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Die Erfindung betrifft ein Steuerventil für eine Vorrichtung zur variablen Einstellung der Steuerzeiten von Gaswechselventilen einer Brennkraftmaschine mit einem hohl ausgeführten Ventilgehäuse mit zumindest zwei getrennten Arbeitsanschlüssen A und B, zumindest einem Unterstützungsanschluss ATP, zumindest einem Zulaufanschluss P und zumindest einem Ablaufanschluss T, wobei das Ventilgehäuse eine Öffnung für einen im Steuerventil angeordneten Steuerkolben aufweist, und eine Ölführungshülse im inneren des Ventilgehäuses die Kommunikation zwischen den Anschlüssen ermöglicht.
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In Brennkraftmaschinen werden zur Betätigung der Gaswechselventile Nockenwellen eingesetzt. Die Nocken der Nockenwelle liegen an Nockenfolgern, beispielsweise Tassenstößeln, Schlepphebeln oder Schwinghebeln an. Wird die Nockenwelle in Drehung versetzt wälzen die Nocken sich an den Nockenfolgern ab und betätigen so die Gaswechselventile. Lage und Form der Nocken bestimmen so die Öffnungsdauer, Öffnungsamplitude und die Öffnungszeiten der Gaswechselventile.
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Die Phasenlage der Nockenwelle zur Kurbelwelle ist hierbei ausschlaggebend, da die Kurbelwelle über ein Antriebskonzept, wie Ketten-, Riemen- oder Zahnradtrieb mit der Nockenwelle in Verbindung steht. Hierbei befindet sich zwischen der Antriebsverbindung und der Nockenwelle eine Vorrichtung zur variablen Einstellung der Steuerzeiten der Brennkraftmaschine, im folgenden auch Nockenwellenversteller genannt, die das Drehmoment der Kurbelwelle auf die Nockenwelle überträgt. Dieser Nockenwellenversteller hält während des Betriebs der Brennkraftmaschine die Nockenwelle gegenüber der Kurbelwelle in einer bestimmten Phasenlage, bzw. kann diese in einem gewissen Winkelbereich verdrehen.
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In Brennkraftmaschinen mit je einer Nockenwelle für die Einlass- und die Auslassventile können dieses mit je einem Nockenwellenversteller ausgestatte werden. Dadurch können die Öffnungs- und Schließzeitpunkte der Einlass- und Auslassgaswechselventile relativ zueinander verschoben und Ventilüberschneidungen gezielt eingestellt werden.
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Eine bevorzugte Ausführungsform hydraulisch verstellbarer Nockenwellenwellenversteller stellt der Rotationskolbenversteller dar. Bei diesem ist das Antriebsrad drehfest mit einem Stator verbunden. Der Stator und ein Rotor bzw. Abtriebselement sind konzentrisch zueinander angeordnet, wobei der Rotor kraft-, form- oder stoffschlüssig, beispielsweise mittels eines Presssitzes, einer Schraub- oder Schweißverbindung mit einer Nockenwelle, eine Verlängerung der Nockenwelle oder einer Zwischenwelle verbunden ist. Im Stator sind mehrere, in Umfangsrichtung beabstandete Hohlräume ausgebildet, die sich ausgehend vom Rotor radial nach außen erstrecken. Die Hohlräume sind in axialer Richtung durch Seitendeckel druckdicht begrenzt. In jedem dieser Hohlräume erstreckt sich ein mit dem Rotor verbundener Flügel, der den jeweiligen Hohlraum in zwei Druckkammern teilt. Dies nennt sich unter anderem Flügelzellenprinzip. Durch gezieltes Verbinden der einzelnen Druckkammern mit einer Druckmittelpumpe bzw. mit einem Tank kann die Phase der Nockenwelle relativ zur Kurbelwelle verstellt bzw. gehalten werden. Hierbei werden für gewöhnlich die Druckkammern als A und B bezeichnet.
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Zur Steuerung des Nockenwellenverstellers erfassen Sensoren die Kenndaten des Motors, wie beispielsweise den Lastzustand und die Drehzahl. Diese Daten werden einer elektronischen Kontrolleinheit zugeführt, die nach Vergleich der Daten mit einem Kenndatenfeld der Brennkraftmaschine den Zu- und den Abfluss von Druckmittel zu den verschiedenen Druckkammern steuert.
