EP1996819B1 - Hydraulikkreis, insbesondere für nockenwellenversteller, und entsprechendes steuerelement - Google Patents
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- F15B2211/80—Other types of control related to particular problems or conditions
- F15B2211/88—Control measures for saving energy
Definitions
- the invention relates to a motor vehicle suitable hydraulic circuit, in particular with a camshaft adjuster, and corresponding controls.
- hydraulic pistons are used to change the position of a connected mechanical element, such as a camshaft.
- a connected mechanical element such as a camshaft.
- One type of hydraulic piston may be a rotary motor-type rotary piston or radial piston, also known as a hydraulic motor, which can rotationally change its position within a certain angular range.
- the piston moves within a housing, the piston forms hydraulic chambers on both sides, which are changed in opposite directions. This means that when a hydraulic chamber increases due to a change in position of the hydraulic piston, the corresponding chamber opposite the piston is reduced to a corresponding extent, and vice versa.
- the hydraulic chambers are of a similar design, so that the volumetric growth of one hydraulic chamber contributes to the same volume reduction of the corresponding other chamber. In this case, changes in volume are equivalent in amount or even identical.
- a very important hydraulic motor vehicle circuit is the camshaft adjusting circuit which starts in the engine sump and adjusts the relative position of the camshaft relative to a driving shaft, such as, for example, the crankshaft or a further camshaft, via corresponding valves and a pivoting motor-type camshaft adjuster. The adjustments are made towards an earlier or later time with respect to the rotational angle of the driving shaft or with respect to the position of the piston.
- a driving shaft such as, for example, the crankshaft or a further camshaft
- Such a system unlike, for example, closed systems with a single hydraulic circuit, as known automotive transmissions are constructed, is considered to be an open system operating with variable volumes of oil because there are multiple hydraulic circuits in the engine sump starting in the internal combustion engine.
- Other known hydraulic circuits in the motor vehicle may be, for example, transmission controls which are either supplied to the central, with engine oil Hang hydraulic circuit or an independent, self-contained hydraulic circuit.
- the use of the introduced from the camshaft on the camshaft adjuster torque for adjusting the camshaft adjuster to an early position is from the DE 101 58 530 A1 and the DE 10 2005 023 056 A1 known. While the DE 101 58 530 A1 wants to use the technology to get into the early position more quickly, when the engine drops from a hot run phase in a low speed range, wants the DE 10 2005 023 056 A1 especially in the event of a supply pump failure, ensure that the camshaft is turned into a position in which it is possible to continue operation in the early position. For this purpose uses the DE 101 58 530 A1 a check valve with a pressure compensation valve in the camshaft adjuster itself, while the DE 10 2005 023 056 A1 want to arrange several check valves around the pump around.
- the DE 602 07 308 T2 proposes to use a valve which distinguishes between two states, namely between a high speed range in which an oil pressure actuated camshaft adjustment takes place, and a low speed range in which a camshaft torque actuated camshaft adjustment takes place.
- the changeover switch switches between the two states depending on the operation.
- control quality is specified in camshaft adjusters, inter alia in angular degrees in which the camshaft adjuster shuttles, although a defined, constant position acc. Pressurization from the supply pump is desired.
- the deviation from the theoretically set position in angular degrees is then called control quality.
- the inventors set themselves the task to be able to use the system to be designed even in fully variable valve trains, which, for example, in the patent applications WO 2004/088094 . WO 2004/088099 and US Pat. No. 6,814,036 respectively.
- EP 1 347 154 A2 be described in more detail.
- a suitable valve can be taken from claim 1.
- Advantageous embodiments can be taken from the dependent claims.
- a hydraulic system is proposed according to the invention, which can get along with both swelling and with pure alternating torques , Depending on the load and reaction of the driven and displaced shaft, such as the camshaft, alternately swelling moments and alternating moments occur.
- the motor control unit serving to control the hydraulic switch for example the camshaft adjuster valve, is no longer dependent on constantly introduced alternating torques, but in one embodiment must actively activate only a single valve while the remainder of the hydraulic circuit is operated passively.
- alternating moments are moments on the hydraulic piston, which both temporarily have a positive, variable component and a temporary negative component.
- swelling moments are those moments which, although they change in magnitude, remain over a longer period of several milliseconds in the same sign range of the torque characteristic.
- On the motor vehicle hydraulic circuit with an opposite hydraulic piston with at least two hydraulic chambers acts an external moment that acts either changing or swelling.
- the hydraulic circuit performs by different pressurization, which is removable from a hydraulic pump, the counter-rotating hydraulic chambers by a change in position.
- a hydraulic Weichenver ein preferably embodied by a valve which directs the pressurization of the hydraulic medium to the piston, the negative portion of the alternating torque is used to change the hydraulic piston in position.
- the swelling part of the moment will be by other means, such as check valves, hidden.
- hydraulic connection paths from one chamber of one type to the working connection for the other chamber type are respectively provided.
- the valve may pass the hydraulic pressure, which is derivable from the negative portion of the alternating torque on the one working port for each chamber type via at least one check valve, to the second working port of the other type of chamber. It can be done alternately.
- the pressurization of the pressurized port is forwarded to the second working port.
- the alternate passage of the hydraulic medium is carried out from both the one chamber and the other chamber to the corresponding counter-rotating chamber.
- the motor vehicle hydraulic circuit is constructed in the context of a camshaft adjuster, the motor vehicle hydraulic circuit is an engine oil-operated hydraulic circuit of an internal combustion engine whose hydraulic piston is a pivoting motor-type or helical camshaft adjuster into which the torques of at least one camshaft are introduced.
- the size of the gas exchange valve springs and their number has an influence on the frequency and type of introduced moments from the camshaft to the camshaft adjuster.
- a manufacturer of camshaft adjusters is asked to offer camshaft adjusters for internal combustion engines, which should be as universally applicable. Often a car manufacturer wants to use one and the same camshaft adjuster for different engines of different series.
- the manufacturer of the phaser may make specifications regarding the hydraulic circuit, so that it is possible to improve the behavior of the camshaft adjuster by selecting a suitable valve or a suitable valve assembly and a phaser together with the hydraulic interconnection.
- the function of the check valves can be referred to as a bypass, which feed only the negative part of the alternating force before the switch again.
- the check valve or if there are a plurality of non-return valves, the check valves is then arranged so that only in the direction of the pressure side of the switch, a passage of the hydraulic pressure originating from the chambers of the piston, is made possible.
- the divert activity in the automotive hydraulic circuit functions when the amount of pressure resulting from the alternating force exceeds the other pressure in one of the supply lines to the increasing chamber of the piston and then releases the check valve provided for directional determination.
- the check valves may be arranged so that the two hydraulic chambers of the piston are indirectly in communication. In this case, make a connection over the switch to get from one chamber to the other.
- Another variant is the direct connection, in which when opening the check valve, a direct hydraulic Connection is created from one hydraulic chamber to the other. Which of the two variants is to be selected depends on the respective framework conditions for the motor vehicle hydraulic circuit to be created. If the cylinder head, in which the switch is arranged, provides enough space to build multiple hydraulic lines, an alternative embodiment can be used to design an indirect connection via the hydraulic switch. Should it be desired to allow the fastest possible transhipment, if possible with little leakage, an immediate connection via the non-return valves from one chamber of the piston to the other chamber should be chosen.
- one of the check valves is arranged in the reverse direction in such a way that a connection can be established from the hydraulic side of the hydraulic switch to an output side of the hydraulic switch.
- the output side of the hydraulic switch is according to this embodiment with one of the hydraulic chambers of the piston in connection.
- the proposed embodiment is a fairly compact variant. It impresses with its simplicity and simplicity.
- the directional choice of the hydraulic piston can be adjusted by a hydraulically controlled valve.
- a hydraulically controlled valve As a result of the hydraulic speeds, a hydraulically very stable system results from its feedback loops.
- a hydraulically controlled valve is used to pressurize one of the hydraulic chambers to the other Hydraulic chamber to connect.
- the hydraulic dependencies ensure stabilization of the hydraulic circuit.
- the central valve is arranged either in the axial center of the camshaft adjuster or as an axial extension of the camshaft adjuster.
- the central valve or assembly includes a pressure reducing valve, a check valve or a two-way valve.
- the hydraulic circuit may comprise a partial hydraulic circuit, which is composed of three hydraulically controlled valves.
- the three valves take on the task alternately obstruct two supply lines and two return lines or switch freely.
- the hydraulic circuit can be designed so that the essential component is a valve. It is then a valve for a motor vehicle hydraulic circuit.
- the valve is intended, in particular in the case of a pivoting motor-type camshaft adjuster, to pass through the torque fluctuations, which can occur both as alternating torques and as swelling torques, with the hydraulic pressure which is transmitted from the pressure source, which is transmitted to the pressurized port of the valve.
- a typical cam phaser valve may be a four port valve.
- a connection is the connection that is switched directly or indirectly to the permanent pressure sources. It is the P port.
- Another connection is the tank connection, which usually leads into the engine sump.
- Working connections which lead to the chambers of the hydraulic piston, are alternately switched through or interrupted depending on the switching position of a hydraulic piston within the valve.
- check valves are used for passing the negative portion of the alternating torque.
- the check valves are arranged to prevent hydraulic fluid flow from the pressurized port of the valve on the working port when the pressure resulting from the amount of the negative portion of the alternating torque, calculated by the above formulas, is absolutely greater than the pressure of the pressurized port.
- the valves work as directional throttles, so to speak. With this approach, valves with two switching states apply as check valves according to the invention, if they are to realize the same function. Instead of a particularly advantageous band, technically subordinate solutions can also be chosen without falling outside the scope of equivalence or the meaning of the term check valve.
- a suitable measure is to bias the valve in particular with a spring and build the entire valve as a cartridge valve.
- the cartridge valve is called a camshaft cartridge valve for a phaser.
- Particularly suitable are check valves that represent a kickback strap.
- the band is shaped into a ring. The self-holding of the band, the valves open in one direction and close in the other direction.
- the entire cartridge valve thus forms an integrated component with return valves. All cross connections within the cartridge valve are realized by transverse bores and recesses in the sleeve and in the piston.
- the hydraulic piston can assume two or three switching positions. Actually, there are physically switching ranges.
- the valve is designed as a directional control valve. In the first position, which results from a bias, but does not require active control of the piston, there is an open position. It is a parallel connection.
- a parallel connection is understood to mean that the pressurized connection P leads to the first working connection A.
- the second working connection leads to the tank connection. If there is a connection from the P port to the second port B, and a connection from the first working port A to the tank port T, it is spoken of a cross-connected open position.
- the open position in parallel connection and the open position in cross-connection represent two of the two or three existing.
- the third position may be a broken or closed position. It can be arranged on the piston so that the interrupted position is between the first and the second open position.
- valves can be used which have more than three positions along their piston.
- the first check valve is arranged so that pressure peaks of the first working port are passed through the check valve.
- the second check valve is arranged so that pressure peaks of the second working port can be passed through this check valve.
- a third check valve is designed as a pump protection valve. To protect the pump one or two check valves in the reverse direction, so to speak contrary, introduced into the valve. Thus, only one of the two paired check valves can open.
- the valve can be installed in the cylinder head of the internal combustion engine or in the camshaft adjuster itself.
- a bypass line is routed via the switch or a separate valve.
- This implementation reduces the component cost considerably and ensures easy to implement piston assembly within the valve.
- an external influence e.g. B. via a separate control valve.
- the absolute amount of pressure peaks resulting from the force or the moment has no influence on the concrete controllability. The fact increases the control quality. Also, the pressure differences in the system of subordinate importance.
- FIG. 1 a torque curve, from where the inventors start to the embodiments of the FIGS. 2 to 6 a hydraulic circuit have arrived
- FIG. 7 shows a common camshaft adjuster with axial extension of the central axis for receiving a partial hydraulic circuit
- the FIGS. 8a to 8c represent a possible valve with check bands in three different positions
- the FIGS. 9 to 12 disclose further suitable embodiments for a hydraulic switch according to the invention
- FIG. 13 represents a measurement or computational protocol of various inventive, here disclosed systems, compared to a classical, known system.
- both phases of a swelling moment occur as phases of an alternating torque M, in which both negative and sometimes positive components can occur.
- the moment or the force
- the opposite moment can be used successfully. It is therefore desirable to have a circuit that can use the opposite moment as effectively as possible without actively influencing itself, so that the pressure 250 can be discharged therefrom.
- FIGS. 2 to 6 different embodiments of the invention are disclosed, wherein it depends on the concrete framework conditions in the design of the motor vehicle hydraulic circuit, in particular the camshaft hydraulic circuit, which can be applied to the illustrated hydraulic plans. Similar components or components with similar functions are in all embodiments of FIGS. 2 to 6 have been listed with the same reference numerals. For readability reasons, not all similar parts are named individually in each embodiment, but for a better understanding reference is made to similar embodiments.
- a camshaft adjuster 100 has at least two chambers A and B. As a rule, these chambers occur several times alternately.
- Two supply lines 28, 30 extend from the secondary side of the hydraulic switch 10 to the camshaft adjuster. The lines can be selected arbitrarily short or long, it depends on whether the hydraulic switch 10 is located far away at another location in the internal combustion engine, or whether the switch 10 and the camshaft adjuster 100 are integrated into one component.
- the hydraulic switch 10 On the primary side, the hydraulic switch 10, which is spring-biased by the spring 32, and is electrically adjustable via the electrically controlled plunger 64, a pressurized port P and a tank port T, which leads into the motor sump 7.
- the pressure supply line 34 leads.
- a first and second return line 16, 18 are connected, for example, by means of branch lines or cross-drilled lines.
- the first check line has a first check valve 12
- the second check line 18 has a second check valve 14.
- the check valves lead to the pressure supply line 34.
- the first check line 16 acts on the first working port A1
- the second check line 18 acts on the second working port B1.
- a summation point is present, on which lead both the check valves 12, 14 and a pump protection valve.
- the pump protection valve 44 and the check valves 12, 14 are arranged with respect to the node unlocking.
- a further pressure supply line 36 is provided, which is in communication with the hydraulic pump 5.
- a 4/3-way valve 60 has been selected, which has an opening position in Wienverscnies 50, a blocking position 52 and an open position in parallel connection 54. Without energization of the electrically controlled plunger 64, the spring 32 presses the hydraulic piston of the valve 10 in the open position in parallel connection 54.
- a first other position depending on the design of the valve can be selected.
- the pump protection valve 44 opens in the hydraulic oil-free state and hydraulic medium flows out of the motor sump or oil pan 7 via the valve 10 into the first hydraulic chamber A, which increases and thereby reduces the second hydraulic chamber B.
- the electrically controlled plunger 64 adjusts the hydraulic piston of the valve 10 and the open position is cross-connected 50, the hydraulic medium from the chamber A via the working port A1 to the tank port T is discharged, while new hydraulic medium, conveyed by the hydraulic pump 5, in the second Hydraulic chamber B is initiated.
- the hydraulic chamber B thereby increases, while the hydraulic chamber A is correspondingly reduced in size.
- the camshaft adjuster in addition to the normal adjustment a torque or force, and amplifies this introduction the adjustment, the respective check valve 12, 14 is opened. By an increasing pressure in the pressure node locks the pump protection valve 44 while the check valve 12 or the check valve 14 is opened by the introduction of force. Due to the hydraulic routes there is no instantaneous but almost immediate alternation between the types of valves.
- FIG. 3 A further embodiment of a hydraulic circuit according to the invention is in FIG. 3 to see.
- a valve 10 has been selected as a hydraulic switch, but which is directly via a pressure supply line 36 to the hydraulic pump 5 in conjunction, while another port of the valve 10, a 4/3-way valve 60 is on the motor sump 7 leads.
- the 4/3-way valve 60 has a first state, the open position in parallel connection 54, which is occupied by a spring bias of the biasing spring 32 in the de-energized or low-energized state of the electrically controlled plunger 64, a blocking position 52 and an open position 50 in cross-connection.
- valves 44, 46 which operate as pump protection valves, on one side and on hydraulically controlled tappet connections 66 of a further valve, which is a 4/2-way valve 62 with two positions.
- the throttle 38, 40 are supply chokes. The connection through the supply chokes 38, 40 from the valve 10 via distribution lines 70, 72.
- the pump protection valves 46, 47 have together with check valves 12, 14 to a P port of the 4/2 Directional valve 62.
- the four ports of the valve 62 are the P port for the pressure supply, the T port for the tank, a first working port A1 and a second working port B1.
- the working ports A1, B1 lead via supply lines 28, 30 to the hydraulic chambers A, B of the hydraulic piston 3 and the camshaft adjuster 100, which are mechanically fixedly connected to the camshaft 102.
- the hydraulic chambers A, B are also connected to non-return lines 16, 18, in which the non-return valves 12, 14 are installed opposite to each other.
- Leckagesrosseln 42 in the supply lines point to the trough in the motor sump 7.
- the hydraulic circuit 1 thus comprises in addition to four check valves, a 4/3-way valve 60 and a 4/2-way valve 62, the 4/3-way valve is mechanically biased and electrically adjustable and the 4/2-way valve 62 has a plunger 66 hydraulically clamped on both sides.
- the position of the camshaft adjuster is selected. If the selected early or late position of the camshaft with respect to the crankshaft or another camshaft is set, the valve remains in the blocking position 52.
- the hydraulic circuit beyond the supply throttles 38, 40 is decoupled from the hydraulic pump 5.
- the pump protection valves 44, 46 remain in the locked state.
- one of the two check valves 12, 14 opens and provides for a reverse transfer of the hydraulic fluid from one chamber to the other chamber.
- About the 4/2-way valve 62 and the set by the hydraulic bias ram position results in a possible hydraulic unloading one of the two chambers A, B.
- FIGS. 4 and 5 show two quite similar, inventive embodiments of a hydraulic circuit 1 with a camshaft adjuster 100, which is shown as a hydraulic piston 3.
- the hydraulic circuit 1 in the FIG. 4 schematically shows a hydraulic circuit for a hydraulic piston 3 and a camshaft adjuster 100, which moves the camshaft 102 in a relative phase.
- the camshaft adjuster 100 has a plurality of opposing chambers A and B, which can be hydraulically loaded to different pressure levels via the supply line 28 for the hydraulic chamber B and the supply line 30 for the hydraulic chamber A to a hydraulic medium to the camshaft 102 in an early or a To adjust late position.
- a supply line for a plurality of hydraulic chambers A, B reduces the leakage and thus the pressure losses in the system of the hydraulic circuit 1.
- From the output side terminals A1 and B 1 in the supply lines 28, 30 have check lines 16, 18, in the check valves 12, 14 in the reverse direction, are installed to allow a passive, automatic reloading from a chamber to the corresponding counter chamber.
- the hydraulic switch 10 is a biased with a spring 32 4/2-valve that can take a changing position between an open position in Wienverscaria 50 in the idle state and an open position in parallel connection 54.
- the plunger of the valve is actuated hydraulically via a pressure reducing valve 22 or a similarly acting second pressure reducing valve 24.
- FIG. 4 are represented by the supply chokes 38, 40 which are arranged between the pressure generator, the hydraulic pump 5, and pressure reducing valve 24 on one side and the switch with the connected supply lines 16, 18, 28, 30 and the camshaft adjuster 100. Reflows of the system are at the pressure reducing valve 24 (embodiment of the FIG. 4 ) or pressure reducing valve 22 (embodiment of the FIG. 5 ), returned to the leaks 42 and the hydraulic switch 10 in the trough 7 of the tank of the engine sump.
- the pressure reducing valve 24 may be biased by a spring 33.
- the check valve 44 protects the pump 5.
- integrated components such as the hydraulic switch 10, the 4/2-valve, and numerous check valves 12, 14, 44 in the camshaft adjuster, preferably on the camshaft remote side.
- FIG. 4 is the hydraulic switch 10 as a 4/2 valve, also referred to as 4/2-way valve, which is biased on one side by the biasing spring 32, shown.
- the two states of the 4/2-way valve 62 are the open position in parallel connection 54 and the open position in Wienverscrien 50.
- the plunger of the valve 62 is a hydraulically controlled plunger 66.
- the P port opens into the oil pan 7 of the internal combustion engine.
- the two working ports A1 and B1 which lead via the two supply lines 28, 30 to the hydraulic chamber A, B of the hydraulic piston 3 are returned via the non-return lines 16, 18 with the two check valves 12, 14 to a hydraulic summation point of the pressure supply line 34, the to the P port of the 4/2-way valve 62 points.
- a further check valve 44 can be seen, which is arranged as a pump protection valve camshaft adjuster side before the leakage throttle 42 and the supply throttle 38 in the pressure supply line 36.
- a distribution line 70 leads to the pressure reducing valve 24, which is held biased by an adjustable biasing spring 33 in a rest position. Both the distribution line 70 and the pressure supply line 36 are supplied by the hydraulic pump 5.
- the pressure reducing valve 24 is arranged on the engine block side, hydraulically following in the direction of the hydraulically controlled plunger 66 acts a supply throttle 40 and a Leckagesrossel 42. The Leckagesrossel 42 also open into the oil pan 7.
- the hydraulic circuit 1 thus has four points at which oil in the Hydraulic trough 7 can disappear: the 4/2-way valve 62, behind the first supply throttle 38; behind the second supply throttle 40, in each case via the leakage throttle 42; on the pressure reducing valve 24.
- the 4/2-way valve 62 has only two positions, it eliminates the blocking position 52. If a moment is introduced to the camshaft adjuster 100, so that the hydraulic chamber B and the hydraulic chambers B decrease, the excess hydraulic fluid on the Feed line 28, the return line 18, the remindschlacsventil 14 introduced into the summation point of Druckveroraungs effet 34. Approximately at the same time closes the pump protection valve 44, and thus disconnects the hydraulic pump 5 from.
- the pressure peak can not break through to damage the hydraulic pump 5, but is passed via the 4/2-way valve 62 and the hydraulic switch 10, depending on the position of the hydraulically controlled plunger 66 either in the chamber A or back into the chamber B.
- the control quality can be adjusted via the setting of the pressure reducing valve.
- FIG. 5 From the FIG. 5 is a very similar hydraulic circuit 1 as after FIG. 4 can be seen, a difference, the pressure reducing valve 22 is the one-sided spring biased over the Biasing spring 32 is, and can be electrically adjusted, in which the electrically controlled plunger 64 is addressed.
- the hydraulic circuit reacts similarly to the description FIG. 4 with the exception that a valve position can be selected electrically from the vehicle control unit or the engine control unit.
- a valve position can be selected electrically from the vehicle control unit or the engine control unit.
- FIG. 6 shows a further erfindungsaemä touch hydraulic rice 1, which can be arranged as integrated components in the camshaft adjuster 100 so similar, as in the construction example according to FIG. 7 is disclosed.
- rotary unions which are shown as supply reactors 38, 40 with their associated, but often unwanted, leakage throttles 42, to the oil pan 7, the skilled person will recognize that in the present embodiment FIG. 6 except for the hydraulic switch 10, all components are installed in the camshaft adjuster 100.
- the hydraulic switch 10 which is a 4/3-valve with a spring preload for defined rest position intake by the spring 32, lead to the camshaft adjuster 100 two valve lines 70, 72 zoom, which in the camshaft adjuster 100 in two control lines 74, 76 before divide the check valves 46, 47 and two continuing lines.
- the 4/3-valve has an open position in Wienverscnies 50, an open position in parallel connection 54 and a blocking position 52, wherein in the rest position, the open position is taken in parallel connection. Due to the hydraulic coupling between the valves 26, an inflow direction from the pressure supply of the hydraulic pump 5 into one of the chambers A, B of the camshaft adjuster 100 is alternately opened, while the other valve allows a discharge direction to the trough 7.
- the pressure compensation valve 56 is hydraulically clamped on both sides, so that depending on the supply position of the switch 10 one of the two lines 16, 18, which are also part of the check lines, the pressure-supplied chamber A, B can switch.
- the check valves 13, 15 together with the pressure compensating valve 56 release at hydraulic pressure over the supply pressure in the lines to the chambers a hydraulic path to allow discharges under pressure or momentum pulses from the camshaft from the reducing chamber in the enlarging chamber.
- FIG. 7 a constructive variant of the Hydauliknikes 1 of a eifindungswash camshaft adjuster 100 is shown with a camshaft 102.
- the rotor 108 merges into a rotor bearing 114, which is designed with a smaller diameter than the rotor 108 with its wings 104 and the axial extension 20.
- a rotor bearing 114 rotary unions are integrated, the are shown in the schematics as supply chokes 38.
- Some supply lines and control lines turn away from the wings 104 and lead first into the axial extension 20.
- the axial extension 20 is cap-like designed as a cylindrical, circular construction section, the approximately centrally, preferably arranged in the center of gravity of the rotor 108, provides space to include such components as check valves 46, 47 and two-way valves 26.
- Gem. Hydraulic plan 1 of FIG. 6 Lines from the cap to the wings 104 and the chambers A, B. In some wings 104 check valve 13, 15 are arranged, the Umladeoxyn from the chamber of the first type to the chambers of the second type of the camshaft adjuster 100 respectively, in particular together with the pressure compensation valve 56, release. In other wings 104 can Locking openings 106 are arranged.
- a third type of wing has no other functions, it is designed massive.
- Extension 20 may be to use the injected pulse from the camshaft 102 and its gas exchange check valves (not shown) to use the energy in the hydraulic fluid to a Regelgütenverbessening.
- the supply chokes 38, 40 and the leakage chokes 42 are above the hydraulic switch 10, in the present example a 4/3-way valve 60 is shown.
- the position of the camshaft phaser 100 is adjusted by the electrical driving of the electrically controlled plunger 64 of the 4/3-way valve 60 against the biasing force of the biasing spring 32.
- the pressure on the hydraulic medium from the hydraulic pump 5 in the hydraulic chamber A or in the hydraulic chamber B of the camshaft adjuster 100 via one of the two hydraulically controlled Two-way valves 26 are routed.
- the two two-way valves 26 are alternately on and are in the passage position. If a hydraulic passage takes place through the one two-way valve, then a hydraulic lock by the other hydraulic valve takes place at the same time.
- To adjust the position of the plunger serve the control lines 74, 76, which are each connected to a distribution line 70, 72.
- the control line 74, 76 are connected in front of the pump protection valves 46, 47 and behind the supply throttles 38, 40.
- the pressure compensation valve 56 is also a two-way valve whose piston is clamped by the control line 74, 76 on both sides. Depending on the pressure conditions in the control lines, a connection via either one return line 16 or the second return line 18 takes place.
- On the other side of the pressure compensation valve 56 two antiparallel-connected check valves 13, 15 are arranged, the pressure peaks from the hydraulic chambers A and B or multiply A and B of the camshaft adjuster 100 directed to reload into the respective other chamber.
- the three valves 26 and 56 are installed together with the check valves 46, 47, 13, 15 camshaft adjuster side.
- a common 4/3-way valve 60 which is familiar to any expert used. The control quality improvement takes place via the camshaft adjuster, in particular via the non-return valves 13, 15 and the associated hydraulic switches.
- FIG. 7 shows a complete structural implementation of the camshaft adjuster side portion of the hydraulic circuit 1 of FIG. 6
- a rotor 108 In the camshaft adjuster 100 is a rotor 108 can be seen, the axial center is cylindrically elongated to accommodate the hydraulic arrangement of the valves 26, 56, 46 and 47 can.
- the rotor 108 moves in a pivoting manner in its stator 112. Components are introduced in the blades 104 of the rotor 108.
- Two of the wings 104 have the check valves 13, 15.
- a third wing has a locking aperture 106 for a known locking pin, such as shown in FIG DE 10 2005 004 281 A1 (Hydraulic Ring GmbH) known.
- FIG. 8a to FIG. 8c map the same valve with different plunger and piston positions in sectional drawings.
- the valve 200 comprises a magnetic part 218 and a hydraulic part 220.
- a hydraulic part 220 has been adapted to a known magnetic part 218.
- the selectively hydraulically or electrically controlled plunger here, for example, an electrically controlled plunger 64, moves the hydraulic piston 202 against the biasing spring 32.
- the biasing spring 32 is oil-filled, through which the oil flows to the trough 7 via the port T.
- the oil enters the Cavity 226 of the piston 202 via outflow openings 224.
- the connections for the hydraulic chambers A, B have in each case two through openings A1 and B1.
- One of the existing in the sleeve openings A1, B 1 is underlaid with a band-shaped check valve 204, 208. Due to the discharge edges on the hydraulic piston 202 alternately one of the openings is switched through.
- a filter 216 is arranged outside the sleeve 210, preferably permanently inserted, under which a further band-shaped ring 206 is placed, which also serves as a check valve like the two belts 204, 208 works.
- the check valve clears the path to the hydraulic piston 202, while the pump protection valve 404, consisting of the band-shaped ring 206, decouples the pressure source at the port P.
- the bands 204, 208, 206 are placed below the surface 212.
- valve 200 shows an elegant realization of the ereindung in the form of a cartridge valve 214, the well-known Openings of cylinder heads of conventional internal combustion engines can be screwed.
- FIG. 9 The 4/3-way valve 62 of FIG. 9 can with reference to the FIGS. 2 to 6 in which similar parts have already been described, are easily understood by consideration, if any FIG. 8a to FIG. 8c is involved.
- FIG. 10 discloses a 4/3-way valve 60 with the four ports P, T, A 1 and B1. The three states, the open position in Wienverscnies 50, the blocking position 52 and the open position in parallel connection 54. On one side, the valve is spring-biased by the biasing spring 32. The piston of the valve can be moved by the electrically controlled plunger 64 against the spring.
- pump protection valves 46, 47 and the check valves 12, 14 have in opposite directions of flow.
- the check valves 12, 14 establish a connection between the terminals A1 and B1, when on the non-pressure-side, but the pressure-relieved side T, a pressure peak occurs.
- the pump protection valves 46 or 47 close at that moment.
- the hydraulic source for example in the form of the hydraulic pump 5, is decoupled and a compensation takes place between the chambers A and B of the camshaft adjuster 100 via one of the non-return valves 12, 14.
- the 4/3-way valve 60 with the biasing spring 32 and the electrically controlled plunger 64 of the FIG. 11 is similar to the valve of the FIG. 10 , wherein the flow direction limiting unilaterally opening valves 12, 14 and 44 have been removed from the actual piston portion 202 and apply as the valve upstream. It will be appreciated that such a hydraulic piston 202 must provide more cross-links between the ports A1, B1, P and T. In the connection forming positions, the first and the third state, the P-terminal is led to at least two output-side terminals. Two further connections, a P and a T connection, are also routed to the other side of the valve or to the working connections A1, B1.
- FIG. 12 Also, a 4/3-way valve 60 is shown, the check valves 12, 14 have not been positioned on the working port side, but are provided on the pressure supply side of the terminal P. Becomes FIG. 11 With FIG. 12 compared, it can be seen that the otherwise selected arrangement of the check valves, while maintaining the pump protection valve 44 at the P port, otherwise internal bridging over the edge selection of the hydraulic piston 202 of the valve 200 result.
- the valve shows, in each case viewed from the working ports A1, B1 forth, a double-connected connection to the ports P and T. Here then the open position in cross-connection 50 and the open position in parallel connection 54 in individual positions next to the blocking position 52 again. On the realization FIG. 11 the positions defined above are not so directly applicable.
- the FIG. 13 represents the control deviation of a classic camshaft adjuster system (top characteristic curve) to the different Eifindungsdorfen systems.
- the control deviation is noted on the y-axis.
- the engine speed is noted on the x-axis.
- the presented teaching shows various embodiments, as can be constructed by means of conveniently placed check valves within a camshaft adjuster or a camshaft adjuster and some non-return lines a passively operating camshaft adjuster system, which stabilized by rapid transhipment, caused by introduced torques or induced external forces, the camshaft adjuster system as a whole. Only a small number of moving parts is needed. The absolute pressure values are subordinate. It is worked with relative pressure differences compared to the pressure supply. Due to the short ways, especially in an integration or partial integration in the camshaft adjuster, no additional significant amounts of oil are to be provided.
- the illustrated hydraulic circuit even out the Winkelverstell austunus the camshaft adjuster with the knowledge of the easy-to-implement check valve, the multiple in the hydraulic Soft is integrable. It has been designed a fault-tolerant, easy to build system that manages with less moving parts. Therefore, the invention can be applied to a valve and a suitable hydraulic circuit, in particular for camshaft adjuster of an internal combustion engine, in which a number of non-return valves or non-return valves functioning two-way valves are placed to provide a fast camshaft adjuster with high control performance.
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Abstract
Description
- Die Erfindung betrifft einen kraftfahrzeugtauglichen Hydraulikkreis, insbesondere mit einem Nockenwellenversteller, und entsprechende Steuerelemente.
- In Hydraulikkreisen von Kraftfahrzeugen werden Hydraulikkolben eingesetzt, um die Position eines angeschlossenen mechanischen Elements, wie zum Beispiel einer Nockenwelle, zu verändern. Ein Typ eines Hydraulikkolbens kann ein schwenkmotorartiger Drehkolben oder auch Radialkolben, auch bekannt als Hydraulikmotor, sein, der innerhalb eines bestimmten Winkelbereichs rotatorisch seine Position verändern kann.
- Der Kolben bewegt sich innerhalb eines Gehäuses, wobei der Kolben beidseitig hydraulische Räume bildet, die gegenläufig verändert werden. Das bedeutet, wenn durch eine Positionsveränderung des Hydraulikkolbens die eine Hydraulikkammer anwächst, reduziert sich in einem korrespondierenden Maße die entsprechende dem Kolben gegenüberliegende Kammer und umgekehrt. Bekanntermaßen sind die Hydraulikkammern gleichartig gestaltet, so dass das volumenmäßige Anwachsen der einen Hydraulikammer zu der gleichen volumenmäßigen Reduktion der korrespondierenden anderen Kammer beiträgt. In diesem Fall sind die Veränderungen des Volumens betragsmäßig äquivalent oder sogar identisch.
- Ein sehr wichtiger hydraulischer Kraftfahrzeugkreis ist der im Motorsumpf startende Nockenwellenverstellerkreis, der über entsprechende Ventile und einem schwenkmotorartigen Nockenwellenversteller die relative Lage der Nockenwelle gegenüber einer antreibenden Welle, wie zum Beispiel der Kurbelwelle oder einer weiteren Nockenwelle, verstellt. Die Verstellungen erfolgen in Richtung auf einen früheren oder einen späteren Zeitpunkt in Bezug auf den Drehwinkel der antreibenden Welle oder in Bezug auf die Position des Kolbens. Ein solches System wird im Gegensatz zu zum Beispiel abgeschlossenen Systemen mit einem einzigen Hydraulikkreislauf, so wie bekannte Kraftfahrzeugaetriebe aufgebaut sind, als offenes System betrachtet, das mit veränderlichen Ölvolumina arbeitet, weil mehrere Hydraulikkreise im Motorsumpf startend in der Verbrennungskraftmaschine vorhanden sind.
- Andere bekannte hydraulische Kreise im Kraftfahrzeug können zum Beispiel Getriebesteuerungen sein, die entweder an dem zentralen, mit Motoröl versorgten Hydraulikkreis oder einem unabhängigen, selbstständig abgeschlossenen Hydraulikkreis hängen.
- Insbesondere bei mehrfachen, hydraulischen Belastungen durch ein aufgefädeltes Hydrauliksystem fordern Automobilhersteller eine möglichst geringe Belastung der hydraulischen Pumpe, die alle Verbraucher versorgen muss. Hierdurch werden die parasitären Belastungen der Verbrennungskraftmaschine gesenkt, was wiederum zur Wirkungsgradsteigerung beiträgt.
- Zahlreiche Ausführungsformen, wie die Überversorgung der hydraulischen Verbraucher reduziert werden können, ist der
US 2005/0072397 A1 entnehmbar, die vorrangig bei den Fördermengen des Hydraulikkreises ansetzt. Nach einem Aspekt der dort beschriebenen Erfindung werden drehzahlabhängige Fördermengen einer mechanisch direkt mit der Verbrennungskraftmaschine gekoppelten Ölpumpe durch zusätzliche Förder- oder Speichereinrichtunaen mengenmäßig reduziert. - Eine weitere wichtige Forderung von Verbrennungsmotorenherstellem ist der Wunsch, möglichst schnelle Nockenwellenversteller in den Verbrennungsmotor einbauen zu können. In der Regel wird die Verstellgeschwindigkeit der Nockenwellenversteller durch entsprechend große Ölfördermengen erhöht. Viele Kraftfahrzeughersteller fordern Versteller mit Verstellgeschwindigkeiten von 100 °/sec. In der Literatur findet man häufig Versteller, deren Verstellaeschwindigkeit mit einem einzigen Extremwert angegeben werden. Wichtig ist aber die Verstellgeschwindigkeit über alle Drehzahlen der Verbrennungskraftmaschine, die möglichst konstant bzw. linear sein soll. So werden teilweise punktuelle Verstellgeschwindigkeit von mehr als 200°/sec beschrieben, die bei näherer Untersuchung einen reinen singulären Charakter in Bezug auf die Drehzahl aufweisen. Betrachtet man die Angaben näher, so ist festzustellen, dass diese Angaben sich häufig auf hohe Drehzahlen mit niedrigen Öltemperaturen beziehen. Durch Einbau einer größeren Ölpumpe erhält man zwar einen schnellen Nockenwellenversteller, der Wirkungsgrad bzw. die Effizienz der Verbrennungskraftmaschine sinkt aber.
- Aus der Druckschrift
EP 0 388 244 A1 ist ein System bekannt, das vollständig abgeschlossen mit zwei antiparallelen Verschaltungen über ein Ventil die Relativlage einer angetriebenen Welle durch Ölausgleich eines insgesamt konstanten Ölvolumens von einer Kammer auf die zweite Kammer gegenüber einer antreibenden Welle verstellt. Die Lehre der Druckschrift, die zum Beispiel im Hauptanspruch und denFiguren 3 und7 zusammengefasst ist, ist eher theoretisch zu betrachten, denn bekannter Weise treten Leckagen im Nockenwellen verstellerhydraulikkreis auf. - In der Fachliteratur, insbesondere in dem Artikel "A camschaft torque acutated vane style VCT phaser" der Autoren Frank Smith und Roger Simpson, abgedruckt als SAE-Artikel 2005-01-0764, wird zum Beispiel vorgeschlagen, die Pumpe des Hydraulikkreises dadurch zu entlasten, dass die Pumpe nur noch Leckagen des Verstellers ausgleicht, während zwischen den beiden gegenläufigen Kammern des Verstellers ein normaler Weise abgeschlossenes, hydraulisches Ausgleichssystem vorliegt. Die in den Diagrammen vorgestellten Verstellgeschwindigkeiten lassen vermuten, dass das vorgestellte System nur mit entsprechend großen Ölmengen im Hydraulikkreis des Verstellers arbeitet. Bei klassischen Motoren von Kleinkraftfahrzeugen, vor allem bekannt in Westeuropa und in Japan, dürfte das beschriebene System wenig Anwendung finden, weil solche Motoren auch mit deutlich geringeren Befüllmengen auskommen sollen (häufig unter 5 Litern Motoröl). Ein in die gleiche Kategorie gehörendes Patent kann in der
US 5 657 725 erblickt werden. - Die Nutzung des von der Nockenwelle auf den Nockenwellenversteller eingeleiteten Moments zur Verstellung des Nockenwellenverstellers in eine Frühposition ist aus der
DE 101 58 530 A1 und derDE 10 2005 023 056 A1 bekannt. Während dieDE 101 58 530 A1 die Technik verwenden will, um zügiger in die Frühposition zu gelangen, wenn der Motor aus einer Heißlaufphase in einen niedrigen Drehzahlbereich abfällt, will dieDE 10 2005 023 056 A1 vor allem bei einem Versorgungspumpenausfall sicherstellen, dass die Nockenwelle in eine solchen Position verdreht wird, in der ein Weiterbetrieb in der Frühstellung möglich ist. Hierzu verwendet dieDE 101 58 530 A1 ein Rückschlagsventil mit einem Druckausgleichsventil im Nockenwellenversteller selber, während dieDE 10 2005 023 056 A1 mehrere Rückschlagsventile um die Pumpe herum anordnen möchte. - Die
DE 602 07 308 T2 schlägt vor, ein Ventil bzw. einen Umschalter zu verwenden, der zwischen zwei Zuständen unterscheidet, nämlich zwischen einem Hochdrehzahlbereich, in dem eine öldruckbetätigte Nockenwellenverstellung stattfindet, und einem Niederdrehzahlbereich, in dem eine nockenwellenmomentbetätigte Nockenwellenverstellung stattfindet. Der Umschalter schaltet zwischen den beiden Zuständen betriebsabhängig hin- und her. - Wie zu erkennen ist, lehrt der Stand der Technik die Nutzung von Nockenwellenmomente für bestimmte Betriebsweisen und Betriebsarten. Die hydraulischen Schaltungen sind entsprechend für die Aufgabenstellung ausgelegt worden.
- Zur Verbesserung der Verstellgeschwindigkeit ist aus der
DE 102 05 415 A1 bzw. ihrem US-FamilienmitgliedUS 6 941 912 B2 , basierend auf hausinternen Entwicklungen der Anmelderin, bekannt, eine Gruppe von Ventilen, insbesondere vier mit Kolben arbeitenden Ventilen, zusammenzuschalten, um eine Bypassleitung freizugeben, durch die Hydraulikmedium von einer Kammer in die andere Kammer zur Verstellgeschwindiakeitserhöhung umgeladen werden kann. Ansonsten handelt es sich um ein offenes System, das aus einer Förderpumpe versorgt wird. Aus einem der Ausführungsbeispiele ist ersichtlich, dass mittels ineinandergeschachtelte Doppelkolbenanordnung der hydraulischen Weiche eine Bypass-Anordnung realisierbar ist. Nach diesem Ausführungsbeispiel ist die Bypass-Anordnung von der Weiche abgekoppelt eigenständig mit einer mehrere Kolben umfassende sich bildende Ventilgruppe in der rückwärtigen Wand des Nockenwellenverstellers angeordnet. - Bei vorliegender Erfindung wurde also ein Ansatz gesucht, ein hydraulisches System zu entwerfen, dass eine hohe und auch nahezu gleichbleibende Verstellgeschwindigkeit, möglichst unabhängig von den Betriebsparametern, des hydraulischen Kolbens bietet, gleichzeitig eine gute Regelgüte anbietet, eine geringe Belastung für die Ölpumpe der Verbrennungskraftmaschine darstellt und auch bei kleinvolumigen Motoren, z. B. 1,3 oder 1,8 Litermaschinen, eingebaut werden können, die weniger Gaswechselventilrückstellfedern aufweisen als zum Beispiel der V6-Motor des oben beschriebenen Fachartikels.
- Die Regelgüte wird bei Nockenwellenverstellern unter anderem in Winkelgrad angegeben, in denen der Nockenwellenversteller pendelt, obwohl eine definierte, gleichbleibende Position gem. Druckbeaufschlagung aus der Versorgungspumpe gewünscht ist. Die Abweichung von der theoretisch eingestellten Position in Winkelgrad wird dann als Regelgüte bezeichnet. Weiterhin setzten die Erfinder sich die Aufgabe, das zu entwerfende System auch bei vollvariablen Ventiltrieben einsetzen zu können, die zum Beispiel in den Patentanmeldungen
WO 2004/088094 ,WO 2004/088099 undUS 6 814 036 A bzw.EP 1 347 154 A2 näher beschrieben werden. - Ein geeignetes Ventil ist aus Anspruch 1 entnehmbar. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind aus den abhängigen Ansprüchen entnehmbar.
- Im Gegensatz zu der Nutzung eines reinen Wechselmoments, das zum Beispiel aus den Gaswechselventilrückstellfedern und der Nockenwelle bei einem Nockenwellenversteller stammt, bzw. durch eine reine Fremdverstellung mittels druckbeaufschlagtem Hydraulikmedium, wird erfindungsgemäß ein Hydrauliksystem vorgeschlagen, das sowohl mit schwellenden als auch mit reinen Wechselmomenten auskommen kann. Je nach Belastung und Rückwirkung der angetriebenen und verstellten Welle, wie zum Beispiel der Nockenwelle, treten wechselweise schwellende Momente und Wechselmomente auf. Das zur Ansteuerung der hydraulischen Weiche, zum Beispiel dem Nockenwellenverstellerventil, dienende Motorsteuergerät ist nicht mehr auf konstant eingeleitete Wechselmomente angewiesen, sondern muss bei einer Ausführungsform nur ein einziges Ventil aktiv ansteuern, während der Rest des hydraulischen Kreises passiv betrieben wird.
- In diesem Zusammenhang sind Wechselmomente Momente an dem hydraulischen Kolben, der sowohl zeitweilig einen positiven, veränderlichen Anteil als auch einen zeitweise negativen Anteil aufweisen. Demgegenüber sind schwellende Momente solche Momente, die sich zwar betragsmäßig verändern, jedoch über einen längeren Zeitraum von mehreren Millisekunden im gleichen Vorzeichenbereich der Momentenkennlinie verbleiben.
- Auf den Kraftfahrzeughydraulikkreis mit einem gegenläufige Hydraulikkolben mit wenigstens zwei Hydraulikkammern wirkt ein äußeres Moment, das entweder wechselnd oder schwellend einwirkt. Der Hydraulikkreis führt durch unterschiedliche Druckbeaufschlagung, die einer Hydraulikpumpe entnehmbar ist, der gegenläufigen Hydraulikkammern eine Positionsveränderung durch. Neben einer hydraulische Weichenverstellung, vorzugsweise durch ein Ventil verkörpert, die die Druckbeaufschlagung auf das Hydraulikmedium auf den Kolben leitet, wird der negative Anteil des Wechselmoments genutzt, um den Hydraulikkolben in seiner Position zu verändern. Der schwellende Anteil des Moments wird hingegen durch weitere Mittel, wie zum Beispiel Rückschlagsventile, ausgeblendet. Die selektive Nutzung von Momenten, insbesondere durch die Freigabe über Rückschlagsventile, führt zu einer Linearisierung der Verstellgeschwindigkeit über die Drehzahl des Motors, 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.
- Nach einer Ausgestaltung sind jeweils hydraulische Verbindungswege von einer Kammer des einen Typs auf den Arbeitsanschluss für den anderen Kammertyp vorgesehen. Somit ergibt sich ein Hydraulikkreis mit einem Ventil. Das Ventil kann den Hydraulikdruck, der aus dem negativen Anteil des Wechselmoments auf dem einen Arbeitsanschluss für jeweils einen Kammertyp über wenigstens ein Rückschlagsventil ausleitbar ist, auf den zweiten Arbeitsanschluss des jeweils anderen Kammertyps durchreichen. Es kann eine wechselweise Durchreichung erfolgen. Im Übrigen wird die Druckbeaufschlagung des druckbeaufschlagten Anschlusses zu dem zweiten Arbeitsanschluss weitergeleitet. Die wechselweise Durchreichung des hydraulischen Mediums ist sowohl von der einen Kammer als auch von der anderen Kammer auf die korrespondierende gegenläufige Kammer durchzuführen.
- Wird der Kraftfahrzeughydraulikkreis im Rahmen eines Nockenwellenverstellers aufgebaut, so ist der Kraftfahrzeughydraulikkreis ein mit Motoröl operierender Hydraulikkreis einer Verbrennungskraftmaschine, deren Hydraulikkolben ein schwenkmotorartiger bzw. schrägverzahnter Nockenwellenversteller ist, in den die Momente von wenigstens einer Nockenwelle eingeleitet werden.
- Die Größe der Gaswechselventilfedern und deren Anzahl hat einen Einfluss auf die Häufigkeit und Art der eingeleiteten Momente aus der Nockenwelle auf den Nockenwellenversteller. Ein Hersteller von Nockenwellenverstellern ist aufgefordert, Nockenwellenversteller für Verbrennungskraftmaschinen anzubieten, die möglichst universell einsetzbar sein sollen. Häufig möchte ein Kraftfahrzeughersteller ein und den gleichen Nockenwellenversteller für unterschiedliche Motoren verschiedener Baureihen verwenden können. Der Nockenwellenverstellerhersteller darf jedoch Vorgaben bezüglich des Hydraulikkreises machen, so dass es möglich ist, das Verhalten des Nockenwellenverstellers durch die Auswahl eines geeigneten Ventils oder einer geeigneten Ventilbaugruppe und einem Versteller zusammen mit der hydraulischen Verschaltung zu verbessern.
- Im Falle der Verwendung von schwenkmotorartigen Nockenwellenverstellern wird anstelle von Kräften die Momentenschwankungen, das Wechselmoment und das schwellende Moment, die von der Nockenwelle auf den Nockenwellenversteller eingeleitet werden, näher betrachtet, so dass in diesen Fällen anstelle der Kraft vom Moment gesprochen wird. Nach gängigen Kenntnissen jedes Physikers oder Maschinenbauers kann aus dem Moment M die Kraft F ermittelt werden, und aus der Kraft F kann der entsprechende Hydraulikdruck P abgeleitet werden, wobei r den Radius des schwenkmotorartigen Nockenwellenverstellers darstellt und x und y die Fläche beschreiben. Die Formeln hierzu sind:
- Die Funktion der Rückschlagsventile kann als Bypass bezeichnet werden, die nur den negativen Anteil der wechselnden Kraft vor der Weiche wieder einspeisen. Nach einem Ausführungsbeispiel ist ein geeigneter Ort der Wiedereinspeisung der P-Anschluss, der dauerdruckbeaufschlagte Anschluss der Weiche. Das Rückschlagsventil bzw. wenn mehrere Rückschlagsventile vorhanden sind, die Rückschlagsventile, wird dann so angeordnet, dass nur in Richtung auf die Druckseite der Weiche eine Durchleitung des Hydraulikdrucks, der aus den Kammern des Kolbens stammt, ermöglicht wird. Durch den Einsatz von Rückschlagsventilen im Rahmen des Bypassaufbaus ist eine technisch elegante Lösung gefunden worden, wie zum Beispiel mit der Lehre, die in der
DE 10 2005 013 085 näher beschrieben wird, zuverlässig über lange Zeit funktionierende Rückschlagsventile mit wenigen Bauteilen bei Cartridge-Ventilen aufgebaut werden können. - Die Umleitetätigkeit in dem Kraftfahrzeughydraulikkreis funktioniert, wenn der Betrag des aus der Wechselkraft entstehenden Drucks den anderen Druck in einer der Zuführleitungen zu der sich vergrößernden Kammer des Kolbens überschreitet und dann das zur Richtungsbestimmung vorhandene Rückschlagsventil frei schaltet. Die Rückschlagsventile können so angeordnet sein, dass die beiden Hydraulikkammer des Kolbens mittelbar in Verbindung stehen. In diesem Falle ist eine Verbindung über die Weiche zu nehmen, um von einer Kammer zur anderen Kammer zu gelangen. Eine andere Variante ist die unmittelbare Verbindung, bei der bei einem Öffnen des Rückschlagsventils eine direkte hydraulische Verbindung von einer Hydraulikkammer auf die andere geschaffen wird. Welche von den beiden Varianten zu wählen ist, hängt von den jeweiligen Rahmenbedingungen für den zu schaffenden Kraftfahrzeughydraulikkreis ab. Bietet der Zylinderkopf, in dem die Weiche angeordnet wird, ausreichend Platz, um mehrfach hydraulische Leitungen aufzubauen, kann nach einer Ausführungsvariante eine mittelbare Verbindung über die hydraulische Weiche entworfen werden. Sollte es erwünscht sein, eine möglichst schnelle Umladung, wenn möglich mit wenig Leckage, zu ermöglichen, ist eine unmittelbare Verbindung über die Rückschlagsventile von einer Kammer des Kolbens auf die andere Kammer zu wählen.
- Die Hydraulikweiche ist vorgespannt. Geeignete Lösungen zur Erzeugung der Vorspannung können sein:
- eine hydraulische, eine mechanische, eine mechanisch-hydraulische Kombination, eine elektrische, eine magnetische oder eine elektro-magnetische Kombination. Hydraulische Vorspannungen werden gewählt, wenn mit mehr Hydraulikmengen gearbeitet werden kann. Mechanische Vorspannungen werden in der Regel einmal eingestellt, sie sind danach nicht weiter zu kalibrieren. Elektrische und magnetische Vorspannungen können gut auf das Kraftfahrzeugsteuergerät der Verbrennungskraftmaschine geleitet werden. Hierdurch wird eine Software-mäßige Beeinflussung ermöglicht.
- Nach einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird eines der Rückschlagsventile so in Sperrrichtung angeordnet, dass von der mit Hydraulikdruck beaufschlagten Eingangsseite der Hydraulikweiche auf eine Ausgangsseite der Hydraulikweiche eine Verbindung hergestellt werden kann. Die Ausgangsseite der Hydraulikweiche steht nach dieser Ausführungsform mit einer der Hydraulikkammern des Kolbens in Verbindung. Die vorgeschlagene Ausführungsform ist eine recht kompakte Variante. Sie besticht durch ihre Einfachheit und Schlichtheit.
- Nach einem anderen Ausführungsbeispiel kann die Richtungswahl des Hydraulikkolbens durch ein hydraulisch gesteuertes Ventil verstellt werden. Im Rahmen der hydraulischen Geschwindigkeiten ergibt sich ein hydraulisch sehr stabiles System durch seine Rückkopplungsschleifen.
- Nach einer weiterhin vorteilhaften Weiterbildung dient ein hydraulisch gesteuertes Ventil dazu, die Druckbeaufschlagung einer der Hydraulikkammern auf die andere Hydraulikkammer zu verbinden. Auch hier sorgen die hydraulischen Abhängigkeiten für eine Stabilisierung des Hydraulikkreises.
- Mit der unveröffentlichten Erkenntnis aus der
DE 10 2005 013 085 A1 im Bewusstsein ist es möglich, ein integriertes Bauteil zu schaffen, das die Rückschlagsventile mit der hydraulischen Weiche durch eingebaute Bänder verbindet. - Noch weiter zu integrieren ist die gesamte Anordnung, wenn das Ventil und der Nockenwellenversteller zu einem Nockenwellenversteller mit Zentralventilen zusammengefasst werden. Das Zentralventil wird hierbei entweder in der axialen Mitte des Nockenwellenverstellers angeordnet oder als axiale Verlängerung des Nockenwellenverstellers. Das Zentralventil bzw. die Anordnung umfasst ein Druckreduzierventil, ein Rückschlagsventil oder ein Zweiwegeventil. Mit der Offenbarung dieser Erfindung ist es einem Kraftfahrzeugtechniker oder Hydrauliker möglich, die geeigneten Bauteile auszuwählen, um wahlweise mit zum Beispiel einem Druckreduzierventil und drei Rückschlagsventilen im Nockenwellenversteller die Erfindung zu realisieren.
- Nach einer günstigen Weiterbildung kann der Hydraulikkreis einen Teilhydraulikkreis umfassen, der aus drei hydraulisch gesteuerten Ventilen aufgebaut ist. Die drei Ventile übernehmen die Aufgabe, wechselweise zwei Zuleitungen und zwei Rückleitungen zu versperren oder frei zu schalten.
- Der Hydraulikkreis kann so gestaltet werden, dass das wesentliche Bauteil ein Ventil ist. Es handelt sich dann um ein Ventil für ein Kraftfahrzeughydraulikkreis. Das Ventil soll insbesondere bei einem schwenkmotorartisen Nockenwellenversteller die Momentenschwankungen, die sowohl als Wechselmomente als auch als schwellende Momente auftreten können, mit dem Hydraulikdruck, der aus der Druckquelle, die an dem druckbeaufschlagten Anschluss des Ventils weitergegeben werden, durchreichen. Ein typisches Ventil für Nockenwellenversteller kann ein Ventil mit vier Anschlüssen sein. Ein Anschluss ist der Anschluss, der direkt oder indirekt auf die Dauerdruckquellen geschaltet wird. Es ist der P-Anschluss. Ein weiterer Anschluss ist der Tankanschluss, der in der Regel in den Motorsumpf führt. Arbeitsanschlüsse, die auf die Kammern des Hydraulikkolbens führen, werden je nach Schaltstellung eines Hydraulikkolbens innerhalb des Ventils wechselweise durchgeschaltet bzw. unterbrochen. Ohne Momentenschwankungen leitet das Ventil den Hydraulikdruck zeitweilig in eine der Kammern des Schwenkmotors. In dem Hydraulikkreis entsteht ein weiterer Hydraulikdruck, der aus dem negativen Anteil des Wechselmoments stammt. Der Hydraulikdruck, der aus dem negativen Anteil des Wechselmoments herrührt, ist immer wenigstens über ein Rückschlagsventil ausleitbar. Der ausgeleitete Druck wird auf den zweiten Arbeitsanschluss durchgereicht. Der beschriebene Zustand ist ein ungewöhnlicherer, bzw. Sonderzustand, weil die meiste Zeit die Druckbeaufschlagung, die vom druckbeaufschlagten Anschluss der hydraulischen Weiche bzw. des Ventils stammt, zu dem entsprechenden Arbeitsanschluss weitergeleitet wird. Es findet eine weitergehende Nutzung von Drücken innerhalb des Hydraulikkreises über den Dauerdruck hinaus statt. Die sich aus dem Rückschlagsventil ergebende Bypassleitung nützt das negative Moment, während die Standardverstellung durch die gewählte Standardposition des Hydraulikkolbens sichergestellt wird. Neben einer vorteilhaften energetischen Nutzung von zusätzlichen Druckressourcen wird durch diese Rückkopplung die Regelgüte und sogar die Verstellgeschwindigkeit vergleichmäßigt oder verbessert.
- Insbesondere für das Durchreichen des negativen Anteils des Wechselmoments werden zwei Rückschlagsventile verwendet. Die Rückschlagsventile sind so angeordnet, dass sie einen Hydraulikmittelfluss von dem druckbeaufschlagten Anschluss des Ventils auf dem Arbeitsanschluss verhindern, wenn der sich aus dem Betrag des negativen Anteils des Wechselmoments ergebende Druck, nach obigen Formeln berechenbar, absolut den Druck des druckbeaufschlagten Anschlusses übersteigt. Die Ventile funktionieren sozusagen als Richtungsdrosseln. Mit dieser Betrachtungsweise gelten auch Ventile mit zwei Schaltzuständen als erfindungsgemäße Rückschlagsventile, wenn sie die gleiche Funktion realisieren sollen. Anstelle eines besonders vorteilhaften Bandes können auch technisch nachgeordnete Lösungen gewählt werden, ohne aus dem Äquivalenzbereich bzw. dem Sinn des Begriffs Rückschlagsventils hinauszufallen.
- Eine geeignete Maßnahme ist es, das Ventil insbesondere mit einer Feder vorzuspannen und das gesamte Ventil als Cartridge-Ventil aufzubauen. Das Cartridge-Ventil wird für einen Nockenwellenversteller als Nockenwellencartridge-Ventil bezeichnet. Besonders geeignet sind Rückschlagsventile, die ein Rückschlagsband darstellen. Das Band ist zu einem Ring geformt. Durch die Selbsthaltung des Bandes öffnen die Ventile in die eine Richtung und schließen in die andere Richtung. Das gesamte Cartridge-Ventil bildet so ein integriertes Bauteil mit Rückschlaasventilen. Sämtliche Querverbindungen innerhalb des CartridgeVentils werden durch Querbohrungen und Ausnehmungen in der Hülse und in dem Kolben realisiert.
- Der Hydraulikkolben kann zwei oder drei Schaltstellungen einnehmen. Tatsächlich liegen physikalisch Schaltstellungsbereiche vor. Das Ventil ist als Wegeventil ausgestaltet. In der ersten Stellung, die sich durch eine Vorspannung ergibt, jedoch keine aktive Ansteuerung des Kolbens benötigt, liegt eine Öffnungsstellung vor. Es handelt sich um eine Parallelverschaltung. Eine Parallelverschaltung wird so verstanden, dass der druckbeaufschlagte Anschluss P auf den ersten Arbeitsanschluss A leitet. Der zweite Arbeitsanschluss führt auf den Tankanschluss. Liegt eine Verbindung vom P-Anschluss auf den zweiten Anschluss B vor, und eine Verbindung von dem ersten Arbeitsanschluss A auf den Tankanschluss T, so wird von einer kreuzverschalteten Öffnungsstellung gesprochen. Die Öffnungsstellung in Parallelverschaltung und die Öffnungsstellung in Kreuzverschaltung stellen zwei der zwei oder drei vorhandenen dar. Die dritte Stellung kann eine unterbrochene oder geschlossene Stellung sein. Sie kann am Kolben so angeordnet werden, dass die unterbrochene Stellung zwischen der ersten und der zweiten Öffnungsstellung liegt. Natürlich können auch Ventile eingesetzt werden, die mehr als drei Stellungen entlang ihres Kolbens aufweisen.
- Nach einer Ausgestaltung ist das erste Rückschlagsventil so angeordnet, dass Druckspitzen des ersten Arbeitsanschlusses durch das Rückschlagsventil durchgeleitet werden. Unterdessen ist das zweite Rückschlagsventil so angeordnet, dass Druckspitzen des zweiten Arbeitsanschlusses über dieses Rückschlagsventil durchgeleitet werden können. Ein drittes Rückschlagsventil ist als Pumpenschutzventil ausgestaltet. Zum Schutz für die Pumpe werden ein oder zwei Rückschlagsventile in umgekehrter Richtung, sozusagen gegensperrlich, in das Ventil eingebracht. Somit kann immer nur eines der beiden zum Pärchen zusammengefassten Rückschlagsventile öffnen. Das Ventil kann im Zylinderkopf der Verbrennungskraftmaschine oder auch im Nockenwellenversteller selber eingebaut werden.
- Entgegen schon bekannter Bypassrealisierungen, in denen geschachtelte Kolbenanordnungen aufzubauen sind, wird vorliegend eine Bypassleitung über die Weiche oder ein gesondert bestimmtes Ventil geführt. Diese Realisierung reduziert den Bauteilaufwand erheblich und sorgt für leicht zu realisierende Kolbenanordnung innerhalb des Ventils. Ohne einen Schieber in einem Schieber, wie in anderen hausinternen Lösungen schon untersucht, zu realisieren, ist ein System geschaffen worden, das passiv angesprochen werden kann. Das System arbeitet ohne äußere Einflussnahme, wobei das System auch so realisiert werden kann, dass wunschgemäß eine äußere Einflussnahme, z. B. über ein separates Steuerventil, möglich ist. Der absolute Betrag der Druckspitzen, der sich aus der Kraft oder dem Moment ergibt, hat keinen Einfluss auf die konkrete Regelbarkeit. Die Tatsache steigert die Regelgüte. Auch sind die Druckdifferenzen im System von nachgeordneter Bedeutung. Im Sinne dieser Erfindung wird als Rückschlagsventil neben dem zuvor offenbarten auch jede andere geeignete Anordnung verstanden, die im Ergebnis eine Richtungsbeeinflussung hat.
- Die vorliegende Erfindung kann noch besser verstanden werden, unter Bezugnahme auf die im Folgenden näher beschriebenen Ausführungsbeispiele, auf die aber die Erfindung nicht beschränkt ist. Hierbei zeigt
Figur 1 eine Momentenkennlinie, von der aus startend die Erfinder
zu den Ausführungsbeispielen derFiguren 2 bis 6 eines Hydraulikkreises gelangt sind, und
Figur 7 zeigt einen gängigen Nockenwellenversteller mit axialer Verlängerung der Zentralachse zur Aufnahme eines Teilhydraulikkreises, und
dieFiguren 8a bis 8c stellen ein mögliches Ventil mit Rückschlagsbändern in drei unterschiedlichen Schaltstellungen dar,
dieFiguren 9 bis 12 offenbaren weitere geeignete Ausführungsbeispiele für eine eifindungsgemäße hydraulische Weiche, und
Figur 13 stellt ein Mess- bzw. Rechenprotokoll verschiedener erfindungsgemäßer, hier offenbarter Systeme, gegenüber einem klassischen, bekannten System dar. - Wie in
Figur 1 zu sehen ist, schwanken die Momente, die, wie zum Beispiel stilisiert dargestellt, so am Nockenwellenversteller gemessen werden können. Auf der X-Achse ist die Zeit ausgetragen, in vorliegenden Beispiel also 40 ms. Auf der Y-Achse ist das Moment in Zehnerpotenzen in Nm aufgetragen. Es ist zu erkennen, dass das Moment nicht konstant ist, sondern sich nahezu permanent verändert, bedingt durch Schwingverhalten, Stellung der Nockenwelle, Zündzeitpunkte der Verbrennungskraftmaschine, Öffnungspunkte der Gaswechselventile u. a.. Das gesamte Moment M setzt sich aus einem negativen Anteil Mund einem positiven Anteil M+ zusammen. Bei einer Verbrennungskraftmaschine treten auch die Zustände auf, dass nur ein schwellendes Moment vorliegt, dann findet kein Vorzeichenwechsel statt. Somit wird in dem Falle eines Schwellendrehmomentes nur die (M+) oder die (M-)-Kennlinie am Nockenwellenversteller gemessen. Während des Betriebes der Verbrennungskraftmaschine treten sowohl Phasen eines schwellenden Momentes (nur M+ oder nur M-) als Phasen eines Wechselmomentes M, bei dem sowohl mal negative als auch mal positive Anteile auftreten können, auf. Solange der Versteller im schwellenden Zustand verharrt, kann das Moment (bzw. die Kraft) nicht zur Verbesserung der Regelgüte genutzt werden. Jedoch bei einem Vorzeichenwechsel des Moments kann nun das gegenläufige Moment erfolgreich genutzt werden. Es ist also eine Schaltung erwünscht, die ohne aktive Beeinflussung von sich aus möglichst günstig das entgegengerichtete Moment nutzen kann, damit hieraus der Druck 250 ausgeleitet werden kann. - In den
Figuren 2 bis 6 werden unterschiedliche Ausführungsbeispiele der Erfindung offenbart, wobei es von den konkreten Rahmenbedingungen beim Entwurf des Kraftfahrzeughydraulikkreises, insbesondere des Nockenwellenhydraulikkreises abhängt, welche der dargestellten Hydraulikpläne angewendet werden können. Ähnliche Bauteile bzw. Bauteile mit ähnlichen Funktionen sind in allen Ausführungsbeispielen derFiguren 2 bis 6 mit den gleichen Bezugszeichen aufgeführt worden. Aus Lesbarkeitsgründen werden nicht alle ähnlichen Teile in jedem Ausführungsbeispiel einzeln benannt, sondern für das nähere Verständnis wird auf ähnliche Ausführungsformen verwiesen. - In dem Ausführungsbeispiel nach
Figur 2 ist ein Kraftfahrzeughydraulikkreis 1 mit einem Hydraulikkolben 3, der ein Nockenwellenversteller 100 sein kann, dargestellt. Ein Nockenwellenversteller 100 hat wenigstens zwei Kammern A und B. In der Regel treten diese Kammern mehrfach wechselweise auf. Zwei Zuführleitungen 28, 30 reichen von der Sekundärseite der hydraulischen Weiche 10 an dem Nockenwellenversteller heran. Die Leitungen können beliebig kurz oder lang gewählt werden, es hängt davon ab, ob die hydraulische Weiche 10 weit entfernt an einem anderen Ort in der Verbrennungskraftmaschine angeordnet ist, oder ob die Weiche 10 und der Nockenwellenversteller 100 zu einem Bauteil integriert sind. Primärseitig hat die hydraulische Weiche 10, die durch die Feder 32 federvorgespannt ist, und elektrisch über den elektrisch gesteuerten Stößel 64 verstellbar ist, einen druckbeaufschlagten Anschluss P und einen Tankanschluss T, der in den Motorsumpf 7 führt. An dem Druckanschluss P führt die Druckversorgungsleitung 34. Auf der Sekundärseite der hydraulischen Weiche 10 an den Arbeitsanschlüssen A1, B1 sind zum Beispiel mittels Stichleitungen oder quergebohrter Leitungen eine erste und zweite Rückschlagsleitung 16, 18 angeschlossen. Die erste Rückschlagsleitung weist ein erstes Rückschlagsventil 12 auf, die zweite Rückschlagsleitung 18 weist ein zweites Rückschlagsventil 14 auf. Die Rückschlagsventile führen auf die Druckversorgungsleitung 34. Die erste Rückschlagsleitung 16 greift an den ersten Arbeitsanschluss A1 an, die zweite Rückschlagsleitung 18 greift an den zweiten Arbeitsanschluss B1 an. In der Druckversorgungsleitung 34 ist ein Summationspunkt vorhanden, auf dem sowohl die Rückschlagsventile 12, 14 als auch ein Pumpenschutzventil führen. Das Pumpenschutzventil 44 und die Rückschlagsventile 12, 14 sind in Bezug auf dem Knotenpunkt freischaltend angeordnet. Auf der zuführenden Seite zum Pumpenschutzventil 44 ist eine weitere Druckversorgungsleitung 36 vorgesehen, die mit der Hydraulikpumpe 5 in Verbindung steht. Im vorliegenden Beispiel ist ein 4/3-Wegeventil 60 gewählt worden, das eine Öffnungsstellung in Kreuzverschaltung 50, eine Sperrstellung 52 und eine Öffnungsstellung in Parallelverschaltung 54 aufweist. Ohne Bestromung des elektrisch gesteuerten Stößels 64 drückt die Feder 32 den Hydraulikkolben des Ventils 10 in die Öffnungsstellung in Parallelverschaltung 54. Alternativ kann auch eine erste andere Stellung, je nach Aufbau des Ventils, gewählt werden. Arbeitet die Pumpe 5 einwandfrei, öffnet im hydraulikölfreien Zustand das Pumpenschutzventil 44 und Hydraulikmedium strömt aus dem Motorsumpf oder der Ölwanne 7 über das Ventil 10 in die erste Hydraulikkammer A, die anwächst und hierdurch die zweite Hydraulikkammer B verringert. Wenn der elektrisch gesteuerte Stößel 64 den Hydraulikkolben des Ventils 10 verstellt und die Öffnungsstellung in Kreuzverschaltung 50 eingestellt ist, wird das Hydraulikmedium aus der Kammer A über den Arbeitsanschluss A1 zum Tankanschluss T abgeleitet, während neues Hydraulikmedium, gefördert von der Hydraulikpumpe 5, in die zweite Hydraulikkammer B eingeleitet wird. Die Hydraulikkammer B vergrößert sich dadurch, während die Hydraulikkammer A sich entsprechend verkleinert. Erfährt der Nockenwellenversteller neben der normalen Verstellung eine Momenten- oder Krafteinleitung, und verstärkt diese Einleitung die Verstellung, so wird das jeweilige Rückschlagsventil 12, 14 geöffnet. Durch einen ansteigenden Druck im Druckknotenpunkt sperrt das Pumpenschutzventil 44 während das Rückschlagsventil 12 oder das Rückschlagsventil 14 durch die Krafteinleitung geöffnet ist. Aufgrund der hydraulischen Strecken erfolgt keine augenblickliche aber nahezu sofortige wechselweise Umschaltung zwischen den Typen der Ventile. - Ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Hydraulikkreises ist in
Figur 3 zu sehen. In diesem Ausführungsbeispiel ist auch als hydraulische Weiche ein Ventil 10 gewählt worden, das aber unmittelbar über eine Druckversorgungsleitung 36 mit der Hydraulikpumpe 5 in Verbindung steht, während ein anderer Anschluss des Ventils 10, das ein 4/3-Wegeventil 60 ist, auf den Motorsumpf 7 führt. Das 4/3-Wegeventil 60 hat einen ersten Zustand, die Öffnungsstellung in Parallelverschaltung 54, die durch eine Federvorspannung der Vorspannfeder 32 im unbestromten oder niedrig bestromten Zustand des elektrisch gesteuerten Stößels 64 eingenommen wird, eine Sperrstellung 52 und eine Öffnungsstellung 50 in Kreuzverschaltung. Sekundärseitig ist das Ventil auf Rückschlagsventile 44, 46, die als Pumpenschutzventile arbeiten, auf der einen Seite geführt und auf hydraulisch gesteuerte Stößelanschlüsse 66 eines weiteren Ventils, das ein 4/2-Wegeventil 62 mit zwei Stellungen ist. Die Drossel 38, 40 stellen Versorgungsdrosseln dar. Die Verbindung durch die Versorgungsdrosseln 38, 40 von dem Ventil 10 erfolgt über Verteilleitungen 70, 72. Die Pumpenschutzventile 46, 47 weisen zusammen mit Rückschlagsventilen 12, 14 auf einen P-Anschluss des 4/2-Wegeventils 62. Die vier Anschlüsse des Ventils 62 sind der P-Anschluss für die Druckversorgung, der T-Anschluss für den Tank, ein erster Arbeitsanschluss A1 und ein zweiter Arbeitsanschluss B1. Die Arbeitsanschlüsse A1, B1 führen über Zuführleitungen 28, 30 auf die Hydraulikkammern A, B des Hydraulikkolbens 3 bzw. des Nockenwellenverstellers 100, die mit der Nockenwelle 102 mechanisch fest verbunden sind. Die Hydraulikkammern A, B sind auch mit Rückschlagsleitungen 16, 18 verbunden, in denen die Rückschlagsventile 12, 14 zueinander entgegengerichtet eingebaut sind. Leckagedrosseln 42 in den Zuführleitungen weisen auf die Wanne im Motorsumpf 7. Der Hydraulikkreis 1 umfasst somit neben vier Rückschlagsventilen ein 4/3-Wegeventil 60 und ein 4/2-Wegeventil 62, wobei das 4/3-Wegeventil mechanisch vorgespannt und elektrisch verstellbar ist und das 4/2-Wegeventil 62 einen beidseitig hydraulisch eingespannten Stößel 66 aufweist. Über die Weiche 10 und ihre drei Stellungen 50, 52, 54 wird die Position des Nockenwellenverstellers gewählt. Ist die gewählte Früh- oder Spätposition der Nockenwelle gegenüber der Kurbelwelle oder einer weiteren Nockenwelle eingestellt, verharrt das Ventil in der Sperrstellung 52. Der Hydraulikkreis jenseits der Versorgungsdrosseln 38, 40 ist von der Hydraulikpumpe 5 abgekoppelt. Die Pumpenschutzventile 44, 46 bleiben im gesperrten Zustand. Durch eine Integration des Nockenwellenverstellers mit dem Teilhydraulikkreis jenseits der Versorgungsdrosseln 38, 40 treten durch das Sperren der Pumpenschutzventile auch nahezu keine Leckagen über die Leckagedrosseln 42 auf. Wenn eine Einlenkung eines äußeren Momentes der Nockenwelle 102 auf den Nockenwellenversteller 100 stattfindet, öffnet eines der beiden Rückschlagsventile 12, 14 und sorgt für eine gegengerichtete Umladung des Hydraulikmediums von der einen Kammer auf die andere Kammer. Über das 4/2-Wegeventil 62 und der durch die hydraulische Vorspannung eingestellte Stößelstellung ergibt sich ein mögliches hydraulisches Entlasten einer der beiden Kammern A, B. - Die
Figuren 4 und5 zeigen zwei recht ähnliche, erfindungsgemäße Ausführungsformen eines Hydraulikkreises 1 mit einem Nockenwellenversteller 100, der als Hydraulikkolben 3 dargestellt ist. Der Hydraulikkreis 1 in derFigur 4 zeigt schematisch einen Hydraulikkreis für einen Hydraulikkolben 3 bzw. einen Nockenwellenversteller 100, der die Nockenwelle 102 in einer relativen Phase verstellt. Der Nockenwellenversteller 100 hat mehrfach gegenläufige Kammern A und B, die über die Zuführleitung 28 für die Hydraulikkammer B und über die Zuführleitung 30 für die Hydraulikkammer A mit einem Hydraulikmedium hydraulisch auf unterschiedliche Druckniveaus beladen werden können, um die Nockenwelle 102 in eine Früh- oder eine Spätposition zu verstellen. Eine Zuführleitung für mehrere Hydraulikkammern A, B reduziert die Leckagen und damit die Druckverluste im System des Hydraulikkreises 1. Von den ausgangsseitigen Anschlüssen A1 und B 1 in den Zuführleitungen 28, 30 weisen Rückschlagsleitungen 16, 18, in die Rückschlagsventile 12, 14 in Sperrrichtung, eingebaut sind, um ein passives, selbsttätiges Umladen von einer Kammer auf die korrespondierende Gegenkammer zu erlauben. Die hydraulische Weiche 10 ist ein mit einer Feder 32 vorgespanntes 4/2-Ventil, dass zwischen einer Öffnungsstellung in Kreuzverschaltung 50 im Ruhezustand und einer Öffnungsstellung in Parallelverschaltung 54 eine wechselnde Stellung einnehmen kann. Der Stößel des Ventils wird hydraulisch über ein Druckreduzierventil 22 oder einem ähnlich wirkenden zweiten Druckreduzierventil 24 betätigt. Die Drehdurchführungen in dem Beispiel nachFigur 4 sind durch die Versorgungsdrosseln 38, 40 dargestellt, die zwischen Druckerzeuger, die Hydraulikpumpe 5, und Druckreduzierventil 24 auf der einen Seite und der Weiche mit den angebundenen Versorgungsleitungen 16, 18, 28, 30 und dem Nockenwellenversteller 100 angeordnet sind. Rückflüsse des Systems werden an dem Druckreduzierventil 24 (Ausführungsbeispiel derFigur 4 ) bzw. Druckreduzierventil 22 (Ausführungsbeispiel derFigur 5 ), an den Leckagestellen 42 und an der hydraulischen Weiche 10 in die Wanne 7 des Tanks des Motorsumpfs zurückgeleitet. Das Druckreduzierventil 24 kann durch eine Feder 33 vorgespannt sein. Das Rückschlagsventil 44 schützt die Pumpe 5. Vor allem das Ausführungsbeispiel nachFigur 4 integriert Bauteile wie die hydraulische Weiche 10, das 4/2-Ventil, und zahlreiche Rückschlagsventile 12, 14, 44 in den Nockenwellenversteller, vorzugsweise an der nockenwellenentfernten Seite. - In dem Ausführungsbeispiel der
Figur 4 ist die hydraulische Weiche 10 als 4/2-Ventil, auch als 4/2-Wegeventil bezeichnet, das einseitig durch die Vorspannfeder 32 vorgespannt ist, dargestellt. Die beiden Zustände des 4/2-Wegeventils 62 sind die Öffnungsstellung in Parallelverschaltung 54 und die Öffnungsstellung in Kreuzverschaltung 50. Der Stößel des Ventils 62 ist ein hydraulisch gesteuerter Stößel 66. Der P-Anschluss mündet in die Ölwanne 7 der Verbrennungskraftmaschine. Die beiden Arbeitsanschlüsse A1 und B1, die über die beiden Zuführleitungen 28, 30 zu den Hydraulikkammer A, B des Hydraulikkolbens 3 führen, sind über die Rückschlagsleitungen 16, 18 mit den beiden Rückschlagsventilen 12, 14 auf einen hydraulischen Summationspunkt der Druckversorgungsleitung 34 zurückgeführt, die auf den P-Anschluss des 4/2-Wegeventil 62 weist. In dem Hydraulikplan des Hydraulikkreises 1 ist ein weiteres Rückschlagsventil 44 zu sehen, das als Pumpenschutzventil nockenwellenverstellerseitig vor der Leckagedrossel 42 und der Versorgungsdrossel 38 in der Druckversorgungsleitung 36 angeordnet ist. Von der Druckversorgungsleitung 36 führt eine Verteilleitung 70 zu dem Druckreduzierventil 24, das mit einer verstellbaren Vorspannfeder 33 in einer Ruhestellung vorgespannt gehalten wird. Sowohl die Verteilleitung 70 als auch die Druckversorgungsleitung 36 werden von der Hydraulikpumpe 5 versorgt. Das Druckreduzierventil 24 ist motorblockseitig angeordnet, hydraulisch folgend in Richtung auf den hydraulisch gesteuerten Stößel 66 wirkt eine Versorgungsdrossel 40 und eine Leckagedrossel 42. Die Leckagedrossel 42 münden ebenfalls in die Ölwanne 7. Der Hydraulikkreis 1 weist somit vier Stellen auf, an denen Öl in die Hydraulikwanne 7 entschwinden kann: am 4/2-Wegeventil 62, hinter der ersten Versorgungsdrossel 38; hinter der zweiten Versorgungsdrossel 40, jeweils über die Leckagedrossel 42; am Druckreduzierventil 24. Das 4/2-Wegeventil 62 hat nur zwei Stellungen, es entfällt die Sperrstellung 52. Wird ein Moment auf den Nockenwellenversteller 100 eingeleitet, so dass sich die Hydraulikkammer B bzw. die Hydraulikkammern B verringern, wird das überschüssige Hydraulikmedium über die Zuführleitung 28, die Rückschlagsleitung 18, das Rückschlacsventil 14 in den Summationspunkt der Druckversoraungsleitung 34 eingeleitet. Ungefähr gleichzeitig schließt das Pumpenschutzventil 44, und koppelt so die Hydraulikpumpe 5 ab. Die Druckspitze kann nicht auf die Hydraulikpumpe 5 beschädigen durchschlagen, sondern wird über das 4/2-Wegeventil 62 bzw. die hydraulische Weiche 10 je nach Stellung des hydraulisch gesteuerten Stößels 66 entweder in die Kammer A oder zurück in die Kammer B geleitet. Somit kann über die Einstellung des Druckreduzierventils die Regelgüte eingestellt werden. - Aus der
Figur 5 ist ein sehr ähnlicher Hydraulikkreis 1 wie nachFigur 4 ersichtlich, ein Unterschied stellt das Druckreduzierventil 22 dar, das einseitig federvorgespannt über die Vorspannfeder 32 ist, und das elektrisch verstellt werden kann, in dem der elektrisch gesteuerte Stößel 64 angesprochen wird. Auch hier reagiert der Hydraulikkreis ähnlich zu der Beschreibung zuFigur 4 , mit der Ausnahme, dass elektrisch aus dem Fahrzeugsteuergerät oder dem Motorsteuergerät eine Ventilposition gewählt werden kann. Für die übrigen identischen Bauteile des Hydraulikkreises 1 wird auf die Figurenbeschreibung zuFigur 4 verwiesen. -
Figur 6 zeigt einen weiteren, erfindungsaemäßen Hydraulikreis 1, der als integrierte Komponenten in dem Nockenwellenversteller 100 so ähnlich angeordnet sein kann, wie es in dem Konstruktionsbeispiel nachFigur 7 offenbart ist. An Hand der Drehdurchführungen, die als Versorgungsdrosseln 38, 40 mit ihren dazugehörigen, aber häufig unerwünschten, Leckagedrosseln 42, zur Ölwanne 7 ableitend, dargestellt sind, kann der Fachmann erkennen, dass in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel nachFigur 6 bis auf die hydraulische Weiche 10, alle Bauteile in dem Nockenwellenversteller 100 eingebaut sind. Von der hydraulischen Weiche 10, die ein 4/3-Ventil mit einer Federvorspannung zur definierten Ruhelageneinnahme durch die Feder 32 ist, führen an den Nockenwellenversteller 100 zwei Venteilleitungen 70, 72 heran, die sich in dem Nockenwellenversteller 100 in zwei Steuerleitungen 74, 76 vor den Rückschlagsventilen 46, 47 und zwei weiterführenden Leitungen aufteilen. Das 4/3-Ventil weist eine Öffnungsstellung in Kreuzverschaltung 50, eine Öffnungsstellung in Parallelverschaltung 54 und eine Sperrstellung 52 auf, wobei in der Ruhelage die Öffnungsstellung in Parallelverschaltung eingenommen wird. Auf Grund der hydraulischen Ankoppelung zwischen den Ventilen 26 ist wechselweise eine Zuströmrichtung von der Druckversorgung der Hydraulikpumpe 5 in eine der Kammern A, B des Nockenwellenverstellers 100 geöffnet, während das andere Ventil eine Ablassrichtung zu der Wanne 7 erlaubt. Das Druckausgleichsventil 56 ist beidseitig hydraulisch eingespannt, so dass je nach Versorgungsstellung der Weiche 10 eine der beiden Leitungen 16, 18, die gleichzeitig ein Teil der Rückschlagsleitungen sind, die druckversorgte Kammer A, B durchschalten kann. Die Rückschlagsventile 13, 15 zusammen mit dem Druckausgleichsventil 56 geben bei Drucküberschreitungen über den Versorgungsdruck in den Leitungen zu den Kammern eine hydraulische Strecke frei, um Entladungen unter Druck- oder Momentenimpulsen aus der Nockenwelle aus der sich verringernden Kammer in die sich vergrößernde Kammer zu erlauben. In derFigur 7 wird eine konstruktive Variante des Hydaulikkreises 1 eines eifindungsgemäßen Nockenwellenverstellers 100 mit einer Nockenwelle 102 dargestellt. In der zur Nockenwelle entgegengesetzten Richtung befindet sich eine axiale Verlängerung 20 des Nockenwellenverstellers 100, insbesondere des Rotors 108. Der Rotor 108 geht in ein Rotorlager 114 über, das mit einem geringeren Durchmesser gestaltet ist, als der Rotor 108 mit seinen Flügeln 104 und der axialen Verlängerung 20. In dem Rotorlager 114 sind Drehdurchführungen integriert, die in den Schaltplänen als Versorgungsdrosseln 38 dargestellt sind. Die Öffnungen der Drehdurchführungen, des lagestarren Rotorlagers 114, gehen in Ölkanäle über, die die Steuerleitungen 74, 76 und die Versorgungsleitungen 70, 72 sind. Einige Versorgungsleitungen und Steuerleitungen wenden sich von den Flügeln 104 ab und führen zunächst in die axiale Verlängerung 20. Die axiale Verlängerung 20 ist kappenartig als zylinderförmiger, kreisrunder Bauabschnitt gestaltet, der ungefähr mittig, vorzugsweise in dem Schwerpunkt des Rotors 108 angeordnet, Bauraum bietet, um solche Bauteile wie Rückschlagsventile 46, 47 und Zweiwegeventile 26 aufzunehmen. Gem. dem Hydraulikplan 1 derFigur 6 gehen Leitungen von der Kappe zu den Flügeln 104 und den Kammern A, B. In einigen Flügeln 104 sind Rückschlagsventil 13, 15 angeordnet, die die Umladestrecken von der Kammer des ersten Typs zu den Kammern des zweiten Typs des Nockenwellenverstellers 100 jeweils, insbesondere zusammen mit dem Druckausgleichsventil 56, freigeben. In anderen Flügeln 104 können
Verriegelungsöffnungen 106 angeordnet werden. Ein dritter Typ Flügel weist keinerlei weitere Funktionen auf, er ist massiv ausgestaltet. Schlagen die Flügel 104 gegen eine Seitenwand der Stege 110, wobei der Begriff "schlagen" in dem Sinne zu verstehen ist, dass keine tatsächliche Berührung wegen einer Dämpfungshydraulikkammer 116 und einem Schmutzsammelbereich 118 gegeben ist, so ist eine der Kammern, z. B. die Kammer A, in ihrer maximalen Ausdehnung. Bei Flügelpositionen abweichend von der maximalen Auslenkung kann das Hydraulikmedium des einen Kammertyps, z. B. Kammertyp B, in die Kammern des anderen Typs, z. B. Kammertyp A, über das zugehörige Rückschlagsventil, z. B. Rückschlagsventil 15, umgeladen werden, indem das Rückschlagsventil dem Überdruck nachgibt und so den Weg freimacht, gegebenenfalls über ein Druckausgleichsventil 56, das zum Beispiel in der axialen. Verlängerung 20 liegen kann, den eingelenkten Impuls aus der Nockenwelle 102 und ihren Gaswechselrückschlagsventilen (nicht dargestellt) zu nutzen, um die Energie in der hydraulischen Flüssigkeit zu einer Regelgütenverbessening zu verwenden. - Die weitere Ausführungsvariante für einen hydraulischen Kolben 3, insbesondere einen Nockenwellenversteller 100 mit einer Nockenwelle 102, gem. der
Figur 6 stellt eine integrative Anordnungsvariante näher dar. Die Versorgungsdrosseln 38, 40 und die Leckagedrosseln 42 sind oberhalb der hydraulischen Weiche 10, die im vorliegenden Beispiel ein 4/3-Wegeventil 60 ist, dargestellt. Normalerweise wird die Position des Nockenwellenverstellers 100 durch die elektrische Ansteuerung des elektrisch gesteuerten Stößels 64 des 4/3-Wegeventils 60 gegen die Vorspannkraft der Vorspannfeder 32 eingestellt. Je nach gewählter Stellung, Öffnungsstellung in Kreuzverschaltung 50, Sperrstellung 52 und Öffnungsstellung in Parallelverschaltung 54, kann der Druck über das Hydraulikmedium aus der Hydraulikpumpe 5 in die Hydraulikkammer A oder in die Hydraulikkammer B des Nockenwellenverstellers 100 über eines der beiden hydraulisch gesteuerten
Zweiwegeventile 26 geleitet werden. Die beiden Zweiwegeventile 26 sind wechselweise auf und befinden sich in der Durchleitungsstellung. Findet eine hydraulische Durchleitung durch das eine Zweiwegeventil statt, so findet eine hydraulische Sperre durch das andere Hydraulikventil zum gleichen Zeitpunkt statt. Zur Positionseinstellung des Stößels dienen die Steuerleitungen 74, 76, die jeweils an einer Verteilleitung 70, 72 angeschlossen sind. Die Steuerleitung 74, 76 sind vor den Pumpenschutzventilen 46, 47 und hinter den Versorgungsdrosseln 38, 40 angeschlossen. Das Druckausgleichsventil 56 ist ebenfalls ein Zweiwegeventil, dessen Kolben durch die Steuerleitung 74, 76 beidseitig eingespannt ist. Je nach den Druckverhältnissen in den Steuerleitungen findet eine Verbindung über entweder die eine Rückschlagsleitung 16 oder die zweite Rückschlagsleitung 18 statt. Auf der anderen Seite des Druckausgleichsventils 56 sind zwei antiparallel geschaltete Rückschlagsventile 13, 15 angeordnet, die Druckspitzen aus den Hydraulikkammern A und B bzw. mehrfach A und B des Nockenwellenverstellers 100 gerichtet in die jeweilige andere Kammer umladen lassen. Die drei Ventile 26 und 56 sind zusammen mit den Rückschlagsventilen 46, 47, 13, 15 nockenwellenverstellerseitig verbaut. Als hydraulische Weiche kann ein gängiges 4/3-Wegeventil 60, das jedem Fachmann geläufig ist, eingesetzt werden. Die Regelgüteverbesserung erfolgt über den Nockenwellenversteller, insbesondere über die Rückschlagsventile 13, 15 und die zugehörigen hydraulischen Weichen. -
Figur 7 zeigt eine komplette konstruktive Umsetzung des nockenwellenverstellerseitigen Anteils des Hydraulikkreises 1 derFigur 6 . In dem Nockenwellenversteller 100 ist ein Rotor 108 zu sehen, dessen axiale Mitte zylindrisch verlängert ist, um die hydraulische Anordnung der Ventile 26, 56, 46 und 47 aufnehmen zu können. Der Rotor 108 bewegt sich schwenkartig in seinem Stator 112. In den Flügeln 104 des Rotors 108 sind Bauteile eingebracht. Zwei der Flügel 104 weisen die Rückschlagsventile 13, 15 auf. Ein dritter Flügel hat eine Verriegelungsöffnung 106 für einen bekannten Verriegelungsstift, wie zum Beispiel aus derDE 10 2005 004 281 A1 (Hydraulik-Ring GmbH) bekannt. In dem Rotor 108 des Nockenwellenverstellers 100 sind zahlreiche Kanäle vorgesehen, um die Rückschlagsleitungen 16, 18, die Steuerleitungen 74, 76 und die Verteilleitungen 70, 72 in den Rotor 108 einzubauen. Die Pumpenschutzventile 46, 47, die Zweiwegeventile 26 und das Druckausgleichsventil 56 sind in der axialen Verlängerung 20 angeordnet. - Anstelle der Anordnung der Rückschlagsventile und der Hilfsventile in dem Nockenwellenversteller 100 selber kann eine große Funktionalitätsgruppe in einem Ventil 200 gemäß den
Figur 8a bis Figur 8c realisiert werden. Das konstruktiv dargestellte Ventil derFigur 8a ist ähnlich zu einer schematischen Darstellung derFigur 9 . DieFiguren 8a bis 8c bilden das gleiche Ventil mit verschiedenen Stößel- und Kolbenstellungen in Schnittzeichnungen ab. Das Ventil 200 umfasst einen Magnetteil 218 und einen Hydraulikteil 220. Zur Realisierung einer Ausführungsvariante der Erfindung ist auf einen bekannten Magnetteil 218 ein angepasster Hydraulikteil 220 gesetzt worden. Der wahlweise hydraulisch oder elektrisch gesteuerte Stößel, hier zum Beispiel ein elektrisch gesteuerter Stößel 64, verschiebt den Hydraulikkolben 202 gegen die Vorspannfeder 32. Die Vorspannfeder 32 ist ölgebadet, durch sie strömt das Öl zur Wanne 7 über den Anschluss T. Das Öl gelangt in den Hohlraum 226 des Kolbens 202 über Abströmöffnungen 224. Die Anschlüsse für die Hydraulikkammern A, B weisen in jeweils zwei Durchbrechungsöffnungen A1 bzw. B1. Eine der in der Hülse vorhandenen Durchbrechungen A1, B 1 ist mit einem bandförmigen Rückschlagsventil 204, 208 unterlegt. Aufgrund der Ablaufkanten an dem Hydraulikkolben 202 ist wechselweise eine der Durchbrechungen durchgeschaltet. An dem ungefähr mittig vorhandenen P-Anschluss des Hydraulikteils 220 des Ventils 200 ist außen an der Hülse 210 ein Filter 216 angeordnet, vorzugsweise permanent eingelegt, unter dem ein weiterer bandgeformter Ring 206 platziert ist, der ebenfalls als Rückschlagsventil wie die beiden Bänder 204, 208 funktioniert. Bei einer Druckspitze über den Anschluss A auf den bandgeformten Ring 208 gibt das Rückschlagsventil den Weg zum Hydraulikkolben 202 frei, während das aus dem bandgeformten Ring 206 bestehende Pumpenschutzventil 404 die Druckquelle an dem Anschluss P abkoppelt. Die Bänder 204, 208, 206 sind unterhalb der Oberfläche 212 platziert. Stattdessen kann je nach Stellung des Hydraulikkolbens 202, der entlang eines wesentlichen Teils seines Außenradius ausgenommen ist, um einen zusammenhängenden Kanal zu bilden, die Druckspitze vom Anschluss A auf den Anschluss B umgeladen werden. Diese sehr kompakte Realisierung eines Ventils 200, schematisch inFigur 9 dargestellt, zeigt eine elegante Realisierung der Ereindung in Form eines Cartridgeventils 214, das in bekannte Öffnungen von Zylinderköpfen gängiger Verbrennungskraftmaschinen eingeschraubt werden kann. - Das 4/3-Wegeventil 62 der
Figur 9 kann unter Bezugnahme auf dieFiguren 2 bis 6 , in denen ähnliche Teile schon beschrieben worden sind, durch Betrachtung leicht verstanden werden, wenn hilfsweiseFigur 8a bis Figur 8c hinzugezogen wird. -
Figur 10 offenbart ein 4/3-Wegeventil 60 mit den vier Anschlüssen P, T, A 1 und B1. Die drei Zustände die Öffnungsstellung in Kreuzverschaltung 50, die Sperrstellung 52 und die Öffnungsstellung in Parallelverschaltung 54. Einseitig ist das Ventil federvorgespannt durch die Vorspannfeder 32. Der Kolben des Ventils kann durch den elektrisch gesteuerten Stößel 64 gegen die Feder verschoben werden. Mit der Kenntnis, wie mittels Bänder 204, 206, 208 Rückschlagsventile 12, 14 und Pumpenschutzventile 46, 47 realisiert werden können, ist eine ähnliche Umsetzung wie nachFigur 8 aufgrund des schematisch dargestellten Ventils inFigur 10 möglich. Pumpenschutzventile 46, 47 und die Rückschlagsventile 12, 14 weisen in entgegengesetzte Strömungsrichtungen. Die Rückschlagsventile 12, 14 stellen eine Verbindung zwischen den Anschlüssen A1 und B1 her, wenn auf der nicht druckversoraten Seite, sondern der druckentlasteten Seite T, eine Druckspitze auftritt. In dem Moment schließen die Pumpenschutzventile 46 oder 47. Die Hydraulikquelle, zum Beispiel in Form der Hydraulikpumpe 5, ist abgekoppelt und zwischen den Kammern A und B des Nockenwellenverstellers 100 findet ein Ausgleich über eines der Rückschlagsventile 12, 14 statt. - Das 4/3-Wegeventil 60 mit der Vorspannfeder 32 und dem elektrisch gesteuerten Stößel 64 der
Figur 11 ist ähnlich zu dem Ventil derFigur 10 , wobei die die Strömungsrichtung begrenzenden einseitig öffnenden Ventile 12, 14 und 44 aus dem eigentlichen Kolbenbereich 202 herausgelegt worden sind und als dem Ventil vorgeschaltet gelten. Es ist zu erkennen, dass ein solcher Hydraulikkolben 202 mehr Querbindungen zwischen den Anschlüssen A1, B1, P und T aufbieten muss. In den verbindungsbildenden Stellungen, dem ersten und dem dritten Zustand, ist der P-Anschluss auf wenigstens zwei ausgangsseitige Anschlüsse geführt. Zwei weitere Anschlüsse, ein P- und ein T-Anschluss sind ebenfalls auf die andere Seite des Ventils bzw. auf die Arbeitsanschlüsse A1, B1 geführt. - In der
Figur 12 ist ebenfalls ein 4/3-Wegeventil 60 dargestellt, dessen Rückschlagsventile 12, 14 nicht auf der Arbeitsanschlussseite positioniert worden sind, sondern auf der Druckversorgungsseite des Anschlusses P vorgesehen sind. WirdFigur 11 mitFigur 12 verglichen, ist zu erkennen, dass die andernorts gewählte Anordnung der Rückschlagsventile, bei Beibehaltung des Pumpenschutzventils 44 am P-Anschluss, eine anderweitige interne Verbrückung über die Kantenwahl des Hydraulikkolbens 202 des Ventils 200 zur Folge hat. Das Ventil zeigt, jeweils von den Arbeitsanschlüssen A1, B1 her betrachtet, eine doppelt verbundene Anbindung an die Anschlüsse P und T. Hier lassen sich dann die Öffnungsstellung in Kreuzverschaltung 50 und die Öffnungsstellung in Parallelverschaltung 54 in einzelnen Stellungen neben der Sperrstellung 52 wiederfinden. Auf die Realisierung nachFigur 11 sind die oben definierten Stellungen nicht so direkt anzuwenden. - Die
Figur 13 stellt die Regelabweichung eines klassischen Nockenwellenverstellersystems (oberste Kennlinie) zu den unterschiedlichen eifindungsgemäßen Systemen dar. Die Regelabweichung ist auf der y-Achse notiert. Die Motordrehzahl ist auf der x-Achse notiert. Es sind verschiedene Betriebsdrehzahlen der Verbrennungskraftmaschine, nämlich ca. 750 U/min, 1000/min, 2000 U/min und 4000 U/min, abgebildet. Nur bei relativ hohen Drehzahlen weicht die Regelabweichung in Bezug auf die Nockenwelle auf gerade einmal 2° gegenüber 1° in den übrigen Fällen ab. Ohne Rückkoppelung über Rückschlagsventile in Sperrrichtung verharrt die Regelabweichung auf so hohen Werten wie zum Beispiel 6°. - Die dargelegte Lehre zeigt verschiedene Ausführungsbeispiele, wie mittels günstig platzierter Rückschlagsventile innerhalb eines Nockenwellenverstellers oder eines Nockenwellenverstellerventils und einigen Rückschlagsleitungen ein passiv operierendes Nockenwellenverstellersystem aufgebaut werden kann, das durch schnelle Umladungen, hervorgerufen durch eingeleitete Drehmomente oder eingeleitete Fremdkräfte, das Nockenwellenverstellersystem insgesamt stabilisiert. Es wird nur eine geringe Anzahl sich bewegender Teile benötigt. Die absolute Druckwerte sind nachrangig. Es wird mit relativen Druckdifferenzen gegenüber der Druckversorgung gearbeitet. Aufgrund der kurzen Wege, insbesondere bei einer Integration oder einer Teilintegration in dem Nockenwellenversteller, sind keine zusätzlichen erheblichen Ölmengen vorzuhalten. Die dargestellten Hydraulikkreises vergleichmäßigen die Winkelverstellgeschwindigkeit des Nockenwellenverstellers mit der Kenntnis des einfach zu realisierenden Rückschlagsventils, das mehrfach in der hydraulischen Weiche integrierbar ist. Es ist ein fehlertolerantes, leicht aufzubauendes System entworfen worden, das mit wenig sich bewegenden Teilen auskommt. Daher lässt sich die Erfindung auf ein Ventil und einen geeigneten Hydraulikkreis, insbesondere für Nockenwellenversteller einer Verbrennungskraftmaschine, anwenden, in dem eine Anzahl Rückschlagsventile bzw. wie Rückschlagsventile funktionierende Zweiwegeventile platziert werden, um einen schnellen Nockenwellenversteller mit hoher Regelgüte zu schaffen.
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Bezugszeichen Bezeichnung 1 Kraftfahrzeughydraulikkreis 3 Hydraulikkolben 5 Hydraulikpumpe 7 Wanne als Motorsumpf 9 axialer Mitte 10 Weichenverstellung / Ventil 12 Rückschlagventil 13 Rückschlagventil 14 Rückschlagventil 15 Rückschlagventil 16 Rückschlagsleitung 18 Rückschlagsleitung 20 axiale Verlängerung 22 Druckreduzierventil 24 Druckreduzierventil 26 Zweiwegeventil 28 Zuführleitung 30 Zuführleitung 32 Vorspannfeder 33 Vorspannfeder, verstellbar 34 Druckversorgunssleitung 36 Druckversorgungsleitung 38 Versorgungsdrossel 40 Versorgungsdrossel 42 Leckagedrossel 44 Pumpenschutzventil 46 Pumpenschutzventil, erstes 47 Pumpenschutzventil, zweites 50 Öffnungsstellung in Kreuzverschaltung 52 Sperrstellung 54 Öffnungsstellung in Parallelverschaltung 56 Druckausgleichsventil 60 4/3-Wegeventil 62 4/2-Wegeventil 64 elektrisch gesteuerter Stößel 66 hydraulisch gesteuerter Stößel 70 Verteilleitung 72 Verteilleitung 74 Steuerleitung, erste 76 Steuerleitung, zweite 100 Nockenwellenversteller 102 Nockenwelle 104 Flügel 106 Verriegelungsöffnung 108 Rotor 110 Steg 112 Stator 114 Rotorlager 116 Dämpfungshydraulikkammer 118 Schmutzsammelbereich 200 Ventil 202 Hydraulikkolben 204 bandgeformter Ring 206 bandgeformter Ring 208 bandgeformter Ring 210 Hülse 212 Oberfläche 214 Cartridgeventil 216 Filter 218 Magnetventil 220 Hydraulikteil 224 Abströmöffnung 226 Hohlraum 250 Hydraulikdruck 404 Pumpenschutzventil A,B Hydraulikkammern F/F+/F- äußere Kraft P Eingangsseite / druckbeaufschlagter Anschluss A1/B1 Ausgangsseite / Arbeitsanschluss M+ / M- Momentenschwankungen M+ schwellender Moment T Tankanschluss
Claims (11)
- Kraftfahrzeughydraulikkreis (1) mit einem Hydraulikkolben (3) mit wenigstens zwei gegenläufigen Hydraulikkammern (A, B), auf den eine äußere Kraft (F, F-, F+), entweder wechselnd (F+, F-) oder schwellend (nur F+ oder nur F-), einwirkt, wobei der Hydraulikkolben durch unterschiedliche Druckbeaufschlagung der gegenläufigen Hydraulikkammern (A, B) eine Positionsveränderung durchführt, wobei die unterschiedliche Druckbeaufschlagung einer Druckhydraulikquelle wie einer Hydraulikpumpe (5) entnehmbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass neben der Druckbeaufschlagung über eine hydraulischen Weichenverstellung (10) die Druckbeaufschlagung auf das Hydraulikmedium durch den Hydraulikkolben (3) aus dem negativen Anteil der wechselnden Kraft (F-) durch Öffnen wenigstens eines Rückschlagsventils (12, 14) genutzt wird, um den Hydraulikkolben (3) in seiner Position zu verändern,
wobei der Kraftfahrzeughydraulikkreis (1) ein mit Motoröl operierender Hydraulikkreis (1) einer Verbrennungskraftmaschine ist, deren Hydraulikkolben (3) ein schwenkmotorartiger Nockenwellenversteller (100) ist, in den die Kräfte (F, F-, F+) von wenigstens einer Nockenwelle (102) eingeleitet werden,
wobei der negative Anteil der wechselnden Kraft (F-) über als Bypass arbeitende Rückschlagsventile (12, 14) vor der Weiche (10) eingespeist wird,
wobei die Rückschlagsventile (12, 14) in Sperrrichtung von der hydraulisch druckbeaufschlagten Eingangsseite (P) der Hydraulikweiche (10) auf jeweils eine Ausgangsseite (A1, B1) der Hydraulikweiche (10) verbinden, die mit einer Hydraulikkammer (A, B) in Verbindung steht. - Kraftfahrzeughydraulikkreis (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der negative Anteil der wechselnden Kraft (F-) über als Bypass arbeitende Rückschlagsventile (12, 14) vor der Weiche (10) an einer dauerdruckbeaufschlagten Seite eingespeist wird.
- Kraftfahrzeughydraulikkreis (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Rückschlagsventil (12, 14) so angeordnet ist, dass nur in Richtung auf die Druckseite der Weiche (10) eine Durchleitung von einer der Kammern (A, B) des Kolbens (3) ermöglicht wird.
- Kraftfahrzeughydraulikkreis (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Hydraulikkammern (A, B) über Rückschlagsventile (12, 14) miteinander in Verbindung stehen, über die die aus dem negativen Anteil der Wechsel kraft (F-) entstehende Druckbeaufschlagung auf das Hydraulikmedium aus der sich reduzierenden Kammer (A, B) in die sich vergrößernde Kammer (B, A) umgeladen wird, wenn der Betrag des aus der Wechselkraft (F-) entstehenden Drucks den Druck in einer Zuführleitung (28, 30) zu der vergrößernden Kammer (B, A) überschreitet.
- Kraftfahrzeughydraulikkreis (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Hydraulikkammern (A, B) über Rückschlagsventile (12, 14) miteinander in unmittelbarer Verbindung stehen.
- Kraftfahrzeughydraulikkreis (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorspannung entweder hydraulisch, mechanisch oder in einer mechanisch-hydraulischen Kombination oder elektrisch, magnetisch oder in einer elektromagnetischen Kombination erfolgt.
- Kraftfahrzeughydraulikkreis (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei denen die Richtungswahl des Hydraulikkolbens (3) durch ein hydraulisch gesteuertes Ventil verstellbar ist.
- Kraftfahrzeughydraulikkreis (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei denen die Druckbeaufschlagung durch ein hydraulisch gesteuertes Ventil von einer der Hydraulikkammern (A, B) auf die andere Hydraulikkammer (B, A) verbindbar ist.
- Kraftfahrzeughydraulikkreis (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückschlagsventile (12, 14) mit der hydraulischen Weiche (10) zu einem Bauteil integriert ist.
- Kraftfahrzeughydraulikkreis (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der gegenläufige Hydraulikkolben (3) und die Hydraulikweiche (10) zu einem integrierten Bauteil zusammengefasst sind, in dessen axialer Mitte (9) oder axialer Verlängerung (20) Komponenten wie Druckreduzierventil (22, 24), Rückschlagsventile (12, 14) oder Zweiwegeventile (26) der Hydraulikweiche (10) angeordnet sind.
- Kraftfahrzeughydraulikkreis (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckbeaufschlagung über eine hydraulische Weichenverstellung (10) durch ein vorgespanntes Ventil (10) erfolgt.
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