DE102018109182A1 - Nockenwellenverstellsystem - Google Patents

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Abstract

Es ist ein Nockenwellenverstellsystem (1) für eine Verbrennungskraftmaschine eines Kraftfahrzeugs offenbart. Es ist ein hydraulischer Nockenwellenversteller (2) vorgesehen, dem ein Zentralventil (5) eines Hydrauliksteuersystems (6) zugeordnet ist. Ein Hydraulikventil (7) ist dem Zentralventil (5) zugeordnet, so dass dieses über das Hydraulikventil (7) zur Verstellung hydraulisch angesteuert werden kann. Die hydraulische Ansteuerung erfolgt über mehrere Leitungen (11, 12, 21, 22).

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Nockenwellenverstellsystem. Im Besonderen betrifft die Erfindung ein Nockenwellenverstellsystem für eine Verbrennungskraftmaschine eines Kraftfahrzeugs. Das Nockenwellenverstellsystem besteht unteren anderem aus einem hydraulischen Nockenwellenversteller, dem ein Zentralventil eines Hydrauliksteuersystems zugeordnet ist.
  • Die deutsche Offenlegungsschrift DE 10 2016 204 779 A1 betrifft ein Nockenwellenverstellsystem für eine Verbrennungskraftmaschine eines Kraftfahrzeugs. Das Nockenwellenverstellsystem weist einen hydraulischen Nockenwellenversteller auf, der einen Stator und einen verdrehbar gelagerten Rotor sowie ein Ventil umfasst, das ein Hydrauliksteuersystem besitzt. Der Rotor besitzt mehrere Flügel, die in einen zwischen dem Rotor und dem Stator gebildeten Druckraum hineinragen, so dass der Druckraum in Teilkammern aufgeteilt ist, wovon jede Teilkammer derart mit dem Hydrauliksteuersystem zusammenwirkt, dass in Abhängigkeit der Stellung des Ventils ein hydraulisches Druckverhältnis zwischen den Teilkammern eingestellt werden kann. Ein Aktor wirkt verstellend auf das Ventil ein, wobei an einer dem Nockenwellenversteller zugewandten Seite des Aktors ein Hydraulikmittelleitabschnitt angeordnet ist, wobei der Hydraulikmittelleitabschnitt so ausgebildet ist, dass er einen in einem Betriebszustand aus dem Ventil zur Umgebung des Nockenwellenverstellers austretenden Hydraulikmittelstrom zurück in den Nockenwellenversteller hinein lenkt.
  • Die deutsche Offenlegungsschrift DE 10 2007 054 652 A1 betrifft eine elektromagnetische Stelleinheit eines hydraulischen Wegeventils für einen Nockenwellenversteller mit einem Anker, der innerhalb eines Ankerraums axial verschiebbar angeordnet ist. Ein Polkern ist vorgesehen, der in einer Aufnahme angeordnet ist und den Ankerraum in einer Bewegungsrichtung des Ankers begrenzt. Die elektromagnetische Stelleinheit zeichnet sich dadurch aus, dass die Geometrie des Ankers zur Anpassung der Kennlinie der elektromagnetischen Stelleinheit dient.
  • Standard-Nockenwellenversteller, die ein Zentralventil besitzen, benötigen eine Abdichtung über den Dichthals zum Magneten und den Dichthals zum Zylinderkopf.
  • Bei einem Nockenwellenversteller mit Smart-Phaser-Funktion ist keine Abdichtung zum Magneten oder zum Zylinderkopf vorgesehen. Die Abdichtung zum Magneten ist sehr aufwendig und teuer.
  • Es ist demgemäß die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, das Risiko externer Leckage über die Laufzeit des Nockenwellenverstellers zu vermeiden. Zudem sollen hohe Verstellgeschwindigkeiten bei niedrigem Pumpendruck und Temperaturen von - 10°C bis 120°C möglich sein. Das Nockenwellenverstellsystem soll einfach sein und niedrige Kosten haben.
