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Die Erfindung betrifft einen hydraulischen Nockenwellenversteller des Flügelzellentyps für einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs zur Verstellung der Phasenlage einer Nockenwelle gegenüber einer Kurbelwelle. Der Nockenwellenversteller weist einen Stator und einen dazu relativ verdrehbaren Rotor auf, wobei der Rotor relativ zu dem Stator in einer ersten vorbestimmten Position, insbesondere in einer sogenannten Mittenposition, durch einen ersten Verriegelungsmechanismus verriegelbar ist und in einer zur ersten vorbestimmten Position unterschiedlichen zweiten vorbestimmten Position, insbesondere einer sogenannten Spät-Position, durch einen zweiten Verriegelungsmechanismus verriegelbar ist.
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Aus dem Stand der Technik sind bereits Nockenwellenversteller bekannt, bei denen ist ermöglicht ist, den Rotor und den Stator in mehreren unterschiedlichen Positionen zueinander zu verriegeln. Solche Nockenwellenversteller werden üblicherweise als Smartlock-Nockenwellenversteller, Duallock-Nockenwellenversteller oder Multilock-Nockenwellenversteller bezeichnet. Zum Beispiel offenbart die
EP 1 128 026 A2 eine Verbrennungskraftmaschine mit einer Nockenwelle, einem Rotor, der mit der Nockenwelle rotationsfest verbunden ist, einem Gehäuse/Stator, das zu dem Rotor zwischen einer Spät-Position und einer Früh-Position verdrehbar angeordnet ist, und Verriegelungsmitteln zum Verhindern einer Relativbewegung zwischen dem Rotor und dem Gehäuse, wobei die Verriegelungsmittel entweder in dem Rotor oder in dem Gehäuse befestigt sind und in den jeweils anderen des Rotor und des Gehäuses in der Spät-Position, der Früh-Position und zumindest in einer Position dazwischen lösbar eingreifen können.
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In mehrere unterschiedliche Positionen verriegelbare Nockenwellenversteller sind vor dem Hintergrund erforderlich, dass der Nockenwellenversteller zum einen bei einem Motorstopp in der Mittenposition sicher verriegeln können muss, um die Startfähigkeit des Verbrennungsmotors zu gewährleisten. Zum anderen muss der Nockenwellenversteller, insbesondere bei einem Einsatz in einem Hybridfahrzeug mit einem Elektromotor, einen Warmstart ermöglichen. Dabei wird bei einem sogenannten Auto-Stopp der Verbrennungsmotor beim Umschalten von dem Verbrennungsmotor auf den Elektromotor abgeschaltet, ohne dass der Zündschlüssel betätigt wird. Der Warmstart erfolgt bei einem sogenannten Auto-Start, bei dem der Verbrennungsmotor vom Elektromotor wieder hochgezogen wird. Bei diesem Warmstart ist es erforderlich, dass sich in der Nockenwellenversteller in der Spät-Position befindet, damit der Verbrennungsmotor möglichst vibrationsarm angelassen werden kann. In der Spät-Position wird ein Zylinderinhalt des Verbrennungsmotors dekomprimiert, das heißt, nicht komprimiert, sondern gleich ausgeschoben. Danach geht der Nockenwellenversteller in den Normalbetrieb über.
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Bei einem Nockenwellenversteller, der eine Verriegelungsposition in der Spät-Position sowie eine Verriegelungsposition in der Mittenposition bereithält, kann die Verriegelung in der Spät-Position beispielsweise durch einen zusätzlichen durch Öldruck in der verriegelten Position gehaltenen Verriegelungspin realisiert werden. Der Stand der Technik hat jedoch immer den Nachteil, dass, wenn der Verbrennungsmotor nach einem Auto-Stopp, bei dem der Nockenwellenversteller zur Vorbereitung eines Warmstarts in der Spät-Position verriegelt wird, abgewürgt wird oder das Kraftfahrzeug sehr lange im elektromotorischen Betrieb gefahren wird, es nicht mehr möglich ist, den Verbrennungsmotor aus der Spät-Position zu starten. Für einen sogenannten Kaltstart ist es also notwendig, dass der Nockenwellenversteller selbsttätig von der Spät-Position zu der Mittenposition wechselt. Er muss also in der Lage sein, ohne Ölzufuhr aus der Spät-Position zu entriegeln.
