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Die Erfindung betrifft einen hydraulischen Nockenwellenversteller für eine Verbrennungskraftmaschine, wobei eine Auffangglocke radial außerhalb eines Zentralventils so angeordnet und bemessen ist, dass aus den Flügelzellen in Richtung des Tanks rückgeführtes Hydraulikmittel, bspw. Öl, in ein den Flügelzellen zuführbaren Zwischenspeicher / Standardölreservoir verbringbar ist. Die Erfindung ist insbesondere für Nockenwellenversteller des Flügelzellentyps geeignet, wobei unter Nockenwellenverstellern des Flügelzellentyps solche Versteller verstanden werden, die auch als „Drehflügler“ bezeichnet werden, als auch solche, die als „Flügelzellenversteller“ bezeichnet werden, es also unerheblich ist, an welchem Bauteil und wie ein Flügel an dem Rotor befestigt ist.
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Aus dem Stand der Technik sind bspw. hydraulische Nockenwellenversteller bekannt, so etwa aus der
DE 10 2017 111 740 A1 . Dort ist ein Nockenwellenversteller mit einem Stator und einem beweglich zu dem Stator entlang einer gemeinsamen Mittelachse konzentrisch angeordneten Rotor offenbart, enthaltend ein Zentralventil, über welches die Ölversorgung der Arbeitskammern des hydraulischen Nockenwellenverstellers gesteuert wird, ferner umfassend einen Aktuator, über welchen die Position des Zentralventils gegenüber dem Rotor veränderbar ist, sowie enthaltend eine Ölauffangglocke zum Auffangen von aus dem Zentralventil austretendem Hydrauliköl, wobei an dem Zentralventil und/oder an dem Aktuator ein Überstand ausgebildet ist, welcher verhindert, dass in axialer Richtung aus dem Stator oder einem mit dem Stator verbundenen Deckel austretendes Hydrauliköl in radialer Richtung in die Umgebung abgegeben wird, wobei der Überstand das Hydrauliköl auffängt und in die Auffangglocke leitet. Das aus dieser älteren Patentanmeldung bekannte Wirkprinzip soll als hier mit offenbart gelten.
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Das Zurückleiten von Öl mit einem an einem Aktor zugewandten Hydraulikmittelabschnitt ist auch aus der
DE 10 2016 204 779 A1 bekannt. Dort wird ein Nockenwellenverstellsystem für eine Verbrennungskraftmaschine eines Kraftfahrzeugs offenbart, mit einem hydraulischen Nockenwellenversteller aufweisend einen Stator, einen in dem Stator verdrehbar gelagerten Rotor sowie einem ein Ventil umfassenden Hydrauliksteuersystem, wobei der Rotor zumindest einen Flügel aufweist, der so in einen zwischen dem Rotor und dem Stator gebildeten Druckraum hinein ragt, dass dieser Druckraum in zwei Teilkammern aufgeteilt ist, wovon jede Teilkammer derart mit dem Hydrauliksteuersystem zusammenwirkt, dass in Abhängigkeit von der Stellung des Ventils ein hydraulisches, eine Relativdrehstellung zwischen dem Rotor und dem Stator vorgegebenes Druckverhältnis zwischen den beiden Teilkammern eingestellt ist, sowie mit einem in axialer Richtung des Nockenwellenverstellers benachbart angeordneten Aktor, der verstellend auf das Ventil einwirkt. Dies ist ein Nockenwellenversteller des Flügelzellentyps, dessen Wirkzusammenhänge hier als mit offenbart gelten sollen. In jener älteren Patentanmeldung ist als Wesentlich herausgestellt, dass an einer dem Nockenwellenversteller zugewandten Seite des Aktors ein Hydraulikmittelabschnitt angeordnet ist, welcher Hydraulikmittelabschnitt so ausgebildet ist, dass er einen in einem Betriebszustand aus dem Ventil zur Umgebung des Nockenwellenverstellers austretenden Hydraulikmittelstrom zurück in den Nockenwellenversteller hinein lenkt.