  • Diese Aufgabe wird durch ein Nockenwellenverstellsystem gelöst, das die Merkmale des Anspruchs 1 umfasst.
  • Das erfindungsgemäße Nockenwellenverstellsystem für eine Verbrennungskraftmaschine eines Kraftfahrzeugs zeichnet sich dadurch aus, dass es einen hydraulischen Nockenwellenversteller umfasst, dem ein Zentralventil eines Hydrauliksteuersystems zugeordnet ist. Hierzu ist ein Hydraulikventil dem Zentralventil zugeordnet, das dieses hydraulisch ansteuert. Eine erste Leitung führt vom Hydraulikventil zum Zentralventil, wobei die erste Leitung nicht gesteuert ist und immer Hydraulikdruck führt. Eine zweite Leitung führt vom Hydraulikventil zum Zentralventil, um das Zentralventil zu steuern. Damit kann eine erste Leitung vom Zentralventil zu mindestens einem ersten Druckraum des Nockenwellenverstellers und eine zweite Leitung vom Zentralventil zu mindestens einem zweiten Druckraum des Nockenwellenverstellers mit Hydraulikdruck gesteuert beaufschlagt werden.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung verbindet eine erste Leitung den ersten Druckraum des Nockenwellenverstellers über ein Rückschlagventil mit einem Reservoir für Hydraulikfluid. Eine zweite Leitung verbindet den zweiten Druckraum des Nockenwellenverstellers über ein Rückschlagventil mit dem Reservoir für Hydraulikfluid.
  • Das Hydraulikventil kann mit einem Tank für das Hydraulikfluid verbunden sein. Ein Reservoir für Hydraulikfluid ist dabei mit einem Tank für das Hydraulikfluid verbunden.
  • Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung führt eine Leitung vom Reservoir für Hydraulikfluid zum Zentralventil. Eine weitere Leitung führt vom Zentralventil zu einem Rückschlagventil. Die erste Leitung führt vom Hydraulikventil zum Zentralventil, wobei die erste Leitung vom Hydraulikventil fluide mit der Leitung vom Zentralventil verbunden ist.
  • Der Vorteil der gegenwärtigen Erfindung ist, dass das hydraulische Zentralventil nicht durch einen Magneten sondern durch ein Hydraulikventil hydraulisch angesteuert wird. Damit kann die sehr aufwendige und treuere Abdichtung zum Magneten vermieden werden.
  • Genutzt dafür werden zwei separate Leitungen für Hydraulikfluid (insbesondere Öl) in der Nockenwelle. Eine Leitung führt immer Hydraulikfluid (Pumpen-Öl; nicht gesteuert). Die zweite Leitung wird zum Steuern des Zentralventils verwendet. Dies erfolgt über ein separates Steuerventil.
  • Das Zentralventil wird anstelle über einen Magneten durch Öldruck gesteuert. Hierzu wird das separate Hydraulikventil benötigt. Das Zentralventil hat einseitig immer Pumpendruck. Durch das Hydraulikventil (Steuerventil) wird die zweite Seite des Kolbens vom Zentralventil mit Pumpendruck beaufschlagt oder auf einen Tank geschaltet. Wenn auch Pumpendruck auf dieser angesteuerten Seite anliegt, liegt ein Kräftegleichgewicht (bei gleichen Druckflächen) vor. Durch die Feder wird der Ventilkolben des Zentralventils verschoben. Wenn das Steuerventil jedoch auf Tank schaltet, kann der Kolben über den nur einseitig anliegenden Pumpendruck verschoben werden. Die durch den Druck erzeugte Kraft muss dabei größer sein als die einseitig wirkende Feder. Je nach Druckflächengestaltung des Kolbens kann die Feder stärker oder schwächer ausgelegt werden.
  • Je nach Ausführung, kann das Zentralventil auch in den Rotor oder der Nockenwelle mit integriert werden. Durch das hydraulische Ansteuern des Zentralventils über die Nockenwelle kann die Abdichtung Richtung Magnet entfallen.
