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Die Erfindung betrifft einen hydraulischen Nockenwellenversteller sowie ein Verfahren zur Ansteuerung eines hydraulischen Nockenwellenverstellers gemäß dem Oberbegriff der unabhängigen Ansprüche.
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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. 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 Beaufschlagung der Druckkammern mit einem hydraulischen Druckmittel kann die Lage des Rotors gegenüber dem Stator und damit auch die Lage der Nockenwelle gegenüber der Kurbelwelle in Richtung „früh“ oder „spät“ verstellt werden. Es sind hydraulische Nockenwellenversteller mit einer Mittenverriegelung bekannt, bei denen der Rotor neben den jeweiligen Endpositionen auch in einer mittleren Position verriegelt werden kann, um insbesondere einen Motorstart zu erleichtern. Darüber hinaus sind hydraulische Nockenwellenversteller bekannt, welche als sogenannte „Smart Phaser“ einen Speicher für das Hydrauliköl aufweisen.
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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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Hydraulische Nockenwellenversteller mit einem Volumenspeicher für das Druckmittel weisen gegenüber konventionellen hydraulischen Nockenwellenverstellern einen deutlich geringeren Druckmitteldurchsatz und höhere Verstellgeschwindigkeiten auf. Eine weitere Verbesserung der Effizienz wäre durch eine Reduzierung der Druckübersetzung möglich. Jedoch hat eine deutliche Reduzierung der Druckübersetzung funktionale Nachteile, insbesondere bei vollvariablen Ventiltrieben. Zudem ist auch bei einem minimalen Ventilhub eine funktionssichere Verstellung des hydraulischen Nockenwellenverstellers sicherzustellen. Da aber gerade in einem solchen Betriebszustand das Schleppmoment der Nockenwelle relativ zu den Wechselmomenten sehr hoch ist, wird eine hohe Druckübersetzung gebraucht, um mithilfe des Pumpendrucks den Rotor gegen die Reib- und Schleppmomente verstellen zu können. Dabei erfolgt die Auslegung des hydraulischen Nockenwellenverstellers so, dass bei minimalem Pumpendruck das maximal zu erwartende Reibmoment überwunden werden kann, um so noch eine Verstellung entgegen der Schlepp- und Reibmomente sicherstellen zu können. Dies führt zu einem vergleichsweise hohen Ölverbrauch und schmälert die Effizienz des hydraulischen Nockenwellenverstellers.
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Die
DE 10 2007 056 685 A1 zeigt eine Vorrichtung zur variablen Einstellung der Steuerzeiten von Gaswechselventilen einer Brennkraftmaschine mit einem Antriebselement, einem Abtriebselement, zumindest einer Druckkammer, einer Druckmittelversorgungseinrichtung und zumindest einem Druckspeicher, wobei mittels der Druckmittelversorgungseinrichtung der mindestens einen Druckkammer Druckmittel zugeführt oder von dieser abgeführt werden kann, wobei durch Druckmittelzufuhr zu bzw. Druckmittelabfluss von der Druckkammer eine Phasenlage des Abtriebselements relativ zum Antriebselement veränderbar ist, wobei der Druckspeicher ein verlagerbares Element aufweist, das mit einer ersten Druckfläche versehen ist, die einen Vorratsraum teilweise begrenzt, wobei der Vorratsraum mit der Druckmittelversorgungseinrichtung verbunden ist oder verbunden werden kann, wobei ein Kraftspeicher das verlagerbare Element in Richtung einer Ausgangsstellung mit einer Kraft beaufschlagt und wobei durch Druckbeaufschlagung des Vorratsraums das verlagerbare Element gegen die Kraft des Kraftspeichers verschoben werden kann.
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Aufgabe der Erfindung ist es, einen hydraulischen Nockenwellenversteller, welcher als „Smart Phaser“ mit einem Speichervolumen für das Druckmittel ausgeführt ist, weiter zu verbessern. Dabei soll der hydraulische Nockenwellenversteller energetisch nochmals günstiger gestaltet werden und insbesondere eine Verstellung entgegen der Schleppmomente der Nockenwelle verbessern.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch einen hydraulischen Nockenwellenversteller zur Verstellung der Steuerzeiten von Gaswechselventilen eines Verbrennungsmotors mit einem Stator, welcher synchron mit einer Kurbelwelle des Verbrennungsmotors drehbar ist, und einem verdrehbar zum Stator angeordneten Rotor, welcher synchron mit einer Nockenwelle drehbar ist, gelöst. An dem Stator sind mehrere Stege vorgesehen, welche einen Ringraum zwischen dem Stator und dem Rotor in eine Mehrzahl von Druckräumen unterteilen. An dem Rotor sind eine Rotornabe und eine Mehrzahl von sich aus der Rotornabe radial nach außen erstreckender Flügel ausgebildet, welche die Druckräume in zwei Gruppen von jeweils mit einem in einem Druckmittelkreislauf zu- oder abströmenden Druckmittel beaufschlagbaren Arbeitskammern mit einer unterschiedlichen Wirkrichtung unterteilen. Der hydraulische Nockenwellenversteller weist ferner einen Druckmittelspeicher zur Bevorratung des hydraulischen Druckmittels auf. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der hydraulische Nockenwellenversteller zumindest in einer Wirkrichtung eine zusätzliche, zuschaltbare Druckübersetzung aufweist, mit welcher der Rotor gegenüber dem Stator verbrehbar ist.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Druckübersetzung durch das hydraulische Zuschalten zumindest einer zusätzlichen Arbeitskammer erfolgt. Durch ein hydraulisches Zuschalten einer Arbeitskammer kann auf besonders einfache Art und Weise eine hydraulische Druckübersetzung realisiert werden.
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In der einfachsten Ausführungsform wird genau eine zusätzliche Arbeitskammer mit Druckmittel beaufschlagt, um ein größeres Verstellmoment auf den Rotor zu bewirken. Unter der Annahme, dass ohne die Druckübersetzung bereits genau eine Arbeitskammer zur Verstellung mit Druckmittel beaufschlagt werden konnte, kann auf diese Art und Weise das Verstellmoment entsprechend verdoppelt werden. Zudem kann durch die Ausgestaltung der hydraulischen Verbindung zwischen der Druckmittelpumpe und der Arbeitskammer ein entsprechendes Übersetzungsverhältnis eingestellt werden.
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Alternativ kann die Druckmittelpumpe auch zwei Ausgänge aufweisen, wobei der erste Ausgang der Druckmittelpumpe mit der Arbeitskammer für den Normalbetrieb und der zweite Ausgang der Druckmittelpumpe mit der Arbeitskammer für die Druckübersetzung verbunden ist. Dabei ist an der Druckmittelpumpe oder zwischen der Druckmittelpumpe und der Arbeitskammer für die Druckübersetzung ein entsprechendes Steuerventil vorzusehen, mit welchem die Druckmittelversorgung der Arbeitskammer für die Druckübersetzung bedarfsgerecht zugeschaltet werden kann.
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Durch das Zuschalten einer Druckübersetzung können die Verstellkräfte zur Verstellung des Rotors bedarfsgerecht erhöht werden, sodass weder in dem gesamten Betrieb des hydraulischen Nockenwellenverstellers das erhöhte Verstellmoment bereitgestellt werden muss, noch die Gefahr besteht, dass eine Verstellung aufgrund einer ungünstigen Ansteuerlage nicht möglich ist. Dadurch kann der Öldurchsatz durch den hydraulischen Nockenwellenversteller reduziert werden, wodurch der Energiebedarf sinkt. Auf diese Weise kann der mechanische Wirkungsgrad des dem Nockenwellenversteller zugeordneten Verbrennungsmotors erhöht werden
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Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Merkmale sind vorteilhafte Verbesserungen und Weiterbildungen des im unabhängigen Anspruch angegebenen hydraulischen Nockenwellenverstellers möglich.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass der hydraulische Nockenwellenversteller ein Steuerventil zur gemeinsamen Ansteuerung der Arbeitskammern und der schaltbaren Druckübersetzung aufweist. Durch ein Steuerventil ist auf einfache Art und Weise eine Zuschaltung der Druckübersetzung möglich, um bei eventuell zu großen Reibmomenten dennoch eine Verstellung des Rotors in die entsprechende Richtung sicherzustellen.
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In einer weiteren Verbesserung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Steuerventil ein Zentralventil ist, welches in einer zentrischen Öffnung des Rotors angeordnet ist. Besonders kostengünstig ist dabei, wenn ein bereits vorhandenes Steuerventil, insbesondere das Zentralventil des hydraulischen Nockenwellenverstellers zur Ansteuerung der Druckübersetzung genutzt werden kann. Somit kann auf ein zusätzliches Ventil verzichtet werden, wodurch sich die Mehrkosten gegenüber den aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen gering halten lassen. Dabei kann die Ölversorgung der Druckübersetzung durch eine zusätzliche Schaltposition an dem Zentralventil ermöglicht werden. Dies lässt sich insbesondere bei einem hydraulischen Nockenwellenversteller mit einem Druckmittelspeicher realisieren, da solche hydraulischen Nockenwellenversteller vom Prinzip her weniger Druckmittel von der Druckmittelpumpe zugeführt bekommen als konventionelle hydraulischen Nockenwellenversteller. Zusätzlich kommt begünstigend hinzu, dass bei Reduzierung der Druckübersetzung bei gleicher Verstellgeschwindigkeit ohnehin weniger Volumenstrom an Druckmittel benötigt wird. Daher können die Öffnungen im Zentralventil hinsichtlich ihres maximalen Öffnungsquerschnitts reduziert werden, wodurch Platz für weitere Schaltfunktionen geschaffen wird.
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In einer weiteren, vorteilhaften Verbesserung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Druckübersetzung eine Verstellkraft in genau einer Wirkrichtung bewirkt, wobei die genau eine Wirkrichtung der Druckübersetzung entgegen der Wirkrichtung der Schleppmomente der Nockenwelle orientiert ist. Durch die auf den Rotor wirkenden Schleppmomente der Nockenwelle benötigt eine Verstellung des Rotors in Richtung „früh“ ein deutlich höheres Verstellmoment als eine Verstellung des Rotors in Richtung „spät“, bei dem die Verdrehung durch die Schleppmomente unterstützt wird. Daher ist es vorteilhaft, ausschließlich in Verstellrichtung „früh“ eine Druckübersetzung vorzusehen, wodurch der konstruktive Aufwand am Steuerventil und den Ölkanälen zur Druckmittelverteilung reduziert werden kann.
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Gemäß einer weiteren Verbesserung ist vorgesehen, dass in einem ersten Betriebszustand des hydraulischen Nockenwellenverstellers eine Druckmittelversorgung einer ersten Gruppe von Arbeitskammern erfolgt und in einem zweiten, von dem ersten Betriebszustand verschiedenen Betriebszustand eine Druckmittelversorgung der ersten Gruppe von Arbeitskammern und zusätzlich eine Druckmittelversorgung der zuschaltbaren Druckübersetzung erfolgt. Dadurch wir im Normalbetrieb nur eine oder eine Teilmenge der Arbeitskammern mit Druckmittel beaufschlagt, wodurch die benötigte Pumpenleistung und der Druckmitteldurchsatz reduziert werden können. In dem druckübersetzten Betrieb wird mindestens eine zusätzliche Arbeitskammer zugeschaltet, wodurch auf einfache Art und Weise eine das Verstellmoment bedarfsgerecht erhöht werden kann. Dadurch kann der Druckmitteleinsatz insgesamt reduziert und die Verlustleistung begrenzt werden.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung ist vorgesehen, dass eine der Druckübersetzung entgegenwirkende Kammer unmittelbar mit einem Vorratsbehälter für das Druckmittel verbunden ist. Die der zusätzlichen Druckkammer der Druckübersetzung zugeordneten Gegenkammer ist prinzipiell drucklos geschaltet und mit dem Vorratsbehälter für das Druckmittel verbunden. Dadurch kann das Druckmittel ohne Druckbeaufschlagung der Gegenkammer in die Gegenkammer einströmen oder aus dieser verdrängt werden. Durch eine unmittelbare, insbesondere eine ventilfreie, Verbindung zwischen der Gegenkammer und dem Vorratsbehälter wird ein besonders einfaches Einströmen und Ausströmen ermöglicht. Eine zusätzliche Druckübersetzung in Richtung „spät“ ist in der Regel nicht notwendig, da hier die Reibmomente und Schleppmomente der Nockenwelle eine Verstellung in diese Verstellrichtung unterstützen.
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Gemäß einer weiteren, vorteilhaften Verbesserung der Erfindung ist vorgesehen, dass ein durch eine Pumpe zur Druckmittelversorgung bereitgestellter Volumenstrom von Druckmittel durch das Steuerventil in einen ersten Teilstrom und einen zweiten Teilstrom aufgeteilt wird, wobei der erste Teilstrom des Druckmittels der ersten Gruppe von Arbeitskammern und der zweite Teilstrom der zuschaltbaren Druckübersetzung zugeführt wird. Durch eine entsprechende Aufteilung des Volumenstroms durch das Steuerventil kann die Bereitstellung des Druckmittels durch eine gemeinsame Druckmittelpumpe erfolgen. Dabei kann die Aufteilung des Volumenstroms durch eine Zusatzfunktion des Steuerventils realisiert werden, wodurch die Druckübersetzung mit relativ geringen konstruktiven Änderungen an dem hydraulischen Nockenwellenversteller realisiert werden kann
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Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur Steuerung eines erfindungsgemäßen hydraulischen Nockenwellenverstellers vorgeschlagen, bei dem eine zusätzliche Verstellkraft durch das Zuschalten eines zusätzlichen Druckübersetzers aufgebracht wird, wenn der Rotor entgegen der Schleppmomente der Nockenwelle verstellt wird. Durch ein erfindungsgemäßes Verfahren kann der Betriebsdruck des hydraulischen Nockenwellenverstellers in vielen Betriebspunkten abgesenkt werden, wodurch sich eine geringere Verlustleistung der Druckmittelpumpe und daraus folgend ein höherer Wirkungsgrad des Verbrennungsmotors ergibt. Trotzdem wird eine unproblematische Verstellung auch gegen die Reibmomente und Schleppmomente erreicht, wenn die Druckübersetzung zugeschaltet wird, so dass bei gleicher Funktionalität weniger Druckmittel bereitgestellt werden muss oder eine höhere Verstellgeschwindigkeit erreicht werden kann.
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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 an von einem bevorzugten Ausführungsbeispiel und den zugehörigen Zeichnungen näher erläutert. Gleiche Bauteile oder Bauteile mit gleicher Funktion sind dabei in den Figuren mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet. Es zeigen:
- 1 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen hydraulischen Nockenwellenverstellers in einer Schnittdarstellung;
- 2 eine schematische Darstellung eines hydraulischen Nockenwellenverstellers zur Darstellung der Druckmittelversorgung der Arbeitskammern;
- 3 den erfindungsgemäßen hydraulischen Nockenwellenversteller bei einer Verdrehung des Rotors in Richtung „spät“;
- 4 den erfindungsgemäßen hydraulischen Nockenwellenversteller bei einer Verdrehung des Rotors in Richtung „früh“ ohne Druckübersetzer;
- 5 den erfindungsgemäßen hydraulischen Nockenwellenversteller bei einer Verdrehung des Rotors in Richtung „früh“ unter Zuschaltung des Druckübersetzers.
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In 1 ist ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen hydraulischen Nockenwellenverstellers 1 zum Verstellen der Ventilsteuerzeiten eines Verbrennungsmotors dargestellt. Der in 1 schematisch dargestellte hydraulische Nockenwellenversteller 1 ist in bekannter Weise als Flügelzellenversteller ausgebildet und umfasst einen von einer nicht dargestellten Kurbelwelle eines Verbrennungsmotors antreibbaren Stator 2 und eine drehfest mit einer ebenfalls nicht dargestellten Nockenwelle verbindbaren Rotor 3. Der Rotor 3 weist eine Rotornabe 4 auf, aus der sich in radialer Richtung mehrere Flügel 5, 6, 7 erstrecken. Der Stator 2 weist eine Mehrzahl von Stegen 8, 9, 10 auf, welche einen Ringraum 11 zwischen dem Stator 2 und dem Rotor 3 in mehrere Druckräume 12, 13, 14 unterteilen. Die Druckräume 12, 13, 14 werden durch die Flügel 5, 6, 7 des Rotors 3 in Arbeitskammern 15, 16, 17, 18, 19, 20 unterteilt. Zusätzlich zu den im Normalbetrieb des hydraulischen Nockenwellenverstellers 1 bekannten Arbeitskammern 15, 16, 17, 18, 19, 20 sind zwischen dem Rotor 3 und dem Stator eine Arbeitskammer 34 für die Druckübersetzung 23 und eine dieser weiteren Arbeitskammer 34 entgegenwirkende Kammer 32 ausgebildet. Der Rotor 3 weist einen Druckmittelspeicher 21 für ein Druckmittel 22 zur Betätigung des hydraulischen Nockenwellenverstellers 1 auf, welcher im Wesentlichen in der Rotornabe 4 ausgebildet ist. Der Rotor 3 weist eine zentrische Öffnung 31 auf, in welche ein Zentralventil 24 zur Ansteuerung der Druckmittelversorgung der Arbeitskammern 15, 16, 17, 18, 19, 20, 34 eingeschoben werden kann. Der Druckmittelspeicher 21 ist hydraulisch mit den Arbeitskammer 15, 16, 17, 18, 19, 20 verbunden. Dabei sind in den Flügeln 5, 6, 7 des Rotors 3 Rückschlagventile 33, 35, 36 angeordnet, um bei einem Unterdruck in einer der Arbeitskammer 15, 16, 17, 18, 19, 20 ein Nachströmen des Druckmittels 22 aus dem Druckmittelspeicher 21 zu ermöglichen.
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In 2 ist ein hydraulischer Nockenwellenversteller 1 mit einem Stator 2 und einem Rotor 3 dargestellt, welcher über einen Aktuator 29 schaltbar ist. Der Rotor 3 ist dabei mit einer Nockenwelle 30 drehfest verbunden und gegenüber dem Stator 2 verdrehbar. Dabei wird das Zentralventil 24 als Steuerventil 27 in der zentrischen Öffnung 31 des Rotors 3 verschoben, um somit die Druckmittelversorgung der Arbeitskammern 15, 16, 17, 18, 19, 20 anzusteuern. Die Druckmittelversorgung erfolgt dabei über eine nicht dargestellte Druckmittelpumpe P aus einem Vorratsbehälter T. Dabei wird das Druckmittel 22, insbesondere ein Öl, durch eine Zulaufbohrung 39 in der Nockenwelle 30 gepumpt und über eine weitere Zulaufbohrung 40 dem Zentralventil 24 zugeführt. Über die entsprechenden Öffnungen 41, 42 im Zentralventil 41, 42 können dann die Ölzufuhrkanäle im Rotor 3 mit Druckmittel 22 versorgt werden. Dabei können sowohl der Druckmittelspeicher 21 als auch die Arbeitskammern 15, 16, 17, 18, 19, 20 befüllt werden. Durch eine Betätigung des Aktuators 29 kann das Zentralventil 24 entlang einer Mittelachse 43 verschoben werden und somit die Ölzufuhrkanäle öffnen oder verschließen.
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In 3 ist ein hydraulischer Nockenwellenversteller 1 in einer Abwicklung dargestellt. Der hydraulische Nockenwellenversteller 1 weist einen Stator 2 und einen Rotor 3 auf. Zwischen dem Stator 2 und dem Rotor sind Arbeitskammern 15, 18 ausgebildet. In 3 ist eine Verstellung eines erfindungsgemäßen hydraulischen Nockenwellenverstellers 1 in Richtung „spät“ dargestellt. Grundsätzlich wird der Drehwinkel der Nockenwelle 30 zur Kurbelwelle im Normalbetrieb des hydraulischen Nockenwellenverstellers 1 dadurch verstellt, dass eine erste Gruppe von Arbeitskammern 15, 16, 17 mit Druckmittel beaufschlagt werden und dadurch ihr Volumen vergrößern, während gleichzeitig das Druckmittel aus einer zweite Gruppe von Arbeitskammern 18, 19, 20 verdrängt und deren Volumen verringert wird. Die Arbeitskammern 15, 16, 17, 18, 19, 20, deren Volumen bei dieser Verstellbewegung jeweils gruppenweise vergrößert wird, werden im Sinne der Erfindung als Arbeitskammern 15, 16, 17, 18, 19, 20 einer Wirkrichtung bezeichnet, während die Arbeitskammern 15, 16, 17, 18, 19, 20, deren Volumen gleichzeitig verkleinert wird, als Arbeitskammern der entgegengesetzten Wirkrichtung bezeichnet werden. Die Volumenvergrößerung der Arbeitskammern 15, 16, 17 führt dazu, dass der Rotor 3 gegenüber dem Stator 2 in Richtung „früh“ verdreht wird. Eine Volumenvergrößerung der Arbeitskammern 18, 19, 20 bewirkt eine Verstellung des Rotors 3 in Richtung „spät“. Der erfindungsgemäße hydraulische Nockenwellenversteller 1 weist zusätzlich eine Druckübersetzung 23 auf, welche eine zusätzliche Arbeitskammer 34 und eine der zusätzlichen Arbeitskammer 34 entgegenwirkende Kammer 32 umfasst, welche ebenfalls durch einen Flügel 6 des Nockenwellenverstellers 1 getrennt werden. Bei einer Verstellung in Richtung „spät“ wird diese Druckübersetzung 23 nicht angesteuert, sodass die zusätzliche Arbeitskammer 34 und die entgegengesetzt wirkende Kammer 32 über Ölversorgungsleitungen 44, 45 mit dem Vorratsbehälter 26 verbunden sind. Dabei ist das Zentralventil 24 so geschaltet, dass das Druckmittel 22 von der Druckmittelpumpe 25 ausschließlich in die zweite Gruppe B von Arbeitskammern 18, 19, 20 gefördert wird. Zwischen der Druckmittelpumpe 25 und dem Zentralventil 24 ist ein Rückschlagventil 46 vorgesehen, um ein Rückströmen von Druckmittel 22 in den Vorratsbehälter 26 zu vermeiden.
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In 4 ist eine Verstellung eines erfindungsgemäßen hydraulischen Nockenwellenverstellers in Richtung „früh“ ohne Einsatz des Druckübersetzers 23 dargestellt. Dabei ist die Druckmittelpumpe 25 über das Zentralventil 24 mit der ersten Gruppe A von Arbeitskammern 15, 16, 17 verbunden und fördert das Druckmittel 22 in diese erste Gruppe A von Arbeitskammern 15, 16, 17. Dabei wird das Volumen der ersten Gruppe A von Arbeitskammern 15, 16, 17 vergrößert und parallel das Volumen der zweiten Gruppe B von Arbeitskammern verkleinert, wodurch der Rotor in Richtung „früh“ verstellt wird. Dabei ist die zusätzliche Arbeitskammer 34 der Druckübersetzung 23 sowie die Kammer 32 wie bei einer Verstellung in Richtung „spät“ drucklos geschaltet und über die Ölversorgungsleitungen 44, 45 mit dem Vorratsbehälter 26 verbunden.
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In 5 ist eine Verstellung des Rotors 3 entgegen der Reibungs- und Schleppmomente der Nockenwelle 30 dargestellt. Die Druckübersetzung 23 ist dabei so ausgelegt, dass bei minimalem Pumpendruck der Druckmittelpumpe 25 das maximal zu erwartende Reibmoment überwunden werden kann, um eine Verstellung in Richtung „früh“ sicherzustellen. Die Verstellung in Richtung „spät“ ist wie zu 3 beschrieben in der Regel unkritisch, da hier die Reibmomente bei der Verstellung unterstützen. Eine Verstellung in Richtung „früh“ benötigt jedoch ein größeres Verstellmoment, da hier zusätzlich das Reibmoment überwunden werden muss. Dies ist vor allem dann der Fall, wenn der Verbrennungsmotor mit reduziertem Ventilhub betrieben wird. Dazu wird über das Zentralventil 24 eine Druckübersetzung 23 realisiert, indem eine zusätzliche Arbeitskammer 34 mit Druck beaufschlagt wird und somit die hydraulisch wirksame Fläche an den Flügeln 5, 6 des Rotors vergrößert wird. Dabei wird der Volumenstrom des Druckmittels 22 durch das Zentralventil 24 in einen ersten Teilstrom und einen zweiten Teilstrom aufgeteilt, wobei der erste Teilstrom über den Ölversorgungskanal 47 der ersten Gruppe A von Arbeitskammern 15, 16, 17 und der zweite Teilstrom über den Ölversorgungskanal 44 der zusätzlichen Arbeitskammer 34 der Druckübersetzung 23 zugeführt wird. Dadurch wird ein zusätzlicher Flügel 6 des Rotors 3 mit Druck beaufschlagt, wodurch sich das Verstellmoment in Richtung „früh“ vergrößert. Alternativ können auch mehrere zusätzliche Arbeitskammern 34 durch den zweiten Teilstrom angesteuert werden, wodurch eine entsprechende Anpassung des Übersetzungsverhältnisses der Druckübersetzung 23 möglich ist.
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Die Zuschaltung der zusätzlichen Arbeitskammer 34, welche eine Verstellung in Richtung „früh“ unterstützt, wird über eine zusätzliche Schaltposition an dem Zentralventil 24 ermöglicht. Dazu sind eine oder mehrere zusätzliche Öffnungen in dem Zentralventil notwendig. Die der zusätzlichen Arbeitskammer 34 zugeordnete Gegenkammer 32 wird prinzipiell drucklos geschaltet und mit dem Vorratsbehälter 26 verbunden. Sie stellt ein Ausgleichsvolumen dar und übt im Normalbetrieb keine Kraft auf den Rotor 3 aus. Es wird davon ausgegangen, dass der hydraulische Nockenwellenversteller 1 so ausgelegt ist, dass eine zusätzliche Druckübersetzung in Richtung „spät“ nicht notwendig ist und dies allein durch eine Druckbeaufschlagung der zweiten Gruppe B von Arbeitskammern 18, 19, 20 erfolgt.
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Bei einem erfindungsgemäßen hydraulischen Nockenwellenversteller 1 ist es also möglich, den Rotor 3 entgegen der Reibungs- und Schleppmomente sowie unter Einsatz der schaltbaren Druckübersetzung 23 in Richtung „früh“ zu verstellen, wobei der Druckmitteldurchsatz und die damit verbundene Verlustleistung gegenüber den aus dem Stand der Technik bekannten hydraulischen Nockenwellenverstellern 1 reduziert wird. Dadurch kann der Wirkungsgrad des Verbrennungsmotors gesteigert und der Verbrauch reduziert werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- hydraulischer Nockenwellenversteller
- 2
- Stator
- 3
- Rotor
- 4
- Rotornabe
- 5
- Flügel
- 6
- Flügel
- 7
- Flügel
- 8
- Steg
- 9
- Steg
- 10
- Steg
- 11
- Ringraum
- 12
- Druckraum
- 13
- Druckraum
- 14
- Druckraum
- 15
- Arbeitskammer
- 16
- Arbeitskammer
- 17
- Arbeitskammer
- 18
- Arbeitskammer
- 19
- Arbeitskammer
- 20
- Arbeitskammer
- 21
- Druckmittelspeicher
- 22
- Druckmittel
- 23
- Schaltbare Druckübersetzung
- 24
- Zentralventil
- 25
- Druckmittelpumpe
- 26
- Vorratsbehälter
- 27
- Steuerventil
- 28
- Antriebsverzahnung
- 29
- Aktuator
- 30
- Nockenwelle
- 31
- zentrische Öffnung
- 32
- Kammer
- 33
- Rückschlagventil
- 34
- Arbeitskammer
- 35
- Rückschlagventil
- 36
- Rückschlagventil
- 37
- Ventilfeder
- 38
- Ventilkugel
- 39
- Zulaufbohrung
- 40
- Zulaufbohrung
- 41
- Öffnung (im Zentralventil)
- 42
- Öffnung (im Zentralventil)
- 43
- Mittelachse
- 44
- Ölversorgungskanal
- 45
- Ölversorgungskanal
- 46
- Rückschlagventil
- 47
- Ölversorgungskanal
- 48
- Ölversorgungskanal
