DE102017126174A1 - Hydraulic camshaft adjuster - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft einen hydraulischen Nockenwellenversteller (1), umfassend einen Stator (2), in dem ein Rotor (3) drehbar angeordnet ist, wobei der Stator (2) mindestens einen Flügel (4) aufweist, wobei der Flügel (4) in einer Hydraulikkammer (5) des Stators (2) angeordnet ist, so dass eine erste Teilkammer (A) von einer zweiten Teilkammer (B) getrennt wird, ein Zentralventil (6), das den Strom von Hydraulikfluid in die erste Teilkammer (A) und in die zweite Teilkammer (B) steuert, ein Verriegelungssystem (7, 8), mit dem der Rotor (3) relativ zum Stator (2) in einer Mittenposition (M) verriegelt werden kann, wobei das Verriegelungssystem (7, 8) ein erstes Steuerelement (7) umfasst, das durch Beaufschlagung mit Hydraulikfluid (C) über das Zentralventil (6) in einer entsperrten Position gehalten werden kann und das bei Wegnahme des Drucks des Hydraulikfluids eine Verriegelung veranlassen kann, wobei das erste Steuerelement (7) mit einer Kulisse (9) in Wirkverbindung gebracht werden kann, die im Stator (2) oder einem mit diesem verbundenen Bauteil ausgebildet ist, wobei die Kulisse (9) eine axiale Lage (a) des ersten Steuerelements (7) bestimmt, eine Hydraulikpumpe (P) zur Bereitstellung von Hydraulikfluid und einen Tank (T) zur Aufnahme von Hydraulikfluid. Um die Dynamik des Nockenwellenverstellers bei der Einnahme der Mittenposition zu erhöhen, sieht die Erfindung vor, dass das erste Steuerelement (7) an einen ersten Strömungskanal (10) im Rotor (3) angrenzt, der zu einer Teilkammer (A, B) eine fluidische Verbindung schafft, wobei der erste Strömungskanal (10) abhängig von der axialen Lage des ersten Steuerelements (7) geöffnet oder geschlossen werden kann und wobei vom ersten Steuerelement (7) eine erste Öffnung (11) durch den Rotor (3) in Richtung Tank (T) führt. The invention relates to a hydraulic camshaft adjuster (1), comprising a stator (2) in which a rotor (3) is rotatably arranged, wherein the stator (2) has at least one wing (4), wherein the wing (4) in a Hydraulic chamber (5) of the stator (2) is arranged so that a first sub-chamber (A) is separated from a second sub-chamber (B), a central valve (6), the flow of hydraulic fluid into the first sub-chamber (A) and in the second sub-chamber (B) controls a locking system (7, 8) with which the rotor (3) can be locked relative to the stator (2) in a central position (M), the locking system (7, 8) being a first control element (7) which can be held in an unlocked position by the application of hydraulic fluid (C) via the central valve (6) and which can cause a lock when the pressure of the hydraulic fluid is removed, the first control element (7) being provided with a guide (7). 9) brought into operative connection who can, which is formed in the stator (2) or a component connected thereto, wherein the link (9) determines an axial position (a) of the first control element (7), a hydraulic pump (P) for providing hydraulic fluid and a tank (T) for receiving hydraulic fluid. In order to increase the dynamics of the camshaft adjuster when assuming the center position, the invention provides that the first control element (7) adjoins a first flow channel (10) in the rotor (3) which is a fluidic to a subchamber (A, B) Connection is achieved, wherein the first flow channel (10) can be opened or closed depending on the axial position of the first control element (7) and wherein from the first control element (7) a first opening (11) through the rotor (3) in the direction of tank ( T) leads.