  • Daher ist ein Standard-Nockenwellenversteller, welcher über eine Verschlussschraube abgedichtet wird, verwendbar. Um jedoch eine hohe Verstellgeschwindigkeit des Nockenwellenverstellers zu ermöglichen, wird noch die Smart-Phaser-Funktion mit integriert. Hierdurch ist es möglich, das benötigte Öl durch die Pumpe und aus dem Ölreservoir zu bekommen. Um die volle Leistungsfähigkeit zu bekommen, können kurze Ölwege in Richtung des Ölreservoirs umgesetzt werden.
  • Der Überlauf des Ölreservoir kann direkt über den zylinderkopfseitigen Dichthals erfolgen. Falls das Reservoir sich auf der Zylinderkopf abgewandten Seite befindet, kann zusätzlich eine Öldurchführung, z.B. durch den Rotor, erfolgen. Das Öl kann dann weiter über den Dichthals in Richtung eines Tanks abfließen.
  • Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Nockenwellenverstellsystems ist, das der bisher durch den Magneten blockierte Bauraum für den Nockenwellenversteller mit genutzt werden kann.
  • Denkbar ist ein einfacher Austausch bereits bestehender Nockenwellensysteme ohne Zentralventil durch das neue Nockenwellenverstellsystem, da kein Magnet für das Zentralventil benötigt wird.
  • Anhand der beigefügten Zeichnungen werden nun die Erfindung und ihre Vorteile durch Ausführungsbeispiele näher erläutert, ohne dadurch die Erfindung auf das gezeigte Ausführungsbeispiel zu beschränken. Die Größenverhältnisse in den Figuren entsprechen nicht immer den realen Größenverhältnissen, da einige Formen vereinfacht und andere Formen zur besseren Veranschaulichung vergrößert im Verhältnis zu anderen Elementen dargestellt sind. Dabei zeigen:
    • 1 eine schematische Darstellung des Nockenwellenverstellers in der Grundstellung (Motorstop) und der Stellung der zugeordneten Steuerventile;
    • 2 eine schematische Darstellung des Nockenwellenverstellers in der Verstellrichtung (früh) und der Stellung der zugeordneten Steuerventile;
    • 3 eine schematische Darstellung des Nockenwellenverstellers in der Verstellrichtung (spät) und der Stellung der zugeordneten Steuerventile;
    • 4 eine schematische Darstellung des Nockenwellenverstellers in der geregelten Position und der Stellung der zugeordneten Steuerventile; und
    • 5 eine schematische Darstellung des Funktionsschemas des erfindungsgemäßen Nockenwellenverstellers.
  • Für gleiche oder gleich wirkende Elemente der Erfindung werden identische Bezugszeichen verwendet. Ferner werden der Übersicht halber nur Bezugszeichen in den einzelnen Figuren dargestellt, die für die Beschreibung der jeweiligen Figur erforderlich sind. Die Figuren stellen lediglich Ausführungsbeispiele der Erfindung dar, ohne jedoch die Erfindung auf die dargestellten Ausführungsbeispiele zu beschränken.
  • 1 bis 4 zeigen das erfindungsgemäße Hydrauliksteuersystem 6 (hydraulischer Schaltplan), mit dem der Nockenwellenversteller 2 des Nockenwellenverstellsystems 1 betrieben werden kann. Das Hydrauliksteuersystem 6 umfasst ein Zentralventil 5, das von einem Hydraulikventil 7 angesteuert bzw. betätig wird. Das Hydrauliksteuersystem 6 umfasst eine Vielzahl von Leitungen 11, 12, 21, 22, 31, 32, 41 und 51, die den Nockenwellenversteller 2 mit dem Zentralventil 5 und dem Hydraulikventil 7 verbinden. Das Zentralventil 5 besitzt einen Kolben 8, der an einer zweiten Seite 82 des Zentralventils 5 durch das steuernde Hydraulikventil 7 mit Pumpendruck beaufschlagt oder auf einen Tank T geschaltet wird.
