DE102015106262B3 - Verfahren zum Betreiben einer hydraulisch betriebenen Verstelleranordnung - Google Patents

Verfahren zum Betreiben einer hydraulisch betriebenen Verstelleranordnung Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Betreiben einer mittels einer Hydraulikflüssigkeit hydraulisch betriebenen Verstelleranordnung (100) zur Verstellung einer Phase einer Nockenwelle (102) einer Brennkraftmaschine mit Start-Stopp-Betrieb, wobei zur Verstellung der Phase ein Rotor (10) gegenüber einem Stator (40) der Verstelleranordnung (100) verschwenkt und abhängig von Betriebsparametern in eine Kaltstartposition oder in eine Warmstartposition gebracht und verriegelt wird.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer mittels einer Hydraulikflüssigkeit hydraulisch betriebenen Verstelleranordnung, insbesondere für eine Nockenwelle einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs.
  • Stand der Technik
  • Aus der US 2014/0083384 A1 ist ein Schwenkmotorversteller bekannt, der als ein hydraulischer Nockenwellenversteller eingesetzt ist. Der Schwenkmotorversteller verfügt über eine Zentrierungsvorrichtung, welche es erlaubt, den Rotor des Schwenkmotorversteller relativ zu dem Stator des Schwenkmotorverstellers einfach zu zentrieren und zu verriegeln, je nach Betriebszustand der Brennkraftmaschine, an der der Schwenkmotorversteller betrieben wird. Eine Zentrierungsvorrichtung hinsichtlich der Position des Rotors relativ zu dem Stator ist vorgesehen. Insbesondere ist ein Zentrierungsschlitz an dem Rotor und/oder Stator vorgesehen, der einen Leckagepfad für das Hydraulikfluid bereitstellt, und der sowohl von einer Rücklauf-, als auch einer Vorlaufdruckkammer über ein Druckregelventil abgeht. Dadurch ist der Rotor relativ zu dem Stator zentrierbar und verriegelbar. Damit wird ein Fail-safe-Verriegelungsmechanismus zur Verfügung gestellt, der im Fall einer Unterbrechung im Regelsignal, beispielsweise im Leerlauf oder bei einer fehlenden Bestromung des Magnetaktuators des Steuerventils des Schwenkmotorverstellers, den Rotor relativ zu dem Stator zentriert und verriegelt. Die Zentrierungsvorrichtung sorgt für ein effizientes Zentrieren und Verriegeln des Rotors relativ zum Stator, wenn beispielsweise die Brennkraftmaschine abgestellt wird, auch wenn das Hydraulikfluid kalt ist oder wenn der Hydraulikdruck niedrig ist. Auch kann ein Verriegelungsstift nicht entriegelt werden, da ein Restdruck in den Druckkammern verbleibt.
  • Aus der JP 2014 114 731 A ist ein gattungsgemäßes Verfahren zu entnehmen.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Eine Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Betreiben einer mittels einer Hydraulikflüssigkeit hydraulisch betriebenen Verstelleranordnung, insbesondere für eine Nockenwelle, zu schaffen, das es erlaubt, den Betrieb der Verstelleranordnung in günstiger Weise an unterschiedliche Betriebszustände einer Brennkraftmaschine anzupassen.
  • Die vorgenannten Aufgaben werden nach einem Aspekt der Erfindung gelöst mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs.
  • Günstige Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung.
  • Es wird ein Verfahren zum Betreiben einer mittels einer Hydraulikflüssigkeit hydraulisch betriebenen Verstelleranordnung zur Verstellung einer Phase einer Nockenwelle einer Brennkraftmaschine mit Start-Stopp-Betrieb vorgeschlagen, wobei zur Verstellung der Phase ein Rotor gegenüber einem Stator der Verstelleranordnung verschwenkt und abhängig von Betriebsparametern in eine Kaltstartposition oder in eine Warmstartposition gebracht und verriegelt wird.
  • Die Kaltstartposition und die Warmstartposition können frei gewählt und der Rotor der Verstelleranordnung darin gehalten und/oder verriegelt werden. Die Verriegelung kann je nach Ausführung der Verstelleranordnung mechanisch oder hydraulisch erfolgen, was unterschiedliche Betriebsweisen ermöglicht.
  • Die Verstelleranordnung umfasst in an sich bekannter Weise einen Versteller mit Rotor und Stator, ein Antriebsrad, sowie zumindest einen Hydraulikkreis zum Verstellen des Rotors gegenüber dem Stator.
  • Vorteilhaft können mit der geeigneten Wahl von Kaltstartposition und Warmstartposition und entsprechender Betriebsstrategie der Brennkraftmaschine Abgastemperaturen, Stickoxidemissionen, Klopfneigung, Wirkungsgrad und Verbrauch verbessert werden.
  • Nach einer günstigen Ausgestaltung kann der Rotor hydraulisch verriegelt und entriegelt werden. Hierzu kann der vorhandene Hydraulikkreislauf verwendet und durch einen Druckspeicher ergänzt werden. Der Druckspeicher stellt in Betriebszuständen der Brennkraftmaschine, in denen kein ausreichender Hydraulikfluiddruck und Hydraulikfluidvolumenstrom mehr oder noch nicht zur Verfügung steht, der Verstelleranordnung einen Hydraulikfluiddruck und Hydraulikfluidvolumenstrom bereit, der ausreicht, um beispielsweise den Rotor der Verstelleranordnung aus einer Verriegelung zu lösen und in eine andere Verriegelungsposition zu bewegen. Dabei kann die Bewegung des Rotors durch eventuelle Reibmomente des Nockenwellenverstellers sowie eine üblicherweise bei Nockenwellenverstellern vorhandene Rückstellfeder, beispielsweise als Spiralfeder ausgebildet, die zwischen Rotor und Stator wirkt, unterstützt werden.
