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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Anmeldung bezieht sich auf Verbrennungsmotoren (ICEs) und insbesondere auf bei ICEs eingesetzte variable Nockensteuerung.
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HINTERGRUND
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Verbrennungsmotoren (ICEs) nutzen eine oder mehrere Nockenwellen zum Öffnen und Schließen von Einlass- und Auslassventilen als Reaktion darauf, dass Nockenerhebungen selektiv Ventilschäfte betätigen, wenn sich die Nockenwelle(n) dreht bzw. drehen, wobei die Kraft von Ventilfedern, die die Ventile auf dem Sitz halten, überwunden wird. Die Form und Winkelstellung der Nockenerhebungen kann sich auf den Betrieb des ICE auswirken. In der Vergangenheit war die Winkelstellung der Nockenwelle in Bezug auf die Winkelstellung der Kurbelwelle feststehend. Die Leistungsfähigkeit kann jedoch verbessert werden, indem die Winkelstellung der Nockenwelle bezüglich der Kurbelwelle unter Verwendung von VCT(Variable Camshaft Timing - variable Nockenwellensteuerung)-Technologien variiert wird. VCT-Technologien können unter Verwendung von VCT-Vorrichtungen (die gelegentlich als Nockenwellenwinkelversteller bezeichnet werden), die die Winkelstellung der Nockenwelle bezüglich der Kurbelwelle ändern, implementiert werden. Diese Nockenwellenwinkelversteller können hydraulisch betätigt sein. In Bezug auf hydraulisch betätigte Nockenwellenwinkelversteller kann sich auch die Geschwindigkeit, mit der sich die Winkelstellung der Nockenwelle bezüglich der Kurbelwelle ändert, auf die ICE-Leistungsfähigkeit auswirken. Es wäre hilfreich, einen Nockenwellenwinkelversteller zu implementieren, der die Winkelstellung der Nockenwelle bezüglich der Kurbelwelle schneller ändert, insbesondere bei niedrigen Temperaturen.
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KURZDARSTELLUNG
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Bei einer Implementierung umfasst eine hydraulische variable Nockenwellensteuerungsanordnung (VCT-Anordnung) einen Stator, der mindestens eine Fluidkammer aufweist; und einen Rotor, der in dem Stator aufgenommen und bezüglich diesem in einem Winkel verlagerbar ist und mindestens einen Flügel, der in der Fluidkammer positioniert ist und sich von einer Nabe radial nach außen erstreckt, und eine in dem Rotor positionierte Hydraulikschalteranordnung zum Regulieren eines Fluidstroms zwischen einer Frühverstellungskammer und einer Spätverstellungskammer durch den Flügel aufweist.
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Bei einer Implementierung umfasst eine hydraulische VCT-Anordnung einen Stator, der mindestens eine Fluidkammer aufweist; einen Rotor, der in dem Stator aufgenommen und bezüglich diesem in einem Winkel verlagerbar ist und mindestens einen Flügel, der in der Fluidkammer positioniert ist und sich von einer Nabe radial nach außen erstreckt, und eine in dem Rotor positionierte Hydraulikschalteranordnung zum Verhindern eines Fluidstroms zwischen einer Frühverstellungskammer und einer Spätverstellungskammer bei oder unter einer vorbestimmten Temperatur und Gestatten eines Fluidstroms zwischen der Frühverstellungskammer und der Spätverstellungskammer über der vorbestimmten Temperatur aufweist.
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Bei einer Implementierung umfasst eine hydraulische VCT-Anordnung einen Stator, der mindestens eine Fluidkammer aufweist; einen Rotor, der in dem Stator aufgenommen und bezüglich diesen in einem Winkel verlagerbar ist und mindestens einen Flügel, der in der Fluidkammer positioniert ist und sich von einer Nabe radial nach außen erstreckt, und eine in dem Rotor positionierte Hydraulikschalteranordnung zum Regulieren eines Fluidstroms zwischen einer Frühverstellungskammer und einer Spätverstellungskammer durch den Flügel aufweist; und einen gewundenen Fluidpfad, der mit der Hydraulikschalteranordnung in Strömungsverbindung steht und so dimensioniert und geformt ist, dass Fluidstrom von einer Fluidquelle ein Fluidventil in einer Stellung hält, die Fluidstrom zwischen der Frühverstellungskammer und der Spätverstellungskammer bei oder unter einer vorbestimmten Temperatur gestattet und Fluidstrom zwischen der Frühverstellungskammer und der Spätverstellungskammer über der vorbestimmten Temperatur verhindert.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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- 1 ist eine perspektivische Ansicht, die eine Implementierung einer hydraulischen variablen Nockenwellensteuerungs-Verstelleranordnung (VCT-Verstelleranordnung) mit einer Hydraulikschalteranordnung darstellt;
- 2 ist eine weitere perspektivische Ansicht, die eine Implementierung einer hydraulischen VCT-Verstelleranordnung mit einer Hydraulikschalteranordnung darstellt;
- 3a ist eine perspektivische Ansicht, die eine Implementierung eines bei einer hydraulischen VCT-Verstelleranordnung verwendeten Rotors und einer Hydraulikschalteranordnung darstellt;
- 3b ist eine weitere perspektivische Ansicht, die eine Implementierung eines bei einer hydraulischen VCT-Verstelleranordnung verwendeten Rotors und einer Hydraulikschalteranordnung darstellt;
- 4 ist eine Querschnittsansicht, die eine Implementierung einer hydraulischen VCT-Verstelleranordnung und einer Hydraulikschalteranordnung darstellt;
- 5a ist eine weitere perspektivische Ansicht, die eine Implementierung eines bei einer hydraulischen VCT-Verstelleranordnung verwendeten Rotors und einer Hydraulikschalteranordnung darstellt;
- 5b ist eine perspektivische Ansicht, die einen Teil einer Implementierung einer hydraulischen VCT-Verstelleranordnung und einer Hydraulikschalteranordnung darstellt;
- 6a ist eine Querschnittsansicht, die eine Implementierung eines bei einer hydraulischen VCT-Verstelleranordnung verwendeten Rotors und einer Hydraulikschalteranordnung darstellt;
- 6b ist eine weitere Querschnittsansicht, die einen Teil einer Implementierung einer hydraulischen VCT-Verstelleranordnung und einer Hydraulikschalteranordnung darstellt;
- 7a ist eine Querschnittsansicht, die eine Implementierung einer hydraulischen VCT-Verstelleranordnung und einer Hydraulikschalteranordnung darstellt;
- 7b ist eine weitere Querschnittsansicht, die eine Implementierung einer hydraulischen VCT-Verstelleranordnung mit einer Hydraulikschalteranordnung darstellt;
- 8a ist eine weitere Querschnittsansicht, die eine Implementierung einer hydraulischen VCT-Verstelleranordnung und einer Hydraulikschalteranordnung darstellt;
- 8b ist eine weitere Querschnittsansicht, die eine Implementierung einer hydraulischen VCT-Verstelleranordnung und einer Hydraulikschalteranordnung darstellt;
- 9a ist eine weitere Querschnittsansicht, die eine Implementierung eines bei einer hydraulischen VCT-Verstelleranordnung verwendeten Rotors und einer Hydraulikschalteranordnung darstellt;
- 9b ist eine weitere Querschnittsansicht, die eine Implementierung eines bei einer hydraulischen VCT-Verstelleranordnung verwendeten Rotors und einer Hydraulikschalteranordnung darstellt;
- 10 ist eine weitere Querschnittsansicht, die eine Implementierung einer hydraulischen VCT-Verstelleranordnung mit einer Hydraulikschalteranordnung darstellt; und
- 11 ist eine weitere Querschnittsansicht, die eine Implementierung einer hydraulischen VCT-Verstelleranordnung mit einer Hydraulikschalteranordnung darstellt.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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Eine hydraulische variable Nockenwellensteuerungs-Verstelleranordnung (VCT-Verstelleranordnung) umfasst eine Hydraulikschalteranordnung, die den Fluidstrom zwischen zwei oder mehr Kammern in dem Versteller gestattet, wenn das Fluid bei oder unter einer vorbestimmten Temperatur austritt, jedoch den Fluidstrom verhindert, sobald das Fluid diese Temperatur überschreitet. Bei vorherigen VCT-Verstellern kann die Geschwindigkeit, mit der der Versteller eine Nockenwelle bezüglich einer Kurbelwelle in einem Winkel verlagert, durch Fluid in einer Kammer beschränkt werden.
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Beispielsweise kann bei Frühverstellung des VCT-Verstellers durch beschränkten Fluidstrom, der aus einer Spätverstellungskammer austritt, die Geschwindigkeit, mit der Fluid in eine Frühverstellungskammer eintreten kann, beschränkt werden und umgekehrt. Die Verstellgeschwindigkeit kann bei geringeren Fluidtemperaturen besonders beschränkt werden. Wenn jedoch die Fluidtemperatur mit der Verbrennungsmotortemperatur ansteigt, wird das Fluid, wie z. B. Motoröl, weniger viskos, und der Fluidstrom nimmt zu. Zu viel Strom kann jedoch zu unerwünschten Schwingungen eines Rotors führen.
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Die hydraulische VCT-Verstelleranordnung mit der Hydraulikschalteranordnung, die hier offenbart wird, umfasst einen gewundenen Fluidpfad, der mit einem oder mehreren Fluidschaltern in Strömungsverbindung steht. Der gewundene Fluidpfad ist so dimensioniert und geformt, dass Fluidstrom von einer Fluidquelle ein Fluidventil in einer Stellung hält, die Fluidstrom zwischen einer Frühverstellungskammer und einer Spätverstellungskammer bei oder unter einer vorbestimmten Temperatur gestattet und Fluidstrom zwischen der Frühverstellungskammer und der Spätverstellungskammer über dieser Temperatur verhindert. Bei hier offenbarten Implementierungen umfasst die Hydraulikventilanordnung gemäß der Darstellung zwei Fluidlogikventile, jedoch sind auch andere Implementierungen, bei denen nur eins verwendet wird, möglich.
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In
1 bis
2 wird eine Implementierung einer VCT-Verstelleranordnung in Form eines hydraulisch gesteuerten Nockenwellenwinkelverstellers 10 gezeigt. Ein Beispiel für einen hydraulisch gesteuerten Nockenwellenwinkelversteller wird in
US-Patent Nr. 8,356,583 , auf deren Inhalte hier Bezug genommen wird, beschrieben. Der Versteller 10 umfasst einen Rotor 12, einen Stator 14 und eine Endplatte 16. Der Rotor 12 weist eine Nabe 18 mit Flügeln 20, die sich von der Nabe 18 weg radial nach außen erstrecken, und eine Drehachse (x) auf. Neben den Flügeln 20 kann der Rotor 12 eine oder mehrere Fluidkammern 22 zum selektiven Leiten von Fluid zwischen den Fluidkammern 22 sowie einer Fluidquelle und einem Fluidtank (nicht gezeigt) umfassen. Die Nabe 18 kann mit einem distalen Ende einer Nockenwelle derart starr gekoppelt sein, dass der Rotor 12 und die Nockenwelle nicht in einem Winkel bezüglich einander verlagert werden.
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Der Stator 14 kann ein Nockenwellen-Kettenrad 24 auf einer radial äußeren Fläche des Stators 14 umfassen. Das Nockenwellen-Kettenrad 24 kann mit einem Endlosband, wie z. B. einer Kette, in Eingriff stehen, das bzw. die mit einem Kurbelwellen-Kettenrad in Eingriff steht, das eine Drehkraft von der Kurbelwelle auf den Stator 14 überträgt. Der Rotor 12 kann dahingehend in dem Stator 14 positioniert sein, sich bezüglich des Stators 14 zu drehen und den Rotor 12 bezüglich des Stators 14 in einem Winkel zu verlagern und die Phase der Nockenwelle bezüglich der Kurbelwelle zu verstellen. Der Rotor 12 kann in einem in dem Stator 14 ausgebildeten Statorhohlraum 26 so aufgenommen sein, dass sich die Flügel 20 in Fluidkammern 22, die in dem Statorhohlraum 26 ausgebildet sind, erstrecken. Die Fluidkammern 22 sind von der Nabe 18 aus radial nach außen hin positioniert, so dass jeder Flügel 20 die Fluidkammer 22 in einen Frühverstellungskammerabschnitt 28 und einen Spätverstellungskammerabschnitt 30 unterteilen kann. Der Rotor 12 kann sich als Reaktion darauf, dass Fluid dem Frühverstellungs- oder Spätverstellungskammerabschnitt 28, 30 zugeführt wird oder aus diesem austritt, um die Drehachse (x) in dem Statorhohlraum 26 drehen, wodurch die Winkelstellung der Nockenwelle bezüglich der Winkelstellung des Stators 14 verstellt wird.
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Der Rotor 12 wird in 3 bis 8 mit einer Hydraulikschalteranordnung 32 genauer gezeigt. Die Hydraulikschalteranordnung 32 umfasst einen gewundenen Fluidpfad 34, ein Kurz-Logikventil 36 und ein Kammer-Logikventil 38. Fluid kann von einer Fluidquelle (nicht gezeigt) durch eine Nockenwelle 40 dem gewundenen Fluidpfad 34 zugeführt werden. Der gewundene Fluidpfad 34 kann ein nichtlinearer Fluidpfad von einem Einlass 42 zu einem Auslass 44 sein, der Fluidstrom bei geringeren Temperaturen, wenn Fluid, wie z. B. Motoröl, viskoser als bei höheren Temperaturen ist, zumindest etwas hemmt. Der gewundene Fluidpfad 34 kann bei einer Implementierung eine Stange oder ein Stopfen mit kreisförmigem Querschnitt sein, bei der bzw. dem Fluidkanäle auf einer radialen Außenfläche ausgebildet sind. Es versteht sich jedoch, dass der gewundene Fluidpfad 34 verschiedenartig implementiert werden kann. Beispielsweise kann der gewundene Fluidpfad durch das Gewinde einer mittigen Schraube definiert werden, die zur Unterbringung eines Schieberventils, das die Verstellung des Nockenwellenwinkelverstellers steuert, verwendet wird. Oder in einem anderen Beispiel kann der gewundene Fluidpfad in einen Rotor oder eine Endplattenseite geätzt sein. Die Fluidkanäle 46 können sich von dem Einlass 42 zu dem Auslass 44 erstrecken. Wenn Fluid in den Einlass 42 eintritt, kann die Rate, mit der das Fluid strömt, bei geringeren Motortemperaturen reduziert sein. Mit Anstieg der Fluidtemperatur steigt auch die Rate, mit der das Fluid durch den gewundenen Fluidpfad 34 strömt.
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Das aus dem Auslass 44 austretende Fluid kann dann zu dem Kurz-Logikventil 36 und dem Kammer-Logikventil 38 geleitet werden. Das Kammer-Logikventil 38 gestattet selektiv den Fluidstrom zu dem Frühverstellungskammerabschnitt 28 oder dem Spätverstellungskammerabschnitt 30 basierend auf der Fluidströmungsrate durch den gewundenen Fluidpfad 34. Das Kurz-Logikventil 36 gestattet selektiv den Fluidstrom zwischen dem Frühverstellungs- und dem Spätverstellungskammerabschnitt 28, 30 basierend auf der Fluidströmungsrate durch den gewundenen Fluidpfad 34. Das Kurz-Logikventil 36 kann den Fluidstrom durch den Flügel 20 über einen kürzenden Fluidpfad 48 steuern. Das Kurz-Logikventil 36 und das Kammer-Logikventil 38 können linear bewegliche Schieberventile sein, die sich parallel zu einer Nockenwellendrehachse erstrecken und Schieber 50 mit einem oder mehreren Stegen 52 aufweisen, die durch eine Feder 54 oder ein anderes Vorspannglied in eine Standardstellung vorgespannt sind. Die Standardstellung des Kurz-Logikventils 36 kann das Strömen von Fluid durch den kürzenden Fluidpfad 48 zwischen dem Frühverstellungskammerabschnitt 28 und dem Spätverstellungskammerabschnitt 30 gestatten, während die Standardstellung des Kammer-Logikventils 38 das Strömen von Fluid von einem Steuerventil zu entweder dem Frühverstellungs- oder dem Spätverstellungskammerabschnitt 28, 30 verhindern kann. Wenn der Fluidstrom durch den gewundenen Fluidpfad 34 zusammen mit der Motortemperatur zunimmt, kann der Strom eine lineare Kraft auf den Schieber 50 ausüben, die ausreicht, um die Vorspannung der Feder 54 zu überwinden und den Schieber 50 linear zu bewegen. Das Kurz-Logikventil 36 kann dann einen Schieber 50a mit Stegen 52 aufweisen, die sich dahingehend bewegen, das Strömen von Fluid durch den kürzenden Fluidpfad 48 zu verhindern. Und der verstärkte Fluidstrom kann den Schieber 50b des Kammer-Logikventils 38 bewegen, so dass die Stege 52 das Strömen von Fluid von dem gewundenen Fluidpfad 34 zu dem Frühverstellungs- oder dem Spätverstellungskammerabschnitt 28, 30 nicht mehr verhindern.
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Nach Abschalten des Motors können die in dem Kurz-Logikventil 36 und dem Kammer-Logikventil 38 enthaltenen Federn 54 die Schieber 50 zurück in ihre Standardstellungen bewegen, und der Fluidstrom kann umgekehrt werden, wodurch Fluid zu dem gewundenen Fluidpfad 34 und der Fluidquelle bewegt wird. Der umgekehrte Fluidstrom kann das Fluid von dem Fluidauslass 44 und zu dem Einlass 42 bewegen. Dies kann hilfreich sein, falls der Motor ausgeht, da die Logikventile 36, 38 dem Verlust von Fluiddruck entgegenwirken würden, wodurch ein Neustart ermöglicht wird. Die Hydraulikschalteranordnung 32, die die Fluidpfade und die Logikventile umfasst, kann auf Soll-Leistungsmerkmale basierend auf Variablen, wie z. B. Fluidkanalgröße und Größe/Form der Logikventile, eingestellt werden.