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Dazu ist es beispielsweise aus dem Stand der Technik bekannt, den Nockenwellenversteller so auszugestalten, dass das Öl, das den Verriegelungspin in der Spät-Position verriegelt hält, nach längerer Unterbrechung der Ölversorgung abfließt und den Verriegelungspin entriegelt. Da die Viskosität des Öls und eine Leckage diese Entriegelungsfunktion beeinflussen, ist eine solche Entriegelung nicht robust genug, um den hohen Anforderungen des Kunden zu genügen. Insbesondere kann dadurch nicht gewährleistet werden, dass nicht aus der Spät-Position entriegelt wird, obwohl ein Warmstart noch möglich ist, oder, dass durch ungenügenden Ölablauf aufgrund niedriger Temperaturen der Nockenwellenversteller in der Spät-Position verriegelt bleibt, obwohl ein Kaltstart nötig ist. Alternativ könnte die Verriegelungsfunktion von einem elektrischen Nockenwellenversteller realisiert werden, der jedoch erheblich teurer als ein hydraulischer Nockenwellenversteller ist.
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Es ist also die Aufgabe der Erfindung, die Nachteile aus dem Stand der Technik zu vermeiden oder wenigstens zu mildern. Insbesondere soll ein kostengünstig herstellbar Nockenwellenversteller bereitgestellt werden, der eine Verriegelung in einer mitten Position und in einer Spät-Position ermöglicht, wobei eine selbsttätige Entriegelung aus der Spät-Position in die Mittenposition je nach Betriebszustand, das heißt, insbesondere ohne Ölzufuhr, realisiert ist. Mit anderen Worten soll gewährleistet werden, dass sich der Nockenwellenversteller in der Mittenposition befindet, wenn ein Kaltstart erfolgen muss, und sich in der Spät-Position befindet, wenn ein Warmstart möglich ist.
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Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Vorrichtung erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der zweite Verriegelungsmechanismus ein Bimetall-Federelement oder mehrere Bimetall-Federelemente besitzt, das/die so auf ein Verriegelungselement des zweiten Verriegelungsmechanismus einwirkt/einwirken, dass bei Unterschreiten einer vorbestimmten Temperatur (des Verbrennungsmotors und damit des Nockenwellenverstellers) ein Entriegeln des zweiten Verriegelungsmechanismus erzwungen wird. Mit anderen Worten ist der zweite Verriegelungsmechanismus so ausgebildet, dass er selbsttätig, das heißt insbesondere ohne Ölzufuhr, temperaturgesteuert entriegelt.
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Dies hat den Vorteil, dass die Entriegelung aus der Spät-Position auf eine Temperatur abgestimmt werden kann, so dass - je nach dem ob ein Warmstart nach einem Auto-Stopp oder ein Kaltstart nach einem Motor-Stopp oder längerem Elektrobetrieb erforderlich ist - das Verriegelungselement des zweiten Verriegelungsmechanismus in der Spät-Position verbleibt oder sich selbstständig aus dieser entriegelt und in die Mittenposition verstellt. Somit wird eine intelligente, von der Temperatur abhängige Anfederung durch das Bimetall-Federelement umgesetzt. Es wird also ausgenutzt, dass der Verbrennungsmotor und damit auch der Nockenwellenversteller warm geworden sind, wenn ein Auto-Stopp oder ein Auto-Start gewünscht sind.
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Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen beansprucht und werden nachfolgend näher erläutert.
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Vorzugsweise ist der erste Verriegelungsmechanismus als eine mechanische Ratsche ausgebildet. Dadurch wird gewährleistet, dass der Nockenwellenversteller in der ersten vorbestimmten Position, nämlich der Mittenposition verriegelt, wenn der Nockenwellenversteller aus der zweiten vorbestimmten Position entriegelt wird. Somit kann ein Kaltstart nach längerer Standzeit ermöglicht werden.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann das Bimetall-Federelement als ein Schnappelement ausgestaltet sein, welches bei der vorbestimmten Temperatur vorzugsweise schlagartig umschnappt/umklappt. Mit anderen Worten weist das Bimetall-Federelement zwei stabile Zustände auf. Oberhalb der vorbestimmten Temperatur schnappt das Bimetall-Federelement von einem zum anderen Zustand über. Das Bimetall-Federelement ändert seine Form also gegengleich, beispielsweise von einer konkaven Ausbildung auf eine konvexe Ausbildung. Dabei sind die vorbestimmte Temperatur und damit die Auslegung des Bimetall-Federelements so gewählt, dass oberhalb der vorbestimmten Temperatur ein Warmstart möglich ist und unterhalb der vorbestimmten Temperatur ein Kaltstart erforderlich ist. Die Eigenschaften eines Bimetall-Federelements werden also in geeigneter Weise ausgenutzt, um die Federkraft des Bimetall-Federelements in Abhängigkeit der Temperatur unterschiedlich auszugestalten.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung kann der zweite Verriegelungsmechanismus eine Verlagerungsfeder aufweisen, die so auf das Verriegelungselement einwirkt, dass das Verriegelungselement in eine Entriegelungs- oder Verriegelungsposition gezwungen wird. Mit anderen Worten ist die Verlagerungsfeder so angeordnet, dass das Verriegelungselement entweder entgegen ihrer Federkraft zur Verriegelung oder zur Entriegelung verlagerbar ist. Das heißt also, dass die Federkraft der Verlagerungsfeder das Verriegelungselement in der Entriegelungs- oder in der Verriegelungsposition hält.