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Eine Phasenverstellung eines Nockenwellenverstellers kann durch Öldruck (OPA = Oil Pressure Activated) oder mittels Wechselmomente der Nockenwelle (CTA = Cam Torque Activated) erfolgen. Jener von der Anmelderin entwickelte Smart Phaser nutzt primär den Öldruck zur Verstellung. Infolge von auftretenden Wechselmomenten an der Nockenwelle kann die Verstellung unterstützt oder behindert werden. Während der Verstellung mittels Öldruck erfolgt entweder eine Schaltstellung 1 oder 3, wobei eine Schaltstellung 2 die Halteposition darstellt. Für die Schaltstellung 1 wird eine Kammer A vergrößert und eine Kammer B verkleinert. Dabei fließt Öl über eine Pumpe in die Kammer A und von der Kammer B fließt das Öl über einen Auslass in Richtung eines Tanks aus dem Versteller. Das ausströmende Öl aus dem Tank (abgekürzt „T“) wird teilweise über einen Zwischenspeicher / ein Standardölreservoir aufgefangen und dieses somit befüllt. Ein Teil des ausströmenden Öls geht über einen Spalt zwischen einem Blech am Zentralmagneten und dem Standardölreservoir jedoch verloren.
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Wie bereits erläutert, kann die Verstellung durch die wirkenden Wechselmomente an der Nockenwelle beeinflusst werden. Sind die Wechselmomente zur Verstellung gleichgerichtet, wird die Verstellung unterstützt und beschleunigt. Dabei kann es zu einer Ölunterversorgung in der sich vergrößernden Kammer kommen und ein Unterdruck entstehen. Durch den entstandenen Unterdruck kann auch zum Reservoir des Smart Phasers über ein Rückschlagventil Öl in die sich vergrößernde Kammer gesaugt werden. Die Voraussetzung ist, dass ausreichend Öl im Reservoir vorhanden ist.
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Nachteile aus dem Stand der Technik abzustellen oder wenigstens zu mildern. Insbesondere soll eine verbesserte Ölversorgung sowie Verstellerperformance erreicht werden.
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Dies wird bei einem gattungsgemäßen Nockenwellenversteller erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass Spritzöl aus dem Zylinderkopf aufgefangen, in ein Reservoir geleitet und anschließend den Flügelzellen zugeführt wird. In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform ist ein Spritzölreservoir vorhanden, aus dem Spritzöl, insbesondere aus dem Zylinderkopfbereich, den Flügelzellen (direkt oder indirekt) zuführbar ist / zugeführt wird. Durch die bessere Ölbefüllung der Kammer wird die Reduzierung des Verstellweges durch den Rückhub des Verstellers verringert.
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Über eine Auffangvorrichtung, welche sich im Zylinderkopf befindet, wird das herumspritzende Öl gesammelt. Die Auffangvorrichtung wird dabei so platziert, dass möglichst viel Öl gesammelt wird. Ein Grund für das herumspritzende Öl kann die Drehbewegung der Nockenwellen sein. Drehen die Nockenwellen im Uhrzeigersinn, sollte die Auffangvorrichtung bevorzugt auf der rechten Seite angebracht werden, um die Drehrichtung der Nockenwellen zu nutzen und ein Maximum an herumspritzendem Öl aufzusammeln.
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Die Auffangvorrichtung kann dabei ähnlich einer Rinne gestaltet werden. Es kann an der Auffangvorrichtung zusätzlich zur Rinnenform eine Auffangwand angebracht werden, um eine größere Fläche zum Auffangen von Spritzöl zu stellen.