  • Der bei Kaltstart in Kaltstartposition verriegelte Rotor wird bei anschließendem Fahrbetrieb in seiner Position zwischen Kaltstartposition und Warmstartposition mit Hydraulikfluiddruck aus einem Hydraulikkreis geregelt, während ein an den Hydraulikkreis angeschlossener Druckspeicher aufgeladen und bei Erreichen eines vorgegebenen Füllstands verriegelt wird. Ein solcher Druckspeicher ist z. B. aus der DE10216352A1 bekannt. Der Hydraulikfluiddruck des aufgeladenen Druckspeichers kann in bestimmten Betriebssituationen der Verstelleranordnung abhängig von Betriebszuständen der Brennkraftmaschine zur Unterstützung des Hydraulikkreises zur Verfügung gestellt und abgerufen werden.
  • In einem ersten Betriebsmodus wird bei einem Stopp-Betrieb mit eingeschalteter Zündung der Rotor in einer Kaltstartposition verriegelt und der Druckspeicher bleibt verriegelt. Dabei kann die Kaltstartposition je nach Verbrennungsstrategie der Brennkraftmaschine, an welcher die Verstelleranordnung betrieben wird, eine niedrige Verdichtung oder eine hohe Verdichtung bedeuten. Dementsprechend kann eine Warmstartposition der Brennkraftmaschine eine hohe oder eine niedrige Verdichtung umfassen.
  • Insbesondere kann im ersten Betriebsmodus bei einem Warmstart nach Stopp-Betrieb mit eingeschalteter Zündung der Druckspeicher entriegelt werden, der Rotor durch den Hydraulikfluiddruck des Hydraulikfluids aus dem Druckspeicher entriegelt werden und der Rotor sich zur Warmstartposition bewegen. Dabei kann die Bewegung des Rotors durch das Nockenwellenmoment zusätzlich zu dem Hydraulikfluiddruck des Hydraulikfluids unterstützt werden.
  • Der Rotor der Verstelleranordnung kann sich beim Hochlaufen der Brennkraftmaschine durch den Hydraulikfluiddruck aus dem Druckspeicher und dem Nockenwellenmoment in die Warmstartposition bewegen.
  • Nach einer günstigen Ausgestaltung kann im ersten Betriebsmodus bei einem Stopp-Betrieb mit ausgeschalteter Zündung der Rotor in Kaltstartposition verriegelt bleiben.
  • Nach einer günstigen Ausgestaltung kann in einem zweiten Betriebsmodus bei einem Stopp-Betrieb mit eingeschalteter Zündung der Rotor in Warmstartposition verriegelt werden und der Druckspeicher verriegelt bleiben; oder es kann in einem zweiten Betriebsmodus bei einem Stopp-Betrieb mit eingeschalteter Zündung der Rotor abhängig von einer aktuellen Hydraulikfluidtemperatur wahlweise in Kaltstartposition oder in Warmstartposition verriegelt werden und der Druckspeicher verriegelt bleiben. Das Hydraulikfluid aus dem Druckspeicher kann vorteilhaft für die Verstellung des Rotors eingesetzt werden, wenn dieser in der Kaltstartposition verriegelt ist.
  • Nach einer günstigen Ausgestaltung kann im zweiten Betriebsmodus bei einem Warmstart nach Stopp-Betrieb mit ausgeschalteter Zündung der Druckspeicher entriegelt werden, der Rotor durch Hydraulikfluid aus dem Druckspeicher entriegelt werden und der Rotor sich zur Kaltstartposition bewegen.
  • Vorteilhaft kann die Bewegung des Rotors in Richtung Kaltstartposition über den Hydraulikfluiddruck dabei durch das Federmoment einer Rückstellfeder, welche zwischen Rotor und Stator wirkt und den Rotor vorzugsweise in einer Endlage, beispielsweise der Kaltstartposition, hält, unterstützt werden.
  • Nach einer günstigen Ausgestaltung kann der erste oder der zweite Betriebsmodus abhängig von Betriebsparametern der Brennkraftmaschine eingestellt werden. Dabei kann beispielsweise der Betriebsmodus bezüglich der Ziele Abgastemperaturen, Schadstoffemission, Klopfneigung, Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine und/oder Verbrauch der Brennkraftmaschine günstig eingestellt werden.
  • Alternativ kann die Verstelleranordnung statt hydraulisch verriegelt und/oder entriegelt zu werden auch mittels eines Aktors mechanisch verriegelt und entriegelt werden. Dieser Aktor kann vorteilhaft einen elektromagnetischen Antrieb umfassen.
  • Dabei kann bei einem Kaltstart der Rotor aus der Warmstartposition, in welcher der Rotor aus Betriebsstrategiegründen beim Kaltstart verriegelt war, entriegelt werden und der Rotor über das Nockenwellenmoment, das Federmoment der Rückstellfeder zwischen Rotor und Stator sowie ein etwaiges Reibmoment des Nockenwellenverstellers in die Kaltstartposition bewegt werden.
  • Nach einer günstigen Ausgestaltung bei mechanischer Verriegelung/Entriegelung kann bei einem Stopp-Betrieb mit eingeschalteter Zündung der Rotor in Warmstartposition verriegelt werden; oder bei einem Stopp-Betrieb mit eingeschalteter Zündung der Rotor abhängig von einer aktuellen Hydraulikfluidtemperatur wahlweise in Kaltstartposition oder in Warmstartposition verriegelt werden. Dies kann je nach Betriebsstrategie der Brennkraftmaschine vorteilhaft gewählt werden.