Description
Gebiet der ErfindungField of the invention
Die Erfindung betrifft einen hydraulischen Nockenwellenversteller, umfassend
- - einen Stator, in dem ein Rotor drehbar angeordnet ist, wobei der Stator mindestens einen Flügel aufweist, wobei der Flügel in einer Hydraulikkammer des Stators angeordnet ist, so dass eine erste Teilkammer von einer zweiten Teilkammer getrennt wird,
- - ein Zentralventil, das den Strom von Hydraulikfluid in die erste Teilkammer und in die zweite Teilkammer steuert,
- - ein Verriegelungssystem, mit dem der Rotor relativ zum Stator in einer Mittenposition verriegelt werden kann, wobei das Verriegelungssystem ein erstes Steuerelement umfasst, das durch Beaufschlagung mit Hydraulikfluid über das Zentralventil in einer entsperrten Position gehalten werden kann und das bei Wegnahme des Drucks des Hydraulikfluids eine Verriegelung veranlassen kann, wobei das erste Steuerelement mit einer Kulisse in Wirkverbindung gebracht werden kann, die im Stator oder einem mit diesem verbundenen Bauteil ausgebildet ist, wobei die Kulisse eine axiale Lage des ersten Steuerelements bestimmt,
- - eine Hydraulikpumpe zur Bereitstellung von Hydraulikfluid und
- - einen Tank zur Aufnahme von Hydraulikfluid.
- a stator in which a rotor is rotatably arranged, the stator having at least one vane, wherein the vane is arranged in a hydraulic chamber of the stator, so that a first sub-chamber is separated from a second sub-chamber,
- a central valve which controls the flow of hydraulic fluid into the first sub-chamber and into the second sub-chamber,
- a locking system with which the rotor can be locked relative to the stator in a central position, the locking system comprising a first control member which can be held in an unlocked position by the application of hydraulic fluid through the central valve and when the pressure of the hydraulic fluid is removed Lock can cause, wherein the first control can be brought into operative connection with a gate, which is formed in the stator or a component connected thereto, wherein the gate determines an axial position of the first control,
- a hydraulic pump for providing hydraulic fluid and
- - A tank for holding hydraulic fluid.
Hintergrund der ErfindungBackground of the invention
Ein hydraulischer Nockenwellenversteller dieser Art ist beispielsweise aus der
Bekannt ist es dabei, Nockenwellenversteller so zu gestalten, dass mit Hilfe der Nockenwellenwechselmomente (d. h. auf der Basis „CTA“ = Cam Torque Activated; steht auch beim Motorstopp zur Verfügung) 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. Dies wird auch als „Smart-Lock“ bezeichnet.It is known to design camshaft adjusters in such a way that with the aid of the camshaft alternating torques (ie on the basis of "CTA" = Cam Torque Activated; also available when stopping the engine), the center position is also present when the engine stops or starts the internal combustion engine Rotor is pulled by means of a so-called hydraulic ratchet in the center position. The hydraulic ratchet is also combined with the so-called "smart phasing" function, as components for both functions can be used simultaneously, which provides cost advantages. This is also known as a "smart lock".
Die genannte „Smart-Lock“-Funktion verschafft Kostenvorteile gegenüber einem einfachen „Midlock“-Versteller. Allerdings ist es dafür nötig, Hydrauliköl im Rotor (wie aus der oben genannten
Wenn unter Nutzung des Öldrucks der Hydraulikpumpe beim sogenannten „Oil Pressure Activated“-Betrieb zum Anfahren der Mittenposition der Motor abgestellt wird, bleibt für den Nockenwellenversteller nur ein kurzes Zeitfenster vom Abschalten der Zündung bis zum Verschwinden des Pumpendrucks, um in die Mittenposition zu kommen. Typischer Weise sind dies nur einige Zehntel Sekunden. Der Nockenwellenversteller erhält den Befehl, in die Mitte zu fahren, indem das Zentralventil in der Basisstellung die Arbeitskammern kurzschließt und den C-Kanal entlüftet. Dadurch kann positionsabhängig einer der Verriegelungspins einfahren. Meist befindet sich der Rotor zu diesem Zeitpunkt an einer Position außerhalb der Mittenposition. Die kleinere Midlock-Kammer (z. B. die Teilkammer „B“) wird von der Pumpe mit Öl versorgt. Die größere Kammer (z. B. die Teilkammer „A“) muss nun schnell entleert werden und dem Aufpumpen der anderen Kammer möglichst wenig Widerstand entgegensetzen.When using the oil pressure of the hydraulic pump in the so-called "Oil Pressure Activated" operation for starting the center position of the engine is stopped, remains for the camshaft adjuster only a short time window from switching off the ignition until the disappearance of the pump pressure to come to the center position. Typically, these are only a few tenths of a second. The camshaft adjuster is commanded to drive to the center by the central valve in the base position shorts the working chambers and vented the C-channel. As a result, depending on the position, one of the locking pins can retract. Mostly the rotor is at a position outside the center position at this time. The smaller Midlock chamber (eg subchamber "B") is supplied with oil by the pump. The larger chamber (eg, the sub-chamber "A") must now be emptied quickly and oppose as little as possible the inflation of the other chamber.