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Die Auffangvorrichtung kann dabei entweder direkt in einem Cover integriert sein, als zusätzliches Bauteil am Cover befestigt sein, sowie direkt im Zylinderkopf integriert bzw. als zusätzliches Bauteil am Zylinderkopf befestigt sein. Die Auffangvorrichtung kann dabei entweder starr mit dem Cover oder dem Zylinderkopf verbunden sein oder aber in gewissem Maße beweglich gelagert sein. Durch eine bewegliche Lagerung soll eine Ausrichtung der Auffangvorrichtung erfolgen, wenn sich bspw. der Motor in Schieflage befindet, um eine maximale Ölmenge in jeder Lage des Motors aufzufangen. Eine Form der beweglichen Lagerung kann bspw. über Lagerzapfen erfolgen.
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Auch denkbar ist, dass mehrere Auffangvorrichtungen im Zylinderkopf platziert sind.
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An der Auffangvorrichtung ist eine Transportleitung angebracht, welches das gesammelte Öl zum Versteller transportiert. Eine weitere Ausführungsform kann derart sein, dass das gesammelte Öl der Auffangvorrichtung über einen Auslass aus fließt und von einer nicht mit der Auffangvorrichtung verbundenen Transportleitung aufgefangen und zum Nockenwellenversteller transportiert wird.
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Ebenfalls denkbar ist, dass weitere Verbraucher mit diesem Öl versorgt werden können. Es können auch mehrere Transportleitungen an einer Auffangvorrichtung angebracht sein. Die Transportleitung weist dabei eine Neigung zwischen der Auffangvorrichtung und dem Nockenwellenversteller auf.
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Durch das Auffangen des herumspritzenden Öls im Zylinderkopf und dem Zuführen zum Verbraucher, z.B. dem Nockenwellenversteller, kann dabei das sonst zurücklaufende Öl wiederverwendet werden. Somit ist eine effektivere Nutzung des Öls sichergestellt. Die Energiebilanz ist verbessert.
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Durch das Zuführen des gesammelten Spritzöls mit Hilfe der Auffangvorrichtung und der daraus resultierenden zusätzlichen Ölquelle für die Smartphaserfunktion wird also eine bessere Ölbefüllung der Kammer A oder B, die eine Flügelzelle definieren, erreicht. Die Funktion des Smart Phasers ist nun verbessert und in dessen Grundfunktionalität sichergestellt, insbesondere, da nun genug Hydraulikmittel zur Verfügung gestellt wird. Ein Teil des benötigten Hydraulikmittels wird aus dem Zwischenspeicher / dem Standardölreservoir zugeführt und der andere Teil nun aus dem Spritzölreservoir. Es ist natürlich auch denkbar, dass baulich das Spritzölreservoir in dem Zwischenspeicher / das Standardölreservoir integriert ist. Baulich getrennte Lösungen sind momentan bevorzugt.
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Die Befüllung des Spritzölreservoirs erfolgt, bspw. wie oben erklärt über eine Umleitung und ein Auffangen des Spritzöls aus dem Zylinderkopf. Das Problem, dass bei bestimmten Anwendungen das Reservoir / Standardölreservoir die über das Zentralventil abgegebene Ölmenge nicht vollständig auffangen kann und somit die benötigte Ölmenge teilweise nicht bereitstellen kann, wird gelöst. Dadurch ist es nun möglich, das volle Potenzial der Verstellung durch die zusätzlichen Wechselmomente an der Nockenwelle zu nutzen. Für alle Betriebszustände, z. B. hochdynamische und häufig stattfindende Verstellvorgänge, wird nun ausreichend viel Hydraulikmittel zur Verfügung gestellt, da nun das Spritzölreservoir Spritzöl als zusätzliche Ölquelle zur Verfügung stellt. Die Verstell-Performance wird verbessert.
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Der Smart Phaser kann sich fehlendes Öl aus dem Spritzölreservoir für die Verstellung ziehen und es bleibt sichergestellt, dass immer genügend Öl vorhanden ist. Es wird somit eine neue Quelle für die Ölversorgung gestellt. Für die Befüllung wird herumspritzendes Öl aus dem Zylinderkopf gesammelt und über eine Zuleitung in das Spritzölreservoir verbracht.
