-
Die Erfindung betrifft eine Verstelleinrichtung zum Verändern einer Winkellage einer Einlassnockenwelle und einer Auslassnockenwelle gegenüber einer Kurbelwelle einer Verbrennungskraftmaschine, mit einem hydraulischen Einlassnockenwellenversteller des Flügelzellentyps zum Verändern der Winkellage der Einlassnockenwelle und mit einem hydraulischen Auslassnockenwellenversteller des Flügelzellentyps zum Verändern der Winkellage der Auslassnockenwelle, wobei der Einlassnockenwellenversteller und der Auslassnockenwellenversteller jeweils einen Stator und einen relativ zu dem Stator verdrehbaren Rotor aufweisen, wobei der Rotor mehrere entlang seines radialen Außenumfangs verteilt angeordnete, radial nach außen abstehende Flügel aufweist, die jeweils in eine durch den Stator ausgebildete Hydraulikkammer, unter Unterteilung der Hydraulikkammer in eine erste Arbeitskammer und eine zweite Arbeitskammer, hineinragen, und mit einer Hydraulikmittelversorgung zum Führen und Verteilen von Hydraulikmittel von einem Tank zu den Arbeitskammern des Einlassnockenwellenverstellers und des Auslassnockenwellenverstellers.
-
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.
-
Nockenwellenversteller sind im Stand der Technik bereits hinreichend bekannt. So offenbart die
DE 10 2011 080 422 A1 ein Nockenwellenverstellsystem für eine Verbrennungskraftmaschine mit einer Kurbelwelle, dessen dort zur Verfügung gestelltes Drehmoment über einen Steuertrieb, wie einen Ketten- oder Riementrieb, an eine Nockenwelle weitergebbar ist, wobei ein Hydraulikfluid aufnehmender Nockenwellenversteller vorhanden ist, der bei Betätigung durch das Hydraulikfluid eine Verstellung von Ventilsteuerzeitpunkten erzwingt, wobei der Nockenwellenversteller in einen geschlossenen Hydraulikkreislauf eingebunden ist.
-
Der Stand der Technik hat jedoch immer den Nachteil, dass Einlassversteller/Einlassnockenwellenversteller und Auslassversteller/Auslassnockenwellenversteller üblicherweise in zwei getrennt geschlossenen Hydraulikkreisen mit separaten Fluidpumpen/Hydraulikmittelpumpen und separaten Druckspeichern angeordnet sind. Dadurch entsteht jedoch ein doppelter Aufwand für die Herstellung der separaten Fluidkreise, Pumpen und Druckspeicher, was die Kosten für die Herstellung der Verstelleinrichtung erhöht.
-
Es ist also die Aufgabe der Erfindung, die Nachteile aus dem Stand der Technik zu vermeiden oder wenigstens zu verringern. Insbesondere soll eine Verstelleinrichtung bereitgestellt werden, die besonderes kostengünstig herstellbar und zudem bauraumsparend ausgebildet ist.
-
Die Aufgabe der Erfindung wird bei einer gattungsgemäßen Vorrichtung erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Hydraulikmittelversorgung für den Einlassnockenwellenversteller und den Auslassnockenwellenversteller durch einen gemeinsamen geschlossenen Fluidkreis gebildet ist. Das heißt also, dass das Hydraulikmittel zur Verstellung der beiden Nockenwellenversteller in dem gleichen durch Hydraulikkanäle gebildeten Kreis strömt.
-
Dies hat den Vorteil, dass eine besonders effiziente, kosten- und bauraumsparende Hydraulikmittelversorgung durch die Funktionsintegration des gemeinsamen Fluidkreises für beide Nockenwellenversteller erreicht werden kann.
-
Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen beansprucht und werden nachfolgend näher erläutert.
-
Zudem ist es von Vorteil, wenn die Hydraulikmittelversorgung eine Hydraulikmittelpumpe und eine Druckspeichereinheit umfasst, mittels denen sowohl die Arbeitskammern des Einlassnockenwellenverstellers und als auch die Arbeitskammern des Auslassnockenwellenverstellers mit Hydraulikmittel beaufschlagbar sind. Das heißt also, dass nur eine Hydraulikmittelpumpe und nur ein Druckspeicher zur Versorgung der beiden Nockenwellenversteller benötigt werden. Dadurch lässt sich vorteilhafterweise zum einen der benötigte Bauraum reduzieren und zum anderen lässt sich der Kostenaufwand für die Hydraulikmittelversorgung erheblich reduzieren. Zudem können dadurch Reibungsverluste im System durch den Entfall einer zweiten Pumpe verringert werden. Auch der Montageaufwand kann durch die verringerte Anzahl an Komponenten reduziert werden.
