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Die Erfindung betrifft einen hydraulischen Nockenwellenversteller zur Verstellung der Steuerzeiten von Gaswechselventilen eines Verbrennungsmotors gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
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Hydraulische Nockenwellenversteller werden bei Verbrennungsmotoren eingesetzt, um 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.
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Aus der
DE 10 2012 201 558 A1 ist ein hydraulischer Nockenwellenversteller mit mehreren Volumenspeichern bekannt, wobei die Volumenspeicher in Hohlräumen des Rotors ausgebildet sind. Aus der
DE 10 2012 201 566 A1 ist ein hydraulischer Nockenwellenversteller mit mehreren Volumenspeichern zur Nachführung von Hydrauliköl in die Arbeitskammern des Nockenwellenverstellers bekannt, wobei die Volumenspeicher in den Stegen des Stators ausgebildet sind, welche die Arbeitskammern des Nockenwellenverstellers voneinander trennen. Dabei sind an den Volumenspeichern Rückschlagventile vorgesehen, um ein unkontrolliertes Ausströmen des Hydrauliköls in die Arbeitskammern des Nockenwellenverstellers zu unterbinden.
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Aus der
DE 10 2012 201 551 A1 ist darüber hinaus die Zufuhr von Hydrauliköl in die Volumenspeicher des hydraulischen Nockenwellenverstellers mit Hilfe einer Auffangglocke für das Hydrauliköl bekannt.
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Aufgabe der Erfindung ist es, einen hydraulischen Nockenwellenversteller derart weiterzubilden, dass die Ölversorgung des hydraulischen Nockenwellenverstellers weiter verbessert wird und gleichzeitig die Baugröße des hydraulischen Nockenwellenverstellers verringert werden kann.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch einen hydraulischen Nockenwellenversteller zur Verstellung der Steuerzeiten von Gaswechselventilen eines Verbrennungsmotors mit einem Stator und einem verdrehbar zum Stator angeordneten Rotor gelöst, wobei der Stator Stege aufweist, welche in radialer Richtung über einen Grundkörper des Stators nach Innen ragen, wobei der Rotor mindestens einen Flügel aufweist, welcher über einen Grundkörper des Rotors in radialer Richtung nach Außen ragt, wobei zwischen dem Stator und dem Rotor ein Hydraulikraum ausgebildet ist, welcher durch den Flügel des Rotors in eine erste Druckkammer und eine zweite Druckkammer unterteilt wird, sowie mit einem Druckmittelspeicher zum hydraulischen Befüllen der Druckkammern, wobei in einer hydraulischen Verbindung zwischen dem Druckmittelspeicher und den Druckkammern Rückschlagventile angeordnet sind, wobei an dem Grundkörper des Stators Ausnehmungen vorgesehen sind, welche in radialer Richtung die Wandstärke des Grundkörpers verringern, und wobei die Rückschlagventile zumindest abschnittsweise in den Ausnehmungen des Grundkörpers des Stators angeordnet sind. Durch die Ausnehmungen können der Hydraulikraum oder die Hydraulikräume zwischen dem Stator und dem Rotor bei gleicher Größe der Ventile kleiner ausgeführt werden, wodurch das bei Motorstart nicht nutzbare „tote“ Ölvolumen deutlich minimiert und das nutzbare Ölvolumen maximiert werden kann. Das hat den Effekt, dass der Druckmittelspeicher schneller mit nutzbarem Ölvolumen gefüllt wird, sodass keine Luft in den Versteller gesaugt werden kann.
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Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Merkmale sind vorteilhafte Verbesserungen und Weiterentwicklungen des im unabhängigen Anspruch angegebenen hydraulischen Nockenwellenverstellers möglich.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Rückschlagventile als Klappenventile mit einem Hebel und einer Ventilklappe ausgebildet sind, wobei die Ventilklappe zumindest abschnittsweise in der Ausnehmung des Grundkörpers des Stators aufgenommen ist. Dadurch, dass sich die Ventilklappen auf einem größeren Teilkreisdurchmesser befinden, kann die Länge des Hebels vergrößert werden, oder bei gleicher Hebellänge der Durchmesser des Stators verringert werden. Durch eine größere Hebellänge lässt sich die Materialbelastung bei gleichem Öffnungsweg der Ventilklappen verringern, was zu einer besseren Dauerhaltbarkeit führt. Alternativ kann durch den verringerten Teilkreis der Hydraulikkammern und gleichbleibender Auskraglänge der Rückschlagventile der gesamte Durchmesser des hydraulischen Nockenwellenverstellers reduziert werden, was der ständigen Kundenforderung nach immer kompakteren und leichteren Systemen zur Nockenwellenverstellung nachkommt.
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Besonders bevorzugt ist dabei, wenn die Ventilklappe des Klappenventils kreisförmig und die Ausnehmung halbkreisförmig ist, wobei die kreisförmige Ventilklappe und die halbkreisförmige Ausnehmung zumindest im Wesentlichen einen gleichen Radius aufweisen. Eine halbkreisförmige Ausnehmung kann als Nut vergleichsweise einfach und kostengünstig in den Stator eingebracht werden. Dabei entspricht die Nut in ihrem Radius im Wesentlichen dem Radius der Ventilklappe, d.h. die Nut ist geringfügig größer als die Ventilklappre, sodass die Ventilklappe mit geringem Führungsspiel in der halbkreisförmigen Nut geführt ist. Anstelle einer Halbkreisform ist auch eine Ausnehmung mit einem kleineren Teilkreis als ein Halbkreis möglich, wodurch die Ausnehmung nicht ganz so tief in den Stator hineinragt und die Materialstärke nicht ganz so stark reduziert.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung des hydraulischen Nockenwellenverstellers ist vorgesehen, dass die Ausnehmung in axialer Richtung über die komplette Breite des Stators verläuft. Eine durchgehende Ausnehmung ist besonders einfach und kostengünstig in den Stator einzubringen und kann beispielsweise in den Stator eingefräst werden, oder bei einem Stator aus einem Sintermetall bereits bei der Urformung des Stators eingebracht werden. Alternativ ist mit Vorteil vorgesehen, dass die Ausnehmung von einer Stirnseite des Stators ausgehend nur über einen ersten axialen Abschnitt des Stators verläuft. Dadurch entsteht in axialer Richtung am Ende der Ausnehmung eine Stufe, welche als Anschlag für die Ventilklappe des Klappenventils dient. Somit kann der maximale Öffnungsweg für die Rückschlagventilklappe dienen.
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Die verschiedenen in dieser Anmeldung genannten Ausführungsformen der Erfindung sind, sofern im Einzelfall nicht anders ausgeführt, mit Vorteil miteinander kombinierbar.
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Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand der zugehörigen Zeichnungen erläutert. Gleiche Bauteile oder Bauteile mit gleicher Funktion sind dabei in den Zeichnungen mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet. Es zeigen:
- 1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen hydraulischen Nockenwellenverstellers;
- 2 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen hydraulischen Nockenwellenverstellers;
- 3 eine weitere, alternative Ausführungsform eines erfindungsgemäßen hydraulischen Nockenwellenverstellers;
- 4 einen erfindungsgemäßen hydraulischen Nockenwellenversteller im direkten Vergleich zu einem aus dem Stand der Technik bekannten hydraulischen Nockenwellenversteller.
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In 1 ist ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen hydraulischen Nockenwellenverstellers 1 gezeigt. Der hydraulische Nockenwellenversteller 1 weist einen Stator 2 und einen Rotor 3 auf, wobei der Stator 2 und der Rotor eine gemeinsame Drehachse aufweisen und der Rotor 3 gegenüber dem Stator 2 verdrehbar gelagert ist. Der Stator 2 weist einen rohrförmigen Grundkörper 5 auf, welcher einen Innendurchmesser dSi und einen Außendurchmesser dSa aufweist. An dem Grundkörper 5 des Stators 2 sind Stege 4 ausgebildet, welche in radialer Richtung nach innen über den Grundkörper 5 des Stators 2 hinweg nach Innen überstehen. In dem Stator 2 ist ein Rotor 3 angeordnet, welcher einen zylindrischen Grundkörper 7 und radial nach Außen über den Grundkörper 7 herausragende Flügel 6 aufweist. Zwischen dem Stator 2 und dem Rotor 3 sind mehrere Hydraulikräume 8 ausgebildet, welche jeweils durch einen Flügel 6 des Rotors 3 in eine erste Druckkammer 9 und eine zweite Druckkammer 10 unterteilt werden. Die Flügel 6 des Rotors 3 erstrecken sich dabei in radialer Richtung näherungsweise bis zum Innendurchmesser dSi des Stators 2. An den jeweiligen Rändern der Druckkammern 9, 10 sind Rückschlagventile 12, 13 angeordnet, welche die jeweilige Druckkammer 9, 10 mit einem Druckmittelspeicher 11 des hydraulischen Nockenwellenverstellers 1 verbinden. An dem Grundkörper 5 des Stators 2 sind Ausnehmungen 14 ausgebildet, welche den Innendurchmesser dSi des Stators 2 reduzieren. Die Rückschlagventile 12, 13 sind als Klappenventile 15 ausgebildet und weisen einen Hebel 16 mit einer Länge I und eine mit dem Hebel verbundene Ventilklappe 17 auf. Der Hebel 16 des Klappenventils 15 ist biegeelastisch und ermöglicht ein Anliegen oder Abheben der Ventilklappe von einer fluidischen Verbindung der Druckkammern 9, 10 mit dem Druckmittelspeicher 11. Dabei ragt die Ventilklappe 15 in die Ausnehmung 14 hinein, wodurch gegenüber einem aus dem Stand der Technik bekannten Design ein längerer Hebel 16 oder bei gleichlangem Hebel 16 ein kleinerer Außendurchmesser dSa des Stators 2 realisiert werden. Dabei liegt die radial äußere Kante der Ventilklappe 15 in radialer Richtung außerhalb des Innendurchmessers dSi des Stators 2. Die Ausnehmung kann über die komplette axiale Breite 18 des Stators 2 ausgebildet sein, ober wie in 1 dargestellt von einer Stirnseite des Stators 2 in axialer Richtung nach einer Teilbreite des Stators 2 enden. Dadurch kann die Ausnehmung 14 in axialer Richtung als axialer Anschlag für die Ventilklappe 17 des Klappenventils 15 dienen.
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In 2 ist eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen hydraulischen Nockenwellenverstellers 1 dargestellt. Bei im Wesentlichen gleichem Aufbau wie zu 1 beschrieben ist zusätzlich ein Verriegelungsdeckel 19 dargestellt, welcher sich in axialer Richtung an den Stator 2 anschließt und somit die Hydraulikräume 8 in axialer Richtung begrenzt. Zudem ist in 2 zu erkennen, dass die Ausnehmung 14 in radialer Richtung über den Innendurchmesser dSi des Grundkörpers 5 des Stators 2 hinausgeht und in axialer Richtung durch eine Stufe 20 begrenzt ist.
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In 3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen hydraulischen Nockenwellenverstellers 1 dargestellt, wobei der Stator 2 in axialer Richtung durch einen Federdeckel 21 begrenzt ist. Es ist zu erkennen, dass die obere Kante der Ventilklappe 17 oberhalb des Flügeldurchmessers des Rotors liegt. Dabei bezeichnet die Ringhöhe b ein Totvolumen, welches nicht genutzt werden kann. Da die Ringhöhe b aufgrund der Ausnehmungen 14 im Stator 2 deutlich kleiner als bei einem aus dem Stand der Technik bekannten Stator 2 ist, ist das Totvolumen für die Hydraulikflüssigkeit des hydraulischen Nockenwellenverstellers deutlich reduziert, sodass eine schnellere Befüllung mit nutzbarer Hydraulikflüssigkeit erfolgen kann.
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In 4 sind ein erfindungsgemäßer hydraulischer Nockenwellenversteller 1 (linke Abbildung) und ein aus dem Stand der Technik bekannter hydraulischer Nockenwellenversteller 1 (rechte Abbildung) im direkten Vergleich jeweils in einer Schnittdarstellung gezeigt. Wie bereits erwähnt, ermöglichen die Ausnehmungen 14 am Stator 2 des erfindungsgemäßen hydraulischen Nockenwellenverstellers 1, dass der Hebel 16 mit einem längeren Hebelarm und einer vergrößerten Länge I ausgeführt werden kann. Das hat zur Folge, dass sich bei gleichem Öffnungsweg die Materialbelastung der auskragenden Ventilklappe 17 des Klappenventils 15 verringert, was zu einer besseren Dauerhaltbarkeit führt.
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Alternativ kann bei gleicher Hebellänge I des Klappenventils 15 der Außendurchmesser dSa des Stators 2 reduziert werden, was den ständigen Kundenforderungen nach immer kompakteren und leichteren Nockenwellenverstellern 1 nachkommt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Nockenwellenversteller
- 2
- Stator
- 3
- Rotor
- 4
- Stege
- 5
- Grundkörper (des Stators)
- 6
- Flügel
- 7
- Grundkörper (des Rotors)
- 8
- Hydraulikraum
- 9
- Erste Druckkammer
- 10
- Zweite Druckkammer
- 11
- Druckmittelspeicher
- 12
- Rückschlagventil
- 13
- Rückschlagventil
- 14
- Ausnehmung
- 15
- Klappenventil
- 16
- Hebel
- 17
- Ventilklappe
- 18
- Breite (des Stators)
- 19
- Verriegelungsdeckel
- 20
- Stufe
- 21
- Federdeckel
- dSa
- Außendurchmesser des Stators
- dSi
- Innendurchmesser des Stators
- rA
- Radius Ausnehmung
- rV
- Radius Ventilklappe
- b
- Ringhöhe
- I
- Länge des Hebels
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102012201558 A1 [0003]
- DE 102012201566 A1 [0003]
- DE 102012201551 A1 [0004]
