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Die
Erfindung betrifft das Gebiet der Systeme zur variablen Ventilsteuerung
(VCT). Genauer gesagt bezieht sich die Erfindung auf einen VCT-Mechanismus
mit einer hydraulischen Dämpfung.
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Das
Verhalten einer Brennkraftmaschine kann durch die Verwendung von
zwei Nockenwellen verbessert werden, von denen eine zur Betätigung der
Einlassventile der verschiedenen Zylinder der Brennkraftmaschine
und die andere zur Betätigung der
Auslassventile dient. Typischerweise wird eine von diesen Nockenwellen
von der Kurbelwelle des Motors über
ein Kettenrad und einen Kettenantrieb oder Riemenantrieb angetrieben,
während
die andere Nockenwelle über
ein zweites Kettenrad und einen Kettenantrieb oder einen zweiten
Riemenantrieb angetrieben wird. Alternativ dazu können beide
Nockenwellen über
einen einzigen von der Kurbelwelle angetriebenen Kettenantrieb oder
Riemenantrieb angetrieben werden. Das Verhalten eines Motors mit zwei
Nockenwellen kann in bezug auf die Leerlaufqualität, den Kraftstoffverbrauch,
verringerte Emissionen oder ein erhöhtes Drehmoment weiter verbessert
werden, indem die Lagebeziehung von einer der Nockenwellen, üblicherweise
der Nocken welle, die die Einlassventile des Motors betätigt, relativ
zur anderen Nockenwelle und relativ zur Kurbelwelle verändert wird,
um auf diese Weise die Steuerung des Motors in bezug auf die Betätigung der
Einlassventile relativ zu seinen Auslassventilen oder in bezug auf
die Betätigung
seiner Ventile relativ zur Lage der Kurbelwelle zu verändern.
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In
bezug auf die Diskussion des Hintergrundes der vorliegenden Erfindung
ist es von Nutzen, auf die folgenden US-Patentschriften hinzuweisen.
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Die
US-PS 5 002 023 beschreibt
ein VCT-System auf dem Gebiet der Erfindung, bei dem die Systemhydraulik
ein Paar von entgegengesetzt wirkenden Hydraulikzylindern mit geeigneten
hydraulischen Durchflusselementen aufweist, um wahlweise Hydraulikmittel
von einem der Zylinder zum anderen oder umgekehrt zu überführen und
auf diese Weise die Umfangsposition einer Nockenwelle relativ zu einer
Kurbelwelle vorzubewegen oder zu verzögern. Bei dem Steuersystem
findet ein Steuerventil Verwendung, das die Abgabe von Hydraulikmittel
von dem einen oder dem anderen der entgegengesetzt wirkenden Zylinder
durch die Bewegung eines Schiebers im Ventil von dessen Mittelposition
oder Nullposition in der einen oder anderen Richtung ermöglicht. Die
Bewegung des Schiebers tritt in Abhängigkeit von einem Anstieg
oder Abfall des Steuerhydraulikdrucks P
C an
einem Ende des Schiebers und der Beziehung zwischen der hydraulischen
Kraft an diesem Ende und einer entgegengesetzt gerichteten mechanischen
Kraft am anderen Ende, die von einer hierauf einwirkenden Druckfeder
resultiert, auf.
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Die
US-PS 5 107 804 beschreibt
eine andere Art eines VCT-Systems
auf dem Gebiet der Erfindung, bei dem die Systemhydraulik einen
Flügel
mit Ausbauchungen innerhalb eines umschlossenen Gehäuses aufweist,
der die entgegengesetzt wirkenden Zylinder der vorstehend erwähnten
US-PS 5 002 023 ersetzt.
Der Flügel
kann sich relativ zum Gehäuse hin-
und herbewegen, wobei geeignete hydraulische Durchflusselemente
Hydraulikmittel innerhalb des Gehäuses von einer Seite einer
Ausbauchung zur anderen oder umgekehrt übertragen, um auf diese Weise
den Flügel
relativ zum Gehäuse
in der einen oder anderen Richtung zu bewegen, wodurch die Position
der Nockenwelle relativ zur Kurbelwelle vorbewegt oder verzögert wird.
Das Steuersystem dieses VCT-Systems ist mit dem der
US-PS 5 002 023 identisch, da die
gleiche Art von Steuerventil Verwendung findet, das auf die gleiche
Art von hierauf einwirkenden Kräften
anspricht.
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Die
US-PS'en 5 172 659
und 5 184 578 befassen sich beide mit den Problemen der vorstehend erwähnten VCT-Systeme,
die durch den Versuch zum Ausgleichen der auf das andere Ende des Schiebers
einwirkenden hydraulischen Kraft und der auf das andere Ende einwirkenden
mechanischen Kraft erzeugt werden. Das in den US-PS'en 5 172 659 und
5 184 578 beschriebene verbesserte Steuersystem nutzt eine auf beide
Enden des Schiebers einwirkende hydraulische Kraft. Die auf ein
Ende einwirkende hydraulische Kraft resultiert aus dem direkt einwirkenden
Hydraulikmittel von der Motorölgalerie bei
vollem hydraulischen Druck PS. Die auf das
andere Ende des Schiebers einwirkende hydraulische Kraft resultiert
aus einem Hydraulikzylinder oder einem anderen Kraftvervielfacher,
der in Abhängigkeit von
Systemhydraulikmittel bei reduziertem Druck PC von
einem PWM-Solenoid darauf einwirkt. Da die auf jedes der gegenüberliegenden
Enden des Schiebers einwirkende Kraft hydraulischen Ursprung besitzt und
auf dem gleichen Hydraulikmittel basiert, gleichen sich Änderungen
im Druck oder der Viskosität des
Hydraulikmittels selbst aus und beeinflussen nicht die Mittelposition
oder Nullposition des Ventilschiebers.
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Die
US-PS 5 289 805 beschreibt
ein verbessertes VCT-Verfahren, das eine hydraulische PWM-Ventilschieberpositionssteuerung
und einen verbesserten Steueralgorithmus, der zu einem vorgegebenen
Sollpunktfolgeverhalten mit hohem Grad an Robustheit führt, benutzt.
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Gemäß der
US-PS 5 361 735 besitzt
eine Nockenwelle einen an einem Ende befestigten Flügel zur
Durchführung
einer nicht-oszillierenden
Drehung. Die Nockenwelle trägt
des weiteren eine von einem Steuerriemen angetriebene Riemenscheibe,
die sich zusammen mit der Nockenwelle drehen kann, jedoch auch relativ
zur Nockenwelle hin- und herschwingen kann. Der Flügel besitzt
gegenüberliegende
Ausbauchungen, die in gegenüberliegenden
Ausnehmungen der Riemenscheibe enthalten sind. Die Nockenwelle neigt
dazu, in Reaktion auf Drehmomentimpulse, denen sie während ihres
Normalbetriebes ausgesetzt ist, sich zu verändern und kann voreilen oder
zurückbleiben,
indem der Durchfluss von Motoröl
von den Ausnehmungen wahlweise blockiert oder ermöglicht wird,
was durch Steuern der Position eines Ventilschiebers in einem Ventilkörper eines
Steuerventils in Abhängigkeit
von einem Signal von der Motorsteuereinheit geschieht. Der Ventilschieber
wird über
eine eine Drehbewegung in eine Linearbewegung überführende Einrichtung, die von
einem Elektromotor gedreht wird, vorzugsweise vom Schrittmotortyp,
in eine vorgegebene Richtung gedrückt.