Problematisch ist dabei, dass in der kurzen zur Verfügung stehenden Zeit mitunter nicht hinreichend Hydraulikfluid aus dem Nockenwellenversteller über das Zentralventil (welches auf den Tank geschaltet ist) abgeführt werden kann, so dass nicht immer sichergestellt werden kann, dass die benötigte Mittenposition zuverlässig erreicht wird.The problem is that in the short time available sometimes insufficient hydraulic fluid from the camshaft adjuster via the central valve (which is connected to the tank) can be dissipated, so that can not always be ensured that the required center position is reliably achieved.
Aufgabe der ErfindungObject of the invention
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen gattungsgemäßen Nockenwellenversteller so auszugestalten, dass es möglich wird, in zuverlässiger Weise in der kurzen Zeit, solange noch Öldruck zur Verfügung steht, die Mittenposition des Nockenwellenverstellers anzufahren. Um dies zu erreichen, soll die Dynamik des Nockenwellenverstellers bei der Einnahme der Mittenposition erhöht werden.The present invention is therefore the object of a generic camshaft adjuster in such a way that it is possible to approach the center position of the camshaft adjuster in a reliable manner in the short time while oil pressure is still available. Around To achieve this, the dynamics of the camshaft adjuster should be increased when taking the center position.
Zusammenfassung der ErfindungSummary of the invention
Die Lösung dieser Aufgabe durch die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass das erste Steuerelement an einen ersten Strömungskanal im Rotor angrenzt, der zu einer Teilkammer eine fluidische Verbindung schafft, wobei der erste Strömungskanal abhängig von der axialen Lage des ersten Steuerelements geöffnet oder geschlossen werden kann und wobei vom ersten Steuerelement eine erste Öffnung durch den Rotor in Richtung Tank führt.The solution of this problem by the invention is characterized in that the first control adjacent to a first flow channel in the rotor, which creates a fluidic connection to a sub-chamber, wherein the first flow channel can be opened or closed depending on the axial position of the first control and wherein from the first control a first opening through the rotor leads in the direction of the tank.
Bevorzugt umfasst das Verriegelungssystem weiterhin ein zweites Steuerelement, das durch Beaufschlagung mit Hydraulikfluid über das Zentralventil in einer entsperrten Position gehalten werden kann und das bei Wegnahme des Drucks des Hydraulikfluids eine Verriegelung veranlassen kann, wobei das zweite Steuerelement mit der Kulisse in Wirkverbindung gebracht werden kann, wobei die Kulisse eine axiale Lage des zweiten Steuerelements bestimmt, wobei das zweite Steuerelement an einen zweiten Strömungskanal im Rotor angrenzt, der zu der anderen der Teilkammern eine fluidische Verbindung schafft, wobei der zweite Strömungskanal abhängig von der axialen Lage des zweiten Steuerelements geöffnet oder geschlossen werden kann und wobei vom zweiten Steuerelement eine zweite Öffnung durch den Rotor in Richtung Tank führt.Preferably, the locking system further comprises a second control member which can be held in an unlocked position by applying hydraulic fluid through the central valve and which can cause locking upon removal of the pressure of the hydraulic fluid, whereby the second control member can be engaged with the linkage. wherein the gate defines an axial location of the second control, the second control adjacent to a second flow channel in the rotor creating a fluidic connection to the other of the sub-chambers, the second flow channel being opened or closed depending on the axial location of the second control can and wherein the second control element performs a second opening through the rotor in the direction of the tank.