-
So ist es von Vorteil, wenn die Hydraulikmittelpumpe als eine Zahnradpumpe ausgebildet ist. Die Zahnradpumpe ersetzt den aus dem Stand der Technik bekannten Elektromotor, wodurch erhebliche Kosten eingespart werden können. Ferner kann dabei auf einen separaten Antrieb der Pumpe von der Kurbelwelle verzichtet werden
-
Auch ist es zweckmäßig, wenn die Hydraulikmittelpumpe durch den Stator des Einlassnockenwellenverstellers und/oder des Auslassnockenwellenverstellers mechanisch antreibbar ist. Das heißt also, dass einer der beiden Nockenwellenversteller als Antriebselement für die Hydraulikmittelpumpe dient, so dass ein zusätzlicher Elektromotor zum Antreiben der Pumpe weggelassen werden kann.
-
Dabei ist es bevorzugt, wenn die Hydraulikmittelpumpe in einem Gehäuse des Einlass- oder Auslassnockenwellenverstellers integriert ist und beispielsweise axial benachbart zu einem statorfesten Deckel angeordnet ist oder über eine Stirnradverzahnung mit dem Stator verbunden ist. Alternativ ist es möglich, dass die Hydraulikmittelpumpe als eine separate Einheit ausgebildet ist und an einer Position im Kettentrieb positioniert ist, um vorteilhafterweise axialen Bauraum einzusparen.
-
Auch ist es von Vorteil, wenn die Druckspeichereinheit in der (rotorfesten) Einlassnockenwelle oder in der Auslassnockenwelle integriert ist, beispielsweise radial innerhalb der Einlass- oder Auslassnockenwelle angeordnet ist. So wird der bereits vorhandene Bauraum optimal ausgenutzt und zusätzlich eine kurze hydraulische Verbindung zu einem Zentralventil der Nockenwellenversteller geschaffen.
-
Mit anderen Worten betrifft die Erfindung eine innere Zuführung von Hydraulikmittel bzw. Fluidverteilung für ein Nockenwellenverstellsystem, bei dem eine doppelte Ausführung eines Druckspeichers und einer Hydraulikmittelpumpe für einen Einlassversteller (IN) und einen Auslassversteller (EX) vermieden wird, indem ein gemeinsamer Fluidkreis für beide Versteller mit nur einer Hydraulikmittelpumpe und einem Druckspeicher realisiert ist.
-
Die Erfindung wird nachfolgend mit Hilfe von Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
- 1 eine erfindungsgemäße Verstelleinrichtung mit einer verbesserten Hydraulikmittelversorgung,
- 2 eine Frontansicht der Verstelleinrichtung,
- 3 eine Längsschnittdarstellung eines Einlassnockenwellenverstellers der Verstelleinrichtung, und
- 4 eine Längsschnittdarstellung einer Hydraulikmittelpumpe.
-
Die Figuren sind lediglich schematischer Natur und dienen ausschließlich dem Verständnis der Erfindung. Die gleichen Elemente sind mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet.
-
1 zeigt eine Verstelleinrichtung 1 zum Verändern einer Winkellage einer Einlassnockenwelle und einer Auslassnockenwelle gegenüber einer Kurbelwelle einer Verbrennungskraftmaschine. Die Verstelleinrichtung 1 weist einen hydraulischen Einlassnockenwellenversteller 2 des Flügelzellentyps zum Verändern der Winkellage der Einlassnockenwelle und einen hydraulischen Auslassnockenwellenversteller 3 des Flügelzellentyps zum Verändern der Winkellage der Auslassnockenwelle auf.
-
Der Einlassnockenwellenversteller 2 und der Auslassnockenwellenversteller 3 weisen jeweils einen Stator 4 und einen relativ zu dem Stator 4 verdrehbaren Rotor 5 auf, wobei der Rotor 5 mehrere entlang seines radialen Außenumfangs verteilt angeordnete, radial nach außen abstehende Flügel aufweist, die jeweils in eine durch den Stator 4 ausgebildete Hydraulikkammer, unter Unterteilung der Hydraulikkammer in eine erste Arbeitskammer A und eine zweite Arbeitskammer B, hineinragen. Der Aufbau der Nockenwellenversteller 2, 3 wird später detailliert mit Bezugnahme auf 2 bis 4 beschrieben.