  • Nach einer günstigen Ausgestaltung bei mechanischer Verriegelung/Entriegelung kann bei einem Stopp-Betrieb mit ausgeschalteter Zündung der Rotor in Warmstartposition verriegelt bleiben.
  • Nach einer günstigen Ausgestaltung bei mechanischer Verriegelung/Entriegelung kann bei einem Kaltstart der Rotor entriegelt und in die Kaltstartposition bewegt werden. Insbesondere kann bei anschließendem Fahrbetrieb der Rotor in die Warmstartposition bewegt werden.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Die Zeichnungen, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
  • Es zeigen beispielhaft:
  • 1 ein Flussdiagramm für eine Verstellung eines Rotors einer hydraulischen Verstelleranordnung einer Nockenwelle beim Warmstart der Brennkraftmaschine von einer Kaltstartposition in eine Warmstartposition bei hydraulischer Verriegelung nach einem ersten Betriebsmodus nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
  • 2 ein Flussdiagramm für eine Verstellung eines Rotors einer hydraulischen Verstelleranordnung einer Nockenwelle beim Abstellen der Brennkraftmaschine von einer Warmstartposition in eine Kaltstartposition bei hydraulischer Verriegelung nach einem zweiten Betriebsmodus nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung;
  • 3 ein Flussdiagramm für eine Verstellung eines Rotors einer hydraulischen Verstelleranordnung einer Nockenwelle beim Abstellen der Brennkraftmaschine von einer Warmstartposition in eine Kaltstartposition bei mechanischer Verriegelung nach einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung;
  • 4 eine Draufsicht auf eine hydraulische Verstelleranordnung mit einem verriegelbaren Rotorflügel und zwei benachbarten Verriegelungskonturen nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
  • 5 eine Draufsicht auf eine hydraulische Verstelleranordnung mit zwei verriegelbaren Rotorflügeln und zwei gegenüber liegenden Verriegelungskonturen nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung;
  • 6 einen Längsschnitt durch eine hydraulische Verstelleranordnung mit einem hydraulisch betriebenen Verriegelungselement nach einem der Ausführungsbeispiele in den 4 oder 5;
  • 7 einen Längsschnitt durch eine hydraulische Verstelleranordnung mit zwei Verriegelungselementen für eine hydraulische Verriegelung nach einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung;
  • 8 eine hydraulische Verstelleranordnung nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einem Druckspeicher bei Kaltstart-Betrieb in einer verriegelten Kaltstartposition;
  • 9 die Verstelleranordnung von 8 bei Fahrbetrieb;
  • 10 die Verstelleranordnung von 8 bei einem Stopp-Betrieb in verriegelter Kaltstartposition;
  • 11 die Verstelleranordnung von 8 bei Warmstart in verriegelter Warmstartposition;
  • 12 die Verstelleranordnung von 8 bei ausgeschalteter Zündung in verriegelter Kaltstartposition; und
  • 13 die hydraulische Ansteuerung der Verstelleranordnung von 8 bei Kaltstart in verriegelter Kaltstartposition;
  • 14 die hydraulische Ansteuerung der Verstelleranordnung von 8 bei Stopp-Betrieb in verriegelter Warmstartposition;
  • 15 die hydraulische Ansteuerung der Verstelleranordnung von 8 bei Kaltstart in freier Startposition;
  • 16 die hydraulische Ansteuerung der Verstelleranordnung von 8 bei ausgeschalteter Zündung, wobei die Verstelleranordnung aus der Warmstartposition entriegelt wird;
  • 17 einen Längsschnitt durch einen Teil einer hydraulischen Verstelleranordnung mit einer mechanischen Verriegelung nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
  • 18 einen Längsschnitt durch einen Teil einer hydraulischen Verstelleranordnung mit einer mechanischen Verriegelung nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung;
  • 19 einen Längsschnitt durch einen Teil einer hydraulischen Verstelleranordnung mit einer mechanischen Verriegelung nach einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung;
  • 20 einen Längsschnitt durch einen Teil einer hydraulischen Verstelleranordnung mit einer mechanischen Verriegelung nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung; und
  • 21 einen Längsschnitt durch einen Teil einer hydraulischen Verstelleranordnung mit einer radial wirkenden mechanischen Verriegelung nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung.
  • Ausführungsformen der Erfindung
  • In den Figuren sind gleiche oder gleichartige Komponenten mit gleichen Bezugszeichen beziffert. Die Figuren zeigen lediglich Beispiele und sind nicht beschränkend zu verstehen.
  • Bei dem Verfahren zum Betreiben einer mittels einer Hydraulikflüssigkeit hydraulisch betriebenen Verstelleranordnung zur Verstellung einer Phase einer Nockenwelle einer Brennkraftmaschine mit Start-Stopp-Betrieb wird zur Verstellung der Phase ein Rotor gegenüber einem Stator der Verstelleranordnung verschwenkt und abhängig von Betriebsparametern in eine Kaltstartposition oder in eine Warmstartposition gebracht und verriegelt. Die Verriegelung des Rotors erfolgt in der Kaltstartposition und/oder der Warmstartposition.
  • Die 1 und 2 zeigen zwei Betriebsmodi einer hydraulisch verriegelbaren und/oder entriegelbaren hydraulisch betriebenen Verstelleranordnung nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
  • 1 zeigt ein Flussdiagramm für eine Verstellung des Rotors der hydraulischen Verstelleranordnung einer Nockenwelle beim Warmstart der Brennkraftmaschine von einer Kaltstartposition in eine Warmstartposition bei hydraulischer Verriegelung gemäß einem ersten Betriebsmodus.
  • Bei Kaltstart ist der Rotor der Verstelleranordnung in Kaltstartposition verriegelt (Schritt S10), so dass für die Brennkraftmaschine eine hohe Verdichtung eines Brennstoff/Luftgemischs bereitsteht. Dabei ist der Druckspeicher entladen.
  • Der bei Kaltstart in Kaltstartposition verriegelte Rotor wird bei anschließendem Fahrbetrieb (Schritt S12) in seiner Position zwischen Kaltstartposition und Warmstartposition mit Hydraulikfluiddruck aus einem Hydraulikkreis geregelt, während ein an den Hydraulikkreis angeschlossener Druckspeicher aufgeladen und bei Erreichen eines vorgegebenen Füllstands mechanisch verriegelt wird.
  • Bei einem Stopp-Betrieb mit eingeschalteter Zündung wird der Rotor in Kaltstartposition verriegelt (Schritt S14), wobei der Druckspeicher verriegelt bleibt.
  • In Schritt S16 wird bei einem Warmstart nach Stopp-Betrieb mit eingeschalteter Zündung der Druckspeicher entriegelt, der Rotor durch Hydraulikfluid aus dem Druckspeicher entriegelt und der Rotor zur Warmstartposition bewegt, was über den Hydraulikdruck aus dem Druckspeicher und dem vorliegenden Reibmoment erfolgt.
  • Beim weiteren Fahrbetrieb in Schritt S12 wird der Druckspeicher wieder aufgeladen.
  • Bei einem Stopp-Betrieb mit ausgeschalteter Zündung in Schritt S18 bleibt die Verstelleranordnung 100 in Kaltstartposition verriegelt.
  • 2 zeigt die Verstellung des Rotors beim Abstellen der Brennkraftmaschine von der Warmstartposition in die Kaltstartposition in einem zweiten Betriebsmodus.
  • Bei Kaltstart in Schritt S20 wird der Rotor der Verstelleranordnung in Kaltstartposition verriegelt, so dass das Brennstoff/Luftgemisch unter hoher Verdichtung bereitsteht.
  • Der bei Kaltstart in Kaltstartposition verriegelte Rotor wird bei anschließendem Fahrbetrieb (Schritt S22) in seiner Position zwischen Kaltstartposition und Warmstartposition mit Hydraulikfluiddruck aus einem Hydraulikkreis geregelt, während ein an den Hydraulikkreis angeschlossener Druckspeicher aufgeladen und bei Erreichen eines vorgegebenen Füllstands mechanisch verriegelt wird.
  • Bei einem Stopp-Betrieb mit eingeschalteter Zündung wird der Rotor in Warmstartposition verriegelt (Schritt S24), wobei der Druckspeicher verriegelt bleibt.
  • Optional kann abhängig von einer aktuellen Hydraulikfluidtemperatur wahlweise in Kaltstartposition oder in Warmstartposition verriegelt werden.
  • In Schritt S26 wird bei einem Warmstart nach Stopp-Betrieb mit eingeschalteter Zündung der Druckspeicher entriegelt und das Hydraulikfluid daraus für die Verstellung genutzt.
  • Beim weiteren Fahrbetrieb in Schritt S22 wird der Druckspeicher wieder aufgeladen.
  • Bei einem Stopp-Betrieb mit ausgeschalteter Zündung in Schritt S28 wird der Druckspeicher entriegelt und der Rotor über das Hydraulikfluid aus dem Druckspeicher entriegelt. Hydraulikfluiddruck und Federmoment bewegen den Rotor in Richtung Kaltstartposition.
  • 3 zeigt ein Flussdiagramm für die Verstellung eines Rotors einer hydraulischen Verstelleranordnung einer Nockenwelle beim Abstellen der Brennkraftmaschine von einer Warmstartposition in eine Kaltstartposition bei mechanischer Verriegelung nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
  • Bei Kaltstart (Schritt S30) wird der Rotor mechanisch aus einer Warmstartposition entriegelt. Nockenwellenmoment, Federmoment und ggf. Reibmoment bewegen den Rotor in Kaltstartposition.
  • Fahrbetrieb findet in Schritt S32 statt. Bei einem Stopp-Betrieb mit eingeschalteter Zündung (Schritt S34) wird der Rotor in Warmstartposition (niedrige Verdichtung) verriegelt. Optional kann in Abhängigkeit von der Hydraulikfluidtemperatur auch in Kaltstartposition verriegelt werden.
  • Bei einem Warmstart (Schritt S36) bleibt der Rotor in Warmstartposition verriegelt, so dass der weitere Fahrbetrieb (Schritt S32) in Warmstartposition stattfindet.
  • In Schritt S38 bleibt bei einem Stopp-Betrieb mit ausgeschalteter Zündung der Rotor in Warmstartposition verriegelt. Erst bei einem Kaltstart in Schritt S30 wird wieder die Kaltstartposition eingenommen.
  • 4 zeigt eine Draufsicht auf eine hydraulische Verstelleranordnung 100 mit einem verriegelbaren Rotorflügel 12 und zwei benachbarten Verriegelungskonturen 24, 26 nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die hydraulisch betriebene Verstelleranordnung 100 zur Durchführung eines Verfahrens zur Verstellung einer Phase einer Nockenwelle 102 einer Brennkraftmaschine mit Start-Stopp-Betrieb, umfasst einen Rotor 10 und einen Stator 20 sowie Mittel 110, 120 zum Entriegeln und/oder Verriegeln der Verstelleranordnung 100, wobei der Rotor 10 gegenüber dem Stator 20 verschwenkbar ist und abhängig von Betriebsparametern in eine Kaltstartposition oder in eine Warmstartposition bringbar und zumindest in der Kaltstartposition verriegelbar ist. Der Rotor 10 weist dabei wenigstens einen Rotorflügel 12, 14 mit einem Verriegelungselement 20 auf.
