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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft einen hydraulischen Nockenwellenversteller, umfassend
- - einen Stator, in dem ein Rotor drehbar angeordnet ist, wobei der Rotor mindestens einen Flügel aufweist, wobei der Flügel in einer Hydraulikkammern des Stators angeordnet sind, so dass diese in eine erste Teilkammer und eine zweite Teilkammer getrennt wird,
- - ein Zentralventil, das den Strom von Hydraulikfluid in die ersten Teilkammern und in die zweiten Teilkammern steuert,
- - ein Verriegelungssystem, mit dem der Rotor relativ zum Stator in einer Mittenposition verriegelt werden kann, wobei das Verriegelungssystem ein erstes Steuerelement und ein zweites Steuerelement umfasst, die durch Beaufschlagung mit Hydraulikfluid über das Zentralventil in einer entsperrten Position gehalten werden können und die bei Wegnahme des Drucks des Hydraulikfluids eine Verriegelung veranlassen können,
- - eine Hydraulikpumpe zur Bereitstellung von Hydraulikfluid und
- - einen Tank zur Aufnahme von Hydraulikfluid.
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Hintergrund der Erfindung
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Ein hydraulischer Nockenwellenversteller dieser Art ist beispielsweise aus der
DE 10 2012 201 556 B4 bekannt. Ähnliche und andere Lösungen zeigen die
DE 10 2012 201 570 A1 , die
DE 10 2012 201 551 A1 , die
US 2003/0 196 626 A1 die
US 2011/0 017 156 A1 und die
US 2013/0 220 253 A1 . Bei solchen Nockenwellenverstellern geht es teilweise darum, eine Verriegelungsfunktion in der Mittenlage des Flügels des Rotors in der Hydraulikkammer zu bewerkstelligen, wobei dies in einer zuverlässigen und preisgünstigen Weise möglich sein soll.
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Bekannt ist es dabei, Nockenwellenversteller so zu gestalten, dass mit Hilfe der Nockenwellenwechselmomente (d. h. auf der Basis „CTA“ = Cam Torque Activated) auch bei einem Motorstopp oder Start der Verbrennungskraftmaschine die genannte Mittenlage vorliegt, wobei der Rotor mittels einer sogenannten hydraulischen Ratsche in die Mittenlage gezogen wird. Die hydraulische Ratsche wird auch mit der sogenannten „Smart-Phasing“-Funktion kombiniert, da Bauteile für beide Funktionen gleichzeitig verwendet werden können, was Kostenvorteile verschafft.
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Die genannte „Smart-Phasing“-Funktion verschafft Kostenvorteile gegenüber einem einfachen „Midlock“-Versteller. Allerdings ist es dafür nötig, Hydrauliköl im Rotor (wie aus der oben genannten
DE 10 2012 201 556 B4 und aus der
DE 10 2012 201 570 A1 bekannt) oder mittels einer Auffangglocke (wie aus der oben genannten
DE 10 2012 201 551 A1 bekannt) im Federdeckel zu speichern. Da das gespeicherte Öl bei Kälte gegebenenfalls aufgrund der dann hohen Ölviskosität (und der sich daraus ergebenden Strömungswiderstände durch die Rückschlagventileinlässe der Flügelzellen) nicht mehr für die hydraulische Ratschenfunktion genutzt werden kann, wird diese mit einer einfachen mechanischen Ratschenfunktion kombiniert. Diese springt dann als „Fail-Safe“-Funktion an, beispielsweise wenn der Motor nach Abwürgen unverriegelt abgestellt wurde und das Öl dann bei niedriger Umgebungstemperatur eine hohe Viskosität erreicht.
