DE102017102404A1

DE102017102404A1 - Hydraulischer Nockenwellenversteller

Info

Publication number: DE102017102404A1
Application number: DE102017102404.2A
Authority: DE
Inventors: Ali BAYRAKDAR
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2017-02-08
Filing date: 2017-02-08
Publication date: 2018-08-09

Abstract

Die Erfindung betrifft einen hydraulischen Nockenwellenversteller (1) zur Verstellung der Ventilsteuerzeiten eines Verbrennungsmotors, umfassend einen Stator (120), welcher synchron mit einer Kurbelwelle des Verbrennungsmotors dreht, einen relativ zum Stator (120) verdrehbar angeordneten Rotor (90), welcher mit der Drehbewegung einer Nockenwelle (10) synchronisierbar ist, sowie eine Zentralschraube (40) zur drehfesten Fixierung des Rotors (90) an der Nockenwelle (10), wobei in dem Rotor (90) eine Mehrzahl von Ventilen (50, 60) angeordnet ist, welche über einen gelenkig mit einem Zentralmagneten (30) verbundenen Stellmechanismus (100) betätigbar sind.

Description

Die Erfindung betrifft einen hydraulischen Nockenwellenversteller gemäß dem Oberbegriff des unabhängigen Anspruchs.
Aus dem Stand der Technik sind hydraulische Nockenwellenversteller für Kraftfahrzeuge, insbesondere für Automobile, bekannt. Diese Nockenwellenversteller weisen im Allgemeinen in ihrem Grundaufbau einen von einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine antreibbaren Stator und einen drehfest mit der Nockenwelle der Brennkraftmaschine verbundenen Rotor auf. Zwischen dem Stator und dem Rotor ist ein Ringraum vorgesehen, welcher durch drehfest mit dem Stator verbundene, radial nach innen ragende Vorsprünge in eine Mehrzahl von Arbeitskammern unterteilt ist, die jeweils durch einen radial von dem Rotor nach außen abragenden Flügel in zwei Druckkammern unterteilt sind. Je nach der Beaufschlagung der Druckkammern mit einem hydraulischen Druckmittel wird der Rotor gegenüber dem Stator und damit auch die Nockenwelle gegenüber der Kurbelwelle in Richtung „früh“ oder „spät“ verstellt.
Aus der DE 100 36 268 A1 ist ein hydraulischer Nockenwellenversteller mit einem Zentralventil bekannt, welches von einem elektromagnetischen Steller betätigbar ist. Dabei ist der elektromagnetische Steller koaxial zu dem Zentralventil und zu der Nockenwelle angeordnet, wobei das Zentralventil durch eine Ansteuerung des elektromagnetischen Stellers in axialer Richtung in einem Rotor des hydraulischen Nockenwellenverstellers verschoben wird. Nachteilig an einer solchen Lösung ist jedoch, dass das Zentralventil eine vergleichsweise komplexe hydraulische Geometrie aufweist, um das Steueröl zur Ansteuerung der Druckkammern des Nockenwellenverstellers in den jeweiligen Druckkammern zwischen dem Rotor und dem Stator zu verteilen. Zudem wird die hydraulische Auslegung des Zentralventils mit zunehmenden Anforderungen an die Schaltbarkeit des hydraulischen Nockenwellenverstellers, insbesondere mit einer zunehmenden Anzahl an Schaltspielen, immer komplexer und aufwendiger. Dazu können zusätzliche Hydraulikkanäle im Zentralventil notwendig werden, welche eine Bearbeitung des Zentralventils aufwendiger und teuer machen. Teilweise ist es trotzdem kaum möglich, die erweiterten Anforderungen an den hydraulischen Nockenwellenversteller mit einem einzigen Zentralventil umzusetzen.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen hydraulischen Nockenwellenversteller bereitzustellen, welcher an die gesteigerten Anforderungen bezüglich Schaltbarkeit und Anzahl der möglichen Schaltspiele angepasst ist, und die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile überwindet.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch einen hydraulischen Nockenwellenversteller zur Verstellung der Ventilsteuerzeiten eines Verbrennungsmotors, umfassend einen Stator, welcher synchron mit einer Kurbelwelle des Verbrennungsmotors dreht, einen relativ zum Stator verdrehbar angeordneten Rotor, welcher mit der Drehbewegung einer Nockenwelle synchronisierbar ist, sowie eine Zentralschraube zur drehfesten Fixierung des Rotors an der Nockenwelle, gelöst, wobei in dem Rotor eine Mehrzahl von Ventilen angeordnet ist, welche über einen gelenkig mit einem Zentralmagneten verbundenen Stellmechanismus betätigbar sind. Durch eine Aufteilung der Funktion eines Zentralventils auf mehrere Ventile kann die Schaltbarkeit, die Schaltgeschwindigkeit oder die Schaltfrequenz des hydraulischen Nockenwellenverstellers verbessert werden. Zudem kann ein mit steigenden Anforderungen immer komplexer und teurer werdendes Zentralventil durch eine Mehrzahl von einfachen hydraulischen Ventilen ersetzt werden, welche über einen gemeinsamen Stellmechanismus, insbesondere ein Teller oder einen Hebel, betätigt werden können. Dadurch kann auch die hydraulische Anbindung der Druckkammern des Nockenwellenverstellers durch den Rotor vereinfacht werden, wodurch eine einfachere und kostengünstigere Fertigung des Rotors und/oder des Stators möglich ist. Zudem lässt sich eine erfindungsgemäße Lösung im Vergleich zu einem Nockenwellenversteller mit Zentralventil ohne zusätzlichen Bauraumbedarf umsetzen, sodass sich der vorgeschlagene hydraulische Nockenwellenversteller auch bei Motorprojekten mit begrenztem Bauraum umsetzen lässt.
Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Merkmale sind vorteilhafte Verbesserungen und Weiterentwicklungen des im unabhängigen Anspruch angegebenen hydraulischen Nockenwellenverstellers möglich.
In einer bevorzugten Ausführungsform des hydraulischen Nockenwellenverstellers ist vorgesehen, dass in dem Rotor mindestens ein erstes Ventil und ein zweites Ventil angeordnet sind, wobei das erste Ventil durch eine erste Feder und das zweite Ventil durch eine zweite Feder federbelastet sind, wobei die erste Feder und die zweite Feder unterschiedliche Federkennlinien und/oder unterschiedliche Federsteifigkeiten aufweisen. Durch mindestens zwei federbelastete Ventile mit unterschiedlichen Federkennlinien oder Federsteifigkeiten ist eine Reihenschaltung der Ventile möglich, beispielsweise mit einer weichen Feder in dem ersten Ventil und einer harten Feder in dem zweiten Ventil, sodass bei einer ersten Ansteuerkraft zunächst das erste Ventil geöffnet wird und bei einer weiteren Erhöhung der Ansteuerkraft durch den Zentralmagneten nachfolgend auch das zweite Ventil geöffnet wird. Dadurch ergeben sich zusätzliche Freiheitsgrade und Applikationsmöglichkeiten zur Verstellung des Rotors relativ zum Stator. Somit können beispielsweise ein Freilauf und/oder eine Mittenverriegelung des Rotors umgesetzt werden.
Gemäß einer weiteren Verbesserung der Erfindung ist vorgesehen, dass der hydraulische Nockenwellenversteller eine Mittenverriegelung aufweist, wobei in dem Rotor mindestens ein erstes Ventil und ein zweites Ventil angeordnet sind, wobei über das erste Ventil eine Verstellung des Rotors relativ zum Stator steuerbar ist, und wobei über das zweite Ventil eine Verriegelung und Entriegelung der Mittenverriegelung steuerbar ist. Durch zwei oder mehr Ventile in dem Rotor ist eine Funktionstrennung zwischen einer Verstellfunktion und einer Verriegelungsfunktion beziehungsweise Freilauffunktion des Nockenwellenverstellers möglich. Dadurch können die einzelnen Hydraulikkreise im Wesentlichen unabhängig voneinander und weniger komplex ausgeführt werden.
Besonders bevorzugt ist dabei, wenn der hydraulische Nockenwellenversteller mindestens einen Verriegelungsstift, vorzugsweise einen Verriegelungsstift pro Flügel des Rotors, aufweist, mit dem eine Position des Rotors relativ zum Stator temporär fixierbar ist, wobei eine Position des Verriegelungsstiftes direkt durch den Stellmechanismus veränderbar ist. Durch einen Stellmechanismus in Tellerform können sowohl federbelastete Ventile als auch federbelastete Verriegelungsstifte angesteuert und betätigt werden. Somit ist eine mechanische Entriegelung oder Verriegelung von Verriegelungsstiften möglich, wodurch auf eine hydraulische Ansteuerung zum Bewegen dieser Verriegelungsstifte verzichtet werden kann. Dadurch können der Rotor und/oder der Stator des hydraulischen Nockenwellenverstellers vereinfacht werden, da die Anzahl der benötigten Hydraulikkanäle deutlich sinkt.
Die verschiedenen in dieser Anmeldung genannten Ausführungsformen der Erfindung sind, sofern im Einzelfall nicht anders ausgeführt, mit Vorteil miteinander kombinierbar.
Die Erfindung wird nachfolgend in einem Ausführungsbeispiel anhand der zugehörigen Zeichnung erläutert. Es zeigt:

1 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen hydraulischen Nockenwellenverstellers.

In 1 ist ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen hydraulischen Nockenwellenverstellers 1 in einer Schnittdarstellung gezeigt. Der hydraulische Nockenwellenversteller 1 weist einen Stator 120 und einen relativ zu dem Stator 120 verdrehbaren Rotor 90 auf. Der Stator 120 ist an seinen Stirnseiten jeweils durch einen Deckel 20, 130 verschlossen, welche jeweils mit Schrauben 140 an dem Stator 120 fixiert sind. Der Rotor 90 des hydraulischen Nockenwellenverstellers 1 ist über eine Zentralschraube 40 mit einer Nockenwelle 10 eines nicht dargestellten Verbrennungsmotors verbunden. Zwischen dem Stator 120 und dem Rotor 90 ist ein Ringraum ausgebildet. Der Stator 120 weist in radialer Richtung nach Innen aus einem rohrförmigen Grundkörper des Stators 120 vorragende Stege auf, welche den Ringraum in mehrere Arbeitskammern unterteilen. Der Rotor 90 weist in radialer Richtung aus einem zylindrischen Grundkörper hervorragende Flügel auf, welche die jeweiligen Arbeitskammern in jeweils eine erste Druckkammer und eine zweite Druckkammer unterteilen. Durch eine entsprechende hydraulische Ansteuerung der Druckkammern kann der Rotor 90 gegenüber dem Stator 120 verdreht werden, wobei eine Befüllung der ersten Druckkammern eine Verstellung der Öffnungszeiten der Ventile in Richtung „früh“ und eine Befüllung der zweiten Druckkammern eine Verstellung der Öffnungszeiten in Richtung „spät“ bewirkt. In dem Rotor 90 ist eine Mehrzahl von Ventilen 50, 60 angeordnet, welche jeweils einen beweglichen Kolben 180, 190 und eine Feder 70, 80 aufweisen. In dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist ein Rotor 90 mit zwei Ventilen 50, 60 dargestellt. Prinzipiell sind aber auch mehr als zwei Ventile 50, 60 möglich. In axialer Richtung ist in koaxialer Verlängerung der Nockenwelle 10 und der Zentralschraube 40 ein Zentralmagnet 30 angeordnet, welcher über ein Gelenk 110 mit einem Stellmechanismus 100 verbunden ist. Der Stellmechanismus 100 umfasst einen Teller, dessen Rand 150 jeweils auf einen Kopf 160, 170 der beweglichen Kolben 180, 190 der Ventile 50, 60 anliegt.
Bei einer elektrischen Ansteuerung des Zentralmagneten 30 wird der Stellmechanismus 100 in axialer Richtung entlang einer Mittelachse des hydraulischen Nockenwellenverstellers 1 verschoben. Dabei drückt der Teller auf die Köpfe 160, 170 der beweglichen Kolben 180, 190 und drückt diese gegen die jeweiligen Federn 70, 80 der Ventile 50, 60. Dabei weisen das erste Ventil 50 und das zweite Ventil 60 vorzugsweise unterschiedlich harte Federn 70, 80 auf, sodass das erste Ventil 50 schneller als das zweite Ventil 60 öffnet. Die gelenkige Lagerung des Stellmechanismus 100 erlaubt ein Verkippen des Stellmechanismus 100. Bei einer weiteren Krafterhöhung durch den Zentralmagnet 30 wird der Stellmechanismus 100 weiter in Richtung der Nockenwelle 10 verschoben. Dabei öffnet das zweite Ventil 60, dessen Feder 80 eine größere Härte aufweist als die Feder 70 des ersten Ventils 50. Dadurch können beispielsweise die hydraulische Verstellung des Rotors 90 und eine Verriegelung oder ein Freilauf des Nockenwellenverstellers 1 jeweils durch ein separates Ventil 50, 60 angesteuert werden.
Alternativ oder zusätzlich können durch den Stellmechanismus 100 auch Verriegelungsstifte für eine Verriegelung des Rotors 90 in einer definierten Position relativ zum Stator 120 direkt mechanisch betätigt werden, wodurch auf eine komplexe hydraulisehe Anbindung der Verriegelungsstifte an den Hydraulikkreislauf des hydraulischen Nockenwellenverstellers 1 verzichtet werden kann. Dabei sind vorzugsweise in einem der Deckel 20, 130 Vertiefungen ausgebildet, welche als Verriegelungskulissen für die Verriegelungsstifte des Rotors 90 dienen. Anstelle eines Tellers kann der Stellmechanismus 100 auch einen sternförmigen Träger oder einen mehrarmigen Hebel aufweisen, wobei die Anzahl der Arme des Hebels beziehungsweise des Sterns der Anzahl der Ventile 50, 60 oder der Anzahl der Verriegelungsstifte oder der Summe von Verriegelungsstiften und Ventilen 50, 60 entspricht.
Bezugszeichenliste

1: Hydraulischer Nockenwellenversteller
10: Nockenwelle
20: erster Deckel
30: Zentralmagnet
40: Zentralschraube
50: erstes Ventil
60: zweites Ventil
70: erste Feder
80: zweite Feder
90: Rotor
100: Stellmechanismus
110: Gelenk
120: Stator
130: zweiter Deckel
140: Schraube
150: Rand
160: erster Kopf
170: zweiter Kopf
180: erster Kolben
190: zweiter Kolben

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

DE 10036268 A1 [0003]

Claims

Hydraulischer Nockenwellenversteller (1) zur Verstellung der Ventilsteuerzeiten eines Verbrennungsmotors, umfassend - einen Stator (120), welcher synchron mit einer Kurbelwelle des Verbrennungsmotors dreht, - einen relativ zum Stator (120) verdrehbar angeordneten Rotor (90), welcher mit der Drehbewegung einer Nockenwelle (10) synchronisierbar ist, - eine Zentralschraube (40) zur drehfesten Fixierung des Rotors (90) an der Nockenwelle (10), dadurch gekennzeichnet, dass - in dem Rotor (90) eine Mehrzahl von Ventilen (50, 60) angeordnet ist, welche über einen gelenkig mit einem Zentralmagneten (30) verbundenen Stellmechanismus (100) betätigbar sind.
Hydraulischer Nockenwellenversteller (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Rotor (90) mindestens ein erstes Ventil (50) und ein zweites Ventil (60) angeordnet sind, wobei das erste Ventil (50) durch eine erste Feder (70) und das zweite Ventil (60) durch eine zweite Feder (80) federbelastet sind, wobei die erste Feder (70) und die zweite Feder (80) unterschiedliche Federkennlinien und/oder unterschiedliche Federsteifigkeiten aufweisen.
Hydraulischer Nockenwellenversteller (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der hydraulische Nockenwellenversteller (1) eine Mittenverriegelung aufweist, wobei in dem Rotor (90) mindestens ein erstes Ventil (50) und ein zweites Ventil (60) angeordnet sind, wobei über das erste Ventil (50) eine Verstellung des Rotors (90) relativ zum Stator (120) steuerbar ist, und wobei über das zweite Ventil (60) eine Verriegelung und Entriegelung der Mittenverriegelung steuerbar ist.
Hydraulischer Nockenwellenversteller (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Nockenwellenversteller (1) mindestens einen Verriegelungsstift aufweist, mit dem eine Position des Rotors (90) relativ zum Stator (120) temporär fixierbar ist, wobei eine Position des Verriegelungsstiftes direkt durch den Stellmechanismus (100) veränderbar ist.