Der Querschnitt des ersten Strömungskanal und/oder des zweiten Strömungskanals beträgt bevorzugt zwischen 1 mm2 und 30 mm2 beträgt, besonders bevorzugt zwischen 7,5 mm2 und 15 mm2. Vorzugsweise beträgt auch der Querschnitt der ersten Öffnung und/oder der zweiten Öffnung zwischen 1 mm2 und 30 mm2, besonders bevorzugt zwischen 7,5 mm2 und 15 mm2.The cross section of the first flow channel and / or of the second flow channel is preferably between 1 mm 2 and 30 mm 2 , more preferably between 7.5 mm 2 and 15 mm 2 . Preferably, the cross section of the first opening and / or the second opening is between 1 mm 2 and 30 mm 2 , more preferably between 7.5 mm 2 and 15 mm 2 .
Die Kulisse weist nach einer möglichen Ausführungsform der Erfindung eine Anlagefläche für das erste und gegebenenfalls das zweite Steuerelement auf, die einen linearen Verlauf hat. Hierbei ist bevorzugt vorgesehen, dass die Kulisse einen mit konstantem Abstand zum Rotor verlaufenden Boden aufweist.The gate, according to a possible embodiment of the invention has a contact surface for the first and optionally the second control, which has a linear course. In this case, it is preferably provided that the slide has a floor running at a constant distance from the rotor.
Gemäß einer anderen bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist die Kulisse eine Anlagefläche für das erste und gegebenenfalls das zweite Steuerelement auf, die einen nicht-linearen Verlauf hat. Hierbei ist bevorzugt vorgesehen, dass die Kulisse zumindest einen mit konstantem Abstand zum Rotor verlaufenden Boden und mindestens eine an den Boden anschließende Rampe aufweist. Insbesondere kann vorgesehen werden, dass die Kulisse zwei Rampen aufweist, die sich an den beiden Seiten des Bodens anschließen. Hiermit kann die Kulisse eine gezielte rotorpositionsbezoge Drosselung des Hydraulikvolumenstroms vornehmen.According to another preferred embodiment of the invention, the slide on a contact surface for the first and optionally the second control, which has a non-linear course. In this case, it is preferably provided that the slide has at least one floor running at a constant distance from the rotor and at least one ramp adjoining the floor. In particular, it can be provided that the scenery has two ramps that connect to the two sides of the soil. Hereby, the backdrop can make a targeted rotorpositionsbezoge throttling the hydraulic flow rate.
Der erste Strömungskanal und/oder der zweite Strömungskanal verlaufen bevorzugt parallel zu einem weiteren Strömungskanal, über den Hydraulikfluid für den Normalbetrieb des Nockenwellenverstellers geleitet wird.The first flow channel and / or the second flow channel preferably run parallel to a further flow channel, via which hydraulic fluid for normal operation of the camshaft adjuster is passed.
Die Kulisse ist bevorzugt als bogenförmiges Langloch im Stator oder einem mit diesem verbundenen Bauteil ausgebildet.The backdrop is preferably formed as a curved slot in the stator or a component connected thereto.
Die Steuerelemente sind bevorzugt als Stift ausgebildet, der gegen die Vorspannung einer Feder in einer Bohrung im Rotor angeordnet ist.The controls are preferably designed as a pin which is arranged against the bias of a spring in a bore in the rotor.
Nach einer bevorzugten weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, dass der Stator oder ein mit ihm verbundenes Bauteil Segmente aufweist, welche die Entlüftung zum Tank entlang der möglichen Verstellpositionen vermehrt oder abgeschwächt drosseln.According to a preferred further embodiment, it is provided that the stator or a component connected to it has segments which increase or attenuate the ventilation to the tank along the possible adjustment positions.