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Als Variante ist denkbar, dass sowohl das Standardölreservoir, welches vom Zentralventil befüllt wird, als auch das Spritzölreservoir über das gesammelte Spritzöl befüllt wird. Sollte es zu Bauraumproblemen führen, kann auf das Standardölreservoir verzichtet werden. In dem Fall ist dann das Spritzölreservoir so anzuordnen und auszugestalten, dass es jenes Öl, was ursprünglich im Standardölreservoir vorhanden war, auch auffängt. Bei anderer Sichtweise würde ergo das Spritzölreservoir in das Standardölreservoir integriert.
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Ein besonderer Vorteil der nun vorgestellten Lösung ist, dass die Befüllung des Spritzölreservoirs unabhängig von der Ölversorgung des austretenden Öls aus dem Zentralventil ist. Außerdem wird sowieso vorhandenes Öl für die Befüllung des Spritzölreservoirs verwendet und dadurch das Öl recycelt. Eine Optimierung der Verstell-Performance durch Reduzierung des Rückhubs des Smart Phasers wird erreicht.
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Die Erfindung betrifft auch eine Verbrennungskraftmaschine mit einem Zylinderkopf, an dem eine Zylinderkopfspritzölsammelvorrichtung vorhanden ist, an dem der Spritzölzulauf des erfindungsgemäßen Nockenwellenverstellers angeschlossen ist, wobei der Nockenwellenversteller mit einer Nockenwelle verbunden ist.
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Vorteilhafte Ausführungsformen können auch dadurch gekennzeichnet sein, dass eine Auffangvorrichtung im Zylinderkopf vorhanden ist, welche herumspritzendes Öl sammelt und/oder mit dem Zylinderkopf oder einem Cover verbunden ist bzw. damit integriert ist und/oder eine feste Position besitzt bzw. beweglich gelagert ist und/oder min. eine Transportleitung besitzt, welche Öl zum Nockenwellenversteller führt, wobei eine Anbindung der Transportleitung an die Auffangvorrichtung direkt oder mehrteilig erfolgt.
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Es hat sich auch bewährt, wenn ein Spritzölreservoir vorhanden ist, in dem das Spritzöl gesammelt ist und/oder das Spritzölreservoir einen Spritzölzulauf an seiner radialen Innenseite aufnimmt und/oder der Zwischenspeicher und das Spritzölreservoir durch (je) ein Auffangblech nach außen abgegrenzt ist und/oder das Auffangblech auf seiner radialen Innenseite einen Spalt zu einem angrenzenden Bauteil freihält und/oder der Zwischenspeicher auf der einen Stirnseite des Rotors oder Stators angeordnet ist und das Spritzölreservoir auf der anderen Stirnseite angeordnet ist und/oder eine Rückstellfeder im Zwischenspeicher vorhanden ist und/oder der Spritzölzulauf mit einer Zylinderkopfspritzölsammeleinrichtung verbunden ist und/oder das Auffangblech spanend, spanlos oder umformtechnisch hergestellt ist.
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Die Erfindung wird nachfolgend mit Hilfe einer Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
- 1 einen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen Nockenwellenversteller einer ersten Ausführungsform,
- 2 einen Querschnitt durch den Nockenwellenversteller aus 1 entlang der Linie II,
- 3 Schaltstellungen des in 1 verwendeten Zentralventils,
- 4 eine Auffangvorrichtung einer zweiten Ausführungsform mit davon abgehender Transportleitung, die als Spritzölzulauf fungiert,
- 5 eine Querschnittansicht durch die Auffangvorrichtung aus 4 entlang der Linie IV,
- 6 eine zur 4 vergleichbare Darstellung einer Auffangvorrichtung einer weiteren Ausführungsform.
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Die Figuren sind lediglich schematischer Natur und dienen nur dem Verständnis der Erfindung. Die gleichen Elemente sind mit denselben Bezugszeichen versehen. Die Merkmale der einzelnen Ausführungsbeispiele können untereinander ausgetauscht werden. Insbesondere sind unterschiedliche Gestaltungen der Auffangvorrichtungen und daran angeschlossenen Transportleitungen denkbar.