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Es wird eine weitere Implementierung einer Hydraulikschalteranordnung, die nicht mehr als ein Fluid-Logikventil umfasst, gezeigt. Die Anordnung kann einen Rotor 12' umfassen, der eine etwas längere axiale Länge, gemessen entlang der Nockenwellendrehachse, als Ausführungsformen der Anordnung, die zwei oder mehr Fluid-Logikventil umfassen, aufweist. Der Rotor 12` kann ein Doppel-Logikventil 56 umfassen, das sich entlang einer axialen Länge des Rotors 12' erstreckt und das den Fluidstrom durch den kürzenden Fluidpfad 48 zwischen dem Frühverstellungs- und dem Spätverstellungskammerabschnitt 28, 30 basierend auf der Fluidströmungsrate durch den gewundenen Fluidpfad 34 sowie das Strömen von Fluid von einem Steuerventil zu entweder dem Frühverstellungs- oder dem Spätverstellungskammerabschnitt 28, 30 steuern kann. Das Doppel-Logikventil 56 kann einen Schieber 50` mit Stegen 52 umfassen, die sich dahingehend linear bewegen, das Strömen von Fluid durch den kürzenden Fluidpfad 48 und Fluid zu dem Frühverstellungs- und dem Spätverstellungskammerabschnitt 28, 30 zu gestatten oder zu beschränken. 9a und 10 stellen den Schieber 50` durch eine Feder in eine Standardstellung vorgespannt, wenn die Fluidtemperatur verhältnismäßig gering ist, dar. Der Schieber 50` gestattet das Strömen von Fluid durch den kürzenden Fluidpfad 48. Wenn der Verbrennungsmotor warmläuft und das Fluid weniger viskos wird, kann die Fluidströmungsrate durch den gewundenen Fluidpfad 34 zunehmen und dabei die Federvorspannung überwinden und den Schieber 50` linear bewegen, so dass das Strömen von Fluid durch den kürzenden Fluidpfad verhindert wird, während Fluidstrom zu dem Frühverstellungs- und dem Spätverstellungskammerabschnitt 28, 30 gestattet wird, wie in 9b und 11 gezeigt wird.
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Es versteht sich, dass das Vorstehende eine Beschreibung einer oder mehrerer Ausführungsformen der Erfindung ist. Die Erfindung ist nicht auf die bestimmte Ausführungsform (bestimmten Ausführungsformen), die hier offenbart wird (werden), beschränkt, sondern wird stattdessen lediglich durch die nachstehenden Ansprüche definiert. Des Weiteren beziehen sich die in der vorstehenden Beschreibung enthaltenen Aussagen auf bestimmte Ausführungsformen und sollen nicht als Beschränkungen des Schutzumfangs der Erfindung oder der Definition von Begriffen, die in den Ansprüchen verwendet werden, ausgelegt werden, außer wenn ein Begriff oder eine Formulierung ausdrücklich oben definiert wird. Verschiedene weitere Ausführungsformen und verschiedene Änderungen und Modifikationen an der offenbarten Ausführungsform (den offenbarten Ausführungsformen) werden für den Fachmann offensichtlich. Alle solche weiteren Ausführungsformen, Änderungen und Modifikationen sollen in den Schutzumfang der anhängigen Ansprüche fallen.
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Wie in dieser Beschreibung und den Ansprüchen verwendet, sollen die Begriffe „z. B.“, „zum Beispiel“, „beispielsweise“, „wie z. B.“ und „wie“, und die Verben „umfassen“, „aufweisen“, „enthalten“ und andere Verbformen, wenn in Verbindung mit einer Aufzählung einer oder mehrerer Komponenten oder anderer Elemente verbunden, als offen ausgelegt werden, was bedeutet, dass die Aufzählung nicht als andere oder zusätzliche Komponenten oder Elemente ausschließend betrachtet werden soll. Anderen Begriffen soll ihre weiteste angemessene Bedeutung verliehen werden, es sei denn sie werden in einem Zusammenhang verwendet, der eine andere Interpretation erfordert.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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