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Zudem ist es bevorzugt, wenn das Bimetall-Federelement und die Verlagerungsfeder so in Wirkbeziehung miteinander stehen, dass sich die Federkraft der Verlagerungsfeder und die zustandsabhängige, d.h. temperaturabhängige, Federkraft des Bimetall-Federelements überlagern. Mit anderen Worten ist das Bimetall-Federelement mit der Verlagerungsfeder so gekoppelt, dass die Federkraft der Verlagerungsfeder oberhalb der vorbestimmten Temperatur unterschiedlich ist als die Federkraft der Verlagerungsfeder unterhalb der vorbestimmten Temperatur.
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Insbesondere können die Verlagerungsfeder und das Bimetall-Federelement in Reihe geschaltet sein. Dabei können die Verlagerungsfeder und das Bimetall-Federelement so angeordnet sein, dass die Federkraft beider in die gleiche Richtung wirkt oder dass die Federkraft der Verlagerungsfeder und die Federkraft des Bimetall-Federelements in entgegengesetzte Richtungen wirken. Je nach der Ausführungsform ist es also sinnvoll, dass die Federkraft der Verlagerungsfeder durch das Einbauen und Koppeln des Bimetall-Federelements entweder verstärkt oder verringert wird.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann das Verriegelungselement an eine Hydraulikfluidleitung angeschlossen sein, über die eine entriegelnd-wirkende ölgesteuerte Kraft zur Verfügung gestellt ist. Beispielsweise kann das Verriegelungselement mit einer Hydraulikfluidleitung, die ausgelegt ist, um den Rotor in eine Früh-Position relativ zu dem Stator zu verstellen, das heißt mit einem sogenannten A-Kanal, verbunden sein. Dadurch wird der zweite Verriegelungsmechanismus deaktiviert, das heißt entriegelt, sobald Hydraulikfluidleitung, insbesondere Öl, in der Hydraulikleitung vorhanden ist und ein ungewolltes Verriegeln im Normalbetrieb, insbesondere bei starken Wechselmomenten, unterdrückt.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann das Verriegelungselement so eingebaut sein, dass eine im Betrieb auftretende Fliehkraft auf das Verriegelungselement entriegelnd wirkt, das heißt, dass eine entriegelnd-wirkende Fliehkraft zur Verfügung gestellt ist. Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung kann die Federkraft der Verlagerungsfeder so dimensioniert sein, dass das Verriegelungselement bei Erreichen oder unterhalb einer Anlasserdrehzahl des Kraftfahrzeugs durch die Fliehkraft entriegelt wird, wenn die Temperatur unterhalb der vorbestimmten Temperatur liegt. Das bedeutet also, dass das Verriegelungselement bei Erreichen oder unterhalb der Anlasserdrehzahl des Kraftfahrzeugs nicht durch die Fliehkraft entriegelt wird, wenn die Temperatur oberhalb der vorbestimmten Temperatur liegt, das heißt, wenn das Bimetall-Federelement die Federkraft der Verlagerungsfeder verstärkt. Mit anderen Worten ist die Verriegelung in der zweiten vorbestimmten Position temperatur-, fliehkraft- und ölgesteuert.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform kann das Verriegelungselement so eingebaut sein, dass es in Axialrichtung oder in Radialrichtung verlagerbar ist. Die Verriegelung kann also axial oder radial ausgeführt sein. Bei einer radialen Ausführung kann die Fliehkraft zur Steuerung der Verriegelung genutzt werden. Bei einer axialen Ausführung kann die Federkraft unabhängig von der Fliehkraft und damit drehzahlunabhängig ausgelegt werden.