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Um die Phasenlage der Nockenwelle gegenüber der Kurbelwelle zu verstellen wird eine der zwei gegeneinander wirkenden Druckkammern eines Hohlraums mit einer Druckmittelpumpe und die andere mit dem Tank verbunden. Der Zulauf von Druckmittel zu einer Kammer, Druckbeaufschlagung, in Verbindung mit dem Ablauf von Druckmittel aus der anderen Kammer, Druckentlastung, verschiebt den in den Druckkammern befindlichen Flügel und bewirkt so eine Verdrehung der Nockenwelle gegenüber der Kurbelwelle. Die hier erfolgende Druckübersetzung, die für die Rotationsbewegung des Rotors benötigt wird, ist direkt proportional zu Flügelfläche und Druckmitteldruck. Wird die Druckkammer A durch Fluideinfluss größer nennt sich diese Verstellung der Nockenwelle gegenüber der Kurbelwelle in Richtung „früh“. Wird wiederum die Druckkammer B mit Druck beaufschlagt, und größer, nennt sich diese Verdrehung der Nockenwelle gegenüber der Kurbelwelle in Richtung „spät“. Um die Phasenlage zu halten werden beide Druckkammern entweder mit der Druckmittelpumpe verbunden oder sowohl von der Druckmittelpumpe als auch vom Tank getrennt, dies nennt sich Mittenverriegelung.
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Die Steuerung der Druckmittelströme zu bzw. von den Druckkammern erfolgt mittels eines Steuerventils, meist mittels eines 4/3-Wegeproportionalventils. Dieses weist ein Ventilgehäuse auf, welches mit je einem Anschluss für die Druckkammern, auch Arbeitsanschluss genannt, und zumindest zwei Versorgungsanschlüssen versehen ist. Zumindest einer der Versorgungsanschlüsse dient als Zulaufanschluss, über den dem Steuerventil Druckmittel von einer Druckmittelpumpe zugeführt wird. Des Weiteren dient ein weiterer Versorgungsanschluss als Ablaufanschluss, über den das aus den Druckkammern austretende Druckmittel abgeführt wird. Dabei kann vorgesehen sein, dass der Ablaufanschluss mit einem Tank, bzw. einem Druckmittelspeicher, kommuniziert.
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Innerhalb des im Wesentlichen hohlzylindrisch ausgeführten Ventilgehäuses ist ein axial verschiebbarer Steuerkolben angeordnet. Der Steuerkolben kann mittels einer elektromagnetischen, pneumatischen oder hydraulischen Stelleinheit, entgegen der Federkraft eines Federelements axial in jede Position zwischen zwei definierten Endstellungen gebracht werden. Der Steuerkolben ist weiterhin mit Steuerabschnitten, die Steuerkanten aufweisen, und Ringnuten versehen, wodurch die Anschlüsse miteinander verbunden oder gegeneinander gesperrt werden können. Durch gezielte Verbindung der Arbeitsanschlüsse mit den Versorgungsanschlüssen können somit die einzelnen Druckkammern oder Gruppen von Druckkammern wahlweise mit der Druckmittelpumpe oder dem Tank verbunden werden. Ebenso kann eine Stellung des Steuerkolbens vorgesehen sein, in der die Druckmittelkammern sowohl von der Druckmittelpumpe als auch vom Druckmitteltank getrennt sind.
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In dem Ventilgehäuse selbst kann eine Ölführungshülse liegen, welche die Kommunikation zwischen den Anschlüssen über den Steuerkolben ermöglicht. Diese Ölführungshülse weist hierfür meist mehrere Radialöffnungen und zumindest einen axial verlaufenden Druckmittelkanal auf, welcher den Druckmitteleingangsanschluss mit dem Innenraum des Ventilgehäuses verbindet.
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Nockenwellenverstellervariationen mit integriertem Druckmittelreservoir als Speicher für das Hydrauliköl, bzw. Druckmittelspeicher, nennen sich „Smart-Phaser“. Diese Volumenspeicher werden direkt mit den einzelnen Kammern verbunden und dienen zur Nachführung von Hydrauliköl während der Druckbeaufschlagung einer Druckkammer. Über ein in der Druckkammer integriertes Rückschlagventil kann so unkontrolliertes Ausströmen des Hydrauliköls aus der Arbeitskammer des Nockenwellenverstellers unterbunden werden.
