil
- 28
- Gehäuseanschlag