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Das Verriegelungselement kann als eine Verriegelungsplatte oder als ein Verriegelungspin ausgebildet sein. Eine Verriegelungsplatte lässt sich besonders kostengünstig in dem Stator oder dem Rotor anordnen.
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Auch ist es zweckmäßig, wenn das Verriegelungselement, insbesondere bei einer Verlagerung in Radialrichtung, so angeordnet ist, dass die Federkraft der Verlagerungsfeder das Verriegelungselement zum Verriegeln nach radial innen drückt. Dies hat den Vorteil, dass die Fliehkraft, die nach radial außen wirkt, zum Entriegeln genutzt werden kann.
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Zudem ist es bevorzugt, wenn der zweite Verriegelungsmechanismus mehrere gestapelt angeordnete Bimetall-Federelemente aufweist. Durch die mehreren Bimetall-Federelemente kann ein größerer Hub beim Umschnappen in einfacher Weise umgesetzt werden. Zudem kann aufgrund von bestimmten Bauraumanforderungen ein Stapel von mehreren Bimetall-Federelementen erforderlich sein. Besonders bevorzugt ist es, wenn die Bimetall-Federelemente einen dreieckigen Querschnitt besitzen.
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Ferner ist es von Vorteil, wenn das Bimetall-Federelement als ein Schnappstreifen oder eine Schnappscheibe ausgebildet ist. Insbesondere ein Schnappstreifen lässt sich besonders bauraumsparend und kostengünstig an verschiedene Geometrie des Nockenwellenverstellers anpassen.
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Weiterhin ist es bevorzugt, wenn das Bimetall-Federelement in einem Dichtdeckel formschlüssig gelagert ist und entweder im Rotor oder im Stator zusätzlich formschlüssig gelagert ist.
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Die Erfindung wird nachfolgend mit Hilfe von Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Nockenwellenverstellers in einer ersten Ausführungsform,
- 2 eine perspektivische Längsschnittdarstellung des Nockenwellenverstellers in der ersten Ausführungsform,
- 3 eine schematische Prinzipdarstellung des Nockenwellenverstellers in der ersten Ausführungsform,
- 4 eine perspektivische Längsschnittdarstellung des Nockenwellenverstellers in einer zweiten Ausführungsform,
- 5 eine schematische Prinzipdarstellung des Nockenwellenverstellers in der zweiten Ausführungsform,
- 6 eine Längsschnittdarstellung des Nockenwellenverstellers in einer dritten Ausführungsform,
- 7 einen Graphen, der den Zusammenhang einer Drehzahl, einer Position des Nockenwellenverstellers und eines Öldrucks in einem ersten Betriebsfall darstellt,
- 8 einen Graphen, der den Zusammenhang der Drehzahl, der Position des Nockenwellenverstellers und des Öldrucks in einem zweiten Betriebsfall darstellt, und
- 9 einen Graphen, der den Zusammenhang der Drehzahl, der Position des Nockenwellenverstellers und des Öldrucks in einem dritten Betriebsfall darstellt.
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Die Figuren sind lediglich schematischer Natur und dienen ausschließlich dem Verständnis der Erfindung. Die gleichen Elemente sind mit denselben Bezugszeichen versehen. Die Merkmale der einzelnen Ausführungsformen können untereinander ausgetauscht werden.
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1 zeigt einen erfindungsgemäßen Nockenwellenversteller 1 des Flügelzellentyps für einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs in einer ersten Ausführungsform. Der Nockenwellenversteller 1 wird eingesetzt, die Phasenlage einer Nockenwelle relativ zu einer Kurbelwelle zu verstellen. Der Nockenwellenversteller 1 weist einen Stator 2 und einen dazu relativ verdrehbaren Rotor 3 auf. Der Rotor 3 ist konzentrisch zu dem Stator 2 und radial innerhalb des Stators 2 angeordnet. Der Stator 2 ist mit der nicht dargestellten Kurbelwelle drehfest verbunden. Der Rotor 3 ist mit der nicht dargestellten Nockenwelle drehfest verbunden. Der Stator 2 und der Rotor 3 sind in einem begrenzten Winkelbereich zwischen einer Früh-Position und einer Spät-Position zueinander verdrehbar. Zwischen der Früh-Position und der Spät-Position liegt eine Mittenposition.