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Die
DE 10 2013 226 437 A1 zeigt eine Nockenwellenverstelleinrichtung mit einem Flügelzellenversteller mit einem mit einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine verbindbaren Stator und einem in dem Stator drehbar gelagerten, mit einer Nockenwelle verbindbaren Rotor, wobei an dem Stator mehrere Stege vorgesehen sind, welche einen Ringraum zwischen dem Stator und dem Rotor in eine Mehrzahl von Druckräumen unterteilen, wobei der Rotor eine Rotornabe und eine Mehrzahl von sich von der Rotornabe radial nach außen erstreckenden Flügeln aufweist, welche die Druckräume in zwei Gruppen von jeweils mit einem in einem Druckmittelkreislauf zu- oder abströmenden Druckmittel beaufschlagbare Arbeitskammern mit einer unterschiedlichen Wirkrichtung unterteilen, und einer Mittenverriegelungseinrichtung zur Verrieglung des Rotors in einer Mittenverriegelungsposition gegenüber dem Stator, mit einer Verriegelungskulisse und wenigstens einem in der Verriegelungskulisse verriegelbaren Verriegelungsstift, wobei wenigstens ein strömungstechnisch mit der Verriegelungskulisse und einem Druckmittelreservoir des Druckmittelkreislaufs verbundenes Ventil vorgesehen ist, welches eine Strömungsverbindung zwischen der Verriegelungskulisse und dem Druckmittelreservoir in Abhängigkeit von der Drehzahl der Brennkraftmaschine öffnet oder verschließt.
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Die
DE 10 2014 205 569 A1 zeigt eine Nockenwellenverstelleinrichtung mit einem Flügelzellenversteller mit einem mit einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine verbindbaren Stator und einem in dem Stator drehbar gelagerten, mit einer Nockenwelle verbindbaren Rotor, wobei an dem Stator mehrere Stege vorgesehen sind, welche einen Ringraum zwischen dem Stator und dem Rotor in eine Mehrzahl von Druckräumen unterteilen, wobei der Rotor eine Mehrzahl von sich radial nach außen erstreckenden Flügeln aufweist, welche die Druckräume in zwei Gruppen von jeweils mit einem in einem Druckmittelkreislauf zu- oder abströmenden Druckmittel beaufschlagbare Arbeitskammern mit einer unterschiedlichen Wirkrichtung unterteilen, und einer Mittenverriegelungseinrichtung zur Verriegelung des Rotors in einer Mittenverriegelungsposition gegenüber dem Stator, wobei die Mittenverriegelungseinrichtung wenigstens zwei in einer statorfesten Verriegelungskulisse verriegelbare, federbelastete Verriegelungsstifte in einem Aufnahmeraum aufweist, welche bei einer Verdrehung des Rotors aus Richtung einer Anschlagstellung „Früh“ oder „Spät“ in die Mittenverriegelungsposition aus unterschiedlichen Richtungen in der Verriegelungskulisse verriegeln, wobei ein Verriegelungsstift mit dem jeweiligen Aufnahmeraum eine Ventileinrichtung bildet, wobei in einer ersten Schaltstellung der Ventileinrichtung zumindest eine erste Druckmittelleitung strömungstechnisch frei mit einer zweiten Druckmittelleitung verbunden ist, und in einer zweiten Schaltstellung der Ventileinrichtung die erste Druckmittelleitung über ein Rückschlagventil strömungstechnisch mit der zweiten Druckmittelleitung verbunden ist, wobei das Rückschlagventil außerhalb des Verriegelungsstiftes im Rotor vorgesehen ist.
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Die
DE 10 2016 202 960 A1 zeigt einen Nockenwellenversteller für eine Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs, umfassend einen Stator, einen Rotor, ein hydraulisches Zentralventil, eine Verriegelungseinrichtung und eine Druckmittelversorgungsvorrichtung, wobei an dem Stator zumindest eine Kammer ausgebildet ist, welche durch mindestens einen am Rotor ausgebildeten Flügel in zwei Arbeitskammern unterteilt ist, wobei die beiden Arbeitskammern jeweils über die Druckmittelversorgungsvorrichtung mit einem Druckmittel beaufschlagbar sind, dass ein Druck des Druckmittels in der jeweiligen Arbeitskammer soweit erhöht wird, dass die Druckerhöhung zu einem Verdrehen des Rotors führt, wobei die Verriegelungseinrichtung dazu vorgesehen ist, den Flügel in einer definierten Position zur Kammer zu fixieren, und wobei das hydraulische Zentralventil dazu vorgesehen ist, einen Zufluss oder Abfluss von Druckmittel in der jeweiligen Arbeitskammer und eine Betätigung der Verriegelungseinrichtung zu steuern, wobei das hydraulische Zentralventil bei einer Abschaltung der Brennkraftmaschine zumindest die beiden Arbeitskammern fluidtechnisch verbindet.