Das vorgeschlagene Konzept stellt also auf ein Öldruck-aktiviertes Anfahren der Mittenposition ab, wobei eine spezielle Ausgestaltung für eine schnelle Ölabfuhr für eine verbesserte Verriegelung vorgeschlagen wird.Thus, the proposed concept is based on an oil-pressure-activated starting of the center position, wherein a special design for a quick oil removal is proposed for improved locking.
Es stellt eine mögliche Schaltung eines auf Öldruck-aktiviertem Anfahren der Mittenposition basierenden Mittenverriegelungsprinzips dar, wobei die vorgeschlagene spezielle Ausgestaltung für eine schnelle Ölabfuhr für eine verbesserte Verriegelung übergreifend angewandt werden kann.It illustrates one possible circuit of center-locking oil pressure-activated start-up of the center position, and the proposed specific design for quick oil drainage can be applied across the board for improved interlocking.
Das vorgeschlagene Konzept stellt somit darauf ab, nicht wie üblich das Hydrauliköl der zu verkleinernden Kammer zum T-Port des Zentralventiles zu leiten. Aufgrund der nötigen Auslegung des Zentralventils („Ablaufsteuerung“) zur stabilen hydraulischen Einspannung des Nockenwellenverstellers und des knappen Bauraums kann dort eine bestimmte Querschnittsfläche zur Ableitung des Öls zum Tank nicht überschritten werden.The proposed concept thus restricts not, as usual, to direct the hydraulic oil of the chamber to be reduced to the T-port of the central valve. Due to the necessary design of the central valve ("sequence control") for stable hydraulic clamping of the camshaft adjuster and the tight space can there a certain cross-sectional area for the discharge of the oil to the tank are not exceeded.
Daher wird zur Verbesserung der Dynamik des Nockenwellenverstellers vorgeschlagen, das Hydraulikfluid im „Midlock“-Betrieb direkt aus den Teilkammern für das anfahren der Mittenposition (d. h. aus den „Midlockkammern“), ohne über das Ventil zu gehen, aus dem Nockenwellenversteller zu leiten.Therefore, in order to improve the dynamics of the camshaft phaser, it is proposed to direct the hydraulic fluid in midlock operation directly out of the mid-position-approaching sub-chambers (i.e., from the "midlock chambers"), without passing over the valve, out of the phaser.
Nach einer Fortbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, die Ableitung des Öls über diesen direkten Weg (bevorzugt positionsabhängig) gezielt zu drosseln, um die Mechanik des Verstellers zu schonen.According to a development of the invention, it is proposed to selectively throttle the discharge of the oil via this direct path (preferably position-dependent) in order to preserve the mechanics of the adjuster.
Figurenliste list of figures
In den Figuren sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Es zeigen:
-
1 schematisch einen Nockenwellenversteller mit einer möglichen Schaltung einer Öldruck-aktivierten Mittenverriegelung mit seiner hydraulischen Versorgung, wobei der Verriegelungsvorgang in eine Mittenposition aus einer „Spät“-Stellung dargestellt ist, -
2 schematisch den Schnitt durch den Nockenwellenversteller, wobei der zu1 korrespondierende Zustand gezeigt ist, -
3 einen Schnitt durch einen Abschnitt des Nockenwellenverstellers, wobei der in der Mittenposition verriegelte Zustand dargestellt ist, -
4 einen Schnitt durch einen Abschnitt des Nockenwellenverstellers gemäß3 , wobei der nicht verriegelte Zustand (Normalbetrieb des Nockenwellenverstellers) dargestellt ist, -
5 in perspektivischer Darstellung den Rotor des Nockenwellenverstellers, wobei die Fließwege des Hydraulikfluids dargestellt sind, -
6 in perspektivischer Darstellung einen Abschnitt des Nockenwellenverstellers, -
7 eine Darstellung analog zu3 , wobei eine spezielle Ausgestaltung der Kulisse für die Verriegelung der Steuerelemente dargestellt ist, und -
8 in perspektivischer Darstellung den Nockenwellenversteller mit transparenter Darstellung eines speziell ausgestalteten Deckels des Stators (Dichtdeckel), wobei die Mittenposition des Rotors relativ zum Stator dargestellt ist; in dieser Figur sind noch zwei entsprechende Darstellungen des Nockenwellenverstellers außerhalb der Mittelposition zu sehen.