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Der Nockenwellenversteller 1 weist einen ersten Verriegelungsmechanismus 4 auf, durch den der Rotor 3 relativ zu dem Stator 2 in einer ersten vorbestimmten Position verriegelbar ist. Die erste vorbestimmte Position ist insbesondere die Mittenposition. Der Nockenwellenversteller 1 weist auch einen zweiten Verriegelungsmechanismus 5 auf, durch den der Rotor 3 relativ zu dem Stator 2 in einer zweiten vorbestimmten Position, die unterschiedlich zu der ersten vorbestimmten Position ist, verriegelbar ist. Die zweite vorbestimmte Position ist insbesondere die Spät-Position.
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Erfindungsgemäß besitzt der zweite Verriegelungsmechanismus 5 ein Bimetall-Federelement 6, das so auf ein Verriegelungselement 7 des zweiten Verriegelungsmechanismus 5 einwirkt, dass bei Unterschreiten einer vorbestimmten Temperatur ein Entriegeln des zweiten Verriegelungsmechanismus 5 erzwungen wird.
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Zwischen dem Stator 2 und dem Rotor 3 sind Arbeitskammern 8 ausgebildet, die jeweils durch einen radial abstehenden Flügel 9 des Rotors 3 in zwei Teilkammern, in eine sogenannte A-Kammer und eine sogenannte B-Kammer, unterteilt werden. Zur Verstellung des Rotors 3 werden wahlweise jeweils die A-Kammern über erste Hydraulikleitungen 10 oder jeweils die B-Kammern über zweite Hydraulikleitungen 11 mit Hydraulikfluidleitung beaufschlagt, so dass der Rotor 3 in Richtung Früh oder in Richtung Spät verstellt wird.
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10 zeigt den ersten Verriegelungsmechanismus 4. Der erste Verriegelungsmechanismus 4 ist als eine mechanische Ratsche ausgebildet. Der erste Verriegelungsmechanismus 4 weist einen Verriegelungspin 12 auf, der in einer axialen Aussparung 29 in dem Rotor 3 angeordnet ist. Die Verriegelungspin 12 ist in Axialrichtung entgegen der Federkraft einer Feder 30 verlagerbar. Durch die Federkraft wird der Verriegelungspin 12 in eine Aussparung 31 in einem Dichtdeckel 23, der drehfest mit dem Stator 2 verbunden ist, gedrückt, sodass der Rotor 3 und der Stator 2 drehfest verriegelt sind. Wird der Verriegelungspin 12 mit Hydraulikfluid, wie Öl, beaufschlagt, wird der Verriegelungspin 12 entgegen der Federkraft aus der Aussparung 31 in dem Dichtdeckel 23 herausgedrückt, so dass der Rotor 3 und der Stator 2 entriegelt sind. Das heißt also, dass bei anliegenden Öldruck der erste Verriegelungsmechanismus 4 entriegelt ist.
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In der dargestellten Ausführungsform sind zwei erste Verriegelungsmechanismen 4 vorhanden. Die beiden ersten Verriegelungsmechanismen 4 sind jeweils mit einem sogenannten C-Kanal 32 verbunden, der unabhängig von den ersten Hydraulikleitungen 10 und unabhängig von den zweiten Hydraulikleitungen 11 mit Öldruck beaufschlagbar ist. Wenn kein Öldruck in dem C-Kanal 32 vorliegt, verriegelt der erste Verriegelungsmechanismus 4.. Alternativ kann ein gestufter Verriegelungspin verwendet werden, der entriegelt wird, wenn Öldruck in der ersten Hydraulikleitung 10 zur Verstellung in Richtung Früh oder in der zweiten Hydraulikleitung 11 zur Verstellung in Richtung Spät aufgebaut ist.
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Wie in 1 gezeigt, ist der zweite Verriegelungsmechanismus 5 mit einer dritten Hydraulikleitung 13 verbunden. In der dargestellten Ausführungsform ist die dritte Hydraulikleitung 13 mit den ersten Hydraulikleitungen 10 verbunden. Dadurch wird der zweite Verriegelungsmechanismus 5 entriegelt, wenn Öldruck in den A-Kammern aufgebaut wird. Alternativ kann die dritte Hydraulikleitung 13 auch mit den zweiten Hydraulikleitungen 11 verbunden sein.