  • Das Zentralventil 5, das Hydraulikventil 7 und der Nockenwellenversteller 2 des Nockenwellenverstellsystems 1 sind über die mehreren Leitungen 11, 12, 21, 22, 31, 32, 41 und 51 fluide miteinander verbunden. Eine erste Leitung 11 führt vom Hydraulikventil 7 zu der ersten Seite 81 des Kolbens 8 des Zentralventils 5. Die erste Leitung 11 ist nicht gesteuert und führt immer Hydraulikdruck von einer Pumpe 9. Eine Leitung 51, die mit der ersten Leitung 11 fluide verbunden ist, führt zur zweiten Seite 82 des Zentralventils 5. Eine zweite Leitung 12 führt vom Hydraulikventil 7 zum Zentralventil 5 um das Zentralventil 5 zu steuern. Eine erste Leitung 21 führt vom Zentralventil 5 zu mindestens einem ersten Druckraum A des Nockenwellenverstellers 2 und eine zweite Leitung 22 führt vom Zentralventil 5 zu mindestens einem zweiten Druckraum B des Nockenwellenverstellers 2. Über die erste Leitung 21 bzw. die zweite Leitung 22 kann der erste Druckraum A bzw. der zweite Druckraum B gesteuert mit Hydraulikdruck beaufschlagt werden.
  • Eine erste Leitung 31 verbindet den ersten Druckraum A des Nockenwellenverstellers 2 über ein Rückschlagventil 3 mit einem Reservoir 4 für Hydraulikfluid. Eine zweite Leitung 32 verbindet den zweiten Druckraum B des Nockenwellenverstellers 2 über ein Rückschlagventil 3 mit dem Reservoir 4 für Hydraulikfluid.
  • Das Hydraulikventil 7 ist mit einem Tank T für das Hydraulikfluid verbunden. Das Reservoir 4 für Hydraulikfluid, in dem die erste Leitung 31 und die zweite Leitung 32 enden, ist mit einem Tank T für das Hydraulikfluid verbunden. Eine Leitung 41 führt vom Reservoir 4 für Hydraulikfluid zum Zentralventil 5.
  • Einer ersten Seite 101 eines Kolbens 10 des Hydraulikventils 7 ist ein elastisches Element 14 (Feder) zugeordnet. Ebenso ist einer ersten Seite 81 des Kolbens 8 des Zentralventils 5 ein elastisches Element 14 (Feder) zugeordnet.
  • In der vorstehend aufgeführten Beschreibung wurde die in den 1 bis 4 dargestellte Beschaltung des Zentralventils 5 beschrieben. In der nachstehenden Beschreibung zu den 1 bis 4 werden die Schaltzustände des Nockenwellenverstellers 2 beschrieben. Die Steuerung wird mittels des separaten Hydraulikventils 7 durchgeführt. Wie in 1 dargestellt, wird durch das Hydraulikventil 7 die zweite Seite 82 des Kolbens 8 vom Zentralventil 5 mit Pumpendruck beaufschlagt. Ebenso ist es möglich, dass vom Hydraulikventil 7 auf Tank T geschaltet wird.
  • Wenn der Pumpendruck auf der zweiten Seite 82 des Kolbens 8 des Zentralventils 5 anliegt, so liegt ein Kräftegleichgewicht (bei gleichen Druckflächen der beiden Kolben 8 und 10) vor. Durch das elastische Element 14 (Feder) wird der Kolben 8 verschoben. Wenn das Hydraulikventil 7 jedoch auf Tank T schaltet, kann der Kolben 8 des Zentralventils 5 über den nur einseitig anliegenden Pumpendruck verschoben werden. Die durch den Druck erzeugte Kraft muss dabei größer sein als die von der ersten Seite 81 des Kolbens 8 des Zentralventils 5 her einseitig wirkende Kraft des elastischen Elements 14. Je nach Druckflächengestaltung des Kolbens 8 des Zentralventils 5 kann das elastische Element 14 (Feder) stärker oder schwächer ausgelegt werden.