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Smart-Phaser weisen bereits verglichen zu herkömmlichen Nockenwellenverstellern einen deutlich geringeren Druckmitteldurchsatz und eine höhere Verstellgeschwindigkeit auf. Allerdings gibt es in die Verdrehrichtung „früh“ Betriebszustände, in denen das Schleppmoment der Nockenwelle relativ zu den Wechselmomenten sehr hoch ist, wodurch eine hohe Druckübersetzung benötigt wird um allein durch den Pumpendruck den Rotor gegen die Schlepp- und Reibmomente zu verstellen. Einerseits können durch die entstehenden Drucküberhöhungen Kavitationseffekte auftreten, andererseits wird der Nockenwellenversteller, bzw. die Flügelfläche, so ausgelegt, dass bei minimalem Pumpendruck das maximal zu erwartende Reibmoment überwunden werden kann. Abgesehen von der Größe wird die Effizienz über den hier auftretenden vergleichsweisen hohen Ölverbrauch geschmälert.
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Eine Lösung hierfür bietet die
DE 10 2017 109 139 B3 . Diese offenbart einen wie im Bisherigen beschriebenen Nockenwellenversteller mit einer zusätzlichen, zuschaltbaren Druckübersetzung, welche bei der Verdrehung von Rotor gegenüber Stator unterstützt. Diese Druckübersetzung erfolgt durch eine zusätzliche Arbeitskammer des Nockenwellenverstellers, bzw. eine Unterstützungskammer. Das Wegeventil erhält eine weitere Schaltstellung in der die Arbeitskammer A und die Unterstützungskammer mit Druckmittel beaufschlagt werden und die Arbeitskammer B weiterhin mit dem Tank verbunden ist. So lässt sich der gesamte Öldurchsatz reduzieren, da nur bei Bedarf mehr Druckmittel beaufschlagt wird. Hier erfolgt die Druckbeaufschlagung der Unterstützungskammer über das aus der Pumpe ausströmende Druckmittel, welches auf die Arbeitskammer und die Unterstützungskammer aufgeteilt wird. Allerdings bietet diese Smart-Phaser-Variante keine Lösung für die Umsetzung der Druckmittelverteilung über den Steuerkolben auf Arbeitskammer A und die Unterstützungskammer.
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Des Weiteren bietet der aufgezeigte Nockenwellenversteller in einer Schaltstellung, in welcher die Unterstützungskammer geschlossen ist, keine Lösung für den in der Kammer entstehen Unter- oder Überdruck.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde diese geschilderten Nachteile bei der Verwendung eines Smart-Phasers mit Unterstützungskammer zu vermeiden und somit einen Nockenwellenversteller mit einem Steuerventil zu schaffen, der druckmitteleffizient arbeitet, und den Wirkungsgrad des Verbrennungsmotors erhöht.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Zentralventil für einen hydraulisch betätigten Nockenwellenversteller zur Verstellung von Gaswechselventilen eins Verbrennungsmotors gelöst, wobei dieses Zentralventil ein hohl ausgeführtes Ventilgehäuse mit Öffnung für einen im Steuerventil liegenden Steuerkolben aufweist, und dieses Ventilgehäuse zumindest zwei getrennte Arbeitsanschlüsse A und B, zumindest einen Unterstützungsanschluss ATP, zumindest einen Zulaufanschluss P und einen Ablaufanschluss T besitzt, deren Kommunikation durch eine zwischen Ventilgehäuse und Steuerkolben befindliche Ölführungshülse unterstützt wird, wobei in einer ersten Position des Steuerkolbens der Arbeitsanschluss B mit dem Zulaufanschluss P verbunden ist, der Arbeitsanschluss A und der Unterstützungsanschluss ATP mit dem Ablaufanschluss T verbunden sind, und in einer zweiten Position des Steuerkolbens Arbeitsanschluss A, Arbeitsanschluss B und Unterstützungsanschluss ATP verschlossen sind, und in einer dritten Position des Steuerkolbens der Arbeitsanschluss B mit dem Ablaufanschluss T verbunden ist, der Arbeitsanschluss A mit dem Zulaufanschluss P verbunden ist und der Unterstützungsanschluss ATP verschlossen ist, und in einer vierten Position des Steuerkolbens der Arbeitsanschluss B mit dem Ablaufanschluss T verbunden ist, der Arbeitsanschluss A und der Unterstützungsanschluss ATP mit dem Zulaufanschluss P verbunden sind.
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Dabei ist es möglich, dass die Reihenfolge der Positionen erste Position, zweite Position, dritte Position und vierte Position variabel ist.
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Es ist vorgesehen, dass der im Ventilgehäuse liegende Steuerkolben zumindest einen Steuersteg aufweist, welcher beispielsweise durch eine Durchmessererhöhung an gewissen Längsabschnitten umgesetzt werden kann, und dieser in verschiedenen Positionen Anschlüsse verbinden oder blockieren kann.
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Des Weiteren ist vorgesehen, dass die Arbeitsanschlüsse A und B über einen Durchgang im Ventilgehäuse und einen Durchgang in der Ölführungshülse mit dem Hohlraum des Ventilgehäuses verbunden sind, wobei die Durchgänge in der Ölführungshülse zu den Öffnungen des Ventilgehäuses axial versetzt sind, was durch einen zwischen Ölführungshülse und Ventilgehäuse gebildeten Kanal ausgeglichen wird. Dieser Druckmittelkanal kann beispielsweise durch eine Vertiefung in der Mantelfläche der Ölführungshülse ausgebildet sein.
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Erfindungsgemäß ist ein Nockenwellenversteller mit zumindest zwei Hohlräumen vorgesehen, wobei zumindest einer der Hohlräume zwei Arbeitskammern A und B ausbildet und einer der weiteren Hohlräume eine Unterstützungskammer ausbildet, welche wie die Arbeitskammer A fungieren kann, und einem, wie im Vorherigen beschriebenen, Zentralventil. Dieser Nockenwellenversteller kennzeichnet sich besonders dadurch aus, dass die Unterstützungskammer mit dem Unterstützungsanschluss ATP in Verbindung steht. Die der Unterstützungskammer gegenüberliegende Druckkammer ist vorzugsweise in jeder Position mit dem Tank, bzw. dem Druckmittelspeicher verbunden.
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Der bevorzugte Nockenwellenversteller kennzeichnet sich dadurch aus, dass dieser einen drehfest mit der Nockenwelle verbundenen Rotor umfasst und dass ein über einen Steuertrieb mit der Kurbelwelle verbundener Stator gemeinsam mit dem konzentrisch angeordneten Rotor Hohlräume ausbildet, welche durch am Rotor befestigte Flügel in zwei Druckkammern geteilt werden.
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In einer bevorzugten Ausführungsform besitzt dieser Nockenwellenversteller einen Druckmittelspeicher, welcher das Druckmittel bevorratet. In diesem Druckmittelspeicher kann sich neben dem Druckmittel auch Nahe der Drehachse Luft befinden. Das aus dem Ablaufanschluss T austretende Druckmittel wird über die Rotationsbewegung in einer Zentrifuge gesammelt und kann mit Hilfe des Smart-Phaser-Prinzips für die Druckmittelbeaufschlagung verwendet werden.
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In einer Ausführungsvariante des Nockenwellenverstellers wird vorgeschlagen, dass die Unterstützungskammer über den Unterstützungsanschluss ATP nur in der vierten Position des Steuerkolbens mit Druck beaufschlagt wird. In allen weiteren Positionen ist die Unterstützungskammer mit einem Tank, bzw. dem Druckmittelspeicher, verbunden oder hat durch den verschlossenen Unterstützungsanschluss ATP keine Verbindung mit dem Inneren des Ventilgehäuses.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Unterstützungskammer in allen weiteren Positionen, in denen sie nicht druckbeaufschlagt, ist, entweder Luft gefüllt oder fast volumenlos. Ist die Drehrichtung des Nockenwellenverstellers in Richtung „spät“ verkleinert sich das Volumen der Unterstützungskammer. Sollte noch Druckmittel in der Unterstützungskammer vorhanden sein, kann dieses über den Innenraum des Ventilgehäuses in den Tank, bzw. den Druckmittelspeicher, bei Verstellung in Richtung „spät“ abfließen. Ist hauptsächlich Luft in der Unterstützungskammer, verhält sich diese aufgrund der niedrigeren Viskosität der Luft gegenüber dem Druckmittel in beide Drehrichtungen weniger reibungsbehaftet.
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Diese Ausführungsform kann mit Hilfe eines, wie aus dem Smart-Phaser-Prinzip bekannt, Rückschlagventils umgesetzt werden. Sollte durch eine Rotationsbewegung, bei welcher der Unterstützungsanschluss nicht angeschlossen ist, Unterdruck in der Unterstützungskammer entstehen, kann diese über ein in der Kammer integriertes Rückschlagventil Luft ziehen.
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In einer weiteren Verbesserung der Erfindung ist das vorher beschriebene Rückschlagventil mit dem Druckmittelspeicher verbunden. Wird das Rückschlagventil nah zum Drehzentrum positioniert, kann davon ausgegangen werden, dass hauptsächlich Luft in die Unterstützungskammer gesogen wird, da durch die Zentrifuge das Druckmittel im äußeren radialen Bereich gesammelt wird und den Arbeitskammern zur Verfügung steht.
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Figurenliste
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Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und aus den Zeichnungen, in denen Ausführungsbeispiele der Erfindung vereinfacht dargestellt sind.
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Es zeigen:
- 1 Ausführungsbeispiel eines hydraulischen Nockenwellenverstellers;
- 2 Längsschnitt eines Nockenwellenverstellers zur Darstellung der Druckmittelversorgung der Arbeitskammern;
- 3 schematische Darstellung des Nockenwellenverstellers mit Steuerventil in Schaltstellung Position 1;
- 4 schematische Darstellung des Nockenwellenverstellers mit Steuerventil in Schaltstellung Position 3;
- 5 schematische Darstellung des Nockenwellenverstellers mit Steuerventil in Schaltstellung Position 4;
- 6 Längsschnitt eins erfindungsgemäßen Steuerventils in Schaltstellung Position 1;
- 7 Längsschnitt eins erfindungsgemäßen Steuerventils in Schaltstellung Position 2;
- 8 Längsschnitt eins erfindungsgemäßen Steuerventils in Schaltstellung Position 3;
- 9 Längsschnitt eins erfindungsgemäßen Steuerventils in Schaltstellung Position 4.
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Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
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In 1 ist ein Ausführungsbeispiel eines hydraulischen Nockenwellenverstellers 1 zum Verstellen der Ventilsteuerzeiten eines Verbrennungsmotors mit Smart-Phaser-Prinzip dargestellt. Der in 1 schematisch dargestellte hydraulische Nockenwellenversteller 1 ist in bekannter Weise als Flügelzellenversteller ausgebildet und umfasst einen von einer nicht dargestellten Kurbelwelle eines Verbrennungsmotors antreibbaren Stator 2 und eine drehfest mit einer ebenfalls nicht dargestellten Nockenwelle 30 verbindbaren Rotor 3. Der Rotor 3 weist eine Rotornabe 4 auf, aus der sich in radialer Richtung mehrere Flügel 5, 6, 7 erstrecken. Der Stator 2 weist eine Mehrzahl von Stegen 8, 9, 10 auf, welche einen Ringraum 11 zwischen dem Stator 2 und dem Rotor 3 in mehrere Hohlräume 12, 13, 14 unterteilen. Die Hohlräume 12, 13, 14 werden durch die Flügel 5, 6, 7 des Rotors 3 in Arbeitskammern 15, 16, 17, 18, 19, 20 unterteilt. Zusätzlich zu den im Normalbetrieb des hydraulischen Nockenwellenverstellers 1 bekannten Arbeitskammern 15, 16, 17, 18, 19, 20 ist zwischen dem Rotor 3 und dem Stator 2 eine zuschaltbare Unterstützungskammer 34, mit derselben Wirkweise wie die einer Arbeitskammer, für die Druckübersetzung 23 ausgebildet. Der Rotor 3 weist einen Druckmittelspeicher 21 für ein Druckmittel 22 zur Betätigung des hydraulischen Nockenwellenverstellers 1 auf, welcher im Wesentlichen in der Rotornabe 4 ausgebildet ist. Der Rotor 3 weist eine zentrische Öffnung 31 auf, in welche ein Zentralventil 24 zur Ansteuerung der Druckmittelversorgung der Arbeitskammern 15, 16, 17, 18, 19, 20 und der Unterstützungskammer 34 eingeschoben werden kann. Der Druckmittelspeicher 21 ist mit den Arbeitskammern 15, 16, 17, 18, 19, 20 und der Unterstützungskammer 34 verbunden. Dabei sind in den Flügeln 5, 6, 7, 34a des Rotors 4 Rückschlagventile 33, 35, 36, 34b angeordnet, um bei einem Unterdruck in einer der Arbeitskammer 15, 16, 17, 18, 19, 20 ein Nachströmen des Druckmittels 22 aus dem Druckmittelspeicher 21, beziehungsweise das Einströmen eines Luftgemisches aus dem Druckmittelspeicher 21 in die Unterstützungskammer 34, zu ermöglichen. Hierbei liegen die Rückschlagventile 33, 35, 36 der Arbeitskammern 15, 16, 17, 18, 19, 20 weiter weg vom Drehzentrum als das Rückschlagventil 34b der Unterstützungskammer 34.
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In 2 ist ein hydraulischer Nockenwellenversteller 1 mit einem Stator 2 und einem Rotor 3 dargestellt, welcher über einen Aktuator 29 schaltbar ist. Der Rotor 3 ist dabei mit einer Nockenwelle 30 drehfest verbunden und gegenüber dem Stator 2 verdrehbar. Dabei wird das Zentralventil 24 als Steuerventil 27 in der zentrischen Öffnung 31 des Rotors 3 verschoben, um somit die Druckmittelversorgung der Arbeitskammern 15, 16, 17, 18, 19, 20 und der Unterstützungskammer 34 anzusteuern. Die Druckmittelversorgung erfolgt dabei über eine nicht dargestellte Druckmittelpumpe P aus einem Vorratsbehälter T. Dabei wird das Druckmittel 22, insbesondere ein Öl, durch eine Zulaufbohrung 39 in der Nockenwelle 30 gepumpt und über eine weitere Zulaufbohrung 40 dem Zentralventil 24 zugeführt. Über die entsprechenden Öffnungen 41, 42, 42a im Zentralventil 24 können dann die Ölzufuhrkanäle im Rotor 3 mit Druckmittel 22 versorgt werden. Dabei können sowohl der Druckmittelspeicher 21 als auch die Arbeitskammern 15, 16, 17, 18, 19, 20 und die Unterstützungskammer 34 befüllt werden. Durch eine Betätigung des Aktuators 29 kann das Zentralventil 24, beziehungsweise der Steuerkolben 50, entlang der Drehachse 43 des Nockenwellenverstellers 30 verschoben und somit die Ölzufuhrkanäle mit Hilfe der Steuerstege 50a geöffnet oder verschlossen werden.
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In 3 ist ein hydraulischer Nockenwellenversteller 1 in einer Abwicklung dargestellt. Der hydraulische Nockenwellenversteller 1 weist einen Stator 2 und einen Rotor 3 auf. Zwischen dem Stator 2 und dem Rotor sind Arbeitskammern 15, 18 ausgebildet. In 3 ist eine Verstellung eines hydraulischen Nockenwellenverstellers 1 in Richtung „spät“ über Position 1 des Steuerventils dargestellt. Grundsätzlich wird der Drehwinkel der Nockenwelle 30 zur Kurbelwelle im Normalbetrieb des hydraulischen Nockenwellenverstellers 1 dadurch verstellt, dass eine erste Gruppe von Arbeitskammern 15, 16, 17 mit Druckmittel beaufschlagt werden und dadurch ihr Volumen vergrößern, während gleichzeitig das Druckmittel aus einer zweiten Gruppe von Arbeitskammern 18, 19, 20 verdrängt und deren Volumen verringert wird. Die Arbeitskammern 15, 16, 17, 18, 19, 20, deren Volumen bei dieser Verstellbewegung jeweils gruppenweise vergrößert wird, werden im Sinne der Erfindung als Arbeitskammern 15, 16, 17 einer Wirkrichtung bezeichnet, während die Arbeitskammern 18, 19, 20, deren Volumen gleichzeitig verkleinert wird, als Arbeitskammern der entgegengesetzten Wirkrichtung bezeichnet werden. Die Volumenvergrößerung der Arbeitskammern 15, 16, 17 führt dazu, dass der Rotor 3 gegenüber dem Stator 2 in Richtung „früh“ verdreht wird. Eine Volumenvergrößerung der Arbeitskammern 18, 19, 20 bewirkt eine Verstellung des Rotors 3 in Richtung „spät“. Der hydraulische Nockenwellenversteller 1 weist zusätzlich einen Hohlraum 32 mit Flügel 34a auf, welche gemeinsam eine Unterstützungskammer 34 mit einer zusätzlichen Druckübersetzung 23 ausbilden. Bei einer Verstellung in Richtung „spät“ wird diese Druckübersetzung 23 nicht angesteuert, sodass die Unterstützungskammer 34 lediglich mit dem Druckmittelspeicher 21 verbunden ist. Dabei ist das Zentralventil 24 so geschaltet, dass das Druckmittel 22 von der Druckmittelpumpe 25 ausschließlich in die zweite Gruppe B von Arbeitskammern 18, 19, 20 gefördert wird. Zwischen der Druckmittelpumpe 25 und dem Zentralventil 24 ist ein Rückschlagventil 46 vorgesehen, um ein Rückströmen von Druckmittel 22 in den Vorratsbehälter 26 zu vermeiden.
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In 4 ist eine Verstellung eines hydraulischen Nockenwellenverstellers in Richtung „früh“ ohne Einsatz des Druckübersetzers 23 dargestellt. Dabei ist die Druckmittelpumpe 25 über das Zentralventil 24 mit der ersten Gruppe A von Arbeitskammern 15, 16, 17 verbunden und fördert das Druckmittel 22 in diese erste Gruppe A von Arbeitskammern 15, 16, 17. Dabei wird das Volumen der ersten Gruppe A von Arbeitskammern 15, 16, 17 vergrößert und parallel das Volumen der zweiten Gruppe B von Arbeitskammern 18, 19, 20 verkleinert, wodurch der Rotor in Richtung „früh“ verstellt wird. Dabei ist die Unterstützungskammer 34 der Druckübersetzung 23 wie bei einer Verstellung in Richtung „spät“ drucklos geschaltet und lediglich mit dem Druckmittelspeicher 21 verbunden.
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In 5 ist eine Verstellung des Rotors 3 entgegen der Reibungs- und Schleppmomente der Nockenwelle 30 dargestellt. Die Druckübersetzung 23 ist dabei so ausgelegt, dass bei minimalem Pumpendruck der Druckmittelpumpe 25 das maximal zu erwartende Reibmoment überwunden werden kann, um eine Verstellung in Richtung „früh“ sicherzustellen. Die Verstellung in Richtung „spät“ ist wie zu 3 beschrieben in der Regel unkritisch, da hier die Reibmomente bei der Verstellung unterstützen. Eine Verstellung in Richtung „früh“ benötigt jedoch ein größeres Verstellmoment, da hier zusätzlich das Reibmoment überwunden werden muss. Dies ist vor allem dann der Fall, wenn der Verbrennungsmotor mit reduziertem Ventilhub betrieben wird. Dazu wird über das Zentralventil 24 eine Druckübersetzung 23 realisiert, indem eine Unterstützungskammer 34 mit Druck beaufschlagt wird und somit die hydraulisch wirksame Fläche an den Flügeln 5, 6 des Rotors 3 durch den Flügel 34a vergrößert wird. Dabei wird der Volumenstrom des Druckmittels 22 durch das Zentralventil 24 über den Ölversorgungskanal 47 der ersten Gruppe A von Arbeitskammern 15, 16, 17 und über den Ölversorgungskanal 44 der Unterstützungskammer 34 der Druckübersetzung 23 zugeführt. Dadurch vergrößert sich das Verstellmoment in Richtung „früh“. Alternativ könnten auch mehrere Unterstützungskammern 34 in den Nockenwellenversteller 1 integriert und angesteuert werden, wodurch eine entsprechende Anpassung des Übersetzungsverhältnisses der Druckübersetzung 23 möglich ist.
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In 6 ist ein erfindungsgemäßes Zentralventil 24 für den erfindungsgemäßen Nockenwellenversteller 1 im Längsschnitt dargestellt. Der Steuerkolben 50, der durch den Aktuator 29 in Position 1 gehalten wird verbindet den Zulaufanschluss 40b mit der Öffnung 41, welche das Ventilgehäuse 50 über den Ölversorgungskanal 48 mit den Arbeitskammern 18, 19, 20 der Gruppe B verbindet, und den Nockenwellenversteller 1 in Richtung „spät“ verstellen. Die Arbeitskammern 15, 16, 17 der Gruppe A und die Unterstützungskammer 34 sind über die Ölversorgungskanäle 47, 44 und die Öffnungen 42, 42a mit dem Ablaufanschluss 40a verbunden.
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In 7 ist das erfindungsgemäße Zentralventil 24 aus 6 in der Position 2 des Steuerkolbens 50 dargestellt. Hier sind alle Öffnungen 41, 42, 42a am Ventilgehäuse 51 durch die Steuerstege 50a verschlossen, wodurch die Arbeitskammern 15, 16, 17, 18, 19, 20 und die Unterstützungskammer 34 nicht mit Druckmittel 22 beaufschlagt werden können.
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In 8 ist das erfindungsgemäße Zentralventil 24 aus 6 in der Position 3 des Steuerkolbens 50 dargestellt. In dieser Schaltstellung ist der Zulaufanschluss 40b über die Öffnung 42 und den Ölversorgungskanal 47 mit den Arbeitskammern 15, 16, 17 der Gruppe A verbunden. In dieser Ventilstellung ist der Nockenwellenversteller 1 in Richtung „früh“ gedreht. Die Arbeitskammern 18, 19, 20 der Gruppe B sind über den Ölversorgungskanal 48 und die Öffnung 41 mit dem Ablaufanschluss 40a verbunden. Die Öffnung 42a für den Anschluss der Unterstützungskammer 34 wird durch einen Steuersteg 50a des Steuerkolbens 50 blockiert. Sollte nun in der Unterstützungskammer 34 durch die Verdrehung in Richtung „früh“ ein Unterdruck entstehen, wird durch das Rückschlagventil 34b Luft in das innere der Unterstützungskammer 34 gesogen.
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In 9 ist das erfindungsgemäße Zentralventil 24 aus 6 in Position 4 des Steuerkolbens 50 dargestellt. Der Steuerkolben 50 verbindet den Zulaufanschluss 40b über die Öffnungen 42, 42a und die Ölversorgungskanäle 47,44 mit den Arbeitskammern 15, 16, 17 der Gruppe A und der Unterstützungskammer 34. Die Arbeitskammern 18, 19, 20 der Gruppe B sind über die Öffnung 41 und den Ölversorgungskanal 48 mit dem Ablaufanschluss 40a verbunden. Durch die in das Zentralventil integrierte schaltbare Druckübersetzung 23 ist es nun möglich den Rotor 3 entgegen der Reibungs- und Schleppmomente in Richtung „früh“ zu verstellen, wobei der Druckmitteldurchsatz und die damit verbundene Verlustleistung reduziert wird. Dadurch kann der Wirkungsgrad des Verbrennungsmotors gesteigert und der Verbrauch reduziert werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- hydraulischer Nockenwellenversteller
- 2
- Stator
- 3
- Rotor
- 4
- Rotornabe
- 5
- Flügel
- 6
- Flügel
- 7
- Flügel
- 8
- Steg
- 9
- Steg
- 10
- Steg
- 11
- Ringraum
- 12
- Hohlraum
- 13
- Hohlraum
- 14
- Hohlraum
- 15
- Arbeitskammer
- 16
- Arbeitskammer
- 17
- Arbeitskammer
- 18
- Arbeitskammer
- 19
- Arbeitskammer
- 20
- Arbeitskammer
- 21
- Druckmittelspeicher
- 22
- Druckmittel
- 23
- Schaltbare Druckübersetzung
- 24
- Zentralventil
- 25
- Druckmittelpumpe
- 26
- Vorratsbehälter
- 27
- Steuerventil
- 28
- Antriebsverzahnung
- 29
- Aktuator
- 30
- Nockenwelle
- 31
- zentrische Öffnung
- 32
- Hohlraum
- 33
- Rückschlagventil
- 34
- Unterstützungskammer
- 34a
- Flügel
- 34b
- Rückschlagventil
- 35
- Rückschlagventil
- 36
- Rückschlagventil
- 37
- Ventilfeder
- 38
- Ventilkugel
- 39
- Zulaufbohrung
- 40
- Zulaufbohrung
- 40a
- Ablaufanschluss
- 40b
- Zulaufanschluss
- 41
- Öffnung (im Zentralventil)
- 42
- Öffnung (im Zentralventil)
- 42a
- Öffnung für den Anschluss an die Unterstützungskammer (im Zentralventil)
- 43
- Drehzentrum des Nockenwellenverstellers
- 44
- Ölversorgungskanal
- 45
- Ölversorgungskanal
- 46
- Rückschlagventil
- 47
- Ölversorgungskanal
- 48
- Ölversorgungskanal
- 49
- Ölführungshülse
- 50
- Steuerkolben
- 50a
- Steuersteg
- 51
- Ventilgehäuse
- 51a
- Ventilgehäuseöffnung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102017109139 B3 [0013]