-
In 1 ist eine Hydraulikmittelversorgung 6 zum Führen und Verteilen von Hydraulikmittel von einem Tank 7 zu den Arbeitskammern A, B des Einlassnockenwellenverstellers 2 und des Auslassnockenwellenverstellers 3 schematisch dargestellt. Die Hydraulikmittelversorgung 6 wird durch einen geschlossenen Fluidkreis gebildet, durch den der Einlassnockenwellenversteller 2 und des Auslassnockenwellenversteller 3 gemeinsam versorgt werden. In dem Fluidkreis ist eine Hydraulikmittelpumpe 8 angeordnet, die das Hydraulikmittel über Hydraulikkanäle 9 von dem Tank 7 zu einem Zentralventil 10 des Einlassnockenwellenverstellers 2 und einem Zentralventil 11 des Auslassnockenwellenverstellers 2 führt.
-
Die Zentralventile 10, 11 haben den gleichen Aufbau. Deshalb wird der einfachheitshalber im Folgenden nur das Zentralventil 10 beschrieben. Die beschriebenen Merkmale sind analog in dem Zentralventil 11 realisiert. Das Zentralventil 10 ist im Zentrum des Rotors 5 des Einlassnockenwellenverstellers 2 (vergleiche 3) angeordnet und weist einen durch einen axial verschiebbaren Kolben geführten, mit der Hydraulikmittelpumpe 8 verbindbaren, zentralen P-Kanal 12, sowie mindestens einen ersten als hydraulischer Rücklaufanschluss ausgestalteten Tankanschluss/T-Kanal 13 und einen ersten Arbeitsanschluss/A-Kanal 14 und einen zweiten Arbeitsanschluss/B-Kanal 15 auf.
-
Das Zentralventil ist in eine erste Schaltstellung 16, in der der B-Kanal 15 mit Hydraulikmittel beaufschlagt wird, die Arbeitskammer B druckbeaufschlagt ist und der A-Kanal 14 mit dem Tank 7 verbunden ist, in eine zweite Schaltstellung 17, in der eine fluidische Verbindung zwischen dem P-Kanal 12 bzw. dem T-Kanal 13 und dem A-Kanal 14 bzw. dem B-Kanal 15 getrennt ist, und in eine dritte Schaltstellung 18, in der der A-Kanal 14 mit Hydraulikmittel beaufschlagt wird, die Arbeitskammer A druckbeaufschlagt ist und der B-Kanal 15 mit dem Tank 7 verbunden ist, sowie in Zwischenstellungen durch eine elektromagnetische Ansteuerung 19 verstellbar.
-
In der hydraulischen Verbindung zwischen der Hydraulikmittelpumpe 8 und den Zentralventilen 10, 11 ist eine Druckspeichereinheit 20 zwischengeschaltet. Die Druckspeichereinheit 20 weist einen Druckspeicher 21, einen axial beweglichen und fluidabgedichteten Druckspeicherkolben 22 und eine Druckfeder 23 auf. Von dem Druckspeicher 21 führt jeweils ein Hydraulikkanal 9 mit einem Rückschlagventil 24, welches nur eine Durchströmung von dem Druckspeicher 21 zu dem Zentralventil 10, 11 hin ermöglicht und die entgegengesetzte Durchströmrichtung sperrt, zu dem P-Kanal 12. In dem Hydraulikkanal 9 zwischen der Hydraulikmittelpumpe 8 und dem Druckspeicher 21 ist auch ein Rückschlagventil 25 angeordnet, das einen Rückfluss von dem Druckspeicher 21 zu der Hydraulikmittelpumpe 8 sperrt.
-
Die Hydraulikmittelversorgung 6 wird also durch einen gemeinsamen, geschlossenen Fluidkreis für den Einlassnockenwellenversteller 2 und den Auslassnockenwellenversteller 3 mit nur einer Hydraulikmittelpumpe 8 und nur einer Druckspeichereinheit 20 gebildet. Zur Versorgung des Einlassnockenwellenverstellers 2 bzw. des Auslassnockenwellenverstellers 3 wird das Hydraulikmittel von der Hydraulikmittelpumpe 8 durch die Hydraulikkanäle 9 über das Rückschlagventil 25 in den Druckspeicher 20 geführt. Von dort führt jeweils ein Hydraulikkanal 9 über das Rückschlagventil 24 zu dem Zentralventil 10 des Einlassnockenwellenverstellers 2 bzw. zu dem Zentralventil 11 des Auslassnockenwellenverstellers 3. Je nach Schaltstellung des Zentralventils 10 bzw. 11 wird das Hydraulikmittel in die erste Arbeitskammer A oder in die zweite Arbeitskammer B geführt oder eine Hydraulikmittelzufuhr gesperrt. Ist die erste Arbeitskammer A oder die zweite Arbeitskammer B mit dem Druckspeicher 20 verbunden, ist die jeweils andere Arbeitskammer B bzw. A mit dem Tank 7 verbunden.