-
1 1 schematically shows a camshaft adjuster with a possible connection of an oil pressure-activated center lock with its hydraulic supply, wherein the locking process is shown in a middle position from a "late" position, -
2 schematically the section through the camshaft adjuster, wherein the1 corresponding state is shown -
3 a section through a portion of the camshaft adjuster, wherein the locked in the center position state is shown, -
4 a section through a portion of the camshaft adjuster according to3 , wherein the unlocked state (normal operation of the camshaft adjuster) is shown, -
5 in a perspective view of the rotor of the camshaft adjuster, wherein the flow paths of the hydraulic fluid are shown, -
6 in a perspective view a portion of the camshaft adjuster, -
7 a representation analogous to3 , wherein a special embodiment of the gate for the locking of the controls is shown, and -
8th in a perspective view of the camshaft adjuster with transparent representation of a specially designed cover of the stator (sealing cover), wherein the center position of the rotor is shown relative to the stator; in this figure are still two corresponding representations of the camshaft adjuster outside the center position to see.
Ausführliche Beschreibung der FigurenDetailed description of the figures
Aus der Zusammenschau der
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
Im Normalbetrieb des Nockenwellenverstellers
Aus den
Die Verriegelung selber erfolgt durch eine Kulisse
Das Zentralventil
Die beiden Steuerelemente
Aus
Wesentlich ist, dass Vorkehrungen getroffen sind, dass ein hinreichend schnelles Abfließen von Hydraulikfluid aus den Teilkammern
Das erste Steuerelement
Analog grenzt auch das zweite Steuerelement
Die beiden genannten Strömungskanäle
Ein sanftes Eingleiten der Steuerelemente
Somit lässt sich insgesamt folgendes sagen:Thus, the following can be said in total:
Das direkte Ableiten des Öls erfolgt (statt in vorbekannter Weise über das Zentralventil zum Tank) über eine zusätzliche (Radial-)Bohrung, die aber nicht in den T-Port mündet, sondern in die Verriegelungspin-Bohrung läuft. Der Verriegelungspin
Bei hohen Momenten können die Pins
Dies geschieht im Ausführungsbeispiel dadurch, dass der Pin
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- NockenwellenverstellerPhaser
- 22
- Statorstator
- 33
- Rotorrotor
- 44
- Flügelwing
- 55
- Hydraulikkammerhydraulic chamber
- 66
- Zentralventilcentral valve
- 7, 87, 8
- Verriegelungssystemlocking system
- 77
- erstes Steuerelement (Steuerpin)first control (control pin)
- 88th
- zweites Steuerelement (Steuerpin)second control (control pin)
- 99
- Kulissescenery
- 9'9 '
- Boden der KulisseGround of the backdrop
- 9''9 ''
- Rampe der KulisseRamp the backdrop
- 1010
- erster Strömungskanalfirst flow channel
- 1111
- erste Öffnungfirst opening
- 1212
- zweiter Strömungskanalsecond flow channel
- 1313
- zweite Öffnungsecond opening
- 1414
- weiterer Strömungskanal (für Normalbetrieb)further flow channel (for normal operation)
- 1515
- weiterer Strömungskanal (für Normalbetrieb)further flow channel (for normal operation)
- 1616
- Federfeather
- 1717
- Dichtdeckelsealing cover
- 18 18
- Dichtdeckelsegmente Sealing cover segments
- AA
- erste Teilkammerfirst compartment
- BB
- zweite Teilkammersecond sub-chamber
- CC
- C-Port für die EntriegelungC-port for unlocking
- PP
- Hydraulikpumpehydraulic pump
- TT
- Tank tank
- MM
- Mittenpositioncenter position
- aa
- axiale Richtungaxial direction
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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