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Die Erfindung betrifft einen hydraulischen Nockenwellenversteller gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
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Hydraulische Nockenwellenversteller werden bei Verbrennungsmotoren eingesetzt, um die Ventilsteuerzeiten der Einlass- und Auslassventile des Verbrennungsmotors an einen Lastzustand des Verbrennungsmotors anzupassen und somit die Effizienz des Verbrennungsmotors zu steigern. Aus dem Stand der Technik sind hydraulische Nockenwellenversteller bekannt, welche nach dem Flügelzellenprinzip arbeiten. Dabei umfasst der Nockenwellenversteller einen Stator und einen relativ zum Stator verdrehbaren Rotor, wobei zwischen dem Stator und dem Rotor ein Hydraulikraum ausgebildet ist, welcher durch einen Flügel des Rotors in zwei Arbeitskammern unterteilt wird. Durch eine entsprechende hydraulische Druckbeaufschlagung der Arbeitskammern kann die Lage des Rotors relativ zum Stator verändert und somit die Steuerzeiten der Ventile angepasst werden. Aus dem Stand der Technik sind hydraulische Nockenwellenversteller bekannt, die mit Hilfe der Nockenwellenwechselmomente (CTA = Cam Torque Activated), welche auch beim Motorstop oder Start des Verbrennungsmotors zur Verfügung stehen, den Rotor mittels einer sogenannten hydraulischen Ratsche in eine Mittenposition drehen. Ferner ist auch eine Kombination eines solchen hydraulischen Nockenwellenverstellers mit einer sogenannten Smart-Phasing-Funktion bekannt, bei dem Druckmittel aus einem Druckmittelspeicher unabhängig von der Druckmittelpumpe in eine Arbeitskammer nachströmen kann, bei dem Bauteile für beide Funktionen zugleich verwendet werden können.
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Ein solcher hydraulischer Nockenwellenversteller mit einer Smart-Phasing-Funktion und einer Mittenverriegelung ist beispielsweise aus der
DE 10 2012 201 566 A1 bekannt. Die
DE 10 2012 201 566 A1 offenbart einen hydraulischen Nockenwellenversteller mit mehreren Volumenspeichern zur Nachführung von Hydrauliköl in die Arbeitskammern des Nockenwellenverstellers, 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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Die
DE 10 2012 201 570 A1 offenbart einen hydraulischen Nockenwellenversteller mit einem Stator, wobei der Stator ein ringförmiges Außenteil zur konzentrischen Aufnahme eines Rotors mit umfänglich um den Rotor angeordneten axial abragenden Flügeln und ein vom ringförmigen Außenteil radial nach innen abragendes Segment zum Eingriff zwischen zwei Flügeln des Rotors umfasst. Dabei werden zwischen den Flügeln des Rotors und den Segmenten des Rotors Druckkammern des hydraulischen Nockenwellenverstellers ausgebildet. Dabei ist ein, mindestens in einem Segment des Stators, Hohlraum zur Aufnahme von Hydraulikflüssigkeit aus den Druckkammern ausgebildet.
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Die
DE 10 2013 207 615 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, wobei in einem oder mehreren der Flügel zusammen wenigstens zwei Druckmittelleitungen vorgesehen sind, welche jeweils zwei Arbeitskammern unterschiedlicher Wirkrichtung strömungstechnisch miteinander verbinden, wobei in den Druckmittelleitungen jeweils Rückschlagventile unterschiedlicher Wirkrichtung vorgesehen sind, welche jeweils in Abhängigkeit von der Drehrichtung des Rotors zu dem Stator ein Überströmen des Druckmittels in eine Richtung zwischen den Arbeitskammern ermöglichen und in die jeweils andere Richtung verhindern, und in der Rotornabe wenigstens eine erste schaltbare Ventileinrichtung vorgesehen ist, über welche die Arbeitskammern, zwischen denen das Überströmen des Druckmittels über das Rückschlagventil jeweils verhindert ist, oder zwischen denen kein Rückschlagventil vorgesehen ist, in einer Schaltstellung strömungstechnisch miteinander verbindbar sind.
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Die US 2012 / 0 073 531 A1 zeigt eine Steuervorrichtung für eine variable Ventilzeitsteuerung, umfassend: eine variable Ventilzeitgebungsvorrichtung, die die Ventilzeitsteuerung durch Ändern einer Drehphase einer Nockenwelle in Bezug auf eine Kurbelwelle in einem Motor steuert, wobei die Drehphase der Nockenwelle in Bezug auf die Kurbelwelle ist definiert als eine VCT-Phase; einen Sperrstift zum Sperren der VCT-Phase in einer mittleren Sperrphase, die in einem mittleren Bereich in einem steuerbaren Bereich der VCT-Phase positioniert ist; ein Öldrucksteuerventil zum Steuern des Öldrucks einer Vorschubkammer zugeführt, die die VCT-Phase in eine Vorschubseite treibt, eine Verzögerungskammer, die die VCT-Phase in eine Verzögerungsseite treibt, und eine Verriegelungskammer, die den Verriegelungsstift antreibt; eine Ölpumpe, um Öl dem Öldruckregelventil zuzuführen; und einen Ölsicherungsabschnitt zum Ausführen einer Ölsicherungssteuerung, wobei die variable Ventilzeitgebungsvorrichtung konfiguriert ist, um die Vorstellkammer und die Verzögerungskammer durch Steuern des Öldrucksteuerventils miteinander in Verbindung zu bringen.
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Nachteilig an einem solchen hydraulischen Nockenwellenversteller ist die hohe Anzahl von Einzelteilen sowie die Komplexität der Bauteile, welche zu hohen Herstellkosten führen.
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Ferner sind aus dem Stand der Technik hydraulische Nockenwellenversteller bekannt, bei denen eine Verriegelung des Rotors mit Hilfe des Pumpendrucks der Druckmittelpumpe erfolgt (OPA = Oil Pressure Activated). Solche Nockenwellenversteller weisen jedoch ebenfalls eine komplexe und kostenintensive Rotorgeometrie sowie vergleichsweise lange Druckmittelwege mit engen Querschnitten auf. Dies kann insbesondere bei kalten, viskosem Druckmittel zu verlängerten Schaltzeiten führen. Die Nutzung von einem Kammerpaar von Druckkammern kann in Abhängigkeit vom Verbrennungsmotor dazu führen, dass die Druckübersetzung nicht unter allen Betriebsbedingungen ausreicht, um den Rotor in die Mittenposition zu drehen.
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Darüber hinaus ist ein hydraulischer Nockenwellenversteller mit einem Rotor bekannt, welcher mittels Pumpendruck in die Mittenposition gedreht wird, bei welchem der Druck der Druckmittelpumpe auf alle Druckkammern wirkt. Zur Verstellung von der Frühposition in Richtung der Mittenposition wird das Reibmoment der Nockenwelle des Verbrennungsmotors genutzt. Damit das Reibmoment den Rotor in diesem Fall in die Mittenposition drehen kann, muss das Druckmittel aus den kleiner werdenden Arbeitskammern entweichen. Dies ist bei aus dem Stand der Technik bekannten Nockenwellenverstellern jedoch schwierig und nur mit hohen Fertigungskosten zu erreichen, da dies im Stand der Technik über Schrägbohrungen im Rotor erfolgt. Dabei ergeben sich sehr lange Ölwege, bis das Druckmittel über einen Ringkanal der Druckkammern und das Zentralventil des Nockenwellenverstellers in den Druckmitteltank zurückfließen kann. Dabei erfolgt der gesamte Druckmittelaustausch über genau eine Arbeitskammer des hydraulischen Nockenwellenverstellers, was den hydraulischen Widerstand erhöht und insbesondere bei kalten, viskosem Druckmittel zu langsamen Verstellgeschwindigkeiten des Rotors von einer Frühposition in Richtung der Mittenposition führen kann.
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Aufgabe der Erfindung ist es, die Kosten an einem hydraulischen Nockenwellenversteller mit Mittenverriegelung zu verringern und die Schaltzeiten für ein Drehen in die Mittenposition zu verbessern.
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Die Aufgabe wird durch einen hydraulischen Nockenwellenversteller zur variablen Verstellung der Steuerzeiten von Gaswechselventilen einer Brennkraftmaschine gelöst, welcher einen Stator und einen relativ zum Stator verdrehbaren Rotor aufweist, wobei an dem Stator radial nach innen ragende Stege ausgebildet sind, wobei an dem Rotor radial nach außen ragende Flügel ausgebildet sind, wobei zwischen dem Stator und dem Rotor mehrere hydraulische Arbeitsräume ausgebildet sind, welche jeweils durch einen Flügel des Rotors in eine erste Arbeitskammer und eine zweite Arbeitskammer unterteilt werden. Ferner ist an dem hydraulischen Nockenwellenversteller eine Mittenverriegelungseinrichtung vorgesehen, welche mindesten ein Verriegelungselement, vorzugsweise ein erstes und ein zweites Verriegelungselement, insbesondere einen Verriegelungsstift, und eine Verriegelungskulisse umfasst, mit welcher der Rotor in einer Mittenposition relativ zum Stator verriegelbar ist. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das Verriegelungselement einen Durchlass aufweist, wobei in einer ersten Schaltstellung des Verriegelungselements ein Fluidaustausch zwischen den ersten Arbeitskammern und den zweiten Arbeitskammern gesperrt ist, und wobei die ersten Arbeitskammern und die zweiten Arbeitskammern in einer zweiten Schaltstellung des Verriegelungselements über den Durchlass in dem Verriegelungselement hydraulisch miteinander verbunden sind. Durch einen hydraulischen Kurzschluss zwischen den ersten Arbeitskammern und den zweiten Arbeitskammern kann ein Abströmen des Druckmittels begünstigt werden. Dabei kommt der Rotor ohne eine Schrägbohrung aus, deren Position die Funktion der Mittenverriegelung beeinflusst und somit mit sehr engen Fertigungstoleranzen und damit verbundenen hohen Kosten in den Rotor eingebracht wird. Des Weiteren kann der Druckmittelaustausch zwischen den ersten Arbeitskammern und den zweiten Arbeitskammern durch mehrere und nicht nur durch eine Arbeitskammer erfolgen, wodurch die Strömungswege kürzer werden. Dadurch erhöht sich die Robustheit und die Verstellgeschwindigkeit des Rotors.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Verriegelungskulisse mehrstufig ausgebildet ist, wobei bei einem Einrasten des mindestens einen Verriegelungselements auf dem Grund der Verriegelungskulisse ein Fluidaustausch zwischen den ersten Arbeitskammern und den zweiten Arbeitskammern gesperrt ist. Durch ein Sperren des Fluidaustauschs zwischen den ersten Arbeitskammern und den zweiten Arbeitskammern ist ein funktionssicheres Entriegeln des Rotors möglich. In der verriegelten Stellung sind die ersten Arbeitskammern über das unbestromte Zentralventil mit der Druckmittelpumpe und die zweiten Kammern mit dem Druckmitteltank verbunden. Wäre in diesem Betriebszustand ein hydraulischer Kurzschluss zwischen den ersten und den zweiten Arbeitskammern vorhanden, so würde die Druckmittelpumpe in die ersten Arbeitskammern fördern, das Druckmittel jedoch über den hydraulischen Kurzschluss in die zweiten Arbeitskammern und von dort zurück in den Druckmitteltank strömen. Demnach würde eine Druckmittelzirkulation stattfinden, ohne dass ein Betriebsdruck in einer der Arbeitskammern aufgebaut werden kann. Daher muss der hydraulische Kurzschluss zum Entriegeln des Rotors unterbrochen werden, um einen Druckaufbau in den ersten Arbeitskammern und/oder in der Verriegelungskulisse zu ermöglichen und somit eine funktionssichere Entriegelung des Rotors zu ermöglichen.
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Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Merkmale sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im unabhängigen Anspruch angegebenen hydraulischen Nockenwellenverstellers möglich.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass an dem Rotor ein Kurzschlusskanal ausgebildet ist, welcher zumindest eine der ersten Arbeitskammern mit zumindest einer der zweiten Arbeitskammern verbindet, wenn sich zumindest eines der Verriegelungselemente in der zweiten Schaltstellung befindet. Durch den Kurzschlusskanal im Rotor können die Strömungswege auf einfache und vergleichsweise kostengünstige Art verkürzt werden.
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Besonders bevorzugt ist dabei, wenn der Kurzschlusskanal bei einem Aufliegen des Verriegelungselements auf einer mittleren Stufe der Verriegelungskulisse die ersten Arbeitskammern und die zweiten Arbeitskammern hydraulisch verbindet. Sobald die Verriegelungskulisse mit Druck beaufschlagt wird, werden die Verriegelungselemente gegen die Federkraft der Federn in den Rotor eingeschoben. Dabei haben die Verriegelungselemente drei Schaltpositionen. In einer ersten Schaltposition sind die Verriegelungselemente vollständig in den Rotor eingeschoben und der Kurzschlusskanal gesperrt. In einer zweiten Schaltstellung liegen die Verriegelungselemente auf einer mittleren Stufe der Verrieglungskulisse auf, wobei der Kurzschlusskanal durch den Durchlass in den Verriegelungselementen geöffnet ist. In einer dritten Schaltstellung liegen die Verriegelungselemente auf dem Grund oder Boden der Verrieglungskulisse an, wobei die hydraulische Verbindung zwischen den ersten Arbeitskammern und den zweiten Arbeitskammern gesperrt ist.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die ersten Arbeitskammern über einen A-Kanal, die zweiten Arbeitskammern über einen B-Kanal und die Verriegelungskulisse über einen C-Kanal hydraulisch mit einem Zentralventil des hydraulischen Nockenwellenverstellers verbunden sind. Dadurch ist eine entsprechende Ansteuerung der ersten Arbeitskammern, der zweiten Arbeitskammern und der Verriegelungskulisse möglich, wobei die kurzen Strömungswege die Verstellgeschwindigkeit des Rotors begünstigen.
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In einer bevorzugten Ausführungsform des hydraulischen Nockenwellenverstellers ist vorgesehen, dass bei einer Verstellung des Rotors aus einer Spätposition in Richtung einer Mittenposition die zweiten Arbeitskammern durch eine Druckmittelpumpe des hydraulischen Nockenwellenverstellers mit Druckmittel beaufschlagt werden und die Verriegelungskulisse über den C-Kanal sowie die ersten Arbeitskammern über den A-Kanal mit dem Druckmitteltank verbunden sind, wobei der Kurzschlusskanal durch die Verriegelungselemente verschlossen ist. Bei einer Verstellung aus einer Spätposition in eine Mittenposition erfolgt die Verstellung mittels des Öldrucks des Druckmittels in den zweiten Arbeitskammern. Dabei wird der Rotor durch den Öldruck in den zweiten Arbeitskammern in die Mittenposition gedreht, während das Druckmittel aus den ersten Arbeitskammern und der Verriegelungskulisse ungestört in den Druckmitteltank abfließen kann.
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Ferner ist in einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass bei einer Verstellbewegung des Rotors aus einer Frühposition in Richtung einer Mittenposition die zweiten Arbeitskammern mit der Druckmittelpumpe und die Verriegelungskulisse über den C-Kanal sowie die ersten Arbeitskammern über den A-Kanal mit dem Druckmitteltank verbunden sind, wobei der Kurzschlusskanal durch den Durchlass in den Verriegelungselementen geöffnet ist. Eine Verstellung von einer Frühposition in die Mittenposition erfolgt bevorzugt mithilfe der Reibungsmomente der Nockenwellen. Um eine Drehung des Rotors in die Mittenposition zu ermöglichen, sind die ersten Arbeitskammern und die zweiten Arbeitskammern hydraulisch kurzgeschlossen, um ein Ausströmen des Druckmittels aus den zweiten Arbeitskammern und ein Einströmen des Druckmittels in die ersten Arbeitskammern zu begünstigen.
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Besonders bevorzugt ist dabei, wenn zur Drehung des Rotors aus der Frühposition in die Mittenposition das Nockenwellenreibmoment einer mit dem hydraulischen Nockenwellenversteller verbundenen Nockenwelle eines Verbrennungsmotos ausgenutzt wird. Dadurch kann die Druckmittelpumpe in diesem Betriebszustand abgeschaltet werden, wodurch weniger Energie benötigt wird und somit Kraftstoff eingespart werden kann. Alternativ ist eine Drehung des Rotors in die Mittenposition durch eine Druckbeaufschlagung der ersten Arbeitskammern mittels der Druckmittelpumpe denkbar.
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In einer weiteren Verbesserung des hydraulischen Nockenwellenverstellers ist vorgesehen, dass in einer zweiten Schaltstellung des Zentralventils die Druckmittelpumpe sowohl die zweiten Arbeitskammern als auch die Verriegelungskulisse mit Druckmittel versorgt. Durch diese Ventilstellung ist eine Entriegelung der Verriegelungselemente möglich, wobei durch die gleichzeitige Druckbeaufschlagung der zweiten Arbeitskammern vermieden wird, dass der Rotor durch die Reibungsmomente der Nockenwelle in Richtung spät verdreht wird.
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Ferner ist mit Vorteil vorgesehen, dass in einer dritten Schaltstellung des Zentralventils die Verriegelungskulisse durch die Druckmittelpumpe mit Druckmittel beaufschlagt wird, während eine hydraulische Verbindung von oder zu den ersten Arbeitskammern und zu den zweiten Arbeitskammern gesperrt ist. Dadurch ist eine Entriegelung des Rotors aus der Mittenverriegelungsposition möglich, ohne dass gleichzeitig eine Gruppe von Arbeitskammern mit Druckmittel versorgt werden muss. Dadurch ist ein besonders schneller Druckaufbau in der Verriegelungskulisse möglich.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand bevorzugter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren erläutert. Gleiche Bauteile oder Bauteile mit gleicher Funktion sind dabei mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet. Dabei zeigt:
- 1 einen erfindungsgemäßen, hydraulischen Nockenwellenversteller nach dem Flügelzellenprinzip;
- 2 eine schematische Ansicht eines erfindungsgemäßen hydraulischen Nockenwellenverstellers bei einer Verstellung des Rotors in Richtung „spät“;
- 3 eine schematische Ansicht eines erfindungsgemäßen hydraulischen Nockenwellenverstellers bei einer Verstellung der Rotors in Richtung „früh“; und
- 4 eine schematische Ansicht eines erfindungsgemäßen hydraulischen Nockenwellenverstellers in einer Mittenposition, wobei die Verriegelungselemente in der Verriegelungskulisse verriegelt sind.
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1 zeigt einen hydraulischen Nockenwellenversteller 1 nach dem Flügelzellenprinzip mit einem Stator 2 und einem relativ zum Stator 2 verdrehbaren Rotor 3. Dabei ist der Rotor 3 drehbar um eine Drehachse im Stator 2 gelagert. Der Stator 2 weist mehrere Stege 4 auf, welche in radialer Richtung von einem zylindrischen Grundkörper in Richtung einer Mittelachse des hydraulischen Nockenwellenverstellers 1 verlaufen. Zwischen dem Rotor 3 und dem Stator 2 sind Arbeitsräume 6 ausgebildet, welche durch radial aus einem Grundkörper des Rotors 3 vorstehende Flügel 5 in jeweils eine erste Arbeitskammer 7 und eine zweite Arbeitskammer 8 unterteilt werden. An dem Rotor 3 sind ferner Hydraulikkanäle 23, 24 ausgebildet, welche im Folgenden auch als A-Kanal 23 und B-Kanal 24 bezeichnet werden, mit denen ein Druckmittelzufluss oder Druckmittelabfluss zu den Arbeitskammern 7, 8 ermöglicht wird, um die Lage des Rotors 3 gegenüber dem Stator 2 zu verändern und somit eine Veränderung der Steuerzeiten der Ventilsteuerung eines Verbrennungsmotors zu bewirken. Ferner ist an dem hydraulischen Nockenwellenversteller 1 eine Mittenverriegelungseinrichtung 9 vorgesehen, welche ein erstes Verriegelungselement 16, ein zweites Verriegelungselement 17 und eine Verriegelungskulisse 18 umfassen. Die Mittenverriegelungseinrichtung 9 ermöglicht eine temporäre und reversibel lösbare Verrieglung des Rotors 3 relativ zum Stator 2. Das erste Verriegelungselement 16 ist über eine erste Feder 21 und das zweite Verriegelungselement 17 über eine zweite Feder 22 im Rotor 3 verschiebbar gelagert. Die Verriegelungskulisse 18 ist mehrstufig ausgeführt und weist einen Boden, eine mittlere Stufe 19 sowie ein Plateau 20 auf. Die Verriegelungskulisse 18 ist über einen als C-Kanal 25 bezeichneten Hydraulikkanal 25 mit einem Zentralventil 11 zur Steuerung der Druckmittelversorgung der Arbeitskammern 7, 8 des hydraulischen Nockenwellenverstellers 1 verbunden.
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Dem hydraulischen Nockenwellenversteller 1 ist eine Druckmittelpumpe 12 zugeordnet, mit welcher ein Druckmittel, vorzugsweise ein Öl, aus einem Druckmitteltank 15 in die Arbeitskammern 7, 8 des hydraulischen Nockenwellenverstellers 1 gefördert wird. Dazu ist der Druckmitteltank 15 über einen Druckmittelleitung 13 mit der Druckmittelpumpe 12 verbunden. In der Druckmittelleitung 13 ist ein Rückschlagventil 14 vorgesehen, um ein Rückströmen von Druckmittel in den Druckmitteltank 15 zu unterbinden. Ferner ist eine Rücklaufleitung 28 vorgesehen, welche das Zentralventil 11 mit dem Druckmitteltank 15 verbindet und ein Rückströmen von Druckmitteln aus den Arbeitskammern 7, 8 oder der Verriegelungskulisse 18 in den Druckmitteltank 15 ermöglicht. An dem Rotor 3 sind zwei Kurzschlusskanäle 26 ausgebildet, welche jeweils durch eines der Verriegelungselemente 16, 17 geöffnet und geschlossen werden können. Dazu ist in den Verriegelungselementen 16, 17 jeweils eine Ventilbohrung 27 als Durchlass vorgesehen um den Kurzschlusskanal 26 in Abhängigkeit von der Schaltposition der Verriegelungselemente 16, 17 freizugeben oder zu sperren. Ferner ist an dem Stator 2 eine Antriebsverzahnung 10 vorgesehen, mit welcher der hydraulische Nockenwellenversteller 1 mittels einer Kette oder einem Zahnriemen von einer Kurbelwelle des Verbrennungsmotors angetrieben wird.
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In 2 ist in schematischer Darstellung ein hydraulisches Schaltbild eines erfindungsgemäßen hydraulischen Nockenwellenverstellers 1 dargestellt. Dabei befindet sich das Zentralventil 11 in einer ersten Schaltstellung, in welcher die zweiten Arbeitskammern 8 mit dem Druckmittel aus dem Druckmitteltank beaufschlagt werden. Die ersten Arbeitskammern 7 und die Verriegelungskulisse sind über den B-Kanal 24 und den C-Kanal 25 mit der Rücklaufleitung 28 verbunden, sodass das Druckmittel aus den ersten Arbeitskammern 7 und aus der Verriegelungskulisse 18 abfließen kann. Dabei wird der Rotor 3 aus einer Verstellposition „spät“, auch als Spätposition bezeichnet, in Richtung der Mittenposition gedreht, indem sich das Volumen der zweiten Arbeitskammern 8 durch das einströmende Druckmittel vergrößert, während sich parallel das Volumen der ersten Arbeitskammern 7 durch das abströmende Druckmittel verkleinert. Die Verriegelungselemente 16, 17 befinden sich dabei in einer ersten Schaltposition, in welcher die Verriegelungselemente 16, 17 vollständig in den Rotor 3 eingeschoben sind und auf dem Plateau 20 aufliegen. Dabei sind die Kurzschlusskanäle 26 durch die Verriegelungselemente 16, 17 gesperrt, sodass kein Druckmittel aus den zweiten Arbeitskammern 8 in die ersten Arbeitskammern 7 einströmen kann. Erreicht der Rotor 3 die Mittenposition, so werden die Verriegelungselemente 16, 17 durch die Federn 21, 22 in die drucklose Verriegelungskulisse 18 gedrückt und rasten dort ein. Somit ist der Rotor 3 in der Mittenposition verriegelt.
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In 3 ist der hydraulische Nockenwellenversteller in einer Verstellposition in Richtung „früh“ dargestellt. Dabei liegen die Verriegelungselemente auf der mittleren Stufe 19 der Verriegelungskulisse 18 auf, sodass die Ventilbohrung 27 in den Verriegelungselementen 16, 17 die hydraulische Verbindung zwischen den ersten Arbeitskammern 7 und den zweiten Arbeitskammern 8 über die Kurzschlusskanäle 26 öffnet. Aufgrund der Frühstellung des Rotors riegeln die beiden Verriegelungselemente 16, 17 infolge des drucklosen C-Kanals 25 in der Verriegelungskulisse 18 ein. Dabei ist die Verriegelungskulisse 18 bevorzugt an einem nicht dargestellten Verriegelungsdeckel des hydraulischen Nockenwellenverstellers 1 ausgebildet. Durch den hydraulischen Kurzschluss über den Kurzschlusskanal 26 kann ein Druckmittelaustausch zwischen den ersten Arbeitskammern 7 und den zweiten Arbeitskammern 8 erfolgen. Aus diesem Grund wird der Rotor 3 infolge des auf ihn einwirkenden Nockenwellenreibmoments in Richtung der Mittenposition verdreht, bis die Verriegelungselemente 16, 17 am Grund der Verriegelungskulisse 18 einrasten.
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In 4 ist ein hydraulisches Schaltbild eines erfindungsgemäßen hydraulischen Nockenwellenverstellers 1 dargestellt, bei dem sich der Rotor 3 in der Mittenposition befindet. Aufgrund der Stellung des Zentralventils 11 sind die zweiten Arbeitskammern 8 mit der Druckmittelpumpe 12 und die ersten Arbeitskammern 7 sowie die Verriegelungskulisse 18 mit dem Druckmitteltank 15 verbunden. Aufgrund der Mittenposition des Rotors 3 riegeln die beiden Verriegelungselemente 16, 17 infolge des drucklosen C-Kanals 25 und aufgrund der Kulissenanordnung der Verriegelungskulisse 18 am Grund der Verriegelungskulisse 18 ein. Somit ist der hydraulische Kurzschluss zwischen den ersten Arbeitskammern 7 und den zweiten Arbeitskammern 8 wieder unterbrochen. Deswegen kann kein Druckmittelaustausch zwischen den ersten Arbeitskammern 7 und den zweiten Arbeitskammern 8 mehr erfolgen. Aus diesem Grund fördert die Druckmittelpumpe 12 das Druckmittel ausschließlich in die zweiten Arbeitskammern 8. Wird der Rotor 3 entriegelt, sind die zweiten Arbeitskammern 8 mit Druckmittel gefüllt. Um eine unkontrollierte Oszillation des Rotors 3 wegen der leeren ersten Arbeitskammern 7 nach der Entriegelung zu vermeiden, kann zur Entriegelung die vierte Schaltposition des Zentralventils 11 geschaltet werden, damit die ersten Arbeitskammern 7 ebenfalls mit Druckmittel befüllt werden.
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Zusammenfassend lässt sich festhalten, dass bei einem erfindungsgemäßen hydraulischen Nockenwellenversteller 1 aufgrund von zwei Kurzschlusskanälen 26 der Druckmittelaustausch zwischen den ersten Arbeitskammern 7 und den zweiten Arbeitskammern 8 schneller als bei den aus dem Stand der Technik bekannten Konzepten erfolgen kann. Weiterhin ist die Funktionsweise des vorgeschlagenen Konzeptes unabhängig von der exakten Position der Kurzschlussbohrungen, wodurch mit größeren Fertigungstoleranzen gearbeitet werden kann, was die Herstellungskosten des hydraulischen Nockenwellenverstellers 1 reduziert.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Hydraulischer Nockenwellenversteller
- 2
- Stator
- 3
- Rotor
- 4
- Steg
- 5
- Flügel
- 6
- Arbeitsraum
- 7
- erste Arbeitskammer
- 8
- zweite Arbeitskammer
- 9
- Mittenverriegelungseinrichtung
- 10
- Antriebsverzahnung
- 11
- Zentralventil
- 12
- Druckmittelpumpe
- 13
- Druckmittelleitung
- 14
- Rückschlagventil
- 15
- Druckmitteltank
- 16
- erstes Verriegelungselement
- 17
- zweites Verriegelungselement
- 18
- Verriegelungskulisse
- 19
- mittlere Stufe
- 20
- Plateau
- 21
- erste Feder
- 22
- zweite Feder
- 23
- A-Kanal
- 24
- B-Kanal
- 25
- C-Kanal
- 26
- Kurzschlusskanal
- 27
- Ventilbohrung, Durchlass
- 28
- Rücklaufleitung