-
Der Einlassnockenwellenversteller 2 ist über eine mechanische Kopplung 26 mit der Hydraulikmittelpumpe 8 verbunden, so dass der Einlassnockenwellenversteller 2, insbesondere der Stator 4 des Einlassnockenwellenverstellers 2, als mechanischer Antrieb der Hydraulikmittelpumpe 8 dient.
-
2 zeigt eine Frontansicht der Verstelleinrichtung 1. Eine mit der Kurbelwelle verbundene Kurbelwellenscheibe 27 ist über eine Kette 28 zur Drehmomentübertragung mit dem Einlassnockenwellenversteller 2 und dem Auslassnockenwellenversteller 3 gekoppelt. Zum Spannen der Kette 28 ist eine Spannrolle 29 vorhanden. Die beiden Versteller 2, 3 sind mit der Hydraulikmittelpumpe 8 über einen Hydraulikmittelversorgungsadapter 30 verbunden. In dem Hydraulikmittelversorgungsadapter 30 sind jeweils zwei Hydraulikkanäle 9 axial versetzt angeordnet, wobei der eine Hydraulikkanal 9 als ein Druckkanal/P-Kanal dient und der andere Hydraulikkanal als ein Rückflusskanal/T-Kanal dient. In den Verstellern 2, 3 sind jeweils drei Ringkanäle 31 zur Verteilung des Hydraulikmittels ausgebildet. Die mechanische Kopplung 26 des Einlassnockenwellenverstellers 2 und der Hydraulikmittelpumpe 8 ist durch einen Stirnradantrieb 32 gebildet.
-
3 zeigt eine Längsschnittdarstellung durch den Einlassnockenwellenversteller 2 mit dem Ölversorgungsadapter 30. Das Drehmoment der Kurbelwelle wird über die Kette 28 an ein Kettenrad 33 des Einlassnockenwellenverstellers 2 übertragen. Das Kettenrad 33 ist durch eine Schraube 34 drehfest mit dem Stator 4 und einem Deckel 35 verbunden. An dem Stator 4 ist eine Stirnradverzahnung 36 des Stirnradantriebs 32 vorgesehen, die im Verzahnungseingriff mit einer als Gegenverzahnung dienenden Stirnradverzahnung 37 steht, die wiederum im Verzahnungseingriff mit der als eine Zahnringpumpe 38 ausgebildeten Hydraulikpumpe 8 steht (vergleiche 4). Durch die Drehung des Stators 4 wird als die Hydraulikmittelpumpe 8 mechanisch angetrieben.
-
Der Einlassnockenwellenversteller 2 ist innerhalb eines Gehäuses angeordnet, das durch einen Kettenkasten 39 und einer über eine Schraube 40 damit verbundene Motorwand 41 gebildet wird. Zwischen dem Kettenkasten 39 und der Motorwand 41 ist eine Dichtung 42 angeordnet. Über ein Lager 43 ist die Einlassnockenwelle 44 drehbar in der Motorwand 41 gelagert. Die Einlassnockenwelle 44 ist drehfest mit dem Rotor 5 verbunden. Das Kettenrad 33 ist radial außerhalb der Einlassnockenwelle 44 angeordnet und der Spalt dazwischen über eine dynamische Dichtung 45 abgedichtet. Der Ölversorgungsadapter 30 liegt axial an dem Deckel 35 an und der Spalt dazwischen ist über eine weitere dynamische Dichtung 46 abgedichtet.
-
Außerhalb des Gehäuses ist ein Zentralmagnet 47 mit einem Stecker 48 über eine Schraube 49 an dem Kettenkasten 39 befestigt. Ein Anker 50 des Zentralmagnets 47 ragt in Axialrichtung in den Kettenkasten 39 hinein und betätigt das Zentralventil 10. Zwischen dem Kettenkasten 39 und dem Hydraulikmittelversorgungsadapter 30 ist eine Dichtung 51 angeordnet und zwischen dem Hydraulikmittelversorgungsadapter 30 und dem Zentralmagnet 47 ist eine weitere Dichtung 52 angeordnet.