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Der zweite Verriegelungsmechanismus 5 wird nachfolgend mit Bezugnahme auf 2 bis 6 näher beschrieben. 2 und 3 zeigen die erste Ausführungsform des Nockenwellenverstellers 1, insbesondere des zweiten Verriegelungsmechanismus 5. 4 und 5 zeigen eine zweite Ausführungsform des Nockenwellenverstellers 1, insbesondere des zweiten Verriegelungsmechanismus 5. 6 zeigt eine dritte Ausführungsform des Nockenwellenverstellers 1, insbesondere des zweiten Verriegelungsmechanismus 5.
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Der zweite Verriegelungsmechanismus 5 weist das Bimetall-Federelement 6, das Verriegelungselement 7 und eine Verlagerungsfeder 14 auf. Das Bimetall-Federelement 6 ist als ein Schnappelement, insbesondere als ein Schnappstreifen oder alternativ als eine Schnappscheibe, ausgebildet. Das Bimetall-Federelement 6 ist in dem Dichtdeckel, der in 2 nicht dargestellt ist, und/oder in dem Stator 2 vorzugsweise formschlüssig verankert. Das Verriegelungselement 7 ist in der in 2 dargestellten Ausführungsform als eine Verriegelungsplatte 15 ausgebildet. Das Verriegelungselement 7 kann aber auch alternativ als ein Verriegelungspin ausgebildet sein, auch wenn dies nicht dargestellt ist. Die Verlagerungsfeder 14 ist in der dargestellten Ausführungsform als eine Torsionsfeder oder als eine Ziehharmonikafeder ausgebildet. Das Verriegelungselement 7 ist in der in 2 dargestellten Ausführungsform in einer radialen Aussparung 16 des Stators 2 angeordnet. Alternativ kann das Verriegelungselement 7 auch in einer radialen Aussparung des Rotors 3 angeordnet werden, auch wenn dies nicht dargestellt ist.
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Das Verriegelungselement 7 ist entgegen der Federkraft der Verlagerungsfeder 14 in Radialrichtung verlagerbar. Dabei drückt die Verlagerungsfeder 14 das Verriegelungselement 7 nach radial innen, so dass das Verriegelungselement 7 in eine Aussparung des Rotors 3 eingreift und somit den Rotor 3 und den Stator 2 drehfest miteinander verbindet. Durch Hydraulikfluid, das über die Hydraulikleitung 13 der Federkraft der Verlagerungsfeder 14 entgegenwirkend zugeführt werden kann, kann das Verriegelungselement 7 entriegelt werden. Wenn sich der Nockenwellenversteller 1 dreht, wird das Verriegelungselement 7 durch die Fliehkraft nach radial außen gedrückt. Je nach Dimensionierung der Federkraft der Verlagerungsfeder 14 kann das Verriegelungselement 7 durch die Fliehkraft entriegelt werden.
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Die Verlagerungsfeder 14 ist mit dem Bimetall-Federelement 6 gekoppelt. Dadurch überlagert sich die Federkraft des Bimetall-Federelements 6 mit der Federkraft der Verlagerungsfeder 14. Das Bimetall-Federelement 6 weist zwei stabile Zustände auf. In einem ersten Zustand des Bimetall-Federelements 6, der oberhalb der vorbestimmten Temperatur vorliegt, drückt das Bimetall-Federelement 6 so auf die Verlagerungsfeder 14, dass die Federkraft der Verlagerungsfeder 14 verstärkt wird. In einem zweiten Zustand des Bimetall-Federelements 6, der unterhalb der vorbestimmten Temperatur vorliegt, wird die Federkraft der Verlagerungsfeder 14 nicht verstärkt. Dabei ist die Federkraft der Verlagerungsfeder 14 so dimensioniert, dass die Federkraft der Verlagerungsfeder 14 in dem zweiten Zustand des Bimetall-Federelements 6 kleiner als die Fliehkraft, die bei Erreichen einer Anlasserdrehzahl oder unterhalb der Anlasserdrehzahl entsteht, ist. Dadurch wird das Verriegelungselement 7 auch bei einer geringen Drehzahl entriegelt. Die Federkraft der Verlagerungsfeder 14 ist auch so dimensioniert, dass die durch den ersten Zustand des Bimetall-Federelements 6 verstärkte Federkraft der Verlagerungsfeder 14 so groß ist, dass die Fliehkraft erst bei einer höheren Drehzahl, wie etwa bei 2000 Umdrehungen/min, größer als die verstärkte Federkraft der Verlagerungsfeder 14 ist.