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In 1 ist ein erfindungsgemäßer Nockenwellenversteller 1 dargestellt. Der Nockenwellenversteller 1 ist für eine Verbrennungskraftmaschine vorgesehen und weist eine Auffangglocke 2 auf. Diese Auffangglocke 2 ist radial außerhalb eines Zentralventiles 3 angeordnet.
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Der Nockenwellenversteller 1 ist vom Flügelzellentyp und weist einen Rotor 4 und einen Stator 5 mit einem Kettenradabschnitt 6 auf.
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In 2 ist zu erkennen, wie ein Flügel 7 eine Flügelzelle 8 in eine erste Kammer 9 / Kammer A und eine zweite Kammer 10 / Kammer B unterteilt.
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Zurückkommend auf 1 definiert die Auffangglocke 2 die Außenseite eines Zwischenspeichers / Standardölreservoirs 11. In diesem Standardölreservoir 11 liegt auch eine Rückstellfeder 12.
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Auf der anderen Seite des Rotors 4 / Stators 5 zum Zwischenspeicher / Standardölreservoir 11 ist ein Spritzölreservoir 13 zur Aufnahme von Spritzöl ausgebildet. Aus diesem Grund ist dort auch ein Auffangblech 14 angeordnet. Am radial innenseitigen Ende des Auffangbleches 14 vorbei in das Spritzölreservoir 13 hineinragend ist ein Spritzölzulauf / eine Transportleitung 15 angeordnet. Dieser Spritzölzulauf 15 ist mit einer Zylinderkopfspritzölsammeleinrichtung verbunden. Sie kann als Auffangvorrichtung 18 ausgestaltet sein, wie sin in den 4 bis 6 dargestellt sind.
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Eine solche Auffangvorrichtung 18 kann eine Rinne 19 und eine daran angebrachte / integrierte Auffangwand / Rückblech 20 besitzen, wie in den 4 bis 6 erkenntlich.
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Zurückkommend auf 1 sei erläutert, dass ein Spalt 16 zwischen der radialen Innenseite des Auffangbleches 14, das die Auffangglocke 2 ausbildet und einem Topf 17 vorhanden ist. Der Topf 17 nimmt eine Spule und einen Magneten auf.
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In 3 sind die unterschiedlichen Schaltstellungen dargestellt, wobei je nach Stellung des Zentralventils 3 die Verbindung der ersten Kammer 9 / Kammer A mit einer Pumpe P geschalten ist und der zweiten Kammer 10 / Kammer B mit einem Tank T verbunden ist. In einer zweiten Schaltstellung sind sowohl die beiden Kammern 9 und 10, als auch die Pumpe P und der Tank T unverbunden, wohingegen in der dritten Schaltstellung die Kammer B auf die Pumpe P geschalten ist und die Kammer A auf den Tank T geschalten ist.
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Wird nun die Kammer A von Hydraulikfluid befüllt, verstellt sich die am Rotor angebundene Nockenwelle in die eine Richtung, wohingegen sie sich in die andere Richtung dreht, wenn die andere Kammer, nämlich die Kammer B, mit Hydraulikfluid, bspw. Öl, befüllt wird.
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Zurückkommend auf 1 ist bezüglich des Wirkprinzips auszuführen, dass der Hubmagnet ein Verstellen des Zentralventils 3 erzwingt. Das Zentralventil 3 verschiebt sich in axialer Richtung in Richtung des Hubmagneten oder von diesem Weg. Dabei gibt es unterschiedliche Fluiddurchgänge frei oder verschließt diese. Beispielsweise gibt es eine Stellung, in der ein Durchgang für von der Pumpe P herangefördertes Öl zu der Kammer A freigibt. Die Kammer A füllt sich dann mit Öl. Der Rotor 4 verdreht sich, weil der Flügel 7 verlagert wird. Die Kammer B verkleinert sich und das darin enthaltene Öl verlässt die Kammer B über einen Ablauf der durch das Zentralventil 3 mit dem Tank T verbunden ist.