-
In dem Hydraulikmittelversorgungsadapter 30, dem Rotor 5 und der Einlassnockenwelle 44 sind die Hydraulikkanäle 9 ausgebildet, die die Hydraulikmittelversorgung 6 bilden. Eine Durchströmungsrichtung ist mit Pfeilen angedeutet. Druckkanäle sind mit P gekennzeichnet, während Rückführkanäle zum Tank 7 mit T gekennzeichnet sind. Das Hydraulikmittel strömt also durch den Rotor 5, durch die Einlassnockenwelle 44, in den Druckspeicher 21, durch den Hydraulikkanal 9 in dem Zentralventil 10 zu dem A-Kanal 14 bzw. dem B-Kanal 15, die jeweils über einen Ringkanal 31 zu der ersten Arbeitskammer A bzw. zu der zweiten Arbeitskammer B führen. Die erste Arbeitskammer A bzw. die zweite Arbeitskammer B sind jeweils über einen T-Kanal 13 in dem Zentralventil 10 mit dem Tank 7 verbunden. Die Druckspeichereinheit 20 wird über einen Entlüftungskanal 53 entlüftet.
-
Der Auslassnockenwellenversteller 3 ist analog zu dem Einlassnockenwellenversteller 2 aufgebaut, mit Ausnahme der Stirnradverzahnung 36 an dem Stator 4.
-
4 zeigt eine Längsschnittdarstellung durch die Hydraulikmittelpumpe 8 mit dem Hydraulikmittelversorgungsadapter 30. Die als Gegenverzahnung dienende Stirnradverzahnung 37 eines Antriebsrads 54 kämmt mit der Stirnradverzahnung 36 des Stators 4 des Einlassnockenwellenverstellers 2. Eine Innenverzahnung 55 des Antriebsrads 54 kämmt mit der Zahnringpumpe 38 zum Fördern des Hydraulikmittels. Dadurch wird das Hydraulikmittel über den Druckkanal in dem Hydraulikmittelversorgungsadapter 30 gefördert. Die Zahnringpumpe 38 ist auch mit einem Rückführkanal des Hydraulikmittelversorgungsadapters 30 verbunden. Der Hydraulikmittelversorgungsadapter 30 ist auf einem Anker/einer Drehmomentabstützung 56 über einen Form-, Kraft und/oder Stoffschluss gelagert. Der Hydraulikmittelversorgungsadapter 30 ist durch einen Sicherungsring 57 axial festgelegt.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Verstelleinrichtung
- 2
- Einlassnockenwellenversteller
- 3
- Auslassnockenwellenversteller
- 4
- Stator
- 5
- Rotor
- 6
- Hydraulikmittelversorgung
- 7
- Tank
- 8
- Hydraulikmittelpumpe
- 9
- Hydraulikkanal
- 10
- Zentralventil
- 11
- Zentralventil
- 12
- P-Kanal
- 13
- T-Kanal
- 14
- A-Kanal
- 15
- B-Kanal
- 16
- erste Schaltstellung
- 17
- zweite Schaltstellung
- 18
- dritte Schaltstellung
- 19
- Ansteuerung
- 20
- Druckspeichereinheit
- 21
- Druckspeicher
- 22
- Druckspeicherkolben
- 23
- Druckfeder
- 24
- Rückschlagventil
- 25
- Rückschlagventil
- 26
- mechanische Kopplung
- 27
- Kurbelwellenscheibe
- 28
- Kette
- 29
- Spannrolle
- 30
- Hydraulikmittelversorgungsadapter
- 31
- Ringkanal
- 32
- Stirnradantrieb
- 33
- Kettenrad
- 34
- Schraube
- 35
- Deckel
- 36
- Stirnradverzahnung
- 37
- Stirnradverzahnung
- 38
- Zahnringpumpe
- 39
- Kettenkasten
- 40
- Schraube
- 41
- Motorwand
- 42
- Dichtung
- 43
- Lager
- 44
- Einlassnockenwelle
- 45
- dynamische Dichtung
- 46
- dynamische Dichtung
- 47
- Zentralmagnet
- 48
- Stecker
- 49
- Schraube
- 50
- Anker
- 51
- Dichtung
- 52
- Dichtung
- 53
- Entlüftungskanal
- 54
- Antriebsrad
- 55
- Innenverzahnung
- 56
- Anker/Drehmomentabstützung
- 57
- Sicherungsring
- A
- erste Arbeitskammer
- B
- zweite Arbeitskammer
- P
- Druckkanal
- T
- Rückführkanal
-
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 102011080422 A1 [0003]