  • Bei der in 2 gezeigten Darstellung wird durch die Stellung des Zentralventils 5 der Nockenwellenversteller 2 in einer ersten Verstellrichtung 13 betätigt. Dabei ist das Zentralventil 5 derart geschaltet, dass Hydraulikfluid über die erste Leitung 11 vom Hydraulikventil 7 und die erste Leitung 21 vom Zentralventil 5 in den ersten Druckraum A geleitet wird. Ferner wird Hydraulikfluid aus dem zweiten Druckraum B über die zweite Leitung 22 zum Zentralventil 5 geleitet und von dort gelangt das Hydraulikfluid über eine Leitung 41 vom Zentralventil 5 zum Reservoir 4 für Hydraulikfluid.
  • Bei der in 3 gezeigten Darstellung wird durch die Stellung des Zentralventils 5 der Nockenwellenversteller 2 in einer zweiten Verstellrichtung 15 betätigt. Dabei ist das Zentralventil 5 derart geschaltet, dass Hydraulikfluid über die erste Leitung 11 vom Hydraulikventil 7 und über die zweite Leitung 22 vom Zentralventil 5 in den zweiten Druckraum B geleitet wird. Ferner wird Hydraulikfluid aus dem Reservoir 4 in den zweiten Druckraum B geleitet. Über die erste Leitung 21 gelangt Hydraulikfluid aus dem ersten Druckraum A zum Zentralventil 5 und von dort gelangt das Hydraulikfluid über eine Leitung 41 vom Zentralventil 5 zum Reservoir 4 für Hydraulikfluid.
  • Bei der in 4 gezeigten Darstellung ist eine geregelte Position des Nockenwellenverstellers 2 dargestellt. Dabei ist das Zentralventil 5 derart geschaltet, dass die erste Leitung 21 aus dem ersten Druckraum A und die zweite Leitung 22 aus dem zweiten Druckraum B im Zentralventil 5 unterbrochen sind. Dadurch kann die geregelte Position des Nockenwellenverstellers 2 durch eine entsprechende Wahl der Druckeinstellungen im ersten Druckraum A und im zweiten Druckraum B eingestellt werden.
  • 5 beschreibt eine mögliche Ausführungsform des Nockenwellenverstellers 2. Das Zentralventil 5 kann auch in den Rotor 102 oder der Nockenwelle 100 mit integriert werden. Durch das hydraulische Ansteuern des Zentralventiles 5 über die Nockenwelle 100 kann die Abdichtung Richtung Magnet entfallen. Das Zentralventil 5 umfasst einen Kolben 10 der in Richtung einer Achse 104 der Nockenwelle 100 verstellbar ist. Die Verstellung des Kolbens 10 wird durch das Hydraulikventil 7 mittels geeigneter Druckbeaufschlagung des Kolbens 10 bewerkstelligt. Dadurch können die benötigten Druckverhältnisse im ersten Druckraum A und im zweiten Druckraum B bereitgestellt werden, um eine gewünschte Verstellung des Nockenwellenverstellers 2 zu erzielen. Eine Rückstellkraft kann auf den Kolben10 des Zentralventils 5 mittels einem elastischen Element 14 (Feder) ausgeübt werden. Die erste Kammer A und die zweite Kammer B sind jeweils über ein Rückschlagventil 3 mit dem Reservoir 4 verbunden.
  • Um jedoch eine hohe Verstellgeschwindigkeit des Nockenwellenverstellers 2 zu ermöglichen, wird das benötigte Hydraulikfluid (Öl) durch die Pumpe 9 aus dem Reservoir 4 geholt. Die volle Leistungsfähigkeit wird dann erzielt, wenn kurze Wege in Richtung des ersten Druckraums A und des zweiten Druckraums B umgesetzt werden, wie dies im vorliegenden Fall durch die Rückschlagventile 3 erreicht wird.