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Das Zentralventil 3 ist durch den Hubmagneten auch in eine andere Position verlagerbar, in der dann die Kammer A auf den Tank T geschalten ist und die Kammer B auf die Pumpe P. In diesem Fall befüllt sich die Kammer B und die Kammer A verkleinert sich, was zu einer Bewegung des Rotors 4 in nun gegensätzliche Richtung führt.
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Das Zentralventil 3 ist so in den Nockenwellenversteller 1 eingebunden, dass Öl entlang des strichlierten Weges in den Zwischenspeicher 11 geleitet werden kann. Dies ist in einer Schaltstellung 1 oder 3 möglich, nämlich dann, wenn Öl aus der sich verkleinernden Kammer A oder B strömt. Der Zwischenspeicher 11 wird letztlich durch eine Auffangglocke 2, einen Teil der Außenseite des Zentralventils 3 und eine auf der dem Hubmagneten zugewandten Stirnseite des Rotors 4 vorhandene Deckplatte gebildet. Dabei steht an der radialen Innenseite der Auffangglocke 3 ein Vorsprung des die Auffangglocke 2 bildendend Auffangbleches 14 soweit axial über das Zentralventil 3 über, dass es jenes aus dem Zentralventil 3 austretende Öl, welches dann Fliehkräften in Radialrichtung unterworfen ist, auffängt und in den Zwischenspeicher 11 umleitet und dort sammelt.
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Die auf der anderen Stirnseite des Rotors 4 vorhandene Leitung, welche den Spritzölzulauf 15 darstellt, verläuft im Wesentlichen in Radialrichtung von radial außen nach radial innen und weist bspw. in einem Endbereich eine Abknickung auf.
Das Spritzölreservoir 13 wird von der Innenseite des Auffangbleches 14, eine auf der dem Hubmagneten abgewandte Stirnseite des Rotors 4 vorhandene Deckplatte, einem das Zentralventil 3 aufnehmende Nockenwellenabsatz und einem Lagerungsbauteil definiert. Auch kann es einen Spalt geben, etwa zwischen dem Lagerungsbauteil und einem radial innersten Abschnitt des Auffangbleches 14. In diesem Spalt ist in vorliegender Ausführungsform der Spritzölzulauf 15 angeordnet.
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Über die Zylinderkopfspritzölsammeleinrichtung wird nun Spritzöl im Bereich des Zylinderkopfes aufgefangen und entlang des über drei mit punktierten Pfeilen gekennzeichnete Wege verteilt. Das Spritzöl wird in das Spritzölreservoir 13 gebracht und dort gesammelt, bis es einer der Kammern A oder B zugeführt wird.
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Die beiden Auffangbleche 14, die maßgeblich entweder den Zwischenspeicher 11 oder das Spritzölreservoir 13 definieren, haben eine solche Form, dass sie einfach auf den Stator 5 und jene Deckplatten, die den Rotor (aber auch den Stator) stirnseitig begrenzen, aufschiebbar sind.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Nockenwellenversteller
- 2
- Auffangglocke
- 3
- Zentralventil
- 4
- Rotor
- 5
- Stator
- 6
- Kettenradabschnitt
- 7
- Flügel
- 8
- Flügelzelle
- 9
- erste Kammer / Kammer A
- 10
- zweite Kammer / Kammer B
- 11
- Zwischenspeicher / Standardölreservoir
- 12
- Rückstellfeder
- 13
- Spritzölreservoir
- 14
- Auffangblech
- 15
- Transportleitung / Spritzölzulauf
- 16
- Spalt
- 17
- Topf
- 18
- Auffangvorrichtung
- 19
- Rinne
- 20
- Auffangwand / Rückblech
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102016204779 A1 [0002, 0004]
- DE 102017111740 A1 [0003]