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Die
US-PS 5 497 738 zeigt ein
Steuersystem, das die auf ein Ende eines Ventilschiebers einwirkende
hydraulische Kraft, die aus direkt aufgebrachtem Hydraulikmittel
von der Motorölgalerie
bei vollem hydraulischen Druck P
S resultiert
und von den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen eines VCT-Systems
eingesetzt wird, eliminiert. Die auf das andere Ende des belüfteten Ventilschiebers
einwirkende Kraft resultiert aus einer elektromechanischen Betätigungseinheit,
vorzugsweise vom Typ eines Solenoids veränderlicher Kraft, die in Abhängigkeit
von einem elektronischen Signal, das von einer Motorsteuereinheit
(ECU) abgegeben wird, die verschiedenen Motorparameter überwacht,
direkt auf den belüfteten
Ventilschieber einwirkt. Die ECU empfängt Signale von Sensoren entsprechend
den Nockenwellen- und Kurbelwellenpositionen und verwendet diese
Informationen zum Berechnen eines relativen Phasenwinkels. Ein Feedback-System in der Form
einer geschlossenen Schleife, das jeglichen Phasenwinkelfehler korrigiert,
findet vorzugsweise Verwendung. Durch die Verwendung eines Solenoids
mit veränderlicher
Kraft wird das Problem eines trägen
dynamischen Ansprechverhaltens gelöst. Eine solche Vorrichtung
kann so ausgebildet sein, dass sie so schnell wie das mechanische
Ansprechen des Steuerventils ist und mit Sicherheit viel schneller
arbeitet als das herkömmliche
(voll hydraulische) Differenzdrucksteuersystem. Das schnellere Ansprechverhalten
ermöglicht
eine verbesserte Verstärkung
der Regelschleife, wodurch das System weniger empfindlich gegenüber Toleranzen
der Komponenten und der Betriebsumgebung wird.
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Die
US-PS 5 657 725 zeigt ein
Steuersystem, das Motoröldruck
zur Betätigung
benutzt. Das System besitzt eine Nockenwelle, die einen Flügel aufweist,
der an einem Ende der Nockenwelle befestigt ist, um mit dieser eine
nicht-oszillierende
Drehung durchzuführen.
Die Nockenwelle trägt
ferner ein Gehäuse,
das sich zusammen mit der Nockenwelle drehen, jedoch auch mit dieser
hin- und herbewegen kann. Der Flügel
besitzt gegenüberliegende
Ausbauchungen, die in gegenüberliegenden
Ausnehmungen des Gehäuses
angeordnet sind. Die Ausnehmungen besitzen ein größeres Umfangsmaß als die
Ausbauchungen, so dass der Flügel
und das Gehäuse
sich relativ zueinander hin- und herbewegen können und auf diese Weise die
Phase der Nockenwelle relativ zu einer Kurbelwelle verändert werden
kann. Die Nockenwelle neigt dazu, in Reaktion auf den Motoröldruck und/oder
Nockendrehmomentimpulse, denen sie während ihres Normalbetriebes
ausgesetzt ist, ihre Richtung zu verändern, und kann entweder voreilen
oder nacheilen, indem wahlweise der Durchfluss von Motoröl durch
die Rückführleitungen
von den Ausnehmungen blockiert oder ermöglicht wird, was durch Steuern
der Position eines Schiebers in einem Steuerventilgehäuse in Abhängigkeit
von einem Signal von einer Motorsteuereinheit geschieht, das einen
Motorbetriebszustand wiedergibt. Der Schieber wird wahlweise positioniert,
indem die hydraulischen Belastungen auf sein gegenüberliegendes Ende
in Abhängigkeit
von einem Signal von einer Motorsteuereinheit gesteuert werden.
Der Flügel
kann in eine Extremposition vorgespannt werden, um eine Gegenkraft
in bezug auf ein in einer Richtung wirkendes Reibungsdrehmoment,
dem die Nockenwelle während
ihrer Drehung ausgesetzt ist, zu erzeugen.
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Die
US-PS 6 247 434 zeigt ein
System zur veränderlichen
Nockenwellensteuerung für
mehrere Positionen, das durch Motoröl betätigt wird. Im System ist eine
Nabe an einer Nockenwelle befestigt, um sich synchron mit der Nockenwelle
zu drehen, und ein Gehäuse
umschreibt die Nabe und ist mit dieser und der Nockenwelle drehbar
und kann des weiteren relativ zur Nabe und der Nockenwelle innerhalb
eines vorgegebenen Drehwinkels hin- und herschwingen. Antriebsflügel sind
radial im Gehäuse
angeordnet und wirken mit einer Außenfläche auf der Nabe zusammen,
während
angetriebene Flügel
radial in der Nabe angeordnet sind und mit einer Innenfläche des Gehäuses zusammenwirken.
Eine Verriegelungsvorrichtung, die auf Öldruck reagiert, verhindert
eine Relativbewegung zwischen dem Gehäuse und der Nabe. Eine Steuervorrichtung
steuert die Hin- und Herbewegung des Gehäuses relativ zur Nabe.
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Die
US-PS 6 250 265 beschreibt
ein System zur variablen Ventilsteuerung mit Verriegelung einer Betätigungseinheit
für eine
Brennkraftmaschine. Das System umfasst ein System zur variablen
Nockensteuerung mit einer Nockenwelle mit einem Flügel, der
an der Nockenwelle befestigt ist, um sich mit dieser zu drehen,
jedoch sich nicht relativ zur Nockenwelle hin- und herzubewegen.
Der Flügel
besitzt eine Vielzahl von sich in Umfangsrichtung erstreckenden Ausbauchun gen,
die von diesem radial nach außen vorstehen,
und wird von einem ringförmigen
Gehäuse
umgeben, das eine entsprechende Vielzahl von Ausnehmungen hat, von
denen jede eine der Ausbauchungen aufnimmt und ein Umfangsmaß besitzt, das
größer als
das Umfangsmaß der
darin angeordneten Ausbauchung ist, um eine Hin- und Herbewegung
des Gehäuses
relativ zum Flügel
und zur Nockenwelle zu ermöglichen,
während
sich das Gehäuse
mit der Nockenwelle und dem Flügel
dreht. Die Hin- und Herbewegung des Gehäuses relativ zum Flügel und
der Nockenwelle wird durch unter Druck gesetztes Motoröl in jeder
der Ausnehmungen auf gegenüberliegenden
Seiten der darin befindlichen Ausbauchung bewirkt, wobei der Öldruck in
einer derartigen Ausnehmung vorzugsweise teilweise von einem Drehmomentimpuls
in der Nockenwelle abgeleitet wird, wenn sich diese während ihres
Betriebes dreht. Eine ringförmige
Verriegelungsplatte ist koaxial zur Nockenwelle und zum ringförmigen Gehäuse angeordnet
und relativ zum ringförmigen
Gehäuse entlang
einer zentralen Längsachse
der Nockenwelle zwischen einer ersten Position, in der die Verriegelungsplatte
mit dem ringförmigen
Gehäuse
in Eingriff steht, um dessen Umfangsbewegung relativ zum Flügel zu verhindern,
und einer zweiten Position, in der die Umfangsbewegung des ringförmigen Gehäuses relativ
zum Flügel
ermöglicht
wird, bewegbar. Die Verriegelungsplatte wird von einer Feder in
Richtung auf ihre erste Position vorgespannt und durch Motoröldruck von
ihrer ersten Position in Richtung auf ihre zweite Position, in der
sie einem durch die Nockenwelle führenden Kanal ausgesetzt ist,
weggedrückt, wenn
der Motoröldruck
ausreichend hoch ist, um die Federvorspannkraft zu überwinden,
was den einzigen Zeitpunkt darstellt, während dem es gewünscht wird,
die Relativlagen des ringförmigen
Gehäuses und
des Flügels
zu verändern.
Die Bewegung der Verriegelungsplatte wird durch eine elektronische Steuereinheit
des Motors entweder über
ein Regelsystem mit geschlossener Schleife oder ein Steuersystem
mit offener Schleife gesteuert.
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Die
US-PS 6 263 846 beschreibt
eine Steuerventilstrategie für
ein System zur veränderlichen Nockenwellensteuerung
vom Flügeltyp.
Diese Strategie umfasst eine Brennkraftmaschine, die eine Nockenwelle
und eine an der Nockenwelle befestigte Nabe, um sich mit dieser
zusammen zu drehen, aufweist, wobei ein Gehäuse die Nabe umgibt und zusammen
mit dieser und der Nockenwelle drehbar ist und des weiteren relativ
zur Nabe und Nockenwelle hin- und herschwingen kann. Antriebsflügel sind
im Gehäuse
radial nach innen angeordnet und wirken mit der Nabe zusammen, während angetriebene
Flügel
in der Nabe radial nach außen
angeordnet sind, um mit dem Gehäuse
zusammenzuwirken, und sich ferner in Umfangsrichtung mit den Antriebsflügeln abwechseln,
um in Umfangsrichtung abwechselnde Voreil- und Verzögerungskammern
zu bilden. Eine Konfiguration zum Steuern der Schwingbewegung des
Gehäuses
relativ zur Nabe besitzt eine elektronische Motorsteuereinheit und
ein Voreilsteuerventil, das auf die elektronische Motorsteuereinheit
anspricht und den Motoröldruck
zu den Voreilkammern und von denselben reguliert. Ein auf die elektronische
Motorsteuereinheit ansprechendes Verzögerungssteuerventil reguliert
den Motoröldruck
zu und von den Verzögerungskammern.
Ein Voreilkanal stellt eine Verbindung für den Motoröldruck zwischen dem Voreilsteuerventil
und den Voreilkammern her, während
ein Verzögerungskanal
eine Verbindung für den
Motoröldruck
zwischen dem Verzögerungssteuerventil
und den Verzögerungskammern
herstellt.
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Die
US-PS 6 311 655 beschreibt
ein System zur variablen Nockensteuerung mit mehreren Positionen,
das eine flügelmontierte
Verriegelungskolbenvorrichtung besitzt. Eine Brennkraftmaschine
mit einer Nockenwelle und einem System zur variablen Nockenwellensteuerung,
bei der ein Rotor an der Nockenwelle befestigt und in bezug auf
die Nockenwelle drehbar ist, jedoch nicht hin- und herschwingen
kann, wird beschrieben. Ein Gehäuse
umgibt den Rotor, ist sowohl mit dem Rotor als auch mit der Nockenwelle drehbar
und kann ferner relativ zum Rotor und der Nockenwelle zwischen einer
vollständig
verzögerten Position
und einer vollständig
beschleunigten Position hin- und herschwingen. Eine Verriegelungskonstruktion
verhindert eine Relativbewegung zwischen dem Rotor und dem Gehäuse und
ist entweder im Rotor oder im Gehäuse montiert und mit dem anderen
Element des Rotors und des Gehäuses
in der vollständig
verzögerten
Position, der vollständig
beschleunigten Position und in dazwischen angeordneten Positionen
lösbar
in Eingriff bringbar. Die Verriegelungsvorrichtung besitzt einen
Verriegelungskolben mit Keilen, die an einem Ende desselben angeordnet
sind, und Zähnen,
die gegenüberliegend
der Keile am Verriegelungskolben montiert sind, um den Rotor mit
dem Gehäuse
zu verriegeln. Eine Steuerkonstruktion steuert die Hin- und Herbewegung
des Rotors relativ zum Gehäuse.
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Die
US-PS 6 374 787 beschreibt
ein System zur variablen Nockenwellensteuerung mit mehreren Positionen,
das durch Motoröldruck
betätigt
wird. Eine Nabe ist an einer Nockenwelle zur Durchführung einer
synchronen Drehung mit der Nockenwelle angeordnet, und ein Gehäuse umgibt
die Nabe und ist mit der Nabe und der Nockenwelle drehbar und kann
des weiteren relativ zur Nabe und der Nockenwelle innerhalb eines
vorgegebenen Drehwinkels hin- und herschwingen. Antriebsflügel sind
radial im Gehäuse
angeordnet und wirken mit einer Außenfläche an der Nabe zusammen, während angetriebene Flügel radial
in der Nabe angeordnet sind und mit einer Innenfläche des
Gehäuses
zusammenwirken. Eine Verriegelungsvorrichtung, die auf Öldruck reagiert,
verhindert eine Relativbewegung zwischen dem Gehäuse und der Nabe. Eine Steuervorrichtung steuert
die Hin- und Herbewegung des Gehäuses
relativ zur Nabe.
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Es
ist üblicher
geworden, Mechanismen zur variablen Nockenwellensteuerung in einem
Flügel/Gehäuse-Format
herzustellen. Hydraulikarbeitskammern werden erzeugt, indem entweder
der Einzelflügel
oder die Vielzahl der Flügel
eines an der Nockenwelle befestigten Rotors in einem Hohlraum in einem
Gehäuse
angeordnet werden, das am Kettenrad der Nockenwelle befestigt ist.
Die Umfangslänge der
Tasche oder des Hohlraumes im Gehäuse legt die relative Phasenbewegung
der Nockenwelle in bezug auf das Kettenrad/Gehäuse fest. Die Steuerung wird
durchgeführt,
indem Strömungsmittel,
wie Öl, von
einer Kammer abgegeben wird, während
gleichzeitig die gegenüberliegende
Kammer gefüllt
wird. Hierdurch wird bewirkt, dass der Mechanismus zur variablen
Nockenwellensteuerung die Nockenwelle relativ zu der in einer Phasenposition
befindlichen Kurbelwelle bewegt.
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Die Änderung
der Nockenwelle wird teilweise durch die Tatsache bestimmt, wie
schnell das Öl aus
der widerstehenden oder sich entleerenden Hydraulikkammer austreten
kann. Wenn der Rotor des VCT das Ende seiner durch den Hohlraum
des Gehäuses
begrenzten Bewegung erreicht, trifft er auf das Gehäuse und
verursacht unerwünschte
Geräusche.
Es besteht daher ein Bedarf, in einer Phaseneinstelleinrichtung
die Geräusche
am Ende der Bewegung zu verringern und gleichzeitig eine geeignete Änderungsrate
in der Phasenposition der Nockenwelle aufrechtzuerhalten.
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Die
US-PS 6 374 787 beschreibt
ein System zur variablen Nockenwellensteuerung, bei dem radial vorstehende
Rippen auf einem inneren Teil in entsprechenden Abteilen eines äußeren Rades
angeordnet sind, wobei jede Rippe zwei Kammern abtrennt, in die
und aus denen Druckmittel durch eine im inneren Teil benachbart
zur Rippe angeordnete Bohrung strömt. Ein Paar von Kammern und
die diese trennende Rippe können
eine Klemmkonstruktion bilden, um Relativbewegungen des inneren
Teiles und des äußeren Rades
zu blockieren.
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Gemäß einem
Aspekt sieht die vorliegende Erfindung eine Phaseneinstellvorrichtung
mit einem hydraulischen Dämpfungsmechanismus
vor, die umfasst:
- a) ein Gehäuse mit
mindestens einem Hohlraum; und
- b) einen Rotor, der so angeordnet ist, dass er sich relativ
zum Gehäuse
bewegt, und der aufweist mindestens einen Flügel für jeden Hohlraum, wobei jeder
Flügel
eine Verlängerung
des Rotors bildet und so angeordnet ist, dass er sich im Hohlraum
hin- und herbewegt, wobei der Flügel
den Hohlraum in eine erste Kammer und eine zweite Kammer unterteilt;
mindestens
einen Kanal, der die Strömungsmittelverbindung
zwischen der ersten Kammer und der zweiten Kammer erleichtert und
eine erste Öffnung
zum Herausführen
von Strömungsmittel
aus der ersten Kammer sowie eine zweite Öffnung zum Herausführen von
Strömungsmittel
aus der zweiten Kammer besitzt;
dadurch gekennzeichnet,
dass
mindestens eine der ersten und zweiten Öffnung mit einem
Abstand vom Flügel
angeordnet ist, der durch einen ersten Endpunkt und einen zweiten
Endpunkt festgelegt wird, wobei der erste Endpunkt in der engen
Nachbarschaft des Flügels
sowie in der engen Nachbarschaft des Rotors und der zweite Endpunkt nur
in der engen Nachbarschaft des Rotors und im Abstand zum Flügel angeordnet
sind und sich der zweite Endpunkt in enger Nachbarschaft zur Öffnung befindet.
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Eine
Phaseneinstellvorrichtung vom Flügeltyp
gemäß der Erfindung
ist in der Lage, Geräusche am
Ende der Bewegung eines Rotors mit einem Phaseneinstellvorrichtungsgehäuse zu reduzieren,
indem die Relativbewegung hierzwischen verzögert wird, während eine
geeignete Änderungsrate
aufrechterhalten wird, indem eine normale Bewegung des darin be findlichen
Strömungsmittels
von der Hydraulikkammer ermöglicht
wird, um auf diese Weise die Betätigungsrate
des VCT-Systems
nicht zu beschränken.
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Bei
einer Ausführungsform
dienen die erste und zweite Öffnung
dazu, Strömungsmittel
in die erste und zweite Kammer und aus diesen heraus zu führen. Bei
einer anderen Ausführungsform
ist ein separater Einlasskanal teilweise im Flügelabschnitt angeordnet, um
ein Eintreten von Strömungsmittel
in die erste Kammer und die zweite Kammer zu ermöglichen und einen separaten
Strömungsmitteleintritt
in die erste Kammer oder die zweite Kammer zuzulassen, so dass auf
diese Weise der mindestens eine Kanal nur für austretendes Strömungsmittel
verwendet wird.
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Gemäß einem
zweiten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung
einer Phaseneinstellvorrichtung mit einem hydraulischen Dämpfungsmechanismus
zur Verfügung
gestellt, das die folgenden Schritte umfasst:
- a)
Vorsehen eines Gehäuses
mit mindestens einem Hohlraum;
- b) Vorsehen eines Rotors, der so angeordnet ist, dass er sich
relativ zum Gehäuse
bewegt, und der umfasst:
mindestens einen Flügel für jeden
Hohlraum, wobei jeder Flügel
eine Verlängerung
des Rotors bildet und so angeordnet ist, dass er sich im Hohlraum
hin- und herbewegt, und wobei der Flügel den Hohl raum in eine erste
Kammer und eine zweite Kammer unterteilt; und
mindestens einen
Kanal zum Erleichtern der Strömungsmittelverbindung
zwischen der ersten Kammer und der zweiten Kammer, der eine erste Öffnung zum
Herausführen
von Strömungsmittel aus
der ersten Kammer und eine zweite Öffnung zum Herausführen von
Strömungsmittel
aus der zweiten Kammer besitzt;
dadurch gekennzeichnet,
dass
mindestens eine der ersten und zweiten Öffnung mit einem
Abstand vom Flügel
angeordnet ist, der von einem ersten Endpunkt und einem zweiten
Endpunkt festgelegt wird, wobei der erste Endpunkt in enger Nachbarschaft
zum Flügel
sowie in enger Nachbarschaft zum Rotor und der zweite Endpunkt nur
in enger Nachbarschaft zum Rotor und im Abstand vom Flügel angeordnet
sind und der zweite Endpunkt in enger Nachbarschaft zur Öffnung angeordnet
ist; und
ein separater Einlasskanal teilweise im Flügel angeordnet
ist, damit das Strömungsmittel
in die erste Kammer oder die zweite Kammer in einem separaten Einlassstrom
strömen
kann und der mindestens eine Kanal nur zum Herausströmen des
Strömungsmittels verwendet
wird.
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Es
folgt nunmehr eine Kurzbeschreibung der Zeichnung. Hiervon zeigen:
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1 eine
VCT-Phaseneinstellvorrichtung vom Flü geltyp;
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2A einen
Aspekt einer Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung;
-
2B einen
anderen Aspekt der Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
-
3 eine
andere Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
-
4 ein
VCT-System, das für
die vorliegende Erfindung geeignet ist; und
-
5 ein
nockendrehmomentbetätigtes (CTA)
VCT-System, das
bei der vorliegenden Erfindung Anwendung findet.
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Wie
man 1 entnehmen kann, umfasst eine VCT-Phaseneinstellvorrichtung
vom Flügeltyp ein
Gehäuse 1,
dessen Außenseite
Kettenradzähne 8 aufweist,
die mit einer Steuerkette 9 kämmen und von dieser angetrieben
werden. Innerhalb des Gehäuses 1 ist
ein Hohlraum ausgebildet, der Strömungsmittelkammern 6 und 7 aufweist.
Koaxial im Gehäuse 1 befindet
sich ein Rotor 2, der sich relativ zum Gehäuse frei
drehen kann, mit Flügeln 5,
die zwischen die Kammern 6 und 7 eingepasst sind,
und ein zentrales Steuerventil 4, das unter Druck stehendes Öl über Kanäle 12 und 13 den
Kammern 6 und 7 zuführt. Das vom Ventil 4 in
die Kanäle 12 eingeführte unter
Druck stehende Öl
drückt
die Flügel 5 gegen den
Uhrzeigersinn relativ zum Gehäuse 1,
so dass Öl aus
den Kammern 6 in die Kanäle 13 und das Ventil 4 herausgedrückt wird.
Es versteht sich für
den Fachmann, dass diese Beschreibung allgemein Phaseneinstellvorrichtungen
vom Flügeltyp
betrifft und dass die in 1 gezeigte spezielle Anordnung
der Flügel, Kammern,
Kanäle
und Ventile im Rahmen der Lehre der Erfindung verändert werden
kann. Beispielsweise kann die Zahl der Flügel und deren Anordnung verändert werden.
Einige Phaseneinstellvorrichtungen besitzen nur einen einzigen Flügel, andere
so viel wie ein Dutzend Flügel,
und die Flügel
können am
Gehäuse
angeordnet sein und sich innerhalb der Kammern am Rotor hin- und
herbewegen. Das Gehäuse
kann von einer Kette oder einem Riemen oder von Zahnrädern angetrieben
werden, und die Kettenradzähne
können
Zahnradzähne
oder eine mit Zähnen
versehene Riemenscheibe für
einen Riemen sein.
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2a zeigt
in detaillierter Weise bei der Phaseneinstellvorrichtung der Erfindung
die zu den Kammern 6 und 7 verlaufenden Kanäle 12 und 13. Der
Flügel 5 besitzt
eine erste Wand 15 und eine zweite Wand 14 auf
seiner ersten Seite und seiner gegenüberliegenden Seite. Wenn sich
der Flügel 5 innerhalb
des Hohlraumes, der die Kammern 6 und 7 umfasst,
hin- und herbewegt, wird dessen Bewegung durch die physikalischen
Begrenzungen des Gehäuses 1 gestoppt.
Speziell werden diese physikalischen Begrenzungen der Bewegung des
Flügels 5 von
einer ersten Kammerwand 16 in der Strömungsmittelkammer 6 und
einer gegenüberliegenden
zweiten Kammerwand 18 in der Strömungsmittelkammer 7 gebildet.
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Wie
im allgemeinen Beschreibungsteil erläutert, treten unerwünschte Geräusche auf,
wenn der Flügel 5 mit
dem Gehäuse 1 in
Kontakt tritt. Wenn bei dem speziellen Ausführungsbeispiel die zweite Wand 14 des
Flügels 5 von
der zweiten Kammerwand 18 gestoppt wird, treten Geräusche auf.
Auch dann, wenn die erste Wand 15 des Flügels 5 von
der erste Kammerwand 16 gestoppt wird, werden unerwünschte Geräusche erzeugt.
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Die
vorliegende Erfindung führt
Merkmale ein, die den Aufprall der Bewegung des Flügels 5 im Hohlraum
des Gehäuses 1 verhindern.
Diese Merkmale betreffen die Anordnung eines ersten Abstandes 20 und
eines zweiten Abstandes 22 auf jeder Seite des Flügels 5 am
Rotor 2. Der Abstand 20 wird durch zwei Endpunkte
festegelegt, nämlich
einen ersten Endpunkt 20a und einen zweiten Endpunkt 20b.
In entsprechender Weise wird der Abstand 22 durch zwei
Endpunkte festgelegt, nämlich
einen ersten Endpunkt 22a und einen zweiten Endpunkt 22b. Die
ersten Endpunkte 20a, 22a können so betrachtet werden,
als dass beide im Flügel 5 und
Rotor 2 angeordnet sind, wobei der Flügel 5 eine Verlängerung des
Rotors 2 bildet. Mit anderen Worten, in der Nähe oder
der engen Nachbarschaft der Punkte 20a, 22a gibt
es mindestens einen Punkt, der auf dem Flügel 5 definiert ist,
und mindestens einen Punkt, der auf dem Rotor 2 definiert
ist. Die zweiten Endpunkte 20b, 22b sind nur in
einem Rotorabschnitt angeordnet, der Abstände 20, 22 relativ
zum Flügel 5 aufweist.
Des weiteren enden die zweiten Endpunkte 20b, 22b an den Öffnungen
der Kanäle 12 und 13 an
Stellen, an denen die Kanäle 12 und 13 am
Hohlraum des Gehäuses 1 enden.
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Die
Längen
oder Dimensionen der Abstände 20, 22 werden
durch eine geeignete Wahl bei der Konstruktion festgelegt.
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Des
weiteren können
die Länge
und Form der Abstände 20, 22 identisch
oder verschieden sein. Die Abstände 20, 22 müssen jedoch
eine Bedingung erfüllen,
nämlich
sie müssen
als Teil des Rotors 2 an den Hohlraumabschnitten des Gehäuses 1 auf
jeder Seite des Hohlraumes vorbei rotieren können. Beispielsweise können die
Abstände 20, 22 von
einem Liniensegment oder einem Bogen des Umfanges des Rotors 2 gebildet
werden. Beispielsweise muss sich der Punkt 20b an der Wand 16 vorbei
drehen.
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In
Verbindung mit 2B wird der Prozess beschrieben,
der das Strömungsmittel
aus der Kammer 6 bei der vorliegenden Erfindung austreibt.
Die Richtung 24 gibt die Drehbewegung des Rotors 2 relativ
zum Gehäuse 1 wieder,
wobei der Rotor 2 Flügel besitzt,
die starr daran befestigt sind (nur ein Flügel 5 ist gezeigt).
Das Strömungsmittel
in der Kammer 6 wird bei einem normalen Phaseneinstellvorgang
normalerweise aus der Hydraulikkammer 6 abgeführt und
gleichzeitig in die Kammer 7 eingeführt. Dabei wird so operiert,
dass die Betätigungsrate
des VCT während
des normalen Phaseneinstellvorganges nicht gestört wird, bis sich der Rotor 2 dem
Ende seiner Bewegung nähert
oder sich in der Nachbarschaft hiervon befindet. An diesem Punkt
wird der Durchfluss des Strömungsmittels 26 an
der Auslassöffnung in
der Nachbarschaft des zweiten Endpunktes 20b durch einen
engen Spalt zwischen dem Rotor 2 und dem Gehäuse 1 gedrosselt.
Daher wird die Relativbewegung oder Drehung zwischen dem Rotor 2 und dem
Gehäuse 1 graduell
verzögert.
Schließlich kommt
der VCT-Rotor 2 zu einem Stopp und begrenzt somit die Aufprallenergie,
mit der der Rotor 2 auf das Gehäuse 1 prallt.
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Es
versteht sich, dass die vorliegende Erfindung für jeden beliebigen Typ eines
VCT-Mechanismus einschließlich
eines nockendrehmomentbetätigten
(CTA) oder öldruckbetätigten Mechanismus
geeignet ist.
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Es
versteht sich ferner, dass der normale Phaseneinstellvorgang als
die Änderungsrate
der Nockenwelle definiert wird, bei der sich die Kanäle vollständig im
Hohlraum des Gehäuses 1 befinden.
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In 3 ist
eine andere Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung dargestellt. Ein Paar von separaten Einlassquellen 28, 30 ist
jeweils mit einem Sperrventil 32 und separaten Auslassöffnungen 12, 13 versehen.
Wie man erkennen kann, besitzt die Phaseneinstellvorrichtung des
VCT-Systems eine unbegrenzte Strömungsmittelquelle
zum Auffüllen der
Kammern 6, 7 und der entsprechenden Auslassöffnungen 12, 13,
um auf diese Weise die Geschwindigkeit des Rotors 2 in
der Nähe
des Bewegungsendes zu begrenzen. Somit wird ein gutes VCT-Ansprechverhalten
in sämtlichen
Richtungen erreicht, während
die Geschwindigkeit und somit die Aufprallenergie begrenzt wird,
wenn sich der Flügel 5 seinen mechanischen
Stopps aufgrund der physikalischen Begrenzungen des Gehäusehohlraumes
nähert.
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Wie
vorstehend beschrieben, wird die Änderungsrate der Nockenwelle
teilweise in Abhängigkeit davon
festgelegt, wie schnell das Strömungsmittel aus
der Widerstand leistenden Hydraulikkammer austreten kann. Wenn der
Rotor 2 des VCT das Ende seiner Bewegung erreicht, die
durch das Gehäuse 1 begrenzt
wird, trifft der Rotor 2 auf das Gehäuse 1 und verursacht
unerwünschte
Geräusche.
Die vorliegende Erfindung ermöglicht
ein normales Austreten des Strömungsmittels
aus der Hydraulikkammer und begrenzt auf diese Weise nicht die Betätigungsrate des
VCT während
der normalen Phaseneinstellung, bis der Rotor sich dem Ende seiner
Bewegung nähert.
An diesem Punkt wird die Auslassöffnung
durch den engen Spalt zwischen dem Rotor 2 und dem Gehäuse 1 infolge
des Vorhandenseins der Abstände 20, 22 an
jedem Ende des Gehäusehohlraumes
gedrosselt. Um den normalen Strömungsmitteldurchfluss
zu erleichtern, wird der mögliche
Defekt eines unzureichenden Herausströmens aus der Auslasskammer
in die Einlasskammer durch separate Einlasskanäle 28, 30 geheilt
(siehe 3). Ohne den separaten Einlasskanal könnte das
Strömungsmittel nicht
in ausreichender Weise während
des Endes der Bewegungszeitsegmente abgeführt werden. Dies kann zu einem
unzureichenden Strömungsmittelfluss aus
der Auslasskammer in die gegenüberliegende Kammer
führen.
Da sich jedoch der Flügel
noch bewegt, nimmt das Volumen der gegenüberliegenden Kammer zu. Dieser
Volumenanstieg kann bewirken, dass die gegenüberliegende Kammer unerwünschtes
Material, wie Umgebungsluft um die Phaseneinstellvorrichtung herum,
einziehen kann.
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Die
vorliegende Erfindung verzögert
den VCT-Rotor 2 allmählich
bis zu einem Stopp und begrenzt somit die Aufprallenergie, mit der
der Rotor 2 auf das Gehäuse 1 prallt.
Die vorliegende Erfindung ist für
eine Anwendung in jedem beliebigen Typ von VCT-Mechanismus geeignet.
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Eine
Verbesserung der vorstehend beschriebenen Konstruktion besteht darin,
das Einlassströmungsmittel
und die Auslassöffnung
in jeder Hydraulikkammer zu trennen, wie in 2B gezeigt.
Wenn der Rotor 2 das Ende seiner Bewegung erreicht, drosselt
er nicht nur das die hydraulische Auslasskammer verlassende Strömungsmittel,
sondern kann auch das Öl
drosseln, das in die hydraulische Einlasskammer eindringt. Dies
kann zu einer Verzögerung
der Betätigung
des VCT-Mechanismus in der entgegengesetzten Richtung führen. Wenn
jedoch eine separate Einlassquelle mit einem Sperrventil eingeführt und
eine separate Auslassöffnung
verwendet wird, wie in 3 gezeigt, besitzt der VCT-Mechanismus eine
unbegrenzte Strömungsmittelquelle
zum Auffüllen
der Kammer sowie eine Auslassöffnung,
die die Geschwindigkeit des Rotors in der Nähe des Bewegungsendes begrenzt.
Dies verleiht dem VCT-Mechanismus ein gutes Ansprechverhalten in
sämtlichen
Richtungen der Phaseneinstellvorrichtung, während gleichzeitig die Geschwindigkeit
und somit die Aufprallenergie begrenzt wird, wenn sich der Rotor
den mechanischen Stopps nähert.
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Wenn
beispielsweise gemäß 3 Strömungsmittel
die Kammer 6 über
den Kanal 13 verlässt,
kann am Ende der Bewegung des Flügels 5 der Durchsatz
des Strömungsmittels
aufgrund der Konstruktion der vorliegenden Erfindung abfallen. An
diesem Punkt muss die Kammer 7 noch mit einer ausreichenden
Menge von Strömungsmittel
bei einem geeigneten Durchsatz gefüllt werden. Wenn der Zufluss unter
einem Schwellenwert liegt, können
unerwünschte
Effekte, einschließlich
des Eintritts von Umgebungsluft, die Kammer 7 beeinflussen.
Durch die Einführung
des Einlasskanals 30 werden diese unerwünschten Effekte reduziert oder
beseitigt, indem für
einen ausreichenden Strömungsmitteldurchsatz
gesorgt wird, der zu einem ausreichenden Strömungsmittelzufluss in die Kammer 7 führt. Entsprechende
Ergebnisse werden am gegenüberliegenden Bewegungsende
des Flügels
erhalten.
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Es
ist hier nur ein Abschnitt der Phaseneinstellvorrichtung dargestellt.
Die Phaseneinstellvorrichtung kann auch mehr als eine entsprechende Konstruktion
besitzen, wie in den 2A, 2B oder 3 gezeigt.
Beispielsweise kann die Phaseneinstellvorrichtung zwei, vier oder
acht entsprechende Konstruktionen besitzen.
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4 ist
eine schematische Darstellung, die zum Teil das VCT-System der vorliegenden
Erfindung zeigt. Eine Nullposition ist in 4 dargestellt. Ein
Solenoid 120 steht mit einem Steuerventil 114 in Eingriff,
indem es eine erste Kraft auf ein erstes Ende 29 des Ventils
ausübt.
Dieser ersten Kraft wirkt eine Kraft gleicher Größe entgegen, die von einer
Feder 21 auf ein zweites Ende 17 des Steuerventils 114 ausgeübt wird,
um auf diese Weise die Nullposition aufrechtzuerhalten. Das Steuerventil 114 umfasst
einen ersten Block 19 und einen zweiten Block 23,
die jeweils den Strömungsmitteldurchfluss
blockieren.
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Die
Phaseneinstellvorrichtung 542 besitzt einen Flügel 558 und
ein Gehäuse 57,
das den Flügel 558 benutzt,
um eine Voreilkammer A und eine Verzögerungskammer R zu begrenzen.
Typischerweise sind das Gehäuse 57 und
der Flügel 558 mit
einer Kurbelwelle (nicht gezeigt) und einer Nockenwelle (ebenfalls
nicht gezeigt) verbunden. Der Flügel 558 kann
sich relativ zum Gehäuse
der Phaseneinstellvorrichtung durch Einstellung der Strömungsmittelmenge
der Voreil- und Verzögerungskammer
A und R bewegen. Wenn es gewünscht
wird, den Flügel 558 in
Richtung auf die Verzögerungsseite
zu bewegen, drückt
das Solenoid 120 das Steuerventil 114 von der
ursprünglichen
Nullposition weiter nach rechts, so dass die Flüssigkeit in der Kammer A entlang
dem Kanal 40 durch den Kanal 180 abgeführt wird.
Das Strömungsmittel
strömt
weiter zu einem Außensumpf
(nicht gezeigt) oder steht in Strömungsmittelverbindung mit diesem,
indem der Block 19 weiter nach rechts gleitet und eine
derartige Strömungsmittelverbindung
ermöglicht.
Gleichzeitig strömt
Strömungsmittel
von einer Quelle durch den Kanal 51 und steht über ein
Einwegventil 150 in einer Einweg-Strömungsmittelverbindung mit dem
Kanal 70, so dass auf diese Weise die Kammer R über den
Kanal 50 mit Strömungsmittel
beaufschlagt wird. Dies kann der Fall sein, weil der Block 23,
der weiter nach rechts bewegt wird, die vorstehend beschriebene Einweg-Strömungsmittelverbindung
herstellt. Wenn die gewünschte
Flügelposition
erreicht ist, wird der Befehl abgegeben, dass sich das Steuerventil
nach links in seine Nullposition bewegt, so dass auf diese Weise
eine neue Phasenbeziehung zwischen der Kurbelwelle und der Nockenwelle
aufrechterhalten wird.
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5 zeigt
ein nockendrehmomentbetätigtes
(CTA) VCT-System,
bei dem die vorliegende Erfindung Anwendung findet. Dieses CTA-System
benutzt Drehmomentumkehrvorgänge
in der Nockenwelle, die durch die Kräfte zum Öffnen und Schließen der
Motorventile verursacht werden, um den Flügel 942 zu bewegen.
Das Steuerventil in einem CTA-System ermöglicht einen Strömungsmitteldurchfluss
von der Voreilkammer 92 zur Verzögerungskammer 93 oder
umgekehrt, wodurch sich der Flügel 942 bewegen
oder den Strömungsmitteldurchfluss
stoppen kann, wenn der Flügel 942 verriegelt wird.
Das CTA-System kann
ferner einen Öleingang 913 besitzen,
um Verluste infolge einer Leckage zu ergänzen, benutzt jedoch nicht
den Motoröldruck,
um die Phaseneinstellvorrichtung zu bewegen.
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Die
detaillierte Funktionsweise des CTA-Phaseneinstellsystems ist wie
folgt. 8 zeigt eine Nullposition,
in der Idealerweise kein Strömungsmitteldurchfluss
vorhanden ist, da das Steuerventil 140 die Strömungsmittelumwälzung sowohl
am Voreilende 98 als auch am Verzögerungsende 910 stoppt.
Wenn die Nockenwinkellage verändert
werden soll, muss sich der Flügel 942 bewegen.
An das Solenoid 920, das mit dem Steuerventil 140 in
Eingriff steht, wird der Befehl gegeben, das Steuerventil 140 von
der Nullposition weg zu bewegen und auf diese Weise einen Strömungsmitteldurchfluss
im CTA-System zu bewirken. Idealerweise findet bei der CTA-Zirkulation nur örtliches
Strömungsmittel
ohne Strömungsmittel
von der Quelle 913 Verwendung. Während des Normalbetriebes tritt
jedoch eine gewisse Strömungsmittelleckage
auf, wobei das Strömungsmitteldefizit
von der Quelle 913 über
ein Einwegventil 914 ergänzt werden muss. In diesem
Fall kann es sich bei dem Strömungsmittel
um Motoröl
handeln. Die Quelle 913 kann die Ölwanne sein.
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Es
gibt zwei Szenarios für
das CTA-Phaseneinstellsystem. Das erste ist das Voreilszenario,
bei dem eine Voreilkammer 92 mit mehr Strömungsmittel als
in der Nullposition gefüllt
werden muss. Mit anderen Worten, die Größe oder das Volumen der Kammer 92 wird
erhöht.
Dieses Voreilszenario wird in der folgenden Weise durchgeführt.
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Das
Solenoid 920 drückt
das Steuerventil 140 nach rechts, so dass der linke Abschnitt 919 des Ventils 140 noch
einen Strömungsmitteldurchfluss am
Voreilende 98 stoppt. Gleichzeitig lässt jedoch der weiter nach
rechts bewegte rechte Abschnitt 920 den Verzögerungsabschnitt 910 in
Strömungsmittelverbindung
mit dem Kanal 99. Aufgrund der inhärenten Drehmomentumkehrvorgänge in der
Nockenwelle wird das von der Verzögerungskammer 93 abgezogene
Strömungsmittel über das
Einwegventil 96 und den Kanal 94 in die Voreilkammer 92 eingeführt.
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Bei
dem zweiten Szenario, das das Verzögerungsszenario bildet, muss
eine Verzögerungskammer 93 mit
mehr Strömungsmittel
als in der Nullposition gefüllt
werden. Mit anderen Worten, die Größe oder das Volumen der Kammer 93 wird
erhöht.
Dieses Verzögerungsszenario
wird wie folgt durchgeführt.
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Das
Solenoid 920 reduziert seine Eingriffskraft mit dem Steuerventil 140 derart,
dass ein elastisches Element 921 eine Bewegung des Ventils 140 nach
links bewirkt. Der rechte Abschnitt 917 des Ventils 140 stoppt
einen Strömungsmitteldurchfluss
am Verzögerungsende 910.
Gleichzeitig bewegt sich jedoch der linke Abschnitt 919 weiter
nach rechts und lässt
den Voreinabschnitt 98 in Strömungsmittelverbindung mit dem
Kanal 99. Aufgrund der inhärenten Drehmomentumkehrvorgänge in der
Nockenwelle wird aus der Voreilkammer 92 abgezogenes Strömungsmittel über ein
Einwegventil 97 und einen Kanal 95 in die Verzögerungskammer 93 eingeführt.
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Bei
dieser CTA-Nockenwellenphaseneinstellvorrichtung wird somit die
inhärente
Nockendrehmomentenergie als Bewegungskraft zum Umwälzen des Öls zwischen
den Kammern 92, 93 in der Phaseneinstellvorrichtung
benutzt. Dieses variierende Nockendrehmoment entsteht aus dem abwechselnden
Zusammenpressen und nachfolgenden Entspannen einer jeden Ventilfeder,
wenn sich die Nockenwelle dreht.
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Die 4 und 5 zeigen
unterschiedliche Arten eines VCT-Systems, das für die vorliegende Erfindung
geeignet ist. Einige Konstruktionen sind nicht im einzelnen dargestellt.
In bezug auf diese Einzelheiten wird auf die 2–3 verwiesen.
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Nachfolgend
sind Begriffe und Konzepte in bezug auf die vorliegende Erfindung
aufgeführt.
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Es
versteht sich, dass das vorstehend erwähnte Hydraulikmittel oder Strömungsmittel
von Betätigungsströmungsmitteln
gebildet wird. Ein Betätigungsströmungsmittel
ist ein Strömungsmittel,
das die Flügel
in einer Flügel-Phaseneinstellvorrichtung bewegt.
Typischerweise umfasst das Betätigungsströmungsmittel
Motoröl,
kann jedoch auch von einem separaten Hydraulikmittel gebildet werden.
Das VCT-System der
vorliegenden Erfindung kann ein nockendrehmomentbetätigtes (CTA)
VCT-System sein, das einem VCT- System
entspricht, welches Drehmomentumkehrvorgänge in einer Nockenwelle, die
durch die Kräfte
zum Öffnen
und Schließen
der Motorventile verursacht werden, zum Bewegen des Flügels benutzt.
Das Steuerventil in einem CTA-System ermöglicht einen Strömungsmitteldurchfluss
von der Voreilkammer zur Verzögerungskammer,
so dass sich der Flügel
bewegen kann, oder stoppt den Durchfluss und fixiert den Flügel. Die
CTA-Phaseneinstellvorrichtung kann ferner einen Öleingang besitzen, um Verluste
infolge einer Leckage zu ergänzen,
benutzt jedoch nicht den Motoröldruck
zur Bewegung der Phaseneinstellvorrichtung. Bei dem Flügel handelt
es sich um ein radiales Element, das auf Strömungsmittel einwirkt und in
einer Kammer untergebracht ist. Eine Flügel-Phaseneinstellvorrichtung ist
eine Phaseneinstellvorrichtung, die durch sich in Kammern bewegende
Flügel
betätigt
wird.
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Es
können
eine oder mehrere Nockenwellen pro Motor vorhanden sein. Die Nockenwelle
kann von einem Riemen oder einer Kette oder Zahnrädern oder
durch eine andere Nockenwelle angetrieben werden. Auf der Nockenwelle
können
Ausbauchungen vorhanden sein, um Ventile unter Druck zu setzen.
Bei einem Motor mit mehreren Nockenwellen ist oft eine Welle für die Auslassventile
und eine Welle für
die Einlassventile vorgesehen. Ein V-Motor besitzt üblicherweise
zwei Nockenwellen (eine für
jede Reihe) oder vier Nockenwellen (Einlass und Auslass für jede Reihe).
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Eine
Kammer oder ein Hohlraum wird als ein Raum definiert, innerhalb
dem der Flügel
rotiert. Die Kammer kann in eine Voreilkammer (die ein früheres Öffnen der
Ventile relativ zur Kurbelwelle bewirkt) und eine Verzögerungskammer
(die ein späteres Öffnen der
Ventile relativ zur Kurbelwelle bewirkt) unterteilt werden. Ein
Sperrventil bzw. Rückschlagventil
ist ein Ventil, das einen Strömungsmitteldurchfluss
nur in einer Richtung ermöglicht.
Eine geschlossene Schleife ist ein Regelsystem, das eine Charakteristik in
Abhängigkeit
von einer anderen verändert,
dann überprüft, ob die Änderung
korrekt durchgeführt
wurde, und den Vorgang durchführt,
um das gewünschte Ergebnis
zu erhalten (d. h. das Ventil in eine Phasenänderungsposition in Abhängigkeit
von einem Befehl von der ECU bewegt und dann die tatsächliche
Phasenposition überprüft und das
Ventil wiederum bewegt, um die Position zu korrigieren). Ein Steuerventil
ist ein Ventil, das den Strömungsmittelfluss zur
Phaseneinstellvorrichtung steuert. Das Steuerventil kann in der
Phaseneinstellvorrichtung im CTA-System vorhanden sein. Es kann
durch Öldruck oder
ein Solenoid betätigt
werden. Eine Kurbelwelle wird von Kolben mit Kraft beaufschlagt
und treibt das Getriebe und die Nockenwelle an. Ein Steuerventil oder
Steuerschieber wird als Steuerventil vom Schiebertyp definiert.
Typischerweise bewegt sich der Schieber in einer Bohrung und verbindet
einen Kanal mit einem anderen. Oft ist der Schieber auf der Mittelachse
des Rotors einer Phaseneinstellvorrichtung angeordnet.
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Ein
Differenzdrucksteuersystem (DPCS) ist ein System zum Bewegen eines
Steuerventils bzw. Steuerschiebers, das Betätigungsmitteldruck an jedem
Ende des Schiebers benutzt. Ein Ende des Schiebers ist größer als
das andere, und das auf dieses Ende einwirkende Strömungsmittel
wird gesteuert (üblicherweise über ein
pulsbreitenmoduliertes (PWM) Ventil für den Öldruck), während der volle Versorgungsdruck
dem anderen Ende des Schiebers zugeführt wird (daher Differenzdruck).
Eine Ventilsteuereinheit (VCU) ist eine Steuerschaltung zum Steuern
des VCT-Systems. Typischerweise agiert die VCU in Abhängigkeit
von Befehlen von der ECU.
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Eine
angetriebene Welle ist eine Welle, die Energie empfängt (im
VCT-System oft die Nockenwelle). Eine Antriebswelle ist eine Welle,
die Energie zuführt
(im VCT-System oft die Kurbelwelle, wobei jedoch auch eine Nockenwelle
von einer anderen Nockenwelle angetrieben werden kann). Mit ECU
wird die Motorsteuereinheit bezeichnet, die sich im Computer des
Fahrzeuges befindet. Motoröl
ist das zum Schmieren des Motors verwendete Öl, wobei Öldruck abgezapft werden kann,
um die Phaseneinstellvorrichtung durch das Steuerventil zu betätigen.
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Als
Gehäuse
wird der äußere Teil
der Phaseneinstellvorrichtung mit Kammern definiert. Die Außenseite
des Gehäuses
kann eine Riemenscheibe (für
einen Steuerriemen), ein Kettenrad (für eine Steuerkette) oder ein
Zahnrad (für
ein Steuerzahnrad) sein. Hydraulikmittel ist irgendeine spezielle
Art von Öl,
das in Hydraulikzylindern Verwendung findet und mit Bremsflüssigkeit
oder Servolenkflüssigkeit vergleichbar
ist. Das Hydraulikmittel entspricht nicht unbedingt dem Motoröl. Typischerweise
findet bei der vorliegenden Erfindung ein „Betätigungsströmungsmittel" Verwendung. Ein Verriegelungsstift
findet Verwendung, um eine Phaseneinstellvorrichtung in ihrer Position
zu fixieren. Üblicherweise
wird ein Verriegelungsstift ver wendet, wenn der Öldruck zu niedrig ist, um die
Phaseneinstellvorrichtung zu halten, wie während des Motorstarts oder
Ausschaltens des Motors.
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Ein öldruckbetätigtes (OPA)
VCT-System benutzt eine herkömmliche
Phaseneinstellvorrichtung, wobei Motoröldruck auf eine Seite des Flügels oder die
andere Seite des Flügels
aufgebracht wird, um den Flügel
zu bewegen.
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Eine
offene Schleife entspricht einem Steuersystem, das eine Charakteristik
in Abhängigkeit von
einer anderen Charakteristik ändert
(beispielsweise ein Ventil in Abhängigkeit von einem Befehl von
der ECU bewegt) ohne Feedback zur Bestätigung des Vorganges.
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Als
Phase wird die relative Winkellage zwischen einer Nockenwelle und
einer Kurbelwelle (oder einer Nockenwelle und einer anderen Nockenwelle, wenn
die Phaseneinstellvorrichtung von einer anderen Nockenwelle angetrieben
wird) bezeichnet. Als Phaseneinstellvorrichtung wird der gesamte
Teil bezeichnet, der an der Nockenwelle montiert ist. Die Phaseneinstellvorrichtung
besteht typischerweise aus einem Rotor und einem Gehäuse und
möglicherweise
einem Steuerventil sowie Sperrventilen. Eine Kolbenphaseneinstellvorrichtung
ist eine durch die Kolben in den Zylindern einer Brennkraftmaschine betätigte Phaseneinstellvorrichtung.
Der Rotor ist der innere Teil der Phaseneinstellvorrichtung, der
an einer Nockenwelle befestigt ist.
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Eine
Pulsbreitenmodulation (PWM) sorgt für eine variierende Kraft oder
einen variierenden Druck durch Veränderung des Timings von EIN/AUS-Impulsen
elektrischer Spannung oder Strömungsmitteldrucks.
Ein Solenoid ist eine elektrische Betätigungseinheit, die in einer
Spule fließenden
elektrischen Strom zum Bewegen eines mechanischen Armes benutzt.
Ein Solenoid mit veränderlicher
Kraft (VFS) ist ein Solenoid, dessen Betätigungskraft verändert werden
kann, üblicherweise
durch eine PWM der Versorgungsspannung oder mit einer Stromsteuereinheit. Ein
VFS steht im Gegensatz zu einem EIN/AUS-Solenoid (alles oder nichts).
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Ein
Kettenrad ist ein Element, das mit Ketten, wie beispielsweise Motorsteuerketten,
verwendet wird. Als Timing wird die Beziehung zwischen der Zeit,
zu der ein Kolben eine definierte Position erreicht (üblicherweise
der obere Totpunkt (TDC)), und der Zeit, während der irgendetwas anderes
passiert, definiert. Beispielsweise bezieht sich das Timing in VCT-
oder VVT-Systemen üblicherweise
auf das Öffnen
oder Schließen
eines Ventils. Das Zündtiming betrifft
den Zündzeitpunkt
der Zündkerze.
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Eine
torsionsunterstützte
(TA) oder drehmomentunterstützte
Phaseneinstellvorrichtung ist eine Variante einer OPA-Phaseneinstellvorrichtung,
bei der zusätzlich
ein Sperrventil in der Ölversorgungsleitung
(bei einer Ausführungsform
mit einem einzigen Sperrventil) oder ein Sperrventil in der Versorgungsleitung
für jede
Kammer (bei einer Ausführungsform
mit zwei Sperrventilen) vorgesehen ist. Das Sperrventil blockiert Öldruckimpulse
infolge von Drehmomentumkehrvorgängen,
so dass diese keine Rückwärtsbewegung
in das Ölsystem
durchführen können, und
verhindert eine Rückwärtsbewegung des
Flügels
infolge von Drehmoment umkehrvorgängen.
Im TA-System wird eine Bewegung des Flügels infolge eines vorwärts gerichteten
Drehmoments zugelassen, so dass daher der Ausdruck „torsionsunterstützt" verwendet wird.
Die graphische Darstellung der Flügelbewegung entspricht einer
Schrittfunktion.
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Das
VCT-System umfasst eine Phaseneinstellvorrichtung, ein Steuerventil
oder Steuerventile, eine Betätigungseinheit
oder Betätigungseinheiten für das Steuerventil
und eine Steuerschaltung. Eine variable Nockensteuerung (VCT) ist
ein Prozess und kein Gegenstand, der das Steuern und/oder Verändern der
Winkelbeziehung (Phase) zwischen einer oder mehreren Nockenwellen
betrifft, die die Einlass- und/oder Auslassventile des Motors antreiben.
Die Winkelbeziehung umfasst ferner die Phasenbeziehung zwischen
Nocken- und Kurbelwelle, wobei die Kurbelwelle mit dem Kolben in
Verbindung steht.
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Als
variables Ventiltiming (VVT) wird jeder Prozess bezeichnet, mit
dem das Ventiltiming verändert
wird. Ein VVT kann einem VCT zugeordnet sein oder durch Veränderung
der Form des Nockens oder der Beziehung von Nockenausbauchungen
zum Nocken oder von Ventilbetätigungseinheiten
zum Nocken oder zu Ventilen oder durch individuelles Steuern der
Ventile selbst unter Verwendung von elektrischen oder hydraulischen
Betätigungseinheiten
erreicht werden. Mit anderen Worten, jedes VCT entspricht VVT, jedoch
nicht jedes VVT entspricht VCT.
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Es
versteht sich daher, dass die hier beschriebenen Ausführungsformen
der Erfindung lediglich beispielhaft für die Anwendung der Prinzipien
der Erfindung sind. Die hier erfolgende Bezugnahme auf Einzelheiten
der dargestellten Ausführungsformen soll
in keiner Weise den Schutzumfang der Patentansprüche beschränken, die selbst diejenigen
Merkmale enthalten, die als wesentlich für die Erfindung angesehen werden.