-
Die Erfindung betrifft einen hydraulischen Nockenwellenversteller gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1. Die Erfindung betrifft ferner einen Verbrennungsmotor mit einem solchen hydraulischen Nockenwellenversteller gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 10.
-
Hydraulische Nockenwellenversteller werden bei Verbrennungsmotoren eingesetzt, um die Ventilsteuerzeiten der Einlass- und Auslassventile des Verbrennungsmotors an einen Lastzustand des Verbrennungsmotors anzupassen und somit die Effizienz des Verbrennungsmotors zu steigern. Aus dem Stand der Technik sind hydraulische Nockenwellenversteller bekannt, welche nach dem Flügelzellenprinzip arbeiten. Dabei umfasst der Nockenwellenversteller einen Stator und einen relativ zum Stator verdrehbaren Rotor, wobei zwischen dem Stator und dem Rotor ein Hydraulikraum ausgebildet ist, welcher durch einen Flügel des Rotors in zwei Arbeitskammern unterteilt wird. Durch eine entsprechende hydraulische Druckbeaufschlagung der Arbeitskammern kann die Lage des Rotors relativ zum Stator verändert und somit die Steuerzeiten der Ventile angepasst werden.
-
Aus der
WO 2011/032805 A1 ist ein hydraulischer Nockenwellenversteller mit einem Volumenspeicher bekannt, wobei der Nockenwellenversteller von einer Kurbelwelle eines Verbrennungsmotors angetrieben wird und mit einer Nockenwelle des Verbrennungsmotors verbunden ist, wobei die Lage der Nockenwelle relativ zur Kurbelwelle des Verbrennungsmotors verändert werden kann, indem die entsprechenden Arbeitskammern des hydraulischen Nockenwellenverstellers mit einem Druckmittel beaufschlagt werden, wobei dem Volumenspeicher während des Betriebs des Verbrennungsmotors Druckmittel zugeführt werden kann, wobei das Druckmittel aus dem Volumenspeicher in eine der Arbeitskammern abströmen kann, wenn die Druckmittelpumpe nicht hinreichend viel Druckmittel in die entsprechenden Arbeitskammer fördern kann und in der Arbeitskammer ein Unterdruck entsteht. Dabei ist das Steuerventil zur Ölversorgung und zur Steuerung des Druckmittelzuflusses zu dem Volumenspeicher in einem Zentralventil des Nockenwellenverstellers angeordnet.
-
Nachteilig an der bekannten Lösung ist jedoch, dass diese in axialer Richtung einen erhöhten Bauraumbedarf, insbesondere durch die Anordnung eines zur Ansteuerung notwendigen Elektromagneten, aufweist.
-
Aufgabe der Erfindung ist es, einen hydraulischen Nockenwellenversteller mit einem Volumenspeicher darzustellen, welcher einen geringen Bauraumbedarf aufweist, sich durch ein schnelles Ansprechverhalten auszeichnet und den Volumenstrom sowie die benötigte Pumpleistung für die Druckmittelversorgung möglichst gering hält.
-
Die Aufgabe wird durch einen hydraulischen Nockenwellenversteller zur variablen Verstellung der Steuerzeiten von Gaswechselventilen einer Brennkraftmaschine gelöst, welcher einen Stator und einen relativ zum Stator verdrehbaren Rotor aufweist, wobei an dem Stator radial nach innen ragende Stege ausgebildet sind, wobei an dem Rotor radial nach außen ragende Flügel ausgebildet sind, wobei zwischen dem Stator und dem Rotor mindestens ein Hydraulikraum ausgebildet ist, welcher durch einen Flügel des Rotors in eine erste Arbeitskammer und eine zweite Arbeitskammer unterteilt wird, sowie mit einem Druckmittelspeicher und einem ersten Steuerventil zur Steuerung eines Druckmittelzuflusses von einer Druckmittelpumpe zu den Arbeitskammern, wobei das erste Steuerventil außerhalb eines Gehäuses des hydraulischen Nockenwellenverstellers angeordnet ist. Bevorzugt ist das erste Steuerventil vollständig außerhalb des Gehäuses, insbesondere außerhalb eines durch den Stator begrenztem Raum, angeordnet. Kern der Erfindung ist es, das für die Steuerung der Druckmittelversorgung des hydraulischen Nockenwellenverstellers notwendige Steuerventil dezentral anzuordnen. Dadurch kann an der Stirnseite des hydraulischen Nockenwellenverstellers ein elektromagnetisches Stellelement zur Steuerung des ersten Steuerventils entfallen, wodurch der hydraulischen Nockenwellenversteller in axialer Richtung kürzer gestaltet werden kann und somit weniger Bauraum als die bisherigen, aus dem Stand der Technik bekannten, hydraulischen Nockenwellenversteller mit integriertem Druckmittelspeicher benötigt.
-
Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im unabhängigen Anspruch angegebenen hydraulischen Nockenwellenverstellers möglich.
-
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass das erste Steuerventil über eine erste Druckmittelleitung und eine zweite Druckmittelleitung mit den Arbeitskammern verbunden ist, wobei an der ersten Druckmittelleitung ein zweites Steuerventil und an der zweiten Druckmittelleitung ein drittes Steuerventil angeordnet ist. Durch die dezentrale Anordnung des ersten Steuerelements können zwei verschiedene Druckmittelleitungen notwendig sein, um den jeweiligen Druckmittelzufluss zu den entsprechenden ersten Arbeitskammern und zweiten Arbeitskammern des hydraulischen Nockenwellenverstellers zu steuern. Dabei können das zweite und das dritte Steuerventil vergleichsweise einfach ausgeführt werden, um den Zufluss bzw. Abfluss von Druckmittel in die entsprechenden ersten und zweiten Arbeitskammern des hydraulischen Nockenwellenverstellers zu steuern.
-
Gemäß einer vorteilhaften Verbesserung der Erfindung ist vorgesehen, dass das zweite Steuerventil und/oder das dritte Steuerventil über eine weitere Druckmittelleitung unmittelbar mit dem Druckmittelspeicher verbunden ist/sind. Durch eine direkte Anbindung des zweiten und dritten Steuerventils an den Druckmittelspeicher kann das Druckmittel leichter aus dem jeweils entlasteten Arbeitsraum ausströmen, wodurch die Verstell-Geschwindigkeit des hydraulischen Nockenwellenverstellers verbessert werden kann.
-
In einer weiteren Verbesserung des hydraulischen Nockenwellenverstellers ist vorgesehen, dass das zweite Steuerventil und das dritte Steuerventil innerhalb des hydraulischen Nockenwellenverstellers angeordnet sind. Besonders bevorzugt ist eine Anordnung innerhalb eines durch den Stator begrenzten Raum, wobei dieser Raum durch die jeweiligen Stirnflächen des Stators, sowie durch den Außendurchmesser des Stators begrenzt ist. Können das zweite Steuerventil und das dritte Steuerventil vollständig innerhalb des hydraulischen Nockenwellenverstellers angeordnet werden, so ist kein zusätzlicher Bauraum notwendig, was eine kompakte und platzsparende Ausführung des hydraulischen Nockenwellenverstellers ermöglicht.
-
Gemäß einer alternativen, vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass das zweite Steuerventil und das dritte Steuerventil außerhalb eines Gehäuses des hydraulischen Nockenverstellers angeordnet sind.
-
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass der Druckmittelspeicher in dem Stator ausgebildet ist. Besonders bevorzugt sind ein oder mehrere Druckmittelspeicher in den Stegen des Stators. Somit sind kurze Druckmittelleitungen zwischen dem zweiten und dritten Steuerventil, sowie dem Druckmittelspeicher und den jeweiligen Arbeitskammern des hydraulischen Nockenwellenverstellers möglich. Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn der Druckmittelspeicher mittels einer ersten, zusätzlichen Druckmittelleitung mit den ersten Arbeitskammern des hydraulischen Nockenwellenverstellers und mittels einer zweiten, zusätzlichen Druckmittelleitung mit den zweiten Arbeitskammern des hydraulischen Nockenwellenverstellers verbunden ist, wobei in den zusätzlichen Druckmittelleitungen jeweils Rückschlagventile angeordnet sind. Die Rückschlagventile sperren in einem unterkritischen Normalbetrieb, in dem eine hinreichende Druckmittelversorgung über die Druckmittelpumpe zu den jeweiligen ersten oder zweiten Arbeitskammern erfolgt, die zusätzlichen Druckmittelleitungen. Kommt es beim Verstellen des Rotors zu einer Unterversorgung an Druckmittel, so öffnen das entsprechende Rückschlagventil aufgrund des Unterdruckes in der entsprechenden Arbeitskammer und ermöglicht eine zusätzliche Druckmittelversorgung der entsprechenden Arbeitskammer aus dem Druckmittelspeicher.
-
Gemäß einer alternativen, vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass der Druckmittelspeicher außerhalb des Stators angeordnet ist.
-
Um eine besonders einfache Ansteuerung des hydraulischen Nockenwellenverstellers zu ermöglichen, ist es vorteilhaft, wenn das erste Steuerventil als ein 3/3-Wege-Ventil ausgebildet ist. Durch ein 3/3-Wege-Ventil kann der Durchflusswiderstand durch das erste Steuerventil und durch das entsprechende zweite oder dritte Steuerventil in Richtung des Druckmittelspeichers gering gehalten werden, da im Vergleich zu einem aus dem Stand der Technik bekannten 4/3-Wege-Ventil größere Öffnungen in dem ersten Steuerventil ausgebildet werden können.
-
Um eine effiziente Druckmittelversorgung der Arbeitskammern zu gewährleisten und einen schnellen Rückfluss von Druckmittel in den Druckmittelspeicher zu ermöglichen ist es sinnvoll, dass das zweite Steuerventil und das dritte Steuerventil jeweils als 3/2-Wege-Ventil ausgebildet sind. Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn die 3/2-Wege-Ventile federbelastet sind, wobei die entsprechende Federkraft das 3/2-Wege-Ventil im nicht angesteuerten Fall schließt, sodass eine Ansteuerung des 3/2-Wege-Ventils den Druckmittelpfad von dem ersten Steuerventil zu den entsprechenden Arbeitskammern des hydraulischen Nockenwellenverstellers öffnet. Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung besteht darin, dass das 3/2-Wege-Ventil in der Lage ist, den Druckmittelpfad von der Pumpe zu der entsprechenden Arbeitskammer zu unterbrechen und somit eine „künstliche“ Unterversorgung der Arbeitskammer durch die Druckmittelpumpe zu provozieren. Dadurch kann eine „Selbstversorgung“ der Arbeitskammer über den Druckmittelspeicher früher, d.h. bei einem höheren Druckniveau erfolgen. Dadurch muss durch die Druckmittelpumpe weniger Druckmittel gefördert werden, wodurch diese kleiner und effizienter ausgelegt werden kann.
-
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass in einer ersten Schaltstellung des ersten Steuerventils das erste Steuerventil die Druckmittelpumpe mit der zweiten Druckmittelleitung verbindet, wobei in einem ersten Betriebszustand das zweite Steuerventil eine Verbindung von dem ersten Steuerventil über die erste Druckmittelleitung mit der ersten Arbeitskammer sperrt und eine Verbindung der ersten Arbeitskammer mit dem Druckmittelspeicher freigibt, und das dritte Steuerventil eine Verbindung von dem ersten Steuerventil über die zweite Druckmittelleitung mit der zweiten Arbeitskammer freigibt und eine Verbindung von dem Druckmittelspeicher zur zweiten Arbeitskammer sperrt, und wobei in einem zweiten Betriebszustand das zweite Steuerventil eine Verbindung von dem ersten Steuerventil über die erste Druckmittelleitung mit der ersten Arbeitskammer sperrt und eine Verbindung der ersten Arbeitskammer mit dem Druckmittelspeicher freigibt, und das dritte Steuerventil eine Verbindung von dem ersten Steuerventil zu der zweiten Arbeitskammer sperrt und eine Verbindung von dem Druckmittelspeicher zur zweiten Arbeitskammer freigibt. In dieser sogenannten unterkritischen Betriebssituation kann über die Druckmittelpumpe eine hinreichende Druckmittelversorgung der entsprechenden Arbeitskammern des hydraulischen Nockenwellenverstellers sichergestellt werden, sodass das Druckmittel in die entsprechende Arbeitskammer einströmt und aus der jeweils anderen Arbeitskammer in den Druckmittelspeicher abfließt. Somit ist eine einfache und sichere Druckmittelversorgung der Arbeitskammern möglich.
-
Besonders bevorzugt ist dabei, wenn in einer zweiten Schaltstellung des ersten Steuerventils das erste Steuerventil die Druckmittelpumpe mit der ersten Druckmittelleitung verbindet, wobei in einem ersten Betriebszustand das zweite Steuerventil eine Verbindung von dem ersten Steuerventil über die erste Druckmittelleitung mit der ersten Arbeitskammer freigibt und eine Verbindung der ersten Arbeitskammer mit dem Druckmittelspeicher sperrt, und das dritte Steuerventil eine Verbindung von dem ersten Steuerventil über die zweite Druckmittelleitung mit der zweiten Arbeitskammer sperrt und eine Verbindung von der zweiten Arbeitskammer zum Druckmittelspeicher freigibt, und wobei in einem zweiten Betriebszustand das zweite Steuerventil eine Verbindung von dem ersten Steuerventil über die erste Druckmittelleitung mit der ersten Arbeitskammer sperrt und eine Verbindung des Druckmittelspeichers mit der ersten Arbeitskammer freigibt, und das dritte Steuerventil eine Verbindung von dem ersten Steuerventil zu der zweiten Arbeitskammer sperrt und eine Verbindung von der zweiten Arbeitskammer zum Druckmittelspeicher freigibt. In dieser sogenannten überkritischen Betriebssituation sind die am Rotor wirkenden Nockenmomente so stark, dass sie die Arbeitskammern so schnell aufziehen, dass die Druckmittelpumpe mit der Druckmittelversorgung nicht nachkommt und der hydraulische Nockenwellenversteller anfängt, Öl aus der Druckmittelpumpe zu saugen. Dabei fällt der Druck unter ein Niveau ab, bei dem sich das Rückschlagventil in der zusätzlichen Druckmittelleitung öffnet und eine zusätzliche Druckmittelversorgung aus dem Druckmittelspeicher zur saugenden Arbeitskammer freigibt. Steigt der Druck in der Druckmittelleitung über ein durch das zweite oder dritte Steuerventil vorbestimmtes Druckniveau, kann sich die Druckmittelversorgung über die Druckmittelpumpe wieder zuschalten. Dies wird vor allem am Ende der Saugphase notwendig, wenn der Übergang zur Abstützphase beginnt, wobei das Druckniveau in den Arbeitskammern dann durch ein zwischen der Druckmittelpumpe und dem ersten Steuerventil angeordnetes Rückschlagventil gehalten wird.
-
Erfindungsgemäß wird ein Verbrennungsmotor mit mindestens einem Brennraum und einem Zylinderkopf zur Begrenzung des mindestens einen Brennraums sowie einem erfindungsgemäßen hydraulischen Nockenwellenversteller vorgeschlagen, wobei das erste Steuerventil des hydraulischen Nockenwellenverstellers in oder an dem Zylinderkopf des Verbrennungsmotors angeordnet oder ausgebildet ist.
-
Die Erfindung wird im Folgenden anhand bevorzugter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren erläutert. Gleiche Bauteile oder Bauteile mit gleicher Funktion sind dabei mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet. Dabei zeigt:
-
1 einen erfindungsgemäßen, hydraulischen Nockenwellenversteller nach dem Flügelzellenprinzip;
-
2 den erfindungsgemäßen, hydraulischen Nockenwellenversteller bei einer Verstellung der Nockenwelle in eine erste Verstellrichtung bei einem unterkritischen Betrieb;
-
3 den erfindungsgemäßen, hydraulischen Nockenwellenversteller bei einer Verstellung der Nockenwelle in eine zweite Verstellrichtung bei einem unterkritischen Betrieb;
-
4 den erfindungsgemäßen, hydraulischen Nockenwellenversteller bei einer Verstellung in die erste Verstellrichtung bei einem überkritischen Betrieb;
-
5 den erfindungsgemäßen, hydraulischen Nockenwellenversteller bei einer Verstellung in die zweite Verstellrichtung bei einem überkritischen Betrieb;
-
6 ein alternatives Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen, hydraulischen Nockenwellenverstellers.
-
1 zeigt einen hydraulischen Nockenwellenversteller 1 nach dem Flügelzellenprinzip mit einem Stator 2 und einem relativ zum Stator 2 verdrehbaren Rotor 3. Dabei ist der Rotor 3 drehbar um eine Drehachse im Stator 2 gelagert. Zwischen dem Rotor 3 und dem Stator 2 sind Hydraulikräume 6 ausgebildet, welche durch radial aus einem Grundkörper des Rotors 3 vorstehende Flügel 5 in jeweils eine erste Arbeitskammer 7 und eine zweite Arbeitskammer 8 unterteilt werden. An dem Rotor 3 sind ferner Hydraulikkanäle ausgebildet, mit denen ein Druckmittelzufluss oder Druckmittelabfluss zu den Arbeitskammern 7, 8 ermöglicht wird, um die Lage des Rotors 3 gegenüber dem Stator 2 zu verändern und somit eine Veränderung der Steuerzeiten der Ventilsteuerung eines Verbrennungsmotors zu bewirken. Als Druckmittel 17 wird vorzugsweise ein Öl genutzt. An dem Stator 2 des Nockenwellenverstellers 1 sind Stege 4 ausgebildet, welche die Hydraulikräume 6 voneinander trennen. An den Hydraulikkanälen zur Ölversorgung der Arbeitskammern 7, 8 sind Rückschlagventile angeordnet, um ein Rückströmen des Druckmittels entgegen der gewünschten Strömungsrichtung in oder aus den Arbeitskammern 7, 8 zu verhindern. Ferner ist an dem Nockenwellenversteller 1 ein Druckmittelspeicher 9 ausgebildet, welcher mit den Arbeitskammern 7, 8 verbunden ist. Dabei können alternativ oder zusätzlich Rückschlagventile in einer Verbindung des Druckmittelspeichers 9 zu den Arbeitskammern 7, 8 angeordnet sein.
-
In 2 ist ein hydraulischer Schaltplan eines erfindungsgemäßen hydraulischen Nockenwellenverstellers 1 für einen Verbrennungsmotor dargestellt. Aus Gründen der Übersichtlichkeit ist nur ein Hydraulikraum 6 des hydraulischen Nockenwellenverstellers 1 mit zwei Arbeitskammern 7, 8 dargestellt, es sind vorzugsweise jedoch mehrere, über den Umfang des Stators 2 verteilte Hydraulikräume 6 mit jeweils einer ersten Arbeitskammer 7 und einer zweiten Arbeitskammer 8 ausgebildet. Dabei ist eine Verstellung gezeigt, bei der Druckmittel 17 in die zweite Arbeitskammer 8 eingeleitet wird, um diese zu vergrößern und den Rotor 3 entsprechend gegenüber dem Stator 2 zu verdrehen. Der hydraulische Nockenwellenversteller 1 umfasst eine Druckmittelpumpe 12 zur Druckmittelversorgung der Arbeitskammern 7 und 8. Die Druckmittelpumpe 12 ist über eine Druckmittelleitung 24 mit dem ersten Steuerventil 10 verbunden, wobei in der Druckmittelleitung 24 ein Rückschlagventil 21 angeordnet ist, um ein Rückströmen von Druckmittel 17 in Richtung der Druckmittelpumpe 12 zu verhindern. Das erste Steuerventil 10 ist vorzugsweise als 3/3-Wege-Ventil ausgebildet und kann wahlweise eine hydraulische Verbindung von der Druckmittelpumpe 12 zu der ersten Arbeitskammer 7 oder zu der zweiten Arbeitskammer 8 freigeben oder die hydraulische Verbindung sperren. Das erste Steuerventil 10 ist dezentral, vorzugsweise am oder im Zylinderkopf des Verbrennungsmotors angeordnet, wobei das erste Steuerventil 10 vorzugsweise nicht mit der Drehzahl des hydraulischen Nockenwellenverstellers 1 rotiert, sondern nichtrotierend angeordnet ist. Für die Druckmittelversorgung des hydraulischen Nockenwellenverstellers 1 sind zwei Druckmittelleitungen 13a und 13b vorgesehen, welche über einen Drehübertrager laufen können. Alternativ kann das erste Steuerventil 10 auch an einem anderen Bauteil des Verbrennungsmotors, beispielsweise an einem Motorblock, einem Gehäuse oder einer Abdeckung des Verbrennungsmotors angeordnet sein.
-
Das erste Steuerventil 10 ist über eine erste Druckmittelleitung 13a mit einem zweiten Steuerventil 14 und über eine zweite Druckmittelleitung 13b mit einem dritten Steuerventil 15 hydraulisch verbunden. Das erste Steuerventil 10 ist dabei außerhalb eines Gehäuses 11 des hydraulischen Nockenwellenverstellers 1 angeordnet. Das zweite Steuerventil 14 ist über die Druckmittelleitung 13a mit der ersten Arbeitskammer 7 des hydraulischen Nockenwellenverstellers 1 verbunden. Das zweite Steuerventil 14 ist ferner über eine Druckmittelleitung 16a mit dem Druckmittelspeicher 9 verbunden. Der Druckmittelspeicher 9 ist ferner über eine weitere Druckmittelleitung 18a mit der Druckmittelleitung 13a verbunden, wobei in der weiteren Druckmittelleitung 18a ein Rückschlagventil 19 angeordnet ist.
-
Das dritte Steuerventil 15 ist über die Druckmittelleitung 13b mit der zweiten Arbeitskammer 8 des hydraulischen Nockenwellenverstellers 1 verbunden. Das dritte Steuerventil 15 ist außerdem über eine Druckmittelleitung 16b mit dem Druckmittelspeicher 9 verbunden. Der Druckmittelspeicher 9 ist über eine weitere Druckmittelleitung 18b mit der Druckmittelleitung 13b verbunden, wobei in der weiteren Druckmittelleitung 18b ein Rückschlagventil 20 angeordnet ist. Das zweite Steuerventil 14 und das dritte Steuerventil 15 sind jeweils durch eine Feder 22 belastet, welche die Steuerventile 14, 15 in einem nicht angesteuerten Zustand geschlossen hält. Die Ansteuerung der Steuerventile 14, 15 kann elektrisch, hydraulisch oder durch eine Kombination von elektrischen und hydraulischen Ansteuerung erfolgen. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel sorgt der Druck des Druckmittels 17 in der Druckmittelleitung 13b dafür, dass das dritte Steuerventil 15 öffnet und eine an dem dritten Steuerventil 15 angeordnete Feder 22, dass das dritte Steuerventil 15 im nicht angesteuerten Fall schließt. Das zweite Steuerventil 14 und das dritte Steuerventil 15 sind vorzugsweise wie in 1 dargestellt als 3/2-Wege-Ventile ausgebildet.
-
In 2 ist der hydraulische Nockenwellenversteller 1 in einer ersten Betriebsstellung dargestellt, in welcher eine Verstellung in der angezeigten Pfeilrichtung erfolgt und die zweite Arbeitskammer 8 mit Druckmittel 17 beaufschlagt wird, während das Druckmittel 17 aus der ersten Arbeitskammer 7 über die Druckmittelleitungen 13a und 16a in den Druckmittelspeicher 17 abfließt. Dabei erfolgt die Druckmittelversorgung der zweiten Arbeitskammer 8 durch die Druckmittelpumpe 12, welche das Druckmittel 17 über die Druckmittelleitung 13b von der Druckmittelpumpe 12 in die zweite Arbeitskammer 8 fördert. Dabei ist das dritte Steuerventil 15 geöffnet und erlaubt ein Durchströmen des Druckmittels von dem ersten Steuerventil 10 zur zweiten Arbeitskammer 8. Das zweite Steuerventil 14 bleibt in seiner, durch eine Feder 22 vorgespannten, Grundstellung und sorgt für ein Ausströmen des Druckmittels 17 aus der verdrängenden Arbeitskammer 7 in Richtung des Druckmittelspeichers 9. Dabei kann das ausströmende Druckmittel 17 unmittelbar in den Druckmittelspeicher 9 ausströmen und wird nicht erst über das erste Steuerventil 10 geführt. Ein weiterer Vorteil dieser Lösung wird ausgeschöpft, wenn es gelingt, den Durchströmungswiderstand durch das zweite Steuerventil 14 oder das dritte Steuerventil 15 so gering wie möglich zu halten, also wenn die jeweiligen Steuerventil 14 und 15 einen möglichst großen Öffnungsquerschnitt in Richtung des Druckmittelspeichers 9 ermöglichen. Dies ist bei einem 3/2-Wege-Ventil deutlich leichter umzusetzen als bei den aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen mit einem zentralen 4/3-Wege-Ventil.
-
In 3 ist der hydraulische Nockenwellenversteller 1 in einer zweiten Betriebsstellung dargestellt. In dieser zweiten Betriebsstellung erfolgt eine Verstellung des Nockenwellenverstellers entgegen der in 2 dargestellten Richtung. Dazu wird die erste Arbeitskammer 7 mit Druckmittel 17 beaufschlagt, während das Druckmittel 17 aus der zweiten Arbeitskammer 8 in den Druckmittelspeicher 9 abfließt.
-
Die in 2 und 3 dargestellten Betriebsstellungen werden als unterkritische Betriebssituationen bezeichnet, da die Druckmittelversorgung durch die Druckmittelpumpe 12 hinreichend ist, um die Arbeitskammern 7, 8 der hydraulischen Nockenwellenverstellers 1 mit Druckmittel 17 zu versorgen.
-
In 4 ist der erfindungsgemäße, hydraulische Nockenwellenversteller 1 in einem sogenannten überkritischen Betriebszustand dargestellt. Die Verstellrichtung entspricht dabei der in 2 dargestellten Verstellrichtung. Ein überkritischer Betriebszustand ist dadurch charakterisiert, dass die am Rotor 3 wirkenden Nockenmomente so stark eine der Arbeitskammern 7, 8 vergrößern, dass die Druckmittelpumpe 12 nicht mit der Druckmittelversorgung nachkommt, und der Nockenwellenversteller 1 anfängt, Druckmittel 17 aus der Druckmittelpumpe 12 zu saugen. Dabei fällt der Druck unter das, durch die Rückschlagventile 19, 20 in den weiteren Druckmittelleitungen 18a und 18b bestimmte Druckniveau ab, und das entsprechende Rückschlagventil 19, 20 gibt eine zusätzliche Druckmittelversorgung von dem Druckmittelspeicher 9 in die „saugende“ Arbeitskammer 7, 8 frei. Ein wesentlicher Vorteil der hier vorgeschlagenen Lösung besteht darin, dass auch das zugeordnete zweite oder dritte Steuerventil 14, 15 in der Lage ist, den Druckmittelpfad von der Druckmittelpumpe 12 zu der entsprechenden Arbeitskammer 7, 8 zu unterbrechen und somit „künstlich“ einen Unterversorgung an Druckmittel 17 durch die Druckmittelpumpe 12 zu provozieren. Die Federvorspannung der Federn 22 in Wirkverbindung mit den druckmittelbelasteten Wirkflächen bestimmt dabei das Druckniveau, bei dem die Druckmittelversorgung durch die Druckmittelpumpe 12 unterbrochen wird. Diese Maßnahme verhindert ein generelles Abrsinken des Pumpendrucks unter ein bestimmtes Niveau. Zusätzlich hat diese Maßnahme den Effekt, dass die Druckmittelversorgung der Arbeitskammern 7, 8 früher (d.h. bei einem höheren Druckniveau) aus dem Druckmittelspeicher 9 erfolgt als bei aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen. Dadurch wird eine höhere Ersparnis im Druckmittelbedarf aus der Druckmittelpumpe 12 erzielt, wodurch die Druckmittelpumpe 12 kleiner und kompakter ausgeführt werden kann.
-
Steigt der Druck in einer der Druckmittelleitungen 13a, 13b zur sich vergrößernden Kammer wieder über das durch das entsprechende Steuerventil 14, 15 vorbestimmte Druckniveau, kann sich die Druckmittelversorgung über die Druckmittelpumpe 12 wieder zuschalten. Dies ist vor allem am Ende der Saugphase notwendig, wenn der Übergang zur Abstützphase des Rotors 3 beginnt. Dabei kann der Druck durch das pumpenseitig in der Druckmittelleitung 24 angeordnete Rückschlagventil 21 gehalten werden.
-
In 5 ist ein weitere Betriebszustand des hydraulischen Nockenwellenverstellers 1 dargestellt, bei dem in einer überkritischen Betriebssituation eine Verstellung in die in 3 dargestellte Verstellrichtung erfolgt. Dabei vergrößert sich die erste Arbeitskammer 7, während sich die die zweite Arbeitskammer 8 verkleinert. Bei der Vergrößerung der ersten Arbeitskammer 7 wird durch ein Schleppmoment der Nockenwelle ein Unterdruck in der ersten Arbeitskammer 7 erzeugt, wodurch sich das Rückschlagventil 19 in der weiteren Druckmittelleitung 18a öffnet und ein Einströmen von Druckmittel 17 aus dem Druckmittelspeicher 9 in die erste Arbeitskammer 7 ermöglicht. Das Druckmittel 17 aus der zweiten Arbeitskammer 8 fließt wie zu 3 beschrieben über die Druckmittelleitung 13b und 16b von der zweiten Arbeitskammer 8 in den Druckmittelspeicher 9 zurück. In der überkritischen Betriebssituation sind sowohl das zweite Steuerventil 14 als auch das dritte Steuerventil 15 durch die jeweilige Feder 22 geschlossen, sodass die hydraulische Verbindung von der Druckmittelpumpe 12 zu den Arbeitskammern 7, 8 des hydraulischen Nockenwellenverstellers 1 unterbrochen ist.
-
In 6 ist eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen, hydraulischen Nockenwellenverstellers 1 dargestellt. Bei im Wesentlichen gleichem Aufbau wie in 2 ist die Druckmittelleitung 24 ventilfrei ausgeführt, dafür weist jede der Druckmittelleitungen 13a und 13b, welche das erste Steuerventil 10 mit dem zweiten Steuerventil 14 oder dem dritten Steuerventil 15 verbinden, ein Rückschlagventil 23 auf. Dadurch wird ein Rückströmen von Druckmittel 17 aus den Arbeitskammern 7 und 8 in Richtung des ersten Steuerventils 10 unterbunden.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Hydraulischer Nockenwellenversteller
- 2
- Stator
- 3
- Rotor
- 4
- Steg
- 5
- Flügel
- 6
- Hydraulikraum
- 7
- erste Arbeitskammer
- 8
- zweite Arbeitskammer
- 9
- Druckmittelspeicher
- 10
- erstes Steuerventil
- 11
- Gehäuse
- 12
- Druckmittelpumpe
- 13
- Druckmittelleitung
- 13a
- erste Druckmittelleitung
- 13b
- zweite Druckmittelleitung
- 14
- zweites Steuerventil
- 15
- drittes Steuerventil
- 16
- Druckmittelleitung
- 16a
- Druckmittelleitung
- 16b
- Druckmittelleitung
- 17
- Druckmittel
- 18
- weitere Druckmittelleitung
- 18a
- weitere Druckmittelleitung
- 18b
- weitere Druckmittelleitung
- 19
- Rückschlagventil
- 20
- Rückschlagventil
- 21
- Rückschlagventil
- 22
- Feder
- 23
- Rückschlagventil
- 24
- Druckmittelleitung
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