  • Der Überlauf des Reservoirs 4 kann direkt über den zylinderkopfseitigen Dichthals erfolgen. Falls das Reservoir 4 sich auf der Zylinderkopf abgewandten Seite befindet, kann zusätzlich eine Öldurchführung z.B. durch den Rotor 102 erfolgen, die dann weiter über den Dichthals in Richtung Tank T geführt wird.
  • Zur Minderung von Druckpeaks, kann im Zentralventil 5 ein Mittel 18 vorgesehen sein, mit dem der Einfluss von Druckpeaks verhindert werden kann.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung, kann der Kolben 10 direkt am Rotor 102 des Nockenwellenverstellers 2 montiert werden.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Nockenwellenverstellsystem
    2
    Nockenwellenversteller
    3
    Rückschlagventil
    4
    Reservoir
    5
    Zentralventil
    6
    Hydrauliksteuersystem
    7
    Hydraulikventil
    8
    Kolben
    81
    erste Seite
    82
    zweite Seite
    9
    Pumpe
    10
    Kolben
    101
    erste Seite
    102
    zweite Seite
    11
    erste Leitung
    12
    zweite Leitung
    13
    erste Verstellrichtung
    14
    elastisches Element
    15
    zweite Verstellrichtung
    18
    Mittel
    21
    erste Leitung
    22
    zweite Leitung
    31
    erste Leitung
    32
    zweite Leitung
    41
    Leitung
    51
    Leitung
    100
    Nockenwelle
    102
    Rotor
    104
    Achse
    A
    erster Druckraum
    B
    zweiter Druckraum
    T
    Tank
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102016204779 A1 [0002]
    • DE 102007054652 A1 [0003]

Claims (4)

  1. Nockenwellenverstellsystem (1) für eine Verbrennungskraftmaschine eines Kraftfahrzeugs, mit einem hydraulischen Nockenwellenversteller (2) dem ein Zentralventil (5) eines Hydrauliksteuersystems (6) zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein Hydraulikventil (7) dem Zentralventil (5) zugeordnet ist und dieses hydraulisch ansteuert, wobei eine erste Leitung (11) vom Hydraulikventil (7) zum Zentralventil (5) führt, nicht gesteuert ist und immer Hydraulikdruck führt, und wobei eine zweite Leitung (12) vom Hydraulikventil (7) zum Zentralventil (5) führt um das Zentralventil zu steuern, damit eine erste Leitung (21) vom Zentralventil (5) zu mindestens einem ersten Druckraum (A) des Nockenwellenversteller (2) und eine zweite Leitung (22) vom Zentralventil (5) zu mindestens einem zweiten Druckraum (B) des Nockenwellenversteller (2) mit Hydraulikdruck gesteuert beaufschlagbar sind.
  2. Nockenwellenverstellsystem (1) nach Anspruch 1, wobei eine erste Leitung (31) den ersten Druckraum (A) des Nockenwellenverstellers (2) über ein Rückschlagventil (3) mit einem Reservoir (4) für Hydraulikfluid und eine zweite Leitung (32) den zweiten Druckraum (B) des Nockenwellenverstellers (2) über ein Rückschlagventil (3) mit dem Reservoir (4) für Hydraulikfluid verbindet.
  3. Nockenwellenverstellsystem (1) nach einer der vorangehenden Ansprüche, wobei das Hydraulikventil (7) mit einem Tank (T) für das Hydraulikfluid verbunden ist und wobei ein Reservoir (4) für Hydraulikfluid mit einem Tank (T) für das Hydraulikfluid verbunden ist.
  4. Nockenwellenverstellsystem (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei eine Leitung (41) vom Reservoir (4) für Hydraulikfluid zum Zentralventil (5) führt, eine Leitung (51) vom Zentralventil (5) zu einem Rückschlagventil (3) führt und die erste Leitung (11) vom Hydraulikventil (7) zum Zentralventil (5) führt, so dass die erste Leitung (11) vom Hydraulikventil (7) fluide mit der Leitung (51) vom Zentralventil (5) verbunden ist.
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