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In der Prinzipskizze in 3 wird verdeutlicht, welche Kräfte auf das Verriegelungselement 7 wirken. Eine durch einen Pfeil 17 angedeutete Fliehkraft drückt das Verriegelungselement 7 in Abhängigkeit der Drehzahl radial nach außen. Eine durch einen Pfeil 18 angedeutete Ölkraft, die über die Hydraulikleitung 13 eingeleitet wird, drückt das Verriegelungselement 7 radial nach außen. Eine durch einen Pfeil 19 angedeutete Federkraft der Verlagerungsfeder 14 drückt das Verriegelungselement 7 radial nach innen. Eine durch einen Pfeil 20 angedeutete Federkraft des Bimetall-Federelements 6 verstärkt in seinem ersten Zustand die Federkraft der Verlagerungsfeder 14 und verringert bzw. hat keinen Einfluss in seinem zweiten Zustand auf die Federkraft der Verlagerungsfeder 14. Somit ist die summierte Federkraft des Bimetall-Federelements 6 und der Verlagerungsfeder 14 abhängig von dem Zustand des Bimetall-Federelements 6 und somit temperaturabhängig. In 3 ist das Verriegelungselement 7 in dem linken Teil der Prinzipskizze in seiner Entriegelungsposition 21 und in dem rechten Teil der Prinzipskizze in seiner Verriegelungsposition 22 dargestellt.
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4 und 5 zeigen eine zweite Ausführungsform des zweiten Verriegelungsmechanismus 5 des Nockenwellenverstellers 1. Im Gegensatz zu der ersten Ausführungsform ist die Verlagerungsfeder 14 so angeordnet, dass sie entriegelnd wirkt. Die Federkraft der Verlagerungsfeder 14, die mit dem Pfeil 19 angedeutet ist liegt also in dieselbe Richtung wie die Ölkraft, die mit dem Pfeil 18 angedeutet ist. Das Verriegelungselement 7 wird also durch die Federkraft des Bimetall-Federelements 6, dass durch den Pfeil 20 angedeutet ist, in dem ersten Zustand des Bimetall-Federelements 6 in die Verriegelungsposition 22 gedrückt und in dem zweiten Zustand des Bimetall-Federelement 6 in die Entriegelungsposition 21 durch die Federkraft der Verlagerungsfeder 14 gedrückt. Das heißt, dass das Bimetall-Federelement 6 in seinem kalten Zustand eine größere Stellkraft als die Verlagerungsfeder 14 besitzt. Beispielsweise kann die Federkraft der Verlagerungsfeder 14 schwach ausgelegt sein, wie etwa 0,5 bis 1N. In 4 ist auch zu erkennen, dass das Bimetall-Federelement 6 in dem Dichtdeckel 23 formschlüssig verankert ist.
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6 zeigt eine dritte Ausführungsform des zweiten Verriegelungsmechanismus 5, bei der im Gegensatz zu den ersten beiden Ausführungsformen das Verriegelungselement 7 nicht in Radialrichtung, sondern in Axialrichtung angeordnet ist. In der dritten Ausführungsform sind mehrere Bimetall-Federelemente 6 gestapelt angeordnet, sodass sie ein Bimetallpaket 24 bilden. Dadurch kann der Hub, der durch das Schnappen der Bimetall-Federelemente 6, also den Zustandswechsel zwischen dem ersten Zustand und dem zweiten Zustand der Bimetall-Federelemente 6, erreicht wird, gesteigert werden. Vorzugsweise sind die Bimetall-Federelemente 6 dreieckig ausgebildet. Das Verriegelungselement 7, das in der dritten Ausführungsform als ein Verriegelungspin 25 ausgebildet ist, wird durch die Federkraft der Verlagerungsfeder 14 in eine Aussparung in dem Dichtdeckel 23, der statorfest ist, gedrückt und somit verriegelt. Vorteilhafterweise weist der Verriegelungspin 25 einen großen Radius an der Spitze auf, um eine Entriegelung in allen Toleranzsituationen sicherstellen zu können. Die Federkraft des Bimetallpakets 24 wirkt der Federkraft der Verlagerungsfeder 14 entgegen. Dabei ist das Bimetallpaket 24 so dimensioniert, dass in einem warmen Zustand, das heißt in dem ersten Zustand des Bimetallpakets 24, die Federkraft des Bimetallpakets 24 geringer ist als die Federkraft der Verlagerungsfeder 14 und somit der zweite Verriegelungsmechanismus 5 verriegelt ist und in einem kalten Zustand, das heißt in dem zweiten Zustand des Bimetallpakets 24, die Federkraft des Bimetallpakets 24 größer ist als die Federkraft der Verlagerungsfeder 14 und somit der zweite Verriegelungsmechanismus 5 entriegelt ist.
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7 bis 9 zeigen verschiedene exemplarische Betriebszustände des erfindungsgemäßen Nockenwellenverstellers 1. Die Kennlinie 26 bildet eine Drehzahl des Kraftfahrzeugs ab eine Kennlinie 27 zeigt eine Position des Nockenwellenverstellers 1. Eine Kennlinie 28 zeigt den Öldruck. Die Kennlinien sind über die Zeit 29 aufgetragen. 7 zeigt den Fall eines Motorstopps. Dabei wird beim Motorstopp der Nockenwellenversteller 1 in der Mittenposition wie eine übliche mechanische Ratsche verriegelt. Dadurch kann ein Kaltstart durchgeführt werden.
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8 zeigt den Fall eines Auto-Stopps. Dabei wird beim Auto-Stopp der Nockenwellenversteller 1 aktiv in die Spät-Position gesteuert. Die Drehzahl nimmt bis zum Stillstand ab. Beim Unterschreiten der Anlasserdrehzahl nimmt die Nockenwellenreibung zu und zieht den Nockenwellenversteller 1 zusätzlich in Richtung Spät eine übliche Ventilschaltung schaltet den Öldruck auf den Kanal für die Verstellung erspäht. Der Öldruck nimmt parallel zum auslaufenden Motor ab. Das Bimetall-Federelement 6 ist oberhalb der vorbestimmten Temperatur, das heißt oberhalb der Schnapptemperatur, und spannt die Verlagerungsfeder 14 zusätzlich vor. Das Verriegelungselement 7 kann nun verriegeln und hält den Nockenwellenversteller während des Stillstands des Verbrennungsmotors in der Spät-Position. Vibrationen des Kraftfahrzeugs oder eine durch restkompressionsrücklaufenden Nockenwelle können den Nockenwellenversteller nicht unbeabsichtigt verdrehen. Beim Auto-Start wird der Nockenwellenversteller wieder beschleunigt. Da der Motor noch nicht abgekühlt ist, bleibt der Nockenwellenversteller bis zum Erreichen des für den geregelten Nockenwellenverstellerbetrieb notwendigen Öldrucks in der Spät-Position verriegelt. Dadurch kann ein Warmstart durchgeführt werden.
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9 zeigt den Fall eines langen Auto-Stopps, bei dem der Nockenwellenversteller 1 in der Spät-Position verriegelt wird und selbsttätig nach Überschreiten einer vorbestimmten Zeit darüber oder nach Unterschreiten einer vorbestimmten Temperatur in die Mittenposition wechselt und dort verriegelt. Bei einem Auto-Start nach längerer Kühlzeit oder beim Abwürgen des Motors schnappt das Bimetall-Federelement 6 um und ersetzt die Vorspannung der Verlagerungsfeder 14 herab. Mit der Motor nun gestartet, entriegelten das Bimetall-Federelement 6 bei erreichen oder schon vor Erreichen der Anlasserdrehzahl und der Nockenwellenversteller wird durch dessen mechanische ratsche durch die Wechselmomente zur Mitte hin verstellt. Dadurch kann ein Kaltstart durchgeführt werden. Nach Erreichen des nötigen Öldrucks wird der Nockenwellenversteller über den Zentralmagneten wie üblich verstellt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Nockenwellenversteller
- 2
- Stator
- 3
- Rotor
- 4
- erster Verriegelungsmechanismus
- 5
- zweiter Verriegelungsmechanismus
- 6
- Bimetall-Federelement
- 7
- Verriegelungselement
- 8
- Arbeitskammern
- 9
- Flügel
- 10
- erste Hydraulikleitung
- 11
- zweite Hydraulikleitung
- 12
- Verriegelungspin
- 13
- dritte Hydraulikleitung
- 14
- Verlagerungsfeder
- 15
- Verriegelungsplatte
- 16
- radiale Aussparung
- 17
- Fliehkraft
- 18
- Ölkraft
- 19
- Federkraft
- 20
- Federkraft
- 21
- Entriegelungsposition
- 22
- Verriegelungsposition
- 23
- Dichtdeckel
- 24
- Bimetallpaket
- 25
- Verriegelungspin
- 26
- Drehzahl
- 27
- Position
- 28
- Öldruck
- 29
- axiale Aussparung
- 30
- Feder
- 31
- Aussparung
- 32
- C-Kanal
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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