EP2365193B1 - Nockenwellen-Phasensteller mit Steuerventil für die hydraulische Verstellung der Phasenlage einer Nockenwelle - Google Patents

Nockenwellen-Phasensteller mit Steuerventil für die hydraulische Verstellung der Phasenlage einer Nockenwelle Download PDF

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EP2365193B1
EP2365193B1 EP11156630.3A EP11156630A EP2365193B1 EP 2365193 B1 EP2365193 B1 EP 2365193B1 EP 11156630 A EP11156630 A EP 11156630A EP 2365193 B1 EP2365193 B1 EP 2365193B1
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EP
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cam shaft
valve
piston
housing
valve piston
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EP11156630.3A
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Uwe Dr. Meinig
Jürgen Bohner
Claus Welte
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Schwaebische Huettenwerke Automotive GmbH
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Schwaebische Huettenwerke Automotive GmbH
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Definitions

  • the invention relates to a camshaft phaser with a control valve for the hydraulic adjustment of the phase position of a camshaft relative to a crankshaft of an internal combustion engine.
  • the invention relates to the camshaft phaser as such and also an internal combustion engine with the mount camshaft phaser.
  • the internal combustion engine may in particular be a drive motor for or in a motor vehicle.
  • camshaft phasers To increase power and torque, but also to reduce fuel consumption and exhaust gas emissions from internal combustion engines for road vehicles, camshaft phasers have become popular for varying intake or exhaust timing.
  • hydraulic, actuated by engine oil phasing have prevailed on the principle of hydraulic Schwenkmotars.
  • hydraulically actuated camshaft phasers have found distribution in which a control valve for controlling the pressurization of the adjustment of the phase position serving pressure chambers and the actuation of the control valve serving solenoid are arranged centrally on the axis of rotation of the camshaft.
  • the pressure oil to the rotating jointly with the camshaft phaser via a provided in the camshaft channel also centrally arranged control valve is supplied.
  • the pressure oil is supplied to the rotating camshaft from the cylinder head, typically via one of the camshaft bearings, preferably a camshaft thrust bearing.
  • the invention relates to phaser of the kind described in particular.
  • the control valve is conveniently arranged and designed so that the valve characteristic is independent of the pressure of the oil. Otherwise, for example, the adjustment of intermediate positions in the phasing of the camshaft would be made difficult or even prevented. It is therefore desirable that the Pressure oil despite exerting pressure during operation of the engine no or only negligible low axial forces can exert on the valve piston of the control valve in order not to interfere with the balance of forces acting on the valve piston electromagnet and this usually counteracting valve spring.
  • camshaft phaser To circumvent the problem described camshaft phaser are known, for example from the DE 198 48 706 A1 and the DE 103 22 394 A1 whose central control valve is arranged non-rotatably relative to a machine housing of the internal combustion engine, so that the camshaft rotates relative to the control valve.
  • the various oil inlets and outlets to and from the control valve are separated by means of shaft seals, but this causes increased design complexity and significant additional costs. This results in increased demands on the tolerances for the components, which determine the radial position of the control valve relative to the camshaft.
  • the WO 2005/113943 A1 relates to a camshaft adjuster with a control valve.
  • the control valve is supplied with a pressure fluid through openings transversely to its longitudinal axis, wherein the valve actuator has circumferential grooves through which, depending on the switching position of the valve actuator, the pressure fluid can be supplied to a consumer, for example.
  • the valve actuator is hollow inside and has an inlet port and an outlet port for the pressurized fluid, which are formed near the opposite axial ends of the actuator. Both the diameter of the cavity and the depth of the grooves formed on the periphery of the actuator are constant, so that pressure forces occurring on opposite side walls are the same size but opposite, so that the actuator is not pressed by different pressure forces in an axial direction.
  • the WO 2009/010332 A1 relates to a valve member of a hydraulic control valve with radial pressure medium supply.
  • the interior of the valve actuator is hollow with a constant diameter, at its periphery grooves are formed with a constant depth, can be determined by the position relative to the valve housing, the flow of the pressurized fluid through the control valve.
  • the interior has at one axial end a lid with openings through which the pressure medium is pressed into a valve housing cavity, whereby a damping effect can be achieved, which minimizes vibration amplitudes of the control piston.
  • the DE 10 2006 031 517 A1 relates to a switching device for a pressure oil actuated Nockenverstellvorraum for an internal combustion engine having a control valve with an actuator. Grooves for the pressurized fluid are formed on the outer periphery of the actuator, the depth of the grooves is constant.
  • the actuator is hollow inside with a constant diameter.
  • a known from the cited prior art further problem causes the preferred arrangement of the coil of the electromagnet rotatably relative to the engine housing of the internal combustion engine, while the armature of the electromagnet is rotatably connected to the valve piston of the control valve.
  • the rotating armature has practically unavoidable radial offset to the coil, which causes radial forces acting on the armature and thus on the valve piston, which must be absorbed by the sliding pair of valve housing and valve piston. This in turn complicates the fulfillment of the requirement for the lowest possible hysteresis of the valve characteristic and increases the wear on the sliding surfaces of the sliding mating.
  • the invention accordingly relates to a camshaft phaser with a preferably central control valve for the controlled supply and discharge of a hydraulic fluid into and out of a pressure chamber, which serves to adjust the rotational angular position of a camshaft relative to a crankshaft of an internal combustion engine.
  • the pressure chamber may be either a Voreilungshunt, which adjusts the camshaft relative to the crankshaft when pressurized on advance, or to a retardation chamber, which adjusts the camshaft when pressurized to lag.
  • a pressure relief is accompanied by a return in the reverse direction of rotation.
  • the camshaft phaser comprises one or more advance advance pressure chambers and one or more additional retard pressure chambers.
  • the phase angle of the camshaft is adjusted by the pressurized fluid by means of the control valve in either the pressure chamber (s) for advance or in the pressure chamber (s) for lag initiated and the other type of pressure chamber (s) with a Low pressure side of the fluid is connected, preferably with a reservoir for the fluid such as an oil sump.
  • the fluid may, in particular, be a lubricating oil used for lubricating the internal combustion engine, in motor vehicles typically the engine oil.
  • the control valve comprises a valve housing with at least one working port and at least one reservoir port for the fluid.
  • the working port serves to supply this pressure fluid to the at least one pressure chamber of the phaser, and the reservoir port of the discharge to a present on the low pressure side of the fluid reservoir.
  • the working connection preferably also serves for the discharge from the pressure chamber via the reservoir connection.
  • the control valve further comprises a valve piston which is axially displaceable in the valve housing between a first and a second piston position.
  • the valve piston is hollow, thus has an axial cavity, in which via a valve piston inlet fluid from a high pressure side, a pressurized fluid, can be introduced. The introduced pressurized fluid is passed out of the cavity via a piston outlet.
  • the piston outlet In the first piston position of the piston outlet is connected to the working port of the valve housing, so that the pressure fluid can be supplied through the valve piston via the working port of the pressure chamber.
  • the piston outlet In the second piston position, the piston outlet is disconnected from the working port of the valve housing.
  • the valve piston outlet is connected in the second piston position with the reservoir port of the valve housing.
  • the valve housing has a housing inlet, through which the fluid of the high-pressure side can be introduced into the valve housing and through the piston inlet connected to the housing inlet into the cavity of the valve piston.
  • Part of the camshaft phaser is also a coupled with the valve piston actuator for axial adjustment of the valve piston.
  • the actuator is preferably an electromagnetic actuator and may, in particular, be an axial-stroke electromagnet.
  • the coupling is such that the actuator acts on the valve piston only with an axial compressive force, but the application of an axial tensile force would alternatively or possibly also additionally conceivable.
  • the valve piston for the coupling with the actuator on a coupling member which projects through a valve housing closing Stirnverschulsswand.
  • the coupling member is accordingly axially movable back and forth relative to the end closure wall of the valve housing, nevertheless seals the end closure wall in close fit with the coupling member, the valve housing with the required tightness.
  • the coupling member preferably acts as an axial plunger.
  • the valve piston In order to prevent the fluid from exerting a practically relevant axial pressure force, a resulting axial thrust, in spite of the flow through the hollow valve piston, the valve piston has a radial widening, ie a radially widened piston portion which is widened by a correspondingly expanded one Housing portion of the valve housing is surrounded in a tight fit and can be acted upon in a direction away from the end closure wall axial direction with the fluid of the high pressure side.
  • the expansion is dimensioned in cross-section so that the fluid acts on the valve piston in spite of the end closure wall projecting coupling member in both axial directions at least substantially equal in compressive force.
  • the axial cavity of the valve piston is preferably a central, cylindrical cavity, which expediently simply runs straight at the inlet end and thereby forms the piston inlet with a cross-sectional area corresponding to the cavity cross-section.
  • the fluid thus flows with little resistance into the valve piston and through the piston outlet to the pressure chamber when the valve piston assumes the corresponding axial piston position.
  • the piston outlet is preferably a radial outlet at the periphery of the valve piston.
  • the axial inflow and radial outflow is conducive to a simple course of the inlets and outlets and, accordingly, an extensive geometric design freedom of the channel cross sections of the supply to the valve piston and the discharge to the pressure chamber and the reservoir.
  • the housing inlet is formed on an axial end side of the valve housing, so that the fluid flowing in the control valve already flows axially into the control valve.
  • the housing inlet can also be a radial inlet on the circumference of the valve housing.
  • a housing inlet leading obliquely into the control valve should not be excluded.
  • the Arbeüsan gleich preferably extends radially through the circumference of the valve housing. If, as preferred, a further working connection is present, this also preferably extends just straight radially through the valve housing. A radial course is also for the reservoir port, and if another reservoir port is present, also for this advantage.
  • the reservoir connection, the optional further reservoir connection, the working connection or the optionally further working connection can also run obliquely through the circumference of the valve housing.
  • the control valve is preferably arranged to rotate with the camshaft. Preferably, it is inserted at an axial end of the camshaft in a central, open to the front end of the camshaft receiving space from the front end.
  • a co-rotating control valve in particular a central control valve with respect to the phaser, can in principle, however, also only be attached to the front end of the camshaft.
  • a central control valve rotating with the camshaft allows a space-saving design for the camshaft phaser and a geometrically simple supply of pressurized fluid through the camshaft.
  • the actuator is preferably arranged on the low pressure side of the fluid and may in particular be at atmospheric pressure, so that no special measures for a seal must be made.
  • the actuator is preferably arranged non-rotatably relative to the engine housing of the internal combustion engine, so that when advantageously with the camshaft rotatably arranged control valve, the coupling member of the valve piston relative to the actuator, the Actuator as a whole, is rotatable.
  • the actuator may, as already mentioned in particular be an electromagnetic actuator, with an electromagnetic coil and a relative to the coil axially movable armature, which is arranged non-rotatably relative to the coil or at least not rotatable, since the relative rotation in the coupling of coupling member and Actuator takes place.
  • the actuator and the coupling member are directly in a coupling engagement with each other.
  • the coupling is preferably only an axial pressure contact, in the case of direct engagement, a pressure contact of an actuating element of the actuator and the coupling member in which the actuating element, for example, said armature, axially presses against a front end of the coupling member.
  • valve piston in relation to the rotor of the phaser, with the camshaft rotatably connectable or connected control valve in combination with a valve piston which is rotatably arranged relative to the axially movable active element of the actuator, already alone advantageous without the compensation of any axial thrust. If such a combination of hydraulic part of the control valve and the actuator is realized, it is further preferred if the valve piston has the described axial cavity and thus can be flowed through by the fluid of the high pressure side.
  • the coupling may be carried out as disclosed in the present invention.
  • the coupling can also be designed such that, when the actuator is designed as an axial stroke actuator, its active element, for example the armature of a magnet, projects through the end closure wall of the valve housing and acts within the valve housing on the end face of the valve piston facing it.
  • its active element for example the armature of a magnet
  • such an active element can also form the coupling element of the invention claimed here.
  • valve piston may have an axial cavity, the piston feed would be in such embodiments, the said piston inlet. If the fluid to be controlled by means of the valve piston is not introduced into the valve piston, but guided to the outer circumference of the valve piston as described in the prior art, said piston feed is a depression formed on the circumference of the valve piston which connects the housing inlet in the corresponding piston position with the piston Connect working port and preferably circulates.
  • the coupling and the actuator are arranged so that the actuator can exert both axial tensile and compressive forces, the actuator so presses the valve piston in one of the piston positions and pulls in the other
  • the control valve comprises a spring member, preferably a mechanical spring such as a helical compression spring, which acts with its spring force: the actuating force of the actuator against the valve piston.
  • the spring member may advantageously be arranged so that it is supported directly with one spring end on the valve housing and with another spring end directly on the valve piston and thereby biases the valve piston in the corresponding axial direction.
  • the widening in the cross section is preferably dimensioned such that at least approximately, preferably exactly, the cross-sectional area with which the coupling member projects through the end closure wall is compensated.
  • the valve piston is preferably circular-cylindrical in the widened piston section on the outer circumference, so that the widening results in an annular area which is at least approximately, preferably precisely compensating for the cross-sectional area of the coupling element.
  • the control piston is at the end of the expansion, the end closure wall of the valve housing facing, acted upon by the fluid of the high pressure side.
  • this pressure fluid used for the compensation is supplied, for example, from outside the valve piston or even from outside the control valve, it corresponds to more preferred embodiments, when the fluid is guided through the axial cavity of the valve piston to the compensating surface formed by the expansion.
  • the cavity may have in its jacket or preferably in a Kolbenstimwand a single passage or a plurality of distributed around the central longitudinal axis of the valve piston arranged passages through which or the pressure fluid to the end closure wall of the valve housing facing end face of the valve piston, in particular also to the compensation surface Expansion, can flow.
  • the widening preferably forms the front end wall of the valve piston facing the end closure wall, from which preferably the coupling element protrudes in the direction of the actuator.
  • the compensation surface formed by the expansion is in such embodiments, one of the end closure wall axially immediately opposite end surface of the valve piston.
  • the shaping of the expansion at the end of the closure wall facing the end of the valve piston allows in a particularly simple manner a supply through the axial cavity at the end remote from the piston inlet end of the valve piston. As a result, the fiction, contemporary compensation can be decoupled from the control function of the control valve in a simple manner.
  • the flared housing portion extends axially beyond the flared piston portion to permit the axial displacements of the valve piston.
  • the valve piston On the side facing away from the end closure wall, the valve piston is preferably acted upon in the region of the expansion only with the fluid pressure of the low-pressure side.
  • the reservoir connection or a further reservoir connection is arranged in the widened housing section on the side of the widening remote from the end closure wall, so that at least substantially the fluid pressure of the reservoir prevails on this side.
  • the valve piston at a side facing away from the end closure wall, axially adjacent to the expansion then has a radial recess, preferably a circumferential recess.
  • the working port and the reservoir port of the valve housing are arranged and the recess axially so long that the working port is connected in the second piston position of the valve piston via the recess with the reservoir port.
  • the control edge is preferably arranged axially on the valve piston and the actuator is preferably controllable such that the valve piston can also be positioned in intermediate positions between the first and the second position, so that the control piston can only partly cover and partially release the reservoir connection. It is also advantageous if the axial speed with which the valve piston is moved from the first position in the direction of the second position or from the second position in the direction of the first position changed, so the valve piston can also be moved at different speeds ,
  • the camshaft phaser comprises a further pressure chamber for the fluid.
  • a further pressure chamber for the fluid.
  • either the one or the other is acted upon by the fluid of the high pressure side. Accordingly, pressurization of the one pressure chamber causes the camshaft to be retarded relative to the crankshaft in the direction of advance and on pressurization of the other in the counter-rotation direction.
  • the control valve is configured in such embodiments to selectively direct the pressurized fluid into either one pressure chamber or the other pressure chamber.
  • the valve housing has a further working port, through which the fluid can flow to the further pressure chamber.
  • the further working port is formed in the valve housing so that the piston outlet is connected in the second piston position with the other working port and is separated in the first piston position of the other working port.
  • the further working port is preferably connected to the reservoir so that the pressure fluid can flow out of the further pressure chamber via the further working port into the reservoir.
  • the valve piston may have a further radial recess, preferably also a circumferential recess which connects the further working port of the valve housing in the first piston position with the reservoir, preferably a further reservoir port of the valve housing connected to the reservoir.
  • these ports are preferably arranged so that axially between the two reservoir ports, the two working ports are arranged, so seen in the axial direction of one of the reservoir connections of this associated Work connection, on this the other work connection and on this the other working port associated reservoir port follows.
  • the adjustment paths covered by the valve piston to selectively connect either one working port with one type of pressure chamber (s) or the other working port with the other type of pressure chamber (s) can be kept short.
  • the inlets and outlets are arranged axially preferably in the following order: Close to or preferably at an axial end of the valve housing, the housing inlet is formed on this follows axially in the direction of the other end face of the valve housing, the other reservoir connection the further working port, then the first-mentioned working port and finally axially furthest away from the housing inlet, the first-mentioned reservoir port.
  • the camshaft phaser is designed in developments such that the supplied fluid, preferably any fluid flowing through the control valve, at a required for the adjustment of the phase position pressure relief of the pressure chamber by one or more rotating with the camshaft component (s) of the phaser into the machine housing flows back and not first in a mounted on the machine housing outside attachment housing, such as a chain case, flows out and must be led from there back to the reservoir.
  • the internal combustion engine for example, the engine housing, must not be set up in such embodiments for a return of the fluid flowing out of the phaser. The assembly of the phaser is facilitated.
  • the return extends in advantageous embodiments by the rotatably connected in the assembled state with the camshaft rotor of the phaser, which is for this purpose with a corresponding return, preferably provided by the rotor axially straight passage.
  • a single passage may form the return, it is preferred that the return includes a plurality of passages distributed about the axis of rotation of the rotor.
  • a further feedback in the stator may extend, wherein the further feedback formed for example by one or more bore (s) in the stator or by one or more groove-shaped or fully inner expansion (s) or radially outward from the stator and radially inside of the camshaft can be limited together. If the control valve has the said further reservoir connection, the fluid required for adjusting the phasing of the camshaft becomes fluid preferably fed back through both reservoir ports through the rotating with the camshaft phaser into the engine housing.
  • the feedback within the rotatable with the camshaft and rotating during operation of the internal combustion engine phaser is also on its own advantage, for example, without the compensation by widening of the valve piston, ie without the characteristics of the main claim.
  • the feedback within the Nockezawellen phaser namely within one or more component (s) of the phaser, which is arranged to rotate during operation of the internal combustion engine with the camshaft or is also generally advantageous and not only in conjunction with a hollow valve piston, which can be flowed through by the fluid.
  • a return within the phase adjuster can also be advantageous for those phase adjusters which have a central control valve with a valve piston to which the fluid is supplied only at the outer circumference, ie which is not flowed through.
  • a hollow valve piston is favorable in terms of the simplest possible channel course.
  • a central control valve with either a hollow and therefore flowed through or a non-flow-through valve piston also have an actuator which does not preferably have a relative to the coil non-rotating armature, but for example a rotatably connected to the valve piston armature.
  • valve piston may have an axial cavity, the piston feed would be in such embodiments, the said piston inlet. If the fluid to be controlled by means of the valve piston is not introduced into the valve piston, but guided to the outer circumference of the valve piston as described in the prior art, said piston feed is a depression formed on the circumference of the valve piston which connects the housing inlet in the corresponding piston position with the piston Connect working port and preferably circulates.
  • the valve housing may in particular be screwed to the camshaft, wherein the valve housing preferably has an external thread and the camshaft in a receiving space corresponding to an internal thread for the screw connection. If the valve housing and the camshaft are connected to one another by means of a screw connection, a screw head of the valve housing can also immediately close the said return for the fluid, if such is provided within the phaser.
  • the valve housing can serve in particular as a clamping screw for the assembly of the rotor and the stator of the camshaft phase adjuster, so that the phase adjuster is also mounted the same when the screw connection is made.
  • a valve housing formed as a central clamping screw can take over the function of a centering element for the rotor of the camshaft phaser by centering the rotor relative to the camshaft.
  • the valve housing may be formed in alternative embodiments as a housing cartridge, which is inserted axially into the camshaft and then secured axially with a securing device, such as a circlip.
  • a housing cartridge, but also a screw-valve housing can be secured axially additionally or exclusively cohesively, for example by a welded connection.
  • the valve housing can also be formed directly from the camshaft itself or be joined to an axial end of the camshaft by means of material connection. However, a positive or frictional mountable valve housing is given preference.
  • the front closure wall projected through by the coupling element can expediently be formed by a closure disk fastened firmly to a jacket of the valve housing.
  • the closure disk can be joined, for example, by pressing in, rolling or by means of screwed or welded connection with the valve housing jacket, which also includes combinations of the joining methods exemplified.
  • FIG. 1 shows a camshaft phaser in a longitudinal section.
  • the camshaft phaser is arranged at an end face of a camshaft 1 and serves to adjust the phase position, ie the rotational angular position of the camshaft 1 relative to a crankshaft of an internal combustion engine, for example a drive motor of a motor vehicle.
  • the camshaft 1 is rotatably mounted about an axis of rotation R in a machine housing 2 of the internal combustion engine, usually in a cylinder head housing.
  • the camshaft phaser comprises a stator 3, which can be rotated by the crankshaft, and a rotor 7, which is non-rotatably connected to the camshaft 1.
  • the stator 3 is composed of a drive wheel 4, for example a sprocket, a cover 6 and an impeller 5 arranged axially between the drive wheel 4 and the cover 6.
  • the drive wheel 4, the Impeller 5 and the lid 6 are rotatably connected to each other.
  • the stator 3 and the rotor 7 form a hydraulic swing motor.
  • FIG. 2 shows the stator-rotor assembly 3, 7 in a frontal plan view.
  • the cover 6 of the stator 3 is removed, so that the impeller 5 of the stator 3 and the rotor formed as a counter rotor 7 can be seen.
  • the impeller 5 forms the outer component and the rotor 7, the inner component of the swing motor.
  • the rotor 7 has radially outwardly projecting wings which form first pressure chambers 8 and second pressure chambers 9 with the vanes of the impeller 5 of the stator 3.
  • the pressure chambers 8 are respectively arranged in the circumferential direction to the left and the pressure chambers 9 to the right side of the wings of the rotor 7.
  • the rotor 7 rotates relative to the stator 3 in FIG FIG. 2 clockwise to maximum in the FIG. 2 assumed end position. If the pressure chambers 9 are pressurized and the pressure chambers 8 relieved in pressure, the rotor 7 rotates counterclockwise. The rotational movement relative to the stator 3 in one direction of rotation corresponds to an overfeed and the relative rotational movement in the other direction to a lag of the camshaft 1 relative to the crankshaft.
  • the camshaft phaser has a centrally arranged with respect to the stator-rotor assembly 3, 7 control valve with a valve housing 10 and in the valve housing 10 axially reciprocally movable and thus axially adjustable valve piston 20 arranged.
  • the valve piston 20 is hollow with an axially extending cavity 21, a piston inlet 22 at one axial end and a piston outlet 23, which leads radially through a jacket of the valve piston 20 surrounding the cavity 21.
  • the valve piston 20 has at its side facing away from the piston inlet 22 the other axial end of a coupling member 25 for a coupling with an actuator 15, which causes the axial displacement of the valve piston 20.
  • the coupling member 25 acts as an actuating tappet of the valve piston 20.
  • the coupling member 25 may be integrally formed with the piston skirt surrounding the cavity 21 in one piece or optionally be axially fixed with this. It protrudes at the front end of the valve piston 20, which faces the actuator 15 axially.
  • the coupling member 25 extends through an end closure wall 11 of the valve housing 10. The end closure wall 11 surrounds the coupling member 25 in close fitting and thus ensures in spite of the reciprocating coupling member 25 for the fluid-tight closure of the valve housing 10th
  • the actuator 15 is an electromagnetic actuator, in the embodiment, a Axialhub electromagnet, with a current-carrying coil 16 and an armature 17, which surrounds the coil 16.
  • the Coil 16 is rotatably connected to the engine housing 2 of the internal combustion engine.
  • the coil 16 is rotatably connected to a lid 2b, which in turn is fixedly connected to a mounted on the machine housing 2 phaser housing 2a.
  • the armature 17 is axially movable relative to the coil 16. It is with the coupling member 25 directly in a coupling engagement, which is formed as an axial pressure contact.
  • the armature 17 When energizing the coil 16 acts on the armature 17 an axially directed towards the coupling member 25 actuating force acting on the coupling member 25 and thus on the valve piston 20 in the coupling engagement, a pure axial pressure contact.
  • rotating valve piston 20 and the non-rotating actuator 15 preferably prevails only point contact.
  • the armature 17 preferably has a spherical surface at its end contacting the coupling member 25.
  • the coupling member 25 could have a spherical surface at its front end.
  • the contact end of the armature 17 is formed as a ball sliding bearing by a ball in a pan of the armature 17 is freely rotatably mounted there.
  • the control valve comprises a spring member 14 whose spring force counteracts the actuating force of the actuator 15.
  • the spring member 14 is supported directly on the valve housing 10 and in the direction of the actuator 15 on the valve piston 20.
  • the actuator 15 is driven by a control of the internal combustion engine, namely energized.
  • the control is preferably carried out via a stored in a memory of the engine control map, for example, depending on the speed of the crankshaft, the load or other or other relevant for the operation of the internal combustion engine parameters.
  • the valve piston 20 is arranged in a central axial cavity of the valve housing 10 in the manner explained back and forth movable. At its end remote from the end closure wall 11, it has an axial housing inlet P a which leads centrally into the housing cavity and can be fed with pressurized fluid via the camshaft 1, namely a pressure inlet P of the camshaft 1.
  • the fluid may in particular be a lubricating oil serving for lubricating the internal combustion engine, which also serves for lubricating, for example, the track bearing of the camshaft 1.
  • the pressurized fluid is supplied to the control valve by way of example as preferred by the thrust bearing of the camshaft 1, that is, the pressure port P is connected to the lubricating oil supply for the thrust bearing.
  • This pressurized fluid flows into the camshaft 1 at P, through the axial housing inlet P a into the valve housing 10 and into the cavity 21 through the piston inlet 22 in axial alignment with the housing inlet P a.
  • the cavity 21 branches laterally, by way of example, preferably in the radial direction , a piston outlet 23 from, through the the pressurized fluid depending on the axial position of the valve piston 20, either the Druckkammeni 8 or pressure chambers 9 is supplied to adjust the phase position of the rotor 7 relative to the stator 3 and thus the phase angle of the camshaft 1 relative to the crankshaft.
  • the piston outlet 23 is formed by radial passages distributed over the circumference of the valve piston 20 through the jacket of the valve piston 20.
  • the piston outlet 23 is arranged in an axially central portion of the valve piston 20.
  • the valve housing 10 has through its jacket leading connections for the supply and discharge of the fluid to and from the pressure chambers 8 and 9. These are a working port A and a working port B, a reservoir port T a assigned to the working port A , and a reservoir port T B assigned to the working port B.
  • the connections A to T B are in each case straight passages through the jacket of the valve housing 10.
  • the connections A, B and T A extend radially over the shortest path through the jacket.
  • the reservoir port T B extends obliquely outward into the phaser housing 2 a.
  • FIG. 3 is only the control valve with the valve housing 10 and the valve piston 20 in cross-section AA of FIG. 1 shown.
  • the sectional view shows in particular the piston outlet 23 of the valve piston 20 and the working port B of the valve housing 10, which is also arranged distributed over the circumference of the valve housing 10, radially extending and therefore short passages through the shell of the valve housing 10 is formed.
  • the terminals A, T A and T B are also each formed by a plurality of distributed around the central axis R arranged passageways.
  • FIG. 4 shows from FIG. 1 only the central area of the cam phaser.
  • the FIGS. 1 . 3 and 4 show the valve piston 20 in a first axial piston position in which it holds the spring member 14. In the first piston position, the piston outlet 23 is connected to the working port B.
  • the pressure fluid supplied via the pressure port P of the camshaft 1 flows in the axial direction through the axial housing inlet P a and the piston inlet 22 into the cavity 21 of the valve piston 20 and from there through the branching piston outlet 23 to that shown in FIG FIG.
  • the pressure chambers associated with the working port A 8 are connected via the working port A and a formed on the outer periphery of the valve piston 20 recess 26 with the reservoir port T A and on this and a with the camshaft 1 rotating feedback 4 ' connected to the reservoir and thus relieved in pressure.
  • the recess 26 extends over the entire outer circumference of the valve piston 20. From the recess 26 seen in the axial direction behind the piston outlet 23 is on the outside Circumference of the valve piston 20 is formed a further axially extending recess, which also extends over the entire outer circumference of the valve piston 20.
  • the recess 27 is connected to the reservoir port T B in the first piston position.
  • the reservoir port T B is assigned to the working port B. However, in the first piston position it is fluidically separated from the working port B by means of a sealing web of the valve piston 20 formed between the piston outlet 23 and the recess 27.
  • the actuator 15 pushes the valve piston 20 from the illustrated first piston position axially in the direction of the housing inlet P A and with correspondingly large actuating force to an axial second piston position, in which no longer the working port B, but the other working port A is connected to the piston outlet 23.
  • a sealing web of the valve piston 20 formed between the piston outlet 23 and the recess 26 separates the working port A from the associated reservoir port T A , so that the pressure chambers 9 are acted upon by the pressure fluid in the second piston position.
  • the recess 27 connects the working port B to the reservoir port T B , so that the fluid can flow out of the pressure chambers 8 and these are relieved of pressure.
  • the rotor 7 moves accordingly in the illustration of FIG. 2 counterclockwise relative to the impeller 5 and thus to the stator 3.
  • the rotatably connected to the rotor 7 camshaft 1 is adjusted in its phase position relative to the crankshaft by the same rotational angle.
  • the high-pressure side fluid flowing into the control valve through the housing inlet P a urges the valve piston 20 with a first axial force acting in the direction of the actuator 15.
  • a first axial force of the valve piston 20 in the direction of the actuator 15 can be flowed through, so that at its the actuator 15 facing rear between this back and the end closure wall 11, a fluid pressure builds up on the back of the valve piston 20, a counterforce, a second Exerts axial force. Since the projected by the pressurized fluid projection surface is reduced by the cross-sectional area with which the coupling member 25 protrudes through the end closure wall 11, the axial counterforce, the second axial force corresponding to the cross-sectional area of the coupling member 25 would be less than the first axial force.
  • the valve piston 20 has a radially expanded piston portion 28, in the following widening 28, and the valve housing 10 has a suitably widened housing portion 18, which surrounds the widening 28 in a tight fit.
  • the valve piston 20 at its outer periphery with the exception of the expansion 28, for example everywhere the same cylindrical cross-section.
  • the valve piston 20 seen from the housing inlet 22 has axially behind the piston outlet 23 a feed 24 which is formed by a plurality of passage channels distributed around the central axis R in a valve piston bottom.
  • the widening 28 and corresponding to the housing section 18 are dimensioned such that the enlargement of the projection surface F 28 facing the actuator 15 due to the widening 28 compensates for at least a predominant part of the cross-sectional area F 25 of the coupling element 25 "lost" for the compensation.
  • the compensation surface is an outer ring surface of the projection surface F 28 .
  • the projection surfaces which each generate an axial force when the valve piston 20 flows through are of the same size in both axial directions.
  • the expansion 28 is preferably formed on the actuator 15 facing the front end of the valve piston 20.
  • the widened housing portion 18 has a sufficient axial extent to allow the adjustment movements of the valve piston 20.
  • the widening 28 forms the end of the recess 27 facing the actuator 15.
  • the widened housing section 18 tapers at 13 onto the narrower cross section, which is constant in the further axial course.
  • the taper 13 is formed within the recess 27, axially by way of example in the region of the reservoir port T B.
  • a locking element 30 locks the rotor 7 relative to the stator 3 in a certain rotational angular position.
  • the locking element 30 is biased in the locking position by means of a spring member. In the other direction, the fluid pressure acts, so that it is moved with increasing pressure of the fluid from the locking position.
  • FIG. 5 also shows a camshaft phaser of a second embodiment in a longitudinal section containing the axis of rotation R of the camshaft 1.
  • the valve housing 10 is not designed as a clamping screw for the phaser and not connected to the camshaft 1 by means of screw.
  • the valve housing 10 is designed as a housing cartridge which is inserted through the open end face of the camshaft 1 in its central receiving space 1a to a stop and sits in the inserted state in radially close fit in the hollow camshaft 1.
  • the valve housing 10 is axially secured by means of a securing element 31, for example a securing ring, relative to the camshaft 1.
  • the receiving space la extends in contrast to the first embodiment within the camshaft 1 axially continuing.
  • the receiving space 1a is separated from the continuing cavity by means of a partition element 1b inserted into the camshaft 1, in particular fluidically, to guide it through the pressure port P of the camshaft 1 into the receiving space 1a and from there through the likewise axial housing inlet P a into the valve piston 20 ,
  • a reservoir port T B as the other working ports A, B and T A is formed as a short radial passage in the shell of the valve housing 10.
  • the valve piston 20 as such is modified relative to the valve piston 20 of the first embodiment only with respect to the compensation of the axial force supply 24, which is not substantially axially as in the first embodiment extends in the direction of the end closure wall 11, but from the piston cavity 21 runs obliquely outwards.
  • phaser of the second embodiment corresponds to the phaser of the first embodiment.
  • FIG. 6 is a camshaft phaser of a third embodiment shown again in a longitudinal axis of rotation R of the camshaft 1 containing.
  • FIG. 7 shows from this phaser in the cross section AA only the central control valve with the valve housing 10 and the valve piston 20.
  • the valve piston 20 corresponds with one exception to the valve piston 20 of the first embodiment.
  • the piston outlet 23 is not formed by simple holes, but by circumferentially slit-like passages.
  • the terminals A to T B are short radial as in the second embodiment Passages, for example, again distributed over the circumference arranged through holes in the valve housing 20th
  • the fluid is not discharged through the actuator 15 close reservoir port T B in the phaser housing 2a and then back into the machine housing 2 or otherwise in a reservoir for the fluid, but via a feedback, which is located within the phaser extends to the low pressure side in the engine housing.
  • the return comprises a return 7a, which is extended by the rotor 7 and has a plurality of return ducts distributed around the central axis R, in each case a return duct 7a for one of the passages which together form the reservoir connection T B.
  • the return channels are exemplified as preferred in each case as an axially straight passage in the rotor 7 is formed.
  • the return 7a leads to a subsequent return 4a, which is radially inwardly of the camshaft 1 and the outside of the stator 3, here the drive wheel 4, limited.
  • the near the housing inlet P a further reservoir port T A leads back to the low pressure side in the machine housing 2 as in the first embodiment on a short path.
  • valve housing 20 The sealing of the return 7a at the front end by the valve housing 20.
  • the valve housing 20 is connected as in the first embodiment by means of screw with the camshaft 1 is advantageous in terms of the simplest possible design of the phaser.
  • the screw head 19 serves in the third embodiment, in an additional function as a seal for the return 7a, whereby their course can be simplified, for example, a simply straight passage through the rotor 7.
  • Simple is also the connection from the reservoir port T B with the return 7a , namely in the form of radial grooves at the front end of the rotor. 7
  • FIG. 8 also shows a camshaft phaser of a fourth embodiment in a longitudinal section containing the axis of rotation R of the camshaft 1. Unlike the other embodiments, the fluid of the high pressure side does not simply flow axially into the control valve but via a radial pressure port P r .
  • the valve housing 10 is closed at its axially inner end face.
  • the terminals A to T B are formed as in the second embodiment.
  • the comments on the first embodiment also apply to the fourth embodiment.

Landscapes

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Description

  • Die Erfindung betrifft einen Nockenwellen-Phasensteller mit einem Steuerventil für die hydraulische Verstellung der Phasenlage einer Nockenwelle relativ zu einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine. Die Erfindung betrifft den Nockenwellen-Phasensteller als solchen und auch eine Brennkraftmaschine mit dem montieren Nockenwellen-Phasensteller. Bei der Brennkraftmaschine kann es sich insbesondere um einen Antriebsmotor für ein oder in einem Kraftfahrzeug handeln.
  • Zur Erhöhung von Leistung und Drehmoment, aber auch zur Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs und der Abgasschadstoffemission von Verbrennungsmotoren für Straßenfahrzeuge haben Nockenwellen-Phasensteller zur Variation der Einlass- oder Auslasssteuerzeiten Verbreitung gefunden. Im Hinblick auf hohe Zuverlässigkeit und gute Kosten-Nutzen-Relation haben sich hydraulische, durch Motoröl betätigbare Phasensteller nach dem Prinzip des hydraulischen Schwenkmotars durchgesetzt. Nicht zuletzt unter Kostengesichtspunkten haben hydraulisch betätigbare Nockenwellen-Phasensteller Verbreitung gefunden, bei denen ein Steuerventil zur Steuerung der Druckbeaufschlagung von der Verstellung der Phasenlage dienenden Druckkammern und ein der Betätigung des Steuerventils dienender Elektromagnet zentral auf der Drehachse der Nockenwelle angeordnet sind. Aufgrund des nur begrenzt zur Verfügung stehenden Bauraums, des Kostendrucks und der für eine schnelle Verstellung erforderlichen großen Kanalquerschnitte in der Ölzufuhr haben sich Lösungen als vorteilhaft erwiesen, in denen das Drucköl zu dem gemeinsam mit der Nockenwelle drehenden Phasensteller über einen in der Nockenwelle vorgesehenen Kanal dem ebenfalls zentral angeordneten Steuerventil zugeführt wird. Das Drucköl wird der drehenden Nockenwelle aus dem Zylinderkopf typischerweise über eines der Nockenwellenlager, bevorzugt einem Spurlager der Nockenwelle, zugeführt. Die Erfindung betrifft Phasensteller der geschilderten Art insbesondere.
  • Das Steuerventil ist günstigerweise so angeordnet und gestaltet, dass die Ventilkennlinie unabhängig vom Druck des Öls ist. Andernfalls würde beispielsweise das Einregeln von Zwischenstellungen in der Phasenlage der Nockenwelle erschwert oder sogar verhindert. Es ist daher anzustreben, dass das Drucköl trotz im Betrieb der Brennkraftmaschine wechselnden Drucks keine oder nur vernachlässigbar geringe resultierende Axialkräfte auf den Ventilkolben des Steuerventils ausüben kann, um das Kräftegleichgewicht zwischen dem auf den Ventilkolben wirkenden Elektromagneten und einer diesem üblicherweise entgegenwirkenden Ventilfeder nicht zu stören.
  • Zur Vermeidung resultierenden Axialschubs werden mit der Nockenwelle drehende, über die Nockenwelle mit dem Drucköl versorgte Phasensteller üblicherweise über radial von außen auf den Ventilkolben gerichtete Zuführungen mit dem Drucköl versorgt. Phasensteller dieser Art werden beispielsweise in der DE 199 55 507 C2 , DE 103 46 443 A1 und DE 196 54 926 C2 offenbart. Eine derartige Beaufschlagung mit dem Drucköl zieht jedoch fertigungstechnisch aufwändige Kanalführungen, insbesondere der P-Leitung, nach sich. Zudem wird es schwierig, die Kanäle mit für hohe Verstellgeschwindigkeiten günstigen großen Kanalquerschnitten zu gestalten.
  • Zur Umgehung der geschilderten Problematik sind Nockenwellen-Phasensteller bekannt, beispielsweise aus der DE 198 48 706 A1 und der DE 103 22 394 A1 , deren zentrales Steuerventil relativ zu einem Maschinengehäuse der Brennkraftmaschine nicht drehbar angeordnet ist, so dass die Nockenwelle relativ zum Steuerventil dreht. Die verschiedenen Ölzu- und -abführungen zum und vom Steuerventil werden mittels Wellendichtringen voneinander getrennt, was jedoch erhöhten konstruktiven Aufwand und erhebliche Mehrkosten verursacht. So ergeben sich erhöhte Anforderungen an die Toleranzen für die Bauteile, die die radiale Position des Steuerventils relativ zur Nockenwelle bestimmen.
  • Die WO 2005/113943 A1 betrifft einen Nockenwellenversteller mit einem Steuerventil. Dem Steuerventil wird eine Druckfluid durch Öffnungen quer zu seiner Längsachse zugeführt, wobei das Ventilstellglied umfängliche Nuten aufweist, durch die je nach der Schaltposition des Ventilstellglieds das Druckfluid zum Beispiel einem Verbraucher zugeführt werden kann. Das Ventilstellglied ist innen hohl ausgebildet und weist eine Einlassöffnung und eine Auslassöffnung für das Druckfluid auf, die nahe den sich gegenüberliegenden Axialenden des Stellglieds gebildet sind. Sowohl der Durchmesser des Hohlraums als auch die Tiefe der am Umfang des Stellglieds gebildeten Nuten sind konstant, so dass an sich gegenüberliegenden Seitenwänden auftretende Druckkräfte gleich groß aber entgegengerichtet sind, so dass das Stellglied nicht durch unterschiedlich große Druckkräfte in eine Axialrichtung gedrückt wird.
  • Die WO 2009/010332 A1 betrifft ein Ventilteil eines hydraulischen Steuerventils mit radialer Druckmittelzuführung. Der Innenraum des Ventilstellglieds ist hohl mit einem konstanten Durchmesser, an seinem Umfang sind Nuten mit konstanter Tiefe gebildet, durch deren Position relativ zum Ventilgehäuse der Fluss des Druckfluids durch das Steuerventil bestimmt werden kann. Der Innenraum weist an einem axialem Ende eine Deckel mit Öffnungen auf, durch die das Druckmittel in einen Ventilgehäusehohlraum gedrückt wird, wodurch ein Dämpfungseffekt erreicht werden kann, der Vibrationsamplituten des Steuerkolbens minimiert.
  • Die DE 10 2006 031 517 A1 betrifft eine Schalteinrichtung für eine druckölbetätigte Nockenverstellvorrichtung für eine Brennkraftmaschine mit einem Steuerventil mit einem Stellglied. Am Außenumfang des Stellglieds sind Nuten für das Druckfluid gebildet, die Tiefe der Nuten ist konstant. Das Stellglied ist innen hohl mit einem konstanten Durchmesser.
  • Ein aus dem genannten Stand der Technik bekanntes weiteres Problem verursacht die bevorzugte Anordnung der Spule des Elektromagneten drehfest relativ zum Maschinengehäuse der Brennkraftmaschine, während der Anker des Elektromagneten drehfest mit dem Ventilkolben des Steuerventils verbunden ist. Der drehende Anker weist praktisch unvermeidbar radialen Versatz zur Spule auf, was auf den Anker und somit auf den Ventilkolben wirkende Radialkräfte verursacht, die von der Gleitpaarung aus Ventilgehäuse und Ventilkolben aufgenommen werden müssen. Dies wiederum erschwert die Erfüllung der Forderung nach einer möglichst geringen Hysterese der Ventilkennlinie und erhöht den Verschleiß an den Gleitflächen der Gleitpaarung.
  • Es ist eine Aufgabe der Erfindung, einen für die Herstellung in der Großserie tauglichen, konstengünstigen Nockenwellen-Phasensteller zu schaffen, der die Vorteile eines platzsparend, vorzugsweise zentral angeordneten Steuerventils, zentral in Bezug auf eine Stator-Rotor-Anordnung des Phasenstellers, mit einer einfachen Geometrie von Zu- und Abführungen für ein die Verstellung bewirkendes hydraulisches Fluid vereint, aber dennoch keine praktisch ins Gewicht fallende Abhängigkeit der Ventilkennlinie vom in der Zuführung zum Ventil herrschenden Druck des Fluids zeigt.
  • Die Erfindung betrifft dementsprechend einen Nockenwellen-Phasensteller mit einem vorzugsweise zentralen Steuerventil zur gesteuerten Zu- und Abführung eines hydraulischen Fluids in eine und aus einer Druckkammer, die der Verstellung der Drehwinkelposition einer Nockenwelle relativ zu einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine dient. Bei der Druckkammer kann es sich entweder um eine Voreilungskammer handeln, die bei Druckbeaufschlagung die Nockenwelle relativ zur Kurbelwelle auf Voreilung verstellt, oder um eine Nacheilungskammer, die die Nockenwelle bei Druckbeaufschlagung auf Nacheilung verstellt. Eine Druckentlastung geht mit einem Rückstellen in die Gegendrehrichtung einher. In bevorzugten Ausführungen umfasst der Nockenwellen-Phasensteller eine oder mehrere Druckkammer(n) für Voreilung und eine oder mehrere weitere Druckkammer(n) für Nacheilung. In derartigen Ausführungen wird die Phasenlage der Nockenwelle eingestellt, indem das unter Druck stehende Fluid mittels des Steuerventils in entweder die Druckkammer(n) für Voreilung oder in die Druckkammer(n) für Nacheilung eingeleitet und die jeweils andere Art von Druckkammer(n) mit einer Niederdruckseite des Fluids verbunden wird, vorzugsweise mit einem Reservoir für das Fluid wie beispielsweise einem Ölsumpf. Bei dem Fluid kann es sich insbesondere um ein der Schmierung der Brennkraftmaschine dienendes Schmieröl, bei Kraftfahrzeugen typischerweise das Motoröl, handeln.
  • Das Steuerventil umfasst ein Ventilgehäuse mit wenigstens einem Arbeitsanschluss und wenigstens einem Reservoiranschluss für das Fluid. Der Arbeitsanschluss dient der Zuführung dieses Druckfluids zu der wenigstens einen Druckkammer des Phasenstellers, und der Reservoiranschluss der Abführung zu einem auf der Niederdruckseite des Fluids vorhandenen Reservoir. Der Arbeitsanschluss dient vorzugsweise auch der Abführung aus der Druckkammer über den Reservoiranschluss. Das Steuerventil umfasst ferner einen Ventilkolben, der im Ventilgehäuse zwischen einer ersten und einer zweiten Kolbenposition axial hin und her verstellbar ist. Der Ventilkolben ist hohl, weist also einen axialen Hohlraum auf, in den über einen Ventilkolbeneinlass Fluid von einer Hochdruckseite, ein Druckfluid, einleitbar ist. Das eingeleitete Druckfluid wird über einen Kolbenauslass aus dem Hohlraum geleitet. In der ersten Kolbenposition ist der Kolbenauslass mit dem Arbeitsanschluss des Ventilgehäuses verbunden, so dass das Druckfluid durch den Ventilkolben über den Arbeitsanschluss der Druckkammer zugeführt werden kann. In der zweiten Kolbenposition ist der Kolbenauslass vom Arbeitsanschluss des Ventilgehäuses getrennt. Vorzugsweise ist der Ventilkolbenauslass in der zweiten Kolbenposition mit dem Reservoiranschluss des Ventilgehäuses verbunden. Das Ventilgehäuse weist in bevorzugten Ausführungen einen Gehäuseeinlass auf, durch den das Fluid der Hochdruckseite in das Ventilgehäuse und durch den mit dem Gehäuseeinlass verbundenen Kolbeneinlass in den Hohlraum des Ventilkolbens eingeleitet werden kann.
  • Bestandteil des Nockenwellen-Phasenstellers ist ferner ein mit dem Ventilkolben gekoppeltes Stellglied zum axialen Verstellen des Ventilkolbens. Das Stellglied ist vorzugsweise ein elektromagnetisches Stellglied und kann insbesondere ein Axialhub-Elektromagnet sein. Vorzugsweise ist die Kopplung derart, dass das Stellglied den Ventilkolben nur mit einer axialen Druckkraft beaufschlagt, die Beaufschlagung mit einer axialen Zugkraft wäre jedoch alternativ oder gegebenenfalls auch zusätzlich denkbar. Vorzugsweise weist der Ventilkolben für die Kopplung mit dem Stellglied ein Kopplungsorgan auf, das durch eine das Ventilgehäuse verschließende Stirnverschulsswand ragt. Das Kopplungsorgan ist dementsprechend relativ zur Stirnverschlusswand des Ventilgehäuses axial hin und her beweglich, gleichwohl dichtet die Stirnverschlusswand in enger Passung mit dem Kopplungsorgan das Ventilgehäuse mit der erforderlichen Dichtigkeit ab. Das Kopplungsorgan wirkt vorzugsweise als axialer Stößel.
  • Um zu verhindern, dass das Fluid trotz der Durchströmung des hohlen Ventilkolbens auf diesen eine praktisch relevante axiale Druckkraft, einen resultierenden Axialschub, ausüben kann, weist der Ventilkolben eine radiale Aufweitung auf, also einen radial aufgeweiteten Kolbenabschnitt, die bzw. der von einem angepasst aufgeweiteten Gehäuseabschnitt des Ventilgehäuses in enger Passung umgeben wird und in eine von der Stirnverschlusswand weg weisende axiale Richtung mit dem Fluid der Hochdruckseite beaufschlagbar ist. Die Aufweitung ist im Querschnitt so bemessen, dass das Fluid auf den Ventilkolben trotz des die Stirnverschlusswand durchragenden Kopplungsorgans in beide axiale Richtungen zumindest im Wesentlichen mit gleichgroßer Druckkraft wirkt. Wiese der Ventilkolben wie im Stand der Technik üblich über seine axiale Länge überall den gleichen äußeren Umfang auf, würde auf den Ventilkolben eine vom Fluiddruck abhängige resultierende axiale Druckkraft wirken, die der Flächendifferenz der axial voneinander abgewandten, axial parallel projizierten Stirnflächen des Ventilkolbens multipliziert mit dem momentanen Druck des Fluids entspräche. Die Flächendifferenz entspräche der Querschnittsfläche des Kopplungsorgans im Bereich der Stirnverschlusswand, da diese Fläche nicht mit dem Fluid beaufschlagt werden kann, wenn die Kopplung wie bevorzugt auf der Niederdruckseite des Fluids stattfindet. Eine Anordnung des Stellglieds auf der Niederdruckseite hat den Vorteil, dass beim Stellglied keine besonderen Dichtungsmaßnahmen vorgenommen werden müssen.
  • Der axiale Hohlraum des Ventilkolbens ist vorzugsweise ein zentraler, zylindrischer Hohlraum, der am Einlassende zweckmäßigerweise einfach gerade ausläuft und dadurch den Kolbeneinlass mit einer den Hohlraumquerschnitt entsprechenden Querschnittsfläche bildet. Das Fluid strömt somit widerstandsarm in den Ventilkolben und durch den Kolbenauslass zur Druckkammer, wenn der Ventilkolben die entsprechende axiale Kolbenposition einnimmt. Der Kolbenauslass ist vorzugsweise ein radialer Auslass am Umfang des Ventilkolbens. Die axiale Einströmung und radiale Ausströmung ist einem einfachen Verlauf der Zu- und Abführungen und dementsprechend einer weitgehenden geometrischen Gestaltungsfreiheit der Kanalquerschnitte der Zuführung zum Ventilkolben und der Abführung zur Druckkammer und dem Reservoir förderlich.
  • In bevorzugten Ausführungen ist der Gehäuseeinlass an einer axialen Stirnseite des Ventilgehäuses gebildet, so dass das dem Steuerventil zuströmende Fluid bereits axial in das Steuerventil einströmt. Grundsätzlich kann der Gehäuseeinlass aber auch ein radialer Einlass am Umfang des Ventilgehäuses sein. Obgleich weniger bevorzugt, soll auch ein schräg in das Steuerventil führender Gehäuseeinlass nicht ausgeschlossen werden. Der Arbeüsanschluss erstreckt sich vorzugsweise radial durch den Umfang des Ventilgehäuses. Falls wie bevorzugt ein weiterer Arbeitsanschluss vorhanden ist, erstreckt sich auch dieser vorzugsweise einfach gerade radial durch das Ventilgehäuse. Ein radialer Verlauf ist auch für den Reservoiranschluss, und falls ein weiterer Reservoiranschluss vorhanden ist, auch für diesen von Vorteil. In anltemativen Ausführungen kann der Reservoiranschluss, der optionale weitere Reservoiranschluss, der Arbeitsanschluss oder der optional weitere Arbeitsanschluss durch den Umfang des Ventilgehäuses auch schräg verlaufen.
  • Das Steuerventil ist vorzugsweise so angeordnet, dass es mit der Nockenwelle dreht. Vorzugsweise ist es an einem axialen Ende der Nockenwelle in einen zentralen, zum Stirnende der Nockenwelle offenen Aufnahmeraum von dem Stirnende her eingesetzt. Ein mitdrehendes Steuerventil, insbesondere ein in Bezug auf den Phasensteller zentrales Steuerventil, kann grundsätzlich aber auch am Stirnende der Nockenwelle nur angesetzt sein. Ein mit der Nockenwelle drehendes, zentrales Steuerventil ermöglicht eine Platz sparende Bauweise für den Nockenwellen-Phasensteller und eine geometrisch einfache Zuführung des Druckfluids durch die Nockenwelle.
  • Das Stellglied ist vorzugsweise auf der Niederdruckseite des Fluids angeordnet und kann insbesondere unter Atmosphärendruck stehen, so dass keine besonderen Maßnahmen für eine Abdichtung getroffen werden müssen. Das Stellglied ist vorzugsweise relativ zum Maschinengehäuse der Brennkraftmaschine nicht drehbar angeordnet, so dass bei vorteilhafterweise mit der Nockenwelle drehbar angeordnetem Steuerventil das Kopplungsorgan des Ventilkolbens relativ zum Stellglied, dem Stellglied im Ganzen gesehen, drehbar ist. Das Stellglied kann wie bereits erwähnt insbesondere ein elektromagnetisches Stellglied sein, mit einer elektromagnetischen Spule und einem relativ zur Spule axial beweglichen Anker, der relativ zur Spule nicht drehbar angeordnet ist oder zumindest nicht drehbar angeordnet sein kann, da die Relativdrehung in der Kopplung von Kopplungsorgan und Stellglied stattfindet. Vorzugsweise sind das Stellglied und das Kopplungsorgan direkt miteinander in einem Kopplungseingriff. Die Kopplung ist vorzugsweise lediglich ein axialer Druckkontakt, im Falle des direkten Eingriffs ein Druckkontakt eines Stellelements des Stellglieds und des Kopplungsorgans, in dem das Stellelement, beispielsweise der genannte Anker, axial gegen ein Stirnende des Kopplungsorgans drückt.
  • Ein in Bezug auf den Rotor des Phasenstellers zentrales, mit der Nockenwelle drehfest verbindbares oder verbundenes Steuerventil ist in Kombination mit einem Ventilkolben, der relativ zum axial beweglichen Wirkelement des Stellglieds drehbar angeordnet ist, bereits alleine von Vorteil, ohne die Kompensation eines etwaigen Axialschubs. Falls solch eine Kombination aus hydraulischem Teil des Steuerventils und des Stellglieds verwirklicht ist, wird es ferner bevorzugt, wenn der Ventilkolben den beschriebenen axialen Hohlraum aufweist und somit vom Fluid der Hochdruckseite durchströmt werden kann. Die Kopplung kann wie unter der vorliegenden Erfindung offenbart ausgeführt sein. Alternativ kann die Kopplung aber auch so gestaltet sein, dass bei Ausführung des Stellglieds als Axialhub-Stellglied dessen Wirkelement, beispielsweise der Anker eines Magneten, durch die Stirnverschlusswand des Ventilgehäuses ragt und innerhalb des Ventilgehäuses auf das ihm zugewandte Stirnende des Ventilkolbens wirkt. Grundsätzlich kann solch ein Wirkelement auch das Kopplungsorgan der hier beanspruchten Erfindung bilden.
  • Unter dem Aspekt der Trennstellenbildung von drehenden und nicht drehenden Komponenten des Steuerventils ist daher insbesondere auch Gegenstand der Erfindung ein Nockenwellen-Phasensteller mit einem Steuerventil zur gesteuerten Zu- und Abführung eines hydraulischen Fluids in eine und aus einer der Verstellung der Drehwinkelposition einer Nockenwelle relativ zu einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine dienenden Druckkammer, das Steuerventil umfassend:
    1. a) ein Ventilgehäuse, das für das Fluid einen Gehäuseeinlass, einen Arbeitsanschluss zur Druckkammer und einen Reservoiranschluss zu einem Reservoir aufweist und mit der Nockenwelle drehfest verbunden ist oder von der Nockenwelle gebildet wird,
    2. b) einen im Ventilgehäuse zwischen einer ersten und einer zweiten Position axial hin und her verstellbaren Ventilkolben mit einer mit dem Gehäuseeinlass verbundenen Kolbenzuführung, die in der ersten Position des Ventilkolbens mit dem Arbeitsanschluss verbunden und in der zweiten Position von diesem getrennt ist,
    3. c) ein mit dem Ventilkolben gekoppeltes Stellglied, das eine drehfest mit einem Maschinengehäuse der Brennkraftmaschine verbundene elektromagnetische Spule und einen relativ zur Spule axial beweglichen Anker umfasst,
    4. d) und ein axial zwischen dem Ventilkolben und dem Anker erstrecktes Kopplungsorgan, das durch eine das Ventilgehäuse verschließende Stirnverschlusswand ragt, um eine axiale Stellkraft des Stellglieds auf den Ventilkolben zu übertragen,
    5. e) wobei der Ventilkolben relativ zum Anker drehbar ist.
  • Die vorstehenden Merkmale a) bis e) können um jedes der unter der hier beanspruchten Erfindung offenbarten Merkmale vorteilhaft ergänzt werden, ebenso können umgekehrt die vorstehenden Merkmale a) bis e) jeweils einzeln und in jeder Kombination die hier beanspruchte Erfindung vorteilhaft weiterbilden. Der Ventilkolben kann einen axialen Hohlraum aufweisen, die Kolbenzuführung wäre in solchen Ausführungen der genannte Kolbeneinlass. Wird das mittels des Ventilkolbens zu steuernde Fluid nicht in den Ventilkolben eingeleitet, sondern wie zum Stand der Technik beschrieben an den äußeren Umfang des Ventilkolbens geführt, ist die genannte Kolbenzuführung eine am Umfang des Ventilkolbens gebildete Vertiefung, die den Gehäuseeinlass in der entsprechenden Kolbenposition mit dem Arbeitsanschluss verbindet und vorzugsweise umläuft.
  • Obgleich es denkbar ist, dass die Kopplung und das Stellglied dafür eingerichtet sind, dass das Stellglied sowohl axiale Zug- als auch Druckkräfte ausüben kann, das Stellglied also dem Ventilkolben in die eine der Kolbenpositionen drückt und in die andere zieht, wird Ausführungen der Vorzug gegeben, in denen das Steuerventil ein Federglied, vorzugsweise eine mechanische Feder wie etwa eine Schraubendruckfeder, umfasst, die mit ihrer Federkraft: der Stellkraft des Stellglieds entgegen auf den Ventilkolben wirkt. Das Federglied kann vorteilhafterweise so angeordnet sein, dass es sich mit einem Federende unmittelbar am Ventilgehäuse und mit einem anderen Federende unmittelbar am Ventilkolben abstützt und den Ventilkolben dadurch in die entsprechende axiale Richtung spannt.
  • Falls nur das Kopplungsorgan für die Flächendifferenz ursächlich ist, ist die Aufweitung im Querschnitt vorzugsweise so bemessen, dass zumindest annäherungsweise, bevorzugt genau die Querschnittsfläche kompensiert wird, mit der das Kopplungsorgan durch die Stirnverschlusswand ragt. Der Ventilkolben ist im aufgeweiteten Kolbenabschnitt am äußeren Umfang vorzugsweise kreiszylindrisch, so dass durch die Aufweitung eine die Querschnittsfläche des Kopplungsorgans zumindest näherungsweise, vorzugsweise genau kompensierende Kreisringfläche erhalten wird. Der Steuerkolben wird an der Stirnseite der Aufweitung, die der Stirnverschlusswand des Ventilgehäuses zugewandt ist, mit dem Fluid der Hochdruckseite beaufschlagt. Obgleich denkbar ist, dass dieses der Kompensation dienende Druckfluid beispielsweise von außerhalb des Ventilkolbens oder sogar von außerhalb des Steuerventils zugeführt wird, entspricht es bevorzugteren Ausführungen, wenn das Fluid durch den axialen Hohlraum des Ventilkolbens an die von der Aufweitung gebildete Kompensationsfläche geführt wird. So kann der Hohlraum in seinem Mantel oder vorzugsweise in einer Kolbenstimwand einen einzigen Durchlass oder aber mehrere um die zentrale Längsachse des Ventilkolbens verteilt angeordnete Durchlässe aufweisen, durch den oder die das Druckfluid zu der Stirnverschlusswand des Ventilgehäuses zugewandten Stirnfläche des Ventilkolbens, insbesondere auch zur Kompensationsfläche der Aufweitung, strömen kann.
  • Die Aufweitung bildet vorzugsweise das der Stirnverschlusswand zugewandte Stirnende des Ventilkolbens, von dem vorzugsweise das Kopplungsorgan in Richtung auf das Stellglied abragt. Die von der Aufweitung gebildete Kompensationsfläche ist in derartigen Ausführungen eine der Stirnverschlusswand axial unmittelbar gegenüberliegende Endfläche des Ventilkolbens. Grundsätzlich wäre es jedoch auch denkbar, die Aufweitung nicht in dem der Stirnverschlusswand des Ventilgehäuses nahen axialen Endabschnitt, sondern in einem mittleren Axialabschnitt oder sogar in dem der Stirnverschlusswand fernen anderen Endabschnitt des Ventilkolbens vorzusehen. Die Formung der Aufweitung an dem der Stirnverschlusswand zugewandten Ende des Ventilkolbens erlaubt jedoch auf besonders einfache Weise eine Zuführung durch den axialen Hohlraum an dem vom Kolbeneinlass abgewandten Ende des Ventilkolbens. Hierdurch kann die erfindungs gemäße Kompensation von der Steuerungsfunktion des Steuerventils auf einfache Weise entkoppelt werden.
  • Der aufgeweitete Gehäuseabschnitt erstreckt sich axial über den aufgeweiteten Kolbenabschnitt hinaus, um die axialen Verstellbewegungen des Ventilkolbens zu ermöglichen. An der von der Stirnverschlusswand abgewandten Seite wird der Ventilkolben im Bereich der Aufweitung vorzugsweise nur mit dem Fluiddruck der Niederdruckseite beaufschlagt. Vorzugsweise ist der Reservoiranschluss oder ein weiterer Reservoiranschluss in dem aufgeweiteten Gehäuseabschnitt an der von der Stirnverschlusswand abgewandten Seite der Ausweitung angeordnet, so dass an dieser Seite zumindest im Wesentlichen der Fluiddruck des Reservoirs herrscht.
  • In Weiterbildungen weist der Ventilkolben an einer von der Stirnverschlusswand abgewandten Seite axial an die Aufweitung anschließend eine radiale Vertiefung auf, vorzugsweise eine umlaufende Vertiefung. Vorzugsweise sind der Arbeitsanschluss und der Reservoiranschluss des Ventilgehäuses so angeordnet und die Vertiefung axial so lang, dass der Arbeitsanschluss in der zweiten Kolbenposition des Ventilkolbens über die Vertiefung mit dem Reservoiranschluss verbunden ist. In der ersten Kolbenposition trennt eine die Vertiefung begrenzende Steuerkante des Ventilkolbens den Arbeitsanschluss von dem Reservoiranschluss. Die Steuerkante ist am Ventilkolben vorzugsweise axial so angeordnet und das Stellglied vorzugsweise so ansteuerbar, dass der Ventilkolben auch in Zwischenpositionen zwischen der ersten und der zweiten Position positioniert werden kann, so dass der Steuerkolben den Reservoiranschluss auch nur teilweise verdecken und teilweise freigeben kann. Vorteilhaft ist es auch, wenn die axiale Geschwindigkeit, mit der der Ventilkolben aus der ersten Position in Richtung auf die zweite Position oder aus der zweiten Position in Richtung auf die erste Position bewegt wird, verändert, der Ventilkolben also auch mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten bewegt werden kann.
  • Der Nockenwellen-Phasensteller umfasst in Weiterbildungen eine weitere Druckkammer für das Fluid. Von diesen wenigstens zwei Druckkammern wird entweder die eine oder die andere mit dem Fluid der Hochdruckseite beaufschlagt. Dementsprechend bewirkt eine Druckbeaufschlagung der einen Druckkammer, dass die Nockenwelle relativ zur Kurbelwelle in Richtung Voreilung und bei Druckbeaufschlagung der anderen in die Gegendrehrichtung auf Nacheilung verstellt wird. Das Steuerventil ist in derartigen Ausführungen dafür eingerichtet, das Druckfluid wahlweise entweder in die eine Druckkammer oder in die andere Druckkammer zu leiten. Für die Erfüllung dieser Funktion weist das Ventilgehäuse einen weiteren Arbeitsanschluss auf, durch den das Fluid zu der weiteren Druckkammer strömen kann. Der weitere Arbeitsanschluss ist im Ventilgehäuse so gebildet, dass der Kolbenauslass in der zweiten Kolbenposition mit dem weiteren Arbeitsanschluss verbunden und in der ersten Kolbenposition von dem weiteren Arbeitsanschluss getrennt ist. In der ersten Kolbenposition ist der weitere Arbeitsanschluss vorzugsweise mit dem Reservoir verbunden, so dass das Druckfluid aus der weiteren Druckkammer über den weiteren Arbeitsanschluss in das Reservoir abströmen kann. Um solch eine Druckentlastung zu bewirken, kann der Ventilkolben eine weitere radiale Vertiefung aufweisen, vorzugsweise ebenfalls eine umlaufende Vertiefung, die den weiteren Arbeitsanschluss des Ventilgehäuses in der ersten Kolbenposition mit dem Reservoir, vorzugsweise einen mit dem Reservoir verbundenen weiteren Reservoiranschluss des Ventilgehäuses verbindet. Obgleich weniger bevorzugt, wäre es aber dennoch möglich, im Ventilgehäuse nur einen einzigen Reservoiranschluss vorzusehen und den Verlauf der Kanäle so zu gestalten, dass der weitere Arbeitsanschluss in der ersten Kolbenposition mit diesem gleichen Reservoiranschluss verbunden ist.
  • In Ausführungen, in denen das Ventilgehäuse, die beiden genannten Arbeitsanschlüsse und die beiden genannten Reservoiranschlüsse aufweist, sind diese Anschlüsse vorzugsweise so angeordnet, dass axial zwischen den beiden Reservoiranschlüssen die beiden Arbeitsanschlüsse angeordnet sind, in axialer Richtung gesehen also auf einen der Resevoiranschlüsse der diesem zugeordnete Arbeitsanschluss, auf diesen der andere Arbeitsanschluss und auf diesen der dem anderen Arbeitsanschluss zugeordnete Reservoiranschluss folgt. Mittels einer derart gereihten Anordnung können die Verstellwege, die der Ventilkolben zurücklegt, um wahlweise entweder den einen Arbeitsanschluss mit der einen Art von Druckkammer(n) oder den anderen Arbeitsanschluss mit der anderen Art von Druckkammer(n) zu verbinden, kurz gehalten werden. Durch axial erstreckte Vertiefungen am äußeren Umfang des Ventilkolbens kann derjenige Arbeitsanschluss, der für die Druckentlastung der zugeordneten Druckkammer(n) sorgt, im Steuerventil auf kurzem Wege mit dem zugeordneten Reservoiranschluss verbunden werden. Unter Einschluss des Gehäuseeinlasses sind die Zu- und Abführungen axial vorzugsweise in folgender Reihenfolge angeordnet: Nahe bei oder vorzugsweise an einem axialen Stirnende des Ventilgehäuses ist der Gehäuseeinlass gebildet, auf diesen folgt axial in Richtung auf das andere Stirnende des Ventilgehäuses der weitere Reservoiranschluss, auf diesen der weitere Arbeitsanschluss, dann der zuerst genannte Arbeitsanschluss und schließlich axial am weitesten vom Gehäuseeinlass entfernt der zuerst genannte Reservoiranschluss.
  • Der Nockenwellen-Phasensteller ist in Weiterbildungen so gestaltet, dass das zugeführte Fluid, vorzugsweise jegliches das Steuerventil durchströmende Fluid, bei einer für die Verstellung der Phasenlage erforderlichen Druckentlastung der Druckkammer durch eine oder mehrere mit der Nockenwelle drehende Komponente(n) des Phasenstellers in das Maschinengehäuse zurückströmt und nicht erst in ein am Maschinengehäuse außen angebrachtes Anbaugehäuse, beispielsweise einen Kettenkasten, abströmt und von dort zurück zum Reservoir geführt werden muss. Die Brennkraftmaschine, beispielsweise deren Maschinengehäuse, muss in derartigen Ausführungen nicht extra für eine Rückführung des aus dem Phasensteller abströmenden Fluids eingerichtet sein. Die Montage des Phasenstellers wird erleichtert. Die Rückführung erstreckt sich in vorteilhaften Ausführungen durch den im montierten Zustand drehfest mit der Nockenwelle verbundenen Rotor des Phasensteller, der hierfür mit einer entsprechenden Rückführung, vorzugsweise ein durch den Rotor axial gerade erstreckter Durchgang, versehen ist. Obgleich ein einziger Durchgang die Rückführung bilden kann, wird es bevorzugt, wenn die Rückführung mehrere um die Drehachse des Rotors verteilt angeordnete Durchgänge umfasst. An die Rückführung des Rotors kann sich eine weiterführende Rückführung im Stator erstrecken, wobei die weiterführende Rückführung beispielsweise durch eine oder mehrere Bohrung(en) im Stator oder durch eine oder mehrere nutförmige oder vollumfänglich innere Aufweitung(en) gebildet oder radial außen vom Stator und radial innen von der Nockenwelle gemeinsam begrenzt werden kann. Falls das Steuerventil den genannten weiteren Reservoiranschluss aufweist, wird das für die Verstellung der Phasenlage der Nockenwelle erforderliche Fluid vorzugsweise über beide Reservoiranschlüsse durch den mit der Nockenwelle drehenden Phasensteller hindurch in das Maschinengehäuse zurückgeführt.
  • Die Rückführung innerhalb des mit der Nockenwelle drehbar angeordneten und im Betrieb der Brennkraftmaschine drehenden Phasenstellers ist auch für sich alleine von Vorteil, beispielsweise ohne die Kompensation durch Aufweitung des Ventilkolbens, also auch ohne das Kennzeichen des Hauptanspruchs. Die Rückführung innerhalb des Nockezawellen-Phasenstellers, nämlich innerhalb einer oder mehrerer Komponente(n) des Phasenstellers, die im Betrieb der Brennkraftmaschine mit der Nockenwelle drehend angeordnet ist oder sind, ist aber auch generell von Vorteil und nicht nur in Verbindung mit einem hohlen Ventilkolben, der vom Fluid durchströmt werden kann. So kann eine Rückführung innerhalb des Phasenstellers auch für solche Phasensteller von Vorteil sein, die ein zentrales Steuerventil mit einem Ventilkolben aufweisen, dem das Fluid nur am äußeren Umfang zugeführt wird, der also nicht durchströmt wird. Ein hohler Ventilkolben ist jedoch im Hinblick auf einen möglichst einfachen Kanalverlauf günstig. Ferner kann ein zentrales Steuerventil mit entweder einem hohlen und daher durchströmbaren oder aber einem nicht durchströmbaren Ventilkolben auch ein Stellglied aufweisen, das nicht wie bevorzugt einen relativ zur Spule nicht drehenden Anker aufweist, sondern beispielsweise einen mit dem Ventilkolben drehfest verbundenen Anker.
  • So betrifft die Erfindung unter dem Aspekt der Rückführung innerhalb des Phasenstellers auch einen Nockenwellen-Phasensteller zur Verstellung der Drehwinkelposition einer Nockenwelle relativ zu einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine mittels eines hydraulischen Fluids, der Nockenwellen-Phasensteller umfassend:
    1. a) einen von der Kurbelwelle drehantreibbaren Stator,
    2. b) eine Druckkammer für das Fluid,
    3. c) einen mit der Nockenwelle drehfest verbundenen Rotor, der mit dem Stator Drehmoment übertragend gekoppelt und relativ zum Stator im Drehwinkel durch Einleitung des Fluids in die Druckkammer verstellbar ist,
    4. d) ein Ventilgehäuse, das für das Fluid einen Gehäuseeinlass, einen Arbeitsanschluss zur Druckkammer und einen Reservoiranschluss zu einem Reservoir aufweist und mit der Nockenwelle drehfest verbunden ist oder von der Nockenwelle gebildet wird,
    5. e) einen im Ventilgehäuse zwischen einer ersten und einer zweiten Position axial hin und her verstellbaren Ventilkolben mit einer mit dem Gehäuseeinlass verbundenen Kolbenzuführung, die in der ersten Position des Ventilkolbens mit dem Arbeitsanschluss verbunden und in der zweiten Position von diesem getrennt ist,
    6. f) ein mit dem Ventilkolben gekoppeltes Stellglied zum axialen Verstellen des Ventilkolbens
    7. g) und eine Rückführung, durch die mit Ausnahme allenfalls von Leckfluid das gesamