-
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Nockenwellenversteller des Flügelzellentyp für einen Kraftfahrzeug-Antriebsstrang, mit zwischen einem Stator und einem Rotor ausgebildeten Arbeitskammern, die jeweils von einem Flügel des Rotors in eine erste Teilkammer und eine zweite Teilkammer unterteilt sind, wobei die Teilkammern, zur Verstellung des Rotors relativ zu dem Stator mit Hydraulikfluid beaufschlagbar sind, und einem Zentralventil, das über jeweils einen Versorgungskanal, mit den Teilkammern, zur Zuführung des Hydraulikfluids aus einem Druckraum innerhalb des Zentralventils verbunden ist, wobei das Zentralventil eine Ventilhülse, die einen A-Anschluss, einen B-Anschluss, einem C-Anschluss, einen P-Anschluss und einen T-Anschluss besitzt, und einen axial verschieblich radial innerhalb der Ventilhülse angeordneten Ventilkolben aufweist, dessen Steuerkanten so angeordnet sind, dass sie je nach Schaltstellung des Zentralventils die Anschlüsse der Ventilhülse miteinander verbinden oder voneinander trennen. Die Erfindung betrifft ferner ein Zentralventil.
-
Aus dem Stand der Technik sind bereits solche Nockenwellenversteller des Flügelzellentyps bekannt. Ein solcher Nockenwellenversteller ist beispielsweise aus der
DE 10 2010 005 604 A1 bekannt.
-
Zur Verstellung des Drehwinkels der Nockenwelle können die auf die Nockenwelle wirkenden Wechselmomente genutzt werden, was auch als nockenwellenmomentbetätigte Verstellung (camshaft torque actuated (CTA)) bezeichnet wird. Dabei wird das Hydraulikmittel/Hydraulikfluid aus einer Teilkammer durch die auf die Nockenwelle wirkenden Wechselmomente über einen Bypass in die jeweils andere Teilkammer geleitet. Alternativ oder zusätzlich kann zur Verstellung des Drehwinkels der Nockenwelle eine externe Hydraulikmittelzufuhr, wie eine Pumpe, genutzt werden, was auch als öldruckbetätigte Verstellung (oil pressure actuated (OPA)) bezeichnet wird. Dabei wird die eine Teilkammer durch die Hydraulikmittelzufuhr druckbeaufschlagt und die andere Teilkammer mit einem drucklosen Tank/Reservoir zur Hydraulikmittelabfuhr verbunden. Zudem werden mit der kontinuierlich steigenden Komplexität der Motoren unter anderem schaltbare Ventiltriebe verbaut, die abhängig vom Betriebspunkt verschiedene Schaltvorgänge realisieren können. Dadurch können sie die am Nockenwellenversteller ankommenden für die Verstellung benutzten Momente und für die Verstellung benutzt werden sehr stark beeinflussen.
-
Der Vorteil an der Verstellung über die Nockenwellenmomente liegt darin, dass nur ein sehr geringer Hydraulikmittelstrom, nämlich zum Ausgleich der Leckage zwischen den Teilkammern und dem Nockenwellenversteller, benötigt wird. Jedoch ist eine Verstellung über die Nockenwellenmomente nur möglich, wenn die auf die Nockenwelle wirkenden Wechselmomente ausreichend groß sind, da die erzielbaren Verstellgeschwindigkeiten bei niedrigen Wechselmomenten zu gering sind. Der Vorteil an der Verstellung über den Öldruck liegt darin, dass die Verstellung auch bei kleinen Verstellsprüngen mit niedrigen Verstellgeschwindigkeiten gut regelbar ist. Jedoch ist ein verhältnismäßig großer Hydraulikmittelstrom, der über die externe Hydraulikmittelzufuhr zugeführt werden muss, erforderlich, was sich negativ auf den notwendigen Bauraum auswirkt.
-
Zur Vermeidung der Nachteile der beiden Verstellarten (OPA und CTA) wurden sogenannte Smartphaser entwickelt, die den Hauptvorteil bieten, dass sie das OPA- und das CTA-Verstellungsprinzip kombinieren, um größere Verstellgeschwindigkeiten bei kleineren Mengen an Hydraulikmittel zu gewährleisten.
-
So ist beispielsweise aus
DE102016218793 A1 eine Rückschlagventilplatte und ein Ölvolumenspeicher in einem hydraulischen Nockenwellenversteller zur Erhöhung der Verstellgeschwindigkeit durch Kompensieren der Ölleckagenverluste in der Arbeitskammern des Nockenwellenverstellers durch Nachsaugen des Zusatzöls in die Arbeitskammer aus dem Ölvolumenspeicher offenbart.
DE102012201560B4 beschreibt ein sogg. Smart-Steuerventil mit einem Volumenspeicher und Rückschlagventilen in der Ölleitungen A und B. Aus der
US6705260 BB ist des Weiteren ein Rückschlagventilsystem im hydraulischen Nockenwellenversteller als gesteuerter Baypass zwischen Arbeitskammern A und B bekannt.
-
Die
US7198013 BB schlägt einen gesteuerten Bypass zwischen Kammer A und B im hydraulischen Nockenwellenversteller vor, um die Verstellgeschwindigkeit des Nockenwellenverstellers zu erhöhen. Schließlich beschreibt die
DE102006012733B4 die selektive Nutzung von Momenten im Hydraulik-Antrieb, insbesondere durch die Freigabe über Rückschlagsventile im hydraulischen Nockenwellenversteller, z.B. in einem Schaltventil. Dies führt zu einer Linearisierung der Verstellgeschwindigkeit über die Drehzahl des Verbrennungsmotors, während die fortdauernde Nutzung einer möglichst kleinen Hydraulikversorgung aus einer Pumpe zur Verstellung des Kolbens auch bei reinen Schwellanteilen des Moments die hohe Verstellgeschwindigkeit sicherstellt.
-
Es ist daher die Aufgabe der Erfindung einen Nockenwellenversteller bereitzustellen, der die genannten Probleme abmildert oder vollständig beseitigt und einen Nockenwellenversteller mit einer hohen Betriebssicherheit bereitzustellen.
-
Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Nockenwellenversteller des Flügelzellentyp für einen Kraftfahrzeug-Antriebsstrang, mit zwischen einem Stator und einem Rotor ausgebildeten Arbeitskammern, die jeweils von einem Flügel des Rotors in eine erste Teilkammer und eine zweite Teilkammer unterteilt sind, wobei die Teilkammern, zur Verstellung des Rotors relativ zu dem Stator mit Hydraulikfluid beaufschlagbar sind, und einem Zentralventil, das über jeweils einen Versorgungskanal, mit den Teilkammern, zur Zuführung des Hydraulikfluids aus einem Druckraum innerhalb des Zentralventils verbunden ist, wobei das Zentralventil eine Ventilhülse, die einen A-Anschluss, einen B-Anschluss, einem C-Anschluss, einen P-Anschluss und einen T-Anschluss besitzt, und einen axial verschieblich radial innerhalb der Ventilhülse angeordneten Ventilkolben aufweist, dessen Steuerkanten so angeordnet sind, dass sie je nach Schaltstellung des Zentralventils die Anschlüsse der Ventilhülse miteinander verbinden oder voneinander trennen, wobei innerhalb des Zentralventils ein Rückschlagventil an dem C-Anschluss integriert ist.
-
Hierdurch wird der Vorteil erzielt, dass an dem C-Anschluss des Zentralventils im Betriebsfall eine ungewollte Verriegelung verhindert werden kann, wenn an dem C-Anschluss ein niedriger Duck anliegt.
-
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Ventilhülse und/oder der Ventilkolben aus einem Kunststoff geformt ist.
-
Es kann gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterentwicklung der Erfindung auch vorgesehen sein, dass in einer ersten Schaltposition des Zentralventils der A-Anschluss mit dem T-Anschluss verbunden ist und der P-Anschluss einerseits mit dem B-Anschluss sowie anderseits unter Zwischenschaltung des Rückschlagventils mit dem C-Anschluss verbunden ist.
-
Des Weiteren kann es gemäß einer ebenfalls vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen sein, dass in einer zweiten Schaltposition des Zentralventils ausschließlich der P-Anschluss unter Zwischenschaltung des Rückschlagventils mit dem C-Anschluss verbunden ist.
-
Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass in einer dritten Schaltposition des Zentralventils der P-Anschluss einerseits mit dem A-Anschluss sowie anderseits unter Zwischenschaltung des Rückschlagventils mit dem C-Anschluss verbunden ist und der B-Anschluss mit dem T-Anschluss verbunden ist.
-
Des Weiteren kann die Erfindung auch dahingehend weiterentwickelt sein, dass in einer vierten Schaltposition des Zentralventils der P-Anschluss mit dem A-Anschluss und der B-Anschluss sowie der C-Anschluss mit dem T-Anschluss verbunden ist.
-
In einer ebenfalls bevorzugten Ausgestaltungsvariante der Erfindung kann auch vorgesehen sein, dass an dem P-Anschluss außerhalb des Zentralventils ein weiteres Rückschlagventil angeordnet ist
-
Auch kann es vorteilhaft sein, die Erfindung dahingehend weiterzuentwickeln, dass die erste Schaltposition, die zweite Schaltposition, die dritte Schaltposition und die vierte Schaltposition aufeinanderfolgend durch den axialen Versatz des Ventilkolbens gegenüber der Ventilhülse bewirkt ist.
-
Gemäß einer weiteren zu bevorzugenden Ausgestaltung des Erfindungsgegenstandes kann vorgesehen sein, dass der Ventilkolben axial entgegen der Federkraft eines Federelements versetzt wird.
-
Schließlich kann die Aufgabe der Erfindung auch gelöst sein durch ein Zentralventil, insbesondere für einen Nockenwellenversteller, umfassend eine Ventilhülse, die einen A-Anschluss, einen B-Anschluss, einem C-Anschluss, einen P-Anschluss und einen T-Anschluss besitzt, und einen axial verschieblich radial innerhalb der Ventilhülse angeordneten Ventilkolben aufweist, dessen Steuerkanten so angeordnet sind, dass sie je nach Schaltstellung des Zentralventils die Anschlüsse der Ventilhülse miteinander verbinden oder voneinander trennen, wobei innerhalb des Zentralventils ein Rückschlagventil an dem C-Anschluss integriert ist.
-
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Figuren ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens näher erläutert werden.
-
Es zeigt:
- 1 ein hydraulisches Blockschaltbild eines Nockenwellenverstellers,
- 2 eine Axialschnittansicht durch einen Nockenwellenversteller,
- 3 zwei Axialschnittansichten entlang zwei verschiedener Schnittebenen durch ein Zentralventil in einer ersten Schaltposition,
- 4 ein hydraulisches Schaltbild eines Zentralventils in seiner ersten Schaltposition,
- 5 ein Diagramm des Querschnittsverlaufs der Anschlüsse in der ersten Schaltposition des Zentralventils,
- 6 zwei Axialschnittansichten entlang zwei verschiedener Schnittebenen durch ein Zentralventil in einer zweiten Schaltposition,
- 7 ein hydraulisches Schaltbild eines Zentralventils in seiner zweiten Schaltposition,
- 8 ein Diagramm des Querschnittsverlaufs der Anschlüsse in der zweiten Schaltposition des Zentralventils,
- 9 zwei Axialschnittansichten entlang zwei verschiedener Schnittebenen durch ein Zentralventil in einer dritten Schaltposition,
- 10 ein hydraulisches Schaltbild eines Zentralventils in seiner dritten Schaltposition,
- 11 ein Diagramm des Querschnittsverlaufs der Anschlüsse in der dritten Schaltposition des Zentralventils,
- 12 zwei Axialschnittansichten entlang zwei verschiedener Schnittebenen durch ein Zentralventil in einer intermediären Schaltposition,
- 13 ein Diagramm des Querschnittsverlaufs der Anschlüsse in der intermediären Schaltposition des Zentralventils,
- 14 zwei Axialschnittansichten entlang zwei verschiedener Schnittebenen durch ein Zentralventil in einer vierten Schaltposition,
- 15 ein hydraulisches Schaltbild eines Zentralventils in seiner vierten Schaltposition,
- 16 ein Diagramm des Querschnittsverlaufs der Anschlüsse in der vierten Schaltposition des Zentralventils.
-
Die 1 zeigt einen grundsätzlich aus dem Stand der Technik bekannten Nockenwellenversteller 1 des Flügelzellentyp für einen Kraftfahrzeug-Antriebsstrang. Zwischen einem Stator 2 und einem Rotor 3 sind Arbeitskammern 4 ausgebildet, die jeweils von einem Flügel des Rotors 3 in eine erste Teilkammer 5 und eine zweite Teilkammer 6 unterteilt sind.
-
Die Teilkammern 5, 6 zur Verstellung des Rotors 3 sind relativ zu dem Stator 2 mit Hydraulikfluid beaufschlagbar, was gut aus der Zusammenschau der 1-2 hervorgeht. Der Nockenwellenversteller 1 umfasst ferner ein Zentralventil 7, das über jeweils einen Versorgungskanal 8, 9 mit den Teilkammern 5, 6 zur Zuführung des Hydraulikfluids aus einem Druckraum 10 innerhalb des Zentralventils 7 verbunden ist. Das Zentralventil 7 besitzt eine Ventilhülse 21, die einen A-Anschluss, einen B-Anschluss, einen P-Anschluss und einen T-Anschluss besitzt, und einen axial verschieblich radial innerhalb der Ventilhülse 21 angeordneten Ventilkolben 22 aufweist, dessen Steuerkanten 27 so angeordnet sind, dass sie je nach Schaltstellung des Zentralventils 7 die Anschlüsse der Ventilhülse 21 miteinander verbinden oder voneinander trennen. Der A-Anschluss und der B-Anschluss weisen jeweils ein Rückschlagventil 30 auf.
-
Das Zentralventil 7 hat eine Ventilhülse 21, die einen A-Anschluss, einen B-Anschluss, einem C-Anschluss, einen P-Anschluss und einen T-Anschluss besitzt, und einen axial verschieblich radial innerhalb der Ventilhülse 21 angeordneten Ventilkolben 22 aufweist, dessen Steuerkanten 27 so angeordnet sind, dass sie je nach Schaltstellung des Zentralventils 7 die Anschlüsse der Ventilhülse 21 miteinander verbinden oder voneinander trennen. Damit zeigen die 3-16 ein Zentralventil, dass im Vergleich zu der in der 1-2 gezeigten Ausführungsform einen zusätzlichen Anschluss (C-Anschluss) aufweist.
-
Innerhalb des Zentralventils 7 ein Rückschlagventil 23 an dem C-Anschluss integriert ist. Die Ventilhülse 21 und/oder der Ventilkolben 22 aus einem Kunststoff geformt ist.
-
Dem 3-6 ist gut entnehmbar, dass in einer ersten Schaltposition 31 des Zentralventils 7 der A-Anschluss mit dem T-Anschluss verbunden ist und der P-Anschluss einerseits mit dem B-Anschluss sowie anderseits unter Zwischenschaltung des Rückschlagventils 23 mit dem C-Anschluss verbunden ist.
-
Wie in den 6-8 dargestellt ist, ist in einer zweiten Schaltposition 32 des Zentralventils 7 ausschließlich der P-Anschluss unter Zwischenschaltung des Rückschlagventils 23 mit dem C-Anschluss verbunden.
-
Die 9-11 zeigen des Weiteren, dass in einer dritten Schaltposition 33 des Zentralventils 7 der P-Anschluss einerseits mit dem A-Anschluss sowie anderseits unter Zwischenschaltung des Rückschlagventils 23 mit dem C-Anschluss verbunden ist und der B-Anschluss mit dem T-Anschluss verbunden ist.
-
Die 12-13 zeigen eine Schaltposition zwischen der dritten Schaltposition 33 und der vierten Schaltposition 34.
-
In den 14-16 ist gezeigt, dass in einer vierten Schaltposition 34 des Zentralventils 7 der P-Anschluss mit dem A-Anschluss und der B-Anschluss sowie der C-Anschluss mit dem T-Anschluss verbunden ist.
-
Was der 4,7,10 und 15 auch entnommen werden kann ist, dass an dem P-Anschluss außerhalb des Zentralventils 7 ein weiteres Rückschlagventil 24 angeordnet ist.
-
Auch lässt sich durch die Zusammenschau der 3-16 gut erkennen, dass die erste Schaltposition 31, die zweite Schaltposition 32, die dritte Schaltposition 33 und die vierte Schaltposition 34 aufeinanderfolgend durch den axialen Versatz des Ventilkolbens 22 gegenüber der Ventilhülse 21 bewirkt ist. Auch ist gut zu erkennen, dass der Ventilkolben 22 jeweils axial entgegen der Federkraft eines Federelements 25 versetzt wird.
-
Die 5,8,11,13,15 zeigen jeweils ein Diagramm des Querschnittsverlaufs der Anschlüsse in einer Schaltposition des Zentralventils 7. Dabei sind die hydraulischen Pfade zwischen den Anschlüssen entsprechend mit PB,AT,PC,PA,BT und CT bezeichnet.
-
Die Erfindung ist nicht auf die in den Figuren dargestellten Ausführungsformen beschränkt. Die vorstehende Beschreibung ist daher nicht als beschränkend, sondern als erläuternd anzusehen. Die nachfolgenden Patentansprüche sind so zu verstehen, dass ein genanntes Merkmal in zumindest einer Ausführungsform der Erfindung vorhanden ist. Dies schließt die Anwesenheit weiterer Merkmale nicht aus. Sofern die Patentansprüche und die vorstehende Beschreibung ‚erste‘ und ‚zweite‘ Merkmal definieren, so dient diese Bezeichnung der Unterscheidung zweier gleichartiger Merkmale, ohne eine Rangfolge festzulegen.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Nockenwellenversteller
- 2
- Stator
- 3
- Rotor
- 4
- Arbeitskammern
- 5
- Teilkammer
- 6
- Teilkammer
- 7
- Zentralventil
- 8
- Versorgungskanal
- 9
- Versorgungskanal
- 10
- Druckraum
- 21
- Ventilhülse
- 22
- Ventilkolben
- 23
- Rückschlagventil
- 24
- Rückschlagventil
- 25
- Federelement
- 27
- Steuerkanten
- 30
- Rückschlagventil
- 31
- Schaltposition
- 32
- Schaltposition
- 33
- Schaltposition
- 34
- Schaltposition
-
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 102010005604 A1 [0002]
- DE 102016218793 A1 [0006]
- DE 102012201560 B4 [0006]
- US 6705260 [0006]
- US 7198013 [0007]
- DE 102006012733 B4 [0007]