  • Der Rotor 10 weist an einem Rotorflügel 12 ein Verriegelungselement 20 auf, das als ein Verriegelungsbolzen ausgeführt ist, der über das Hydraulikfluid hydraulisch betätigt wird. Dazu ist im Stator 40 ein Hydraulikkanal 30 zur Zuführung von Hydraulikfluid vorgesehen. Im Stator 40 sind weitere Zuführungen 32 für Hydraulikfluid zur Betätigung des Verriegelungselements 20 vorgesehen. Die dargestellte Verstelleranordnung 100 umfasst im Stator 40 zwei benachbarte Verriegelungskonturen 24, 26, in welche das Verriegelungselement 20 wahlweise einrasten und so Rotor 10 gegen Stator 40 in zwei Verriegelungspositionen verriegeln kann. Die Verstelleranordnung 100 ist zentral an die Nockenwelle 60 angekoppelt.
  • 5 zeigt eine weitere Draufsicht auf eine hydraulische Verstelleranordnung 100 mit zwei verriegelbaren Rotorflügeln 12, 14 und zwei gegenüber liegenden Verriegelungskonturen 24, 26 nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung. In diesem Ausführungsbeispiel weisen Rotorflügel 12 Verriegelungselement 20 und Rotorflügel 14 Verriegelungselement 22 auf, die beide als Verriegelungsbolzen, die hydraulisch betätigbar sind, ausgeführt sind. Die beiden Verriegelungselemente 20, 22 können in entsprechende Verriegelungskonturen 24, 26 im Stator 40 einrasten, welche es erlauben, den Rotor 10 gegen den Stator 40 in zwei Verriegelungspositionen fest zu verriegeln. Dazu kann Hydraulikfluid den Verriegelungselementen 20, 22 über die Hydraulikkanäle 30 sowie die Zuführungen 32 im Stator 40 zugeführt werden.
  • In 6 ist ein Längsschnitt durch eine hydraulische Verstelleranordnung 100 mit einem hydraulisch betriebenen Verriegelungselement 20 nach einem der Ausführungsbeispiele in den 4 oder 5 dargestellt. Das als Verriegelungsbolzen ausgebildete Verriegelungselement 20, ist in dem Rotorflügel 12 des Rotors 10 angeordnet und verriegelt den Rotor 10 gegen den Stator 40 dadurch, dass der Verriegelungsbolzen 20 in die Deckscheibe 34, die mit dem Stator 40 verbunden ist, eingreifen kann. Der Verriegelungsbolzen 20 ist durch eine Druckfeder 28 im Rotor 10 abgestützt und kann durch Zuführen von Hydraulikfluid über die Hydraulikbeaufschlagungsflächen 70 betätigt werden. Mit zunehmendem Hydraulikfluiddruck auf die Flächen 70 kann der Verriegelungsbolzen 20 gegen die vorgespannte Druckfeder 28 zurückgeschoben werden und so eine Bewegung des Rotors 10 gegen den Stator 40 wieder freigeben. Der Rotor 10 ist über die Zentralschraube 16 mit der Nockenwelle 60 verbunden.
  • 7 zeigt in einem Längsschnitt eine hydraulische Verstelleranordnung 100 nach einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung mit zwei Verriegelungselementen 20, 22 für eine hydraulische Verriegelung. In diesem Ausführungsbeispiel sind die zwei Verriegelungselemente 20, 22 als Verriegelungsbolzen axial hintereinander angeordnet. Beide Verriegelungsbolzen 20, 22 sind über Druckfedern 28, 29 an einem gemeinsamen Federteller 36 abgestützt und können in entsprechend korrespondierende Konturen des Rotors 10 eingreifen. Die Verriegelungsbolzen 20, 22 können ebenfalls hydraulisch betätigt werden und sind zur Verriegelung von Rotor 10 gegen Stator 40 mit dem Stator 40 fest verbunden. Der zweite Verriegelungsbolzen 22 ist über einen Sicherungsring 38 gegen den Rotor 10 abgestützt.
  • In den 8 bis 12 ist eine hydraulische Verstelleranordnung 100 nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, welche über den Hydraulikkreis 130 mit einem Druckspeicher 110 verbunden ist, und welche zur hydraulischen Verriegelung von Rotor 10 gegen Stator 40 ausgebildet ist, in unterschiedlichen Betriebspositionen dargestellt.
  • 8 zeigt die hydraulische Verstelleranordnung 100 bei Kaltstart-Betrieb in einer verriegelten Kaltstartposition 80. Ein Druckspeicher 110 ist mit der Verstelleranordnung 110 gekoppelt. Der Druckspeicher 110 ist zur Verriegelung und Entriegelung mit einem elektromagnetischen Aktor 120 gekoppelt. Der Druckspeicher 110 weist ein variables Tankvolumen 116 auf, das über einen beweglichen Tankboden 118 eingestellt werden kann. Der Tankboden 118 kann durch den Druck eines einströmenden Hydraulikfluids gegen die Vorspannung einer Druckfeder 114 bewegt werden und mit Hilfe eines Verriegelungsbolzens 113 des elektromagnetisch betätigten Aktors 112 des Druckspeichers 110, der über eine Druckfeder 111 abgestützt ist und in eine Verriegelungsnut 115 eingreifen kann, verriegelt werden. So wird der Druckspeicher 110 durch Bestromen des Aktors 112 verriegelt und kann durch Verringern der Bestromung des Aktors 112 entriegelt werden, wobei dann die Druckfeder 111 den Verriegelungsbolzen 113 aus der Verriegelungsnut 115 herausdrückt.