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Aufgabe der Erfindung
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Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen gattungsgemäßen Nockenwellenversteller so auszugestalten, dass es möglich wird, in einfacher und zuverlässiger Weise die Mittenposition anzufahren. Dies gilt insbesondere für den Fall, dass die mit dem Nockenwellenversteller ausgestattete Brennkraftmaschine abgestellt bzw. angehalten wird. Weiterhin ist es ein Aspekt der vorliegenden Erfindung, die oben genannte doppelte Ausführung der Ratschenfunktion zu vermeiden und dadurch Kosten zu senken. Weiterhin sollen gegebenenfalls auftretende Geräuschprobleme der mechanischen Ratsche vermieden werden.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Die Lösung dieser Aufgabe durch die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass das erste Steuerelement und das zweite Steuerelement mit einer Kulisse in Wirkverbindung gebracht werden können, die im Stator oder einem mit diesem verbundenen Bauteil ausgebildet ist, wobei die Kulisse eine axiale Lage des Steuerelements bestimmt, wobei das erste Steuerelement und das zweite Steuerelement - in Abhängigkeit ihrer axialen Lage - jeweils eine erste und eine zweite Schaltstellung aufweist, wobei in der ersten Schaltstellung eine fluidische Verbindung zwischen dem Zentralventil und einer der Teilkammern hergestellt ist und in der zweiten Schaltstellung eine fluidische Verbindung zwischen dem Zentralventil und einer der Teilkammern blockiert und eine fluidische Verbindung zwischen einer der Teilkammern und dem Tank oder zur Umgebung hergestellt ist, wobei das Zentralventil eine Schaltstellung aufweist, in der eine fluidische Verbindung zwischen der Pumpe und beiden Teilkammern hergestellt ist.
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Die Steuerelemente blockieren erfindungsgemäß in der Stellung, in der sie Kontakt mit der Kulisse haben, die fluidische Verbindung zwischen dem Zentralventil und einer der Teilkammern und stellen die fluidische Verbindung zwischen einer der Teilkammern und dem Tank (bzw. dem T-Port des Zentralventils) oder direkt aus dem Nockenwellenversteller zur Umgebung bzw. zum Tank her.
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In der genannten Schaltstellung des Zentralventils ist bevorzugt eine fluidische Verbindung zwischen den Teilkammern hergestellt (d. h. ein Kurzschluss zwischen den Teilkammern).
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Der Stator weist bevorzugt mehrere Hydraulikkammern auf und der Rotor eine der Anzahl der Hydraulikkammern entsprechende Anzahl an Flügeln, wobei nur eine der Hydraulikkammern mit dem ersten Steuerelement und dem zweiten Steuerelement ausgestattet ist bzw. die Steuerelemente einer Hydraulikkammer zugeordnet sind.
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Die Kulisse im Stator oder in einem mit diesem verbundenen Bauteil weist vorzugsweise eine Erstreckung in Umfangsrichtung auf, die dem Abstand zwischen den beiden Steuerelementen in Umfangsrichtung entspricht.
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Die Steuerelemente stellen vorzugsweise in der Stellung, in der sie keinen Kontakt mit der Kulisse haben, die fluidische Verbindung zwischen dem Zentralventil und einer der Teilkammern her.
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Die Steuerelemente sind bevorzugt im Rotor angeordnet, wobei das erste Steuerelement und das zweite Steuerelement ausgebildet sind, in der Mittenposition in die Kulisse im Stator oder einem mit diesem verbundenen Bauteil einzugreifen, um eine mechanische Verriegelung zwischen Rotor und Stator herzustellen.
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Die Steuerelemente sind bevorzugt als Stift ausgebildet, der gegen die Vorspannung einer Feder in einer Bohrung im Rotor angeordnet ist.
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Zwischen der Pumpe und dem Zentralventil ist vorzugsweise ein Rückschlagventil angeordnet, das eine Fluidströmung nur in Richtung auf das Zentralventil zu zulässt.
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Die Kulisse ist bevorzugt als bogenförmiges Langloch im Stator oder einem mit diesem verbundenen Bauteil ausgebildet.
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Das vorgeschlagene Konzept basiert demgemäß darauf, nicht wie üblich im CTA-Modus (Cam Torque Activated; siehe hierzu die oben genannten Druckschriften zum Stand der Technik) den Rotor in die Mittenlage zu ziehen, sondern mit dem Pumpendruck (also „Oil Pressure Activated“) den Nockenwellenversteller in die Mittenlage zu bringen. Das vorgeschlagene Konzept stellt auf der Beobachtung ab, dass auch nach dem Motorstopp noch für einige Zehntel Sekunden das Hydraulikfluid unter Druck zur Verfügung steht, was für die vorliegende Erfindung genutzt wird, um den Versteller in der Mittenlage zu verriegeln.
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Dafür wird von der Motorelektronik (ECU) der Steuerungsstrom für das Zentralventil unterhalb eine bestimmte Schwelle gebracht oder der Strom wird durch das Abstellen des Motors ganz ausgeschaltet, d. h. ohne besondere in der ECU hinterlegte Verriegelungsstrategien. Dadurch wird die Stellung des Zentralventils für den verstellpositionsabhängigen Betrieb gewählt, d. h. die ECU nimmt nun keinen Einfluss mehr auf die Verstellwinkelposition des Nockenwellenverstellers. Dies wird durch die in dieser unbestromten Stellung aktivierte Schaltung des Ports im Zentralventil bewerkstelligt. Die weitere Verstellung wird dann von den Steuerelementen bestimmt. Durch die in diesem Betriebszustand weiter bestehende Versorgung durch die Hydraulikfluidpumpe wird in vorteilhafter Weise kein Druck-Ölreservoir benötigt. Zudem arbeitet das vorgeschlagene Konzept mit gleicher Güte bei einem Motor mit weniger ausgeprägten Nockenwellenwechselmomenten (z. B. bei hoher Zylinderanzahl).
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Figurenliste
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In den Figuren ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es zeigen:
- 1 schematisch die hydraulische Steuerung, unter anderem für die Mittenverriegelung, eines Nockenwellenverstellers, bei dem ein Zentralventil und zwei Steuerelemente dargestellt sind, die durch eine Kulisse im Stator des Nockenwellenverstellers betätigt werden,
- 2 einen Teil eines Nockenwellenverstellers, bei dem der Rotor rechts von einer Mittenposition in einer Hydraulikkammer angeordnet ist,
- 3 den Teil eines Nockenwellenverstellers gemäß 2, bei dem der Rotor links von der Mittenposition in der Hydraulikkammer angeordnet ist,
- 4 den Teil eines Nockenwellenverstellers gemäß 2, bei dem der Rotor in der Mittenposition in der Hydraulikkammer angeordnet ist,
- 5 die Ansicht des zuvor beschriebenen Nockenwellenverstellers mit den wesentlichen fluidführenden Leitungen,
- 6 eine ähnliche Darstellung wie in 5,
- 7 eine vergrößerte Darstellung des linken Abschnitts des Nockenwellenverstellers gemäß 6,
- 8 eine alternative Ausgestaltung des Nockenwellenverstellers mit zwei „Midlock-Kammern“,
- 9 die hydraulische Steuerung gemäß 1 in derselben Schaltposition des Zentralventils mit anderer Stellung der Steuerelemente,
- 10 die hydraulische Steuerung gemäß 1 in derselben Schaltposition des Zentralventils mit den Steuerelementen in verriegelter Position des Nockenwellenverstellers und
- 11 die hydraulische Steuerung gemäß 1 in der Schaltposition des Normalbetriebs des Nockenwellenverstellers.
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Ausführliche Beschreibung der Figuren
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In den Figuren und insbesondere in 1 und 4 ist ein Nockenwellenversteller 1 dargestellt, der einen Stator 2 und einen sich relativ zu diesem drehbaren Rotor 3 aufweist. Der Rotor 3 hat eine Anzahl Flügel 4, der in jeweilige Hydraulikkammern 5 des Stators 2 hineinreichen und hier eine erste Teilkammer A von einer zweiten Teilkammer B trennt. Im regulären Betrieb des Nockenwellenverstellers 1 wird durch Zuleitung von Hydrauliköl über ein Zentralventil 6 in die Teilkammern A bzw. B eine gewünschte relative Drehposition zwischen Stator 2 und Rotor 3 hergestellt.
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Nachfolgend sind nur die neuen Merkmale des hydraulischen Nockenwellenverstellers wiedergegeben, da die generelle Betriebsweise eines solchen Verstellers hinlänglich bekannt ist. Zur hydraulischen Steuerung eines solchen Elements und insbesondere zur Ansteuerung des Verstellers mit einem Zentralventil wird ausdrücklich beispielsweise auf die
DE 10 2013 226 437 B4 der Patentanmelderin Bezug genommen, wo hierzu detaillierte Informationen enthalten sind.
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Im Normalbetrieb des Nockenwellenverstellers 1 werden demgemäß die Teilkammern A und B in gewünschter Weise mit Hydrauliköl versorgt. Ein Verriegelungssystem 7, 8 ist in diesem Betriebsmodus passiv, was dadurch bewerkstelligt wird, dass in einen C-Port Drucköl geleitet wird. Dies hat zur Folge, dass zwei Steuerelemente 7 und 8 derart mittels des Drucks des Hydraulikfluids gegen eine Feder 10 (s. 1) gedrückt werden, dass die Steuerelemente 7 und 8 eine nicht-verriegelte Position einnehmen und somit der Nockenwellenversteller 1 in seiner normalen Arbeitsposition ist.
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Demgemäß werden im Falle der Beaufschlagung des C-Ports mit Drucköl von einer Hydraulikpumpe P die beiden Steuerelemente 7 und 8 gegen die Wirkung der Feder 10 in einer Position gehalten, in der keine Verriegelung des Rotors 3 relativ zum Stator 2 erfolgt.
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Ziel ist es, beim Motorstopp der Verbrennungskraftmaschine dafür zu sorgen, dass der Rotor 3 relativ zum Stator 2 in einer Mittenposition M zu liegen kommt, wie sie in 4 dargestellt ist.
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Dies wird durch die beiden Steuerelemente 7 und 8 in Form von Steuerpins bewerkstelligt, die sich in eine axiale Richtung a (s. 1) in entsprechenden Bohrungen im Rotor 3 bewegen können, und zwar gegen die Wirkung der Feder 10. Die axiale Bewegung der Steuerelemente 7 und 8 wird durch eine Kulisse 9 hervorgerufen, die in den Deckel des Stators 2 eingearbeitet ist und deren Kontur in 1 nur schematisch, in den weiteren Figuren allerdings etwas realitätsnäher dargestellt ist. Gelangen die Steuerelemente 7, 8 in den Bereich der Kulisse 9, ergibt sich eine axiale Verschiebung, wie es aus 1 ersichtlich ist. Demgemäß werden die beiden Steuerelemente 7, 8 zwischen zwei Schaltstellungen bewegt, die aus 1 ersichtlich sind.
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In der ersten Schaltstellung (s. rechtes Steuerelement 8 in 1) ist eine fluidische Verbindung zwischen dem Zentralventil 6 und einer der Teilkammern A oder B hergestellt; in der zweiten Schaltstellung (s. linkes Steuerelement 7 in 1) ist die fluidische Verbindung zwischen dem Zentralventil 6 und einer der Teilkammern A oder B blockiert und eine fluidische Verbindung zwischen einer der Teilkammern A oder B und dem T-Port des Zentralventils (d. h. dem Tank T) oder direkt aus dem Nockenwellenversteller 1 zur Umgebung bzw. zum Tank hergestellt.
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Wie sich aus 1 weiter ergibt, hat das Zentralventil 6 neben den üblichen Stellungen zur Steuerung des Nockenwellenverstellers 1 (s. 1: ECU-gesteuerter Verstellbetrieb - „Normalbetrieb“) eine weitere Stellung (rotorpositionsgesteuerter Verstellbetrieb - „Midlock“), in der dafür Sorge getragen wird, dass der Rotor 3 relativ zum Stator 2 in die Mittenposition M gebracht wird, und zwar unter Ausnutzung desjenigen Drucks, der von der Pumpe P noch für jedenfalls einige Zehntel Sekunden zur Verfügung gestellt wird, nachdem die Brennkraftmaschine gestoppt hat.
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In der genannten zusätzlichen Stellung des Zentralventils 6 liegt eine Schaltstellung vor, in der eine fluidische Verbindung zwischen der Pumpe P und beiden Teilkammern A und B hergestellt ist. Die beiden Teilkammern A und B sämtlicher Hydraulikkammern 5 sind somit kurzgeschlossen.
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Die Versorgung des Zentralventils 6 erfolgt mit Hydrauliköl unter Druck von der Hydraulikpumpe P, wobei zwischen dieser und dem Zentralventil 6 ein Rückschlagventil 11 angeordnet ist.
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Es ergibt sich damit folgende Betriebsweise, um den Rotor 3 relativ zum Stator 2 in die Mittenposition M zu verbringen und hier zu verriegeln:
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Der Rotor 2 enthält die von Standard-Midlock-Verstellern bekannten Nuten, die an die Ölports des Zentralventils 6 angeschlossen sind, also den A-Port, den B-Port und den C-Port. Dazu enthält der Rotor 3 zwei Steuer- oder Schaltpins 7, 8, die an jeweils eine der Arbeitskammern A oder B angeschlossen sind. Diese beiden Kammern fungieren (im Unterschied zu den anderen Arbeitskammern des Stators 2, die die gewünschte Nockenwellenverstellung vornehmen) als „Midlock-Kammer“.
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Das Zentralventil 6 kann zusätzlich zu den üblichen Schaltpositionen P-B-A-T, Mittelstellung und P-A-B-T (s. ECU-gesteuerter Verstellbetrieb -„Normalbetrieb“ in 1) die weitere Schaltstellung anfahren, die den Pumpenanschluss P auf A und B gleichzeitig durchstellt, sowie die Teilkammern A und B kurzschließt. Der C-Port dient wie beim Standardmidlock zur Aktivierung der Verriegelungsfunktion. Solange der Druck im C-Kanal einen bestimmten Druck hält, sind die Steuerpins 7, 8 stets eingefahren und der Versteller wird über die A- und B-Ports verstellt. Dies ist der Normalbetrieb des Nockenwellenverstellers.
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Sobald der Strom zum Zentralmagneten des Zentralventils 6 auf ein niedriges Tastverhältnis gesetzt wird oder der Strom (z. B. bei Motorstopp) ganz abgestellt wird, schaltet die Feder 12 (s. 1) das Zentralventil 6 in die (zusätzliche) Schaltstellung mit P auf A und B (s. rotorpositionsgesteuerter Verstellbetrieb - „Midlock“ in 1) wie oben erläutert.
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Alle Arbeitskammern A, B bis auf die Midlockkammer sind nun kurzgeschlossen und bieten nur noch ein kleines Widerstandsmoment, tragen also nicht mehr zur Verstellung des Rotors 3 relativ zum Stator 2 bei bzw. verhindern diese nicht. Der C-Kanal wird gleichzeitig auf den Tank T entleert.
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Die Steuerpins 7, 8 können nun (in die Kulisse 9) ausfahren, abhängig von der relativen Position des Rotor 3 zum Stator 2. Im Verriegelungsdeckel (d. h. auf einer der Stirnseiten des Stators 2) befindet sich die mit dem (jetzt drucklosen) C-Kanal verbundene Verriegelungskulisse 9 (Langloch in Umfangsrichtung, in den 2 bis 4 gestrichelt dargestellt).
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Befindet sich der Rotorflügel 4 nicht in der Mitte (siehe Mittenposition M in 4), sondern beispielsweise wie in 2 dargestellt in Richtung der B-Kammer, ist das Steuerelement 8, welches die B-Kammer schaltet, nicht innerhalb der Kulisse 9 und schaltet die Pumpe P (im Normalbetrieb entsprechend den A-Port) auf die Teilkammer B. Dadurch wird der Flügel durch den Pumpendruck in Richtung der Mittenposition M geschoben. Der Steuerpin 7 der A-Kammer wird dagegen in die Kulisse 9 gedrückt und sperrt den Pumpenzugang. Gleichzeitig entlüftet er die Teilkammer A und entlässt das Öl vorteilhafter Weise direkt aus dem Rotor, ohne das Öl zum T-Port des Zentralventils 6 zu leiten. Dies vereinfacht die Bauweise der Steuerpins.
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Befindet sich der Rotorflügel 4 nicht in der Mitte, sondern indes wie in 3 dargestellt in Richtung der A-Kammer, ist das Steuerelement 7, welches die A-Kammer schaltet, nicht innerhalb der Kulisse 9 und schaltet die Pumpe P auf die Teilkammer A. Dadurch wird der Flügel durch den Pumpendruck ebenfalls in Richtung der Mittenposition M geschoben. Der Steuerpin 8 der B-Kammer wird dagegen in die Kulisse 9 gedrückt und sperrt den Pumpenzugang. Es gilt also der entsprechend umgekehrte Fall wie im Zusammenhang mit 2 erläutert.
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In 2 ist demgemäß die Teilkammer A zum Tank T geschaltet, während die Teilkammer B zur Pumpe P geschaltet ist.
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In 3 ist die Teilkammer B zum Tank T geschaltet, während die Teilkammer A zur Pumpe P geschaltet ist.
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Bei Wechselmomenten kann zudem bei einem Moment gegen die beabsichtigte Schaltrichtung absichtlich Luft eingesaugt werden, die beim Schwingen in Verstellrichtung einen wesentlich geringeren Widerstand als ein Ölpolster bietet und so das Verriegeln in der Mittenposition M beschleunigt. Das Wechselmoment wird in der schiebenden Kammer über das Rückschlagventil 11, welches standardmäßig im Zentralventil 6 verbaut ist, abgefangen. Ist die Mittenposition M erreicht, werden beide Pins 7 und 8 in die Kulisse 9 gedrückt und die Mittenposition M des Rotor 3 relativ zum Stator 2 nun formschlüssig fixiert.
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Im verriegelten Zustand, d. h. wenn sich beide Pins schlussendlich in der Kulisse befinden, sind beide „Midlock-Kammern“ A und B zum Tank geschaltet und entleeren sich daher nach einiger Zeit. Bei längerer Stillstandszeit entleeren sich, bedingt durch Leckage, auch die übrigen Kammern. Beim erneuten Start des Motors, und damit verbunden dem Start der Hydraulikfluidpumpe, können die „Midlock-Kammern“ nicht gefüllt werden. Da jedoch die übrigen Kammern („Arbeitskammern“) mit der Hydraulikfluidpumpe in Verbindung stehen, wird deren Volumen gefüllt. Beim Übergang zum Normalbetrieb werden die Pins wieder entriegelt. Die „Arbeitskammern“ stellen nun sicher, dass die Wechselmomente des Nockenwellenantriebs abgestützt werden, während auch die „Midlock-Kammern“ wieder befüllt werden. Dies verhindert gegenüber anderen Mittenverriegelungsverstellern, die ein Wiederbefüllen im „Midlock-Modus“ nicht erlauben, ein Schlagen der Rotorflügel an die Statorflügel bis zum Aufpumpen der Kammern und damit verbundene starke Geräuschbildung sowie erhöhte Belastungen der Bauteile.
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Weiterhin wird im Verriegelungsfall durch das Sperren der „Midlock-Kammern“ zum Zentralventil trotz der fortwährenden Hydraulikfluidversorgung ein Kurzschluss der Hydraulikfluidpumpe zum Tank oder der Umgebung vermieden, so dass der Hydraulikfluidverbrauch mit dem Normalbetrieb vergleichbar ist bzw. die ausreichende Hydraulikfluidversorgung weiterer Motorkomponenten stets gewährleistet wird.
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In den 5 bis 7 ist der Nockenwellenversteller 1 nochmals dargestellt, wobei insbesondere die fluidführenden Leitungen desselben besser zu erkennen sind. Betreffend den generellen Aufbau wird auf die vorstehenden Erläuterungen Bezug genommen. In den 5 bis 7 sind insbesondere die Verbindungen 13 zum A-Ringkanal zu erkennen, über den die Teilkammern A mit Hydraulikfluid versorgt werden; weiterhin ist die Verbindungen 14 zum B-Ringkanal zu erkennen. Mit 15 ist die Verbindung zum C-Port bezeichnet.
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Die Verbindungen 16 stellen die Verbindung von den Steuerelementen 7, 8 der Kammern zur Rotorentlüftung in Richtung Tank dar.
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In 6 ist noch die Verbindung 17 zum A-Kanal und die Verbindung 18 zum B-Kanal bezeichnet.
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In 8 ist ein anderes Ausführungsbeispiel dargestellt, bei dem die Zahl der Steuerelemente 7, 8 verdoppelt wurde (es sind jeweils zwei Steuerelemente 7 und 8 vorhanden), wodurch die Druckübersetzung im „Midlock“-Betrieb erhöht wird. Demgemäß wird die Schaltung der „Midlock“-Kammern zur Erhöhung der Druckübersetzung auf weitere Kammern ausgedehnt. Dies allerdings geht zu Lasten der Druckübersetzung im Normalbetrieb des Nockenwellenverstellers und hat entsprechend auch höhere Kosten bei der Produktion desselben zur Folge.
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In den 9 bis 11 sind verschiedene Schaltzustände des Zentralventils 6 bzw. verschiedene Stellungen der Steuerelemente 7 und 8 dargestellt.
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In 9 ist zu sehen, dass das Zentralventil 6 in derselben Stellung wie bei 1 ist, wobei jetzt allerdings die beiden Steuerelemente 7 und 8 aufgrund einer anderen relativen Drehposition zwischen Stator und Rotor in Bezug auf die Kulisse 9 in einer anderen Position sind.
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In 10 befindet sich das Zentralventil 6 in derselben Stellung wie in den 1 bzw. 9, wobei jetzt allerdings die beiden Steuerelemente 7 und 8 sich beide im verriegelten Zustand, d. h. in der Kulisse 9 befinden.
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In 11 ist der Normalbetrieb des Nockenwellenverstellers 1 angedeutet, wonach das Zentralventil 6 in einer entsprechend anderen Stellung ist. Im C-Port herrscht Druck vor, so dass sich beide Steuerelemente 7 und 8 in der entriegelten Position befinden und der Rotor relativ zum Stator ungehindert rotieren kann.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Nockenwellenversteller
- 2
- Stator
- 3
- Rotor
- 4
- Flügel
- 5
- Hydraulikkammer
- 6
- Zentralventil
- 7, 8
- Verriegelungssystem
- 7
- erstes Steuerelement (Steuer- bzw. Schaltpin)
- 8
- zweites Steuerelement (Steuer- bzw. Schaltpin)
- 9
- Kulisse
- 10
- Feder
- 11
- Rückschlagventil
- 12
- Feder
- 13
- Verbindung zum A-Ringkanal
- 14
- Verbindung zum B-Ringkanal
- 15
- Verbindung zum C-Port
- 16
- Verbindungen der Kammern zu Rotorentlüftung nach Tank
- 17
- Verbindung zu A-Kanal
- 18
- Verbindung zu B-Kanal
- A
- erste Teilkammer
- B
- zweite Teilkammer
- C
- C-Port für die Entriegelung
- P
- Hydraulikpumpe
- T
- Tank
- a
- axiale Richtung
- M
- Mittenposition