  • Alternativ ist auch eine Ausführung des Druckspeichers 110 denkbar, bei dem der Druckspeicher 110 durch Bestromen des Aktors 112 entriegelt werden kann und bei fehlender Bestromung durch eine Federkraft verriegelt bleibt. In dem Fall greift die Druckfeder 111 in entgegengesetzter Weise an dem Verriegelungsbolzen 113 an und drückt den Verriegelungsbolzen 113 aktiv in die Verriegelungsnut 115.
  • Der Druckspeicher 110 ist über den Hydraulikkreis 130 mit der Verstelleranordnung 100 und insbesondere mit einer Verstellerkammer 42 hydraulisch verbunden.
  • In 8 ist der Rotor 10 in einer Kaltstartposition 80 verriegelt dargestellt. Der Druckspeicher 110 ist entladen, wie an dem geringen Tankvolumen 116 durch den ausgefahrenen Tankboden 118 zu erkennen ist. Das Ventil der Verstelleranordnung 100 ist unbestromt. Der Aktor 112 des Druckspeichers 110 ist unbestromt und damit entriegelt. Der Druck des Hydraulikfluids wirkt so auf den Rotor 10, dass dieser in der Kaltstartposition 80 bleibt. Auch eine (nicht dargestellte) Rückstellfeder, welche den Rotor 10 gegen den Stator 40 in eine Rückstellposition bringt, kann dabei zusätzlich in Richtung der Kaltstartposition 80 wirken.
  • In 9 ist die Verstelleranordnung 100 von 8 bei Fahrbetrieb dargestellt. Dabei ist der Rotor 10 in einer Zwischenposition 84 und bewegt sich zwischen den beiden Endpositionen Kaltstartposition 80 und Warmstartposition 82 in einem geregelten Zustand, der über den Druck des Hydraulikfluids eingestellt wird. Der Druckspeicher 110 wird dabei aufgeladen, wie an dem sich vergrößernden Tankvolumen 116 durch Bewegung des Tankbodens 118 gegen die Druckfeder 114 dargestellt ist. Wenn der Druckspeicher 110 aufgeladen ist, kann der Tankboden über den Aktor 112 verriegelt werden, indem der Verriegelungsbolzen 113 durch Bestromen des Aktors 112 gegen die Druckfeder 111 in die Verriegelungsnut 115 gedrückt wird.
  • 10 zeigt die Verstelleranordnung 100 von 8 bei einem Stopp-Betrieb in verriegelter Kaltstartposition 80 bei eingeschalteter Zündung. Der Rotor 10 wird dabei durch den Druck des Hydraulikfluids und optional zusätzlich durch die Rückstellfeder in die Kaltstartposition 80 bewegt und in der Kaltstartposition 80 verriegelt. Das Ventil der Verstelleranordnung 100 bleibt unbestromt. Der Druckspeicher 110 bleibt verriegelt, indem der Aktor 112 weiter bestromt bleibt.
  • In 11 ist die Verstelleranordnung 100 von 8 bei Warmstart in verriegelter Warmstartposition 82 dargestellt. In diesem Zustand wird der Druckspeicher 110 über Bestromen des Aktors 112 entriegelt. Der Druck des Hydraulikfluids aus dem Druckspeicher 110 entriegelt den Rotor 10. Das Ventil der Verstelleranordnung 100 ist voll bestromt. Der Rotor 10 bewegt sich beim Hochlaufen der Brennkraftmaschine durch den Druck des Hydraulikfluids aus dem Druckspeicher 110 und das Reibmoment der Nockenwelle in die Warmstartposition 82 und wird dort verriegelt.
  • 12 zeigt die Verstelleranordnung 100 von 8 bei ausgeschalteter Zündung in verriegelter Kaltstartposition 80. Dabei bleibt der Rotor 10 in der Kaltstartposition 80 verriegelt. Der Druckspeicher 110 bleibt entladen.
  • In den 13 bis 16 sind schematische Darstellungen der hydraulischen Ansteuerung der Verstelleranordnung 100 von 8 für unterschiedliche Betriebspositionen der Brennkraftmaschine dargestellt. Die Verstelleranordnung ist von der Rückseite dargestellt, sodass die Positionen des Rotorflügels 12 gegenüber den Darstellungen in den 8 bis 12 spiegelbildlich sind.
  • 13 zeigt die hydraulische Ansteuerung der Verstelleranordnung 100 von 8 bei Kaltstart in verriegelter Kaltstartposition 80. In 13 ist die Verstelleranordnung 100 ausschnittsweise mit einem Rotorflügel 12 des Rotors 10, der sich in einer Verstellerkammer 42 bewegt, dargestellt. Weiter ist in 13 ein Diagramm der hydraulischen Ansteuerung der Verstelleranordnung dargestellt, welches die hydraulische Versorgung der Verstellerkammer 42 aus dem Tank 132 über eine Pumpe 122, ein Rückschlagventil 124, den Druckspeicher 110 und den Hydraulikkreis 130, der die Verschaltung der hydraulischen Anschlüsse der Verstellerkammer in unterschiedlichen Betriebspositionen umfasst, und dem Rückfluss in den Tank 132 zeigt.
  • In der Kaltstartposition 80 ist der Rotor 10 in einem Endanschlag der Verstelleranordnung 100. Die Verstellerkammer 42 ist entsprechend mit Hydraulikfluid beaufschlagt. Das Ventil der Verstelleranordnung 100 ist unbestromt. Der Druckspeicher 110 ist entladen. Der Druck des Hydraulikfluids wirkt so auf den Rotor 10, dass dieser in der Kaltstartposition 80 bleibt. Auch die Rückstellfeder, welche den Rotor 10 gegen den Stator 40 in eine Rückstellposition bringt, wirkt dabei zusätzlich in Richtung der Kaltstartposition 80.
  • In 14 ist die hydraulische Ansteuerung der Verstelleranordnung 100 von 8 bei Stopp-Betrieb in verriegelter Warmstartposition 82 bei eingeschalteter Zündung dargestellt. Der Rotor 10 befindet sich dabei in dem zweiten Endanschlag. Die Verstellerkammer 42 ist von der anderen Seite des Rotorflügels 12 mit Hydraulikfluid beaufschlagt, d. h. die hydraulischen Anschlüsse der Verstellerkammer 42 sind gegenüber der Darstellung in 13 vertauscht. Der Rotor 10 wird in Richtung der Warmstartposition 82 bewegt. Das Ventil der Verstelleranordnung 100 ist voll bestromt. Der Druckspeicher 110 bleibt verriegelt.
  • 15 zeigt die hydraulische Ansteuerung der Verstelleranordnung 100 von 8 bei Kaltstart in freier Startposition. Das Hydraulikfluid aus der Verstellerkammer 42 kann dabei über den entsprechend geschalteten Hydraulikkreis 130 aus beiden Anschlüssen der Verstellerkammer 42 in den Tank 132 abfließen. Der Druckspeicher 110 ist voll abgekoppelt.
  • 16 zeigt die hydraulische Ansteuerung der Verstelleranordnung 100 von 8 bei ausgeschalteter Zündung, wobei die Verstelleranordnung 100 aus der Warmstartposition 82 entriegelt wird. Der Rotor 10 wird dabei aus der Warmstartposition 82 entriegelt. Das Ventil der Verstelleranordnung 100 ist unbestromt. Der Druckspeicher 110 wird über den Aktor 112 elektrisch entriegelt. Der Rotor 10 bewegt sich über den Druck des Hydraulikfluids aus dem Druckspeicher 110 und das Moment der Rückstellfeder der Verstelleranordnung 100 in die Kaltstartposition 80. Die hydraulische Schaltung ist wie in 13 dargestellt.
  • In den 17 bis 21 ist ein Teil einer hydraulischen Verstelleranordnung 100 mit einer mechanischen Verriegelung von Rotor 10 gegen Stator 40 der Verstelleranordnung 100 in verschiedenen Ausführungsbeispielen dargestellt. Die Verstelleranordnung 100 zeigt jeweils Rotor 10 und Stator 40 der Verstelleranordnung 100, welcher mit einem Antriebsrad 50 verbunden ist, sowie die mit dem Rotor 10 über eine Zentralschraube 16 gekoppelte Nockenwelle 60. Der Stator 40 ist mit einer Deckscheibe 34 abgedeckt. Die Verstelleranordnung 100 umfasst wenigstens einen elektromagnetischen Aktor 120 zur mechanischen Verriegelung des Rotors 10 gegenüber dem Stator 40.
  • 17 zeigt einen Längsschnitt durch einen Teil einer hydraulischen Verstelleranordnung 100 mit einer mechanischen Verriegelung nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Innerhalb des Rotors 10 der Verstelleranordnung 100 sind zwei Verriegelungselemente 20, 22 dargestellt, welche den Rotor 10 durch Eingreifen in entsprechende Aussparungen 68 einer mit dem Stator 40 verbundenen Deckscheibe 34 gegen den Stator 40 verriegeln. Die als Verriegelungsbolzen ausgebildete Verriegelungselemente 20, 22, sind mit Druckfedern 28 abgestützt und werden dadurch in eine Verriegelungsposition gedrückt. Das Verriegelungselement 20 kann dabei über ein als Hebel ausgebildetes Betätigungselement 64, das von einem elektromagnetischen Aktor 120 betrieben wird, betätigt werden und so aus der Aussparung 68 in der Deckscheibe 34 zurückgedrückt werden, sodass der Rotor 10 dadurch entriegelt wird. Das Betätigungselement 64 ist dabei vorteilhaft über eine Führung 62 in der Zentralschraube gelagert. Die Aktivierung des Betätigungselements 64 wird dabei zweckmäßig durch eine Druckfeder 65 als Gegenlager der Führung 62 des Betätigungselements 64 unterstützt. Das Verriegelungselement 22 greift an einer nicht sichtbaren Stelle in die Deckscheibe 34 ein.
  • 18 zeigt einen Längsschnitt durch einen Teil einer hydraulischen Verstelleranordnung 100 mit einer mechanischen Verriegelung nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung. Dabei wird ein ähnliches Betätigungselement 64 wie in 17 verwendet, wobei die Abstützung des Betätigungselements 64 durch eine zentrale Druckfeder 65 etwas unterschiedlich ausgeführt ist. In dem in 18 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Druckfeder 65 nicht in der Bohrung der Zentralschraube 16 unterhalb der Führung 62 abgestützt, sondern in einer gekröpften Buchse, welche beispielsweise in die Deckscheibe 34 eingepresst ist und in welcher die Führung 62 des Betätigungselements 64 verläuft.
  • 19 zeigt einen Längsschnitt durch einen Teil einer hydraulischen Verstelleranordnung 100 mit einer mechanischen Verriegelung nach einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung. In diesem Ausführungsbeispiel ist die Führung 62 des Betätigungselements 64 nicht in der Zentralschraube 16, sondern ausschließlich in der Deckscheibe 34 gelagert und dementsprechend auch die Abstützung der Druckfeder 65 umgesetzt. Die eigentliche Betätigung des Verriegelungselements 20 geschieht auf die gleiche Weise wie in den 17 und 18 dargestellt.
  • 20 zeigt einen Längsschnitt durch einen Teil einer hydraulischen Verstelleranordnung 100 mit einer mechanischen Verriegelung nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird das Verriegelungselement 20 über einen Mitnehmer 66, der sich an der von dem Aktor 120 betätigten Führung 62 abstützt, betätigt. Die Führung 62 wiederum ist in der Zentralschraube 16 mit einer Druckfeder 65, welche sich an der Bohrung der Zentralschraube 16 abstützt, gelagert.
  • In 21 ist ein Längsschnitt durch einen Teil einer hydraulischen Verstelleranordnung 100 mit einer radial wirkenden mechanischen Verriegelung nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Das Verriegelungselement 20, das als radial wirkender Verriegelungsbolzen im Rotor 10 gelagert ist, ist im entriegelten Zustand über eine Druckfeder 28 gegen den Rotor 10 abgestützt. So ist der Rotor 10 frei beweglich. Durch Betätigung des elektromagnetischen Aktors 120 kann das Betätigungselement 64, das ebenfalls über eine Druckfeder 65 gegen die Zentralschraube 16 oder Nockenwelle 60 abgestützt ist, in axialer Richtung bewegt werden und dadurch den Verriegelungsbolzen 20 in radialer Richtung nach außen bewegen. Unterstützt wird diese Bewegung noch durch die wirkende Fliehkraft der Verstelleranordnung 100. Dadurch kann der Verriegelungsbolzen 20 in die Aussparung 68 im Stator 40 eingreifen und so den Rotor 10 gegen den Stator 40 verriegeln. Rücknahme der Betätigung des Aktors 120 entriegelt die Verstelleranordnung 100 wieder.

Claims (12)

  1. Verfahren zum Betreiben einer mittels einer Hydraulikflüssigkeit hydraulisch betriebenen Verstelleranordnung (100) zur Verstellung einer Phase einer Nockenwelle (102) einer Brennkraftmaschine mit Start-Stopp-Betrieb, wobei zur Verstellung der Phase ein Rotor (10) gegenüber einem Stator (40) der Verstelleranordnung (100) verschwenkt und abhängig von Betriebsparametern in eine Kaltstartposition oder in eine Warmstartposition gebracht und verriegelt wird, wobei der Rotor (10) in der Kaltstartposition und/oder in der Warmstartposition verriegelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der bei Kaltstart in Kaltstartposition verriegelte Rotor (10) bei anschließendem Fahrbetrieb in seiner Position zwischen Kaltstartposition und Warmstartposition mit Hydraulikfluiddruck aus einem Hydraulikkreis (130) geregelt wird, während ein an den Hydraulikkreis (130) angeschlossener Druckspeicher (110) aufgeladen und bei Erreichen eines vorgegebenen Füllstands verriegelt wird, wobei in einem ersten Betriebsmodus bei einem Stopp-Betrieb mit eingeschalteter Zündung der Rotor (10) in Kaltstartposition verriegelt wird und der Druckspeicher (110) verriegelt bleibt.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Rotor (10) hydraulisch verriegelt und entriegelt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei im ersten Betriebsmodus bei einem Warmstart nach Stopp-Betrieb mit eingeschalteter Zündung – der Druckspeicher (110) entriegelt wird, – der Rotor (10) durch Hydraulikfluid aus dem Druckspeicher (110) entriegelt wird und – die Verstelleranordnung (100) sich zur Warmstartposition bewegt.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei im ersten Betriebsmodus bei einem Stopp-Betrieb mit ausgeschalteter Zündung der Rotor (10) in Kaltstartposition verriegelt bleibt.
  5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, – wobei in einem zweiten Betriebsmodus bei einem Stopp-Betrieb mit eingeschalteter Zündung der Rotor (10) in Warmstartposition verriegelt wird und der Druckspeicher (110) verriegelt bleibt; oder – wobei in einem zweiten Betriebsmodus bei einem Stopp-Betrieb mit eingeschalteter Zündung der Rotor (10) abhängig von einer aktuellen Hydraulikfluidtemperatur wahlweise in Kaltstartposition oder in Warmstartposition verriegelt wird und der Druckspeicher (110) verriegelt bleibt.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei im zweiten Betriebsmodus bei einem Warmstart nach Stopp-Betrieb mit ausgeschalteter Zündung – der Druckspeicher (110) entriegelt wird, – der Rotor (10) durch Hydraulikfluid aus dem Druckspeicher (110) entriegelt wird und – der Rotor (10) sich zur Kaltstartposition bewegt.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4 und einem der Ansprüche 5 oder 6, wobei der erste oder der zweite Betriebsmodus abhängig von Betriebsparametern der Brennkraftmaschine eingestellt wird.
  8. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Rotor (10) mittels wenigstens eines Aktors (120) mechanisch verriegelt und entriegelt wird.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, – wobei bei einem Stopp-Betrieb mit eingeschalteter Zündung der Rotor (10) in Warmstartposition verriegelt wird, oder – wobei bei einem Stopp-Betrieb mit eingeschalteter Zündung der Rotor (10) abhängig von einer aktuellen Hydraulikfluidtemperatur wahlweise in Kaltstartposition oder in Warmstartposition verriegelt wird.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 9, wobei bei einem Stopp-Betrieb mit ausgeschalteter Zündung der Rotor (10) in Warmstartposition verriegelt bleibt.
  11. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei bei einem Kaltstart der Rotor (10) entriegelt und in die Kaltstartposition bewegt wird.
  12. Verfahren nach Anspruch 11, wobei bei anschließendem Fahrbetrieb der Rotor (10) in die Warmstartposition bewegt wird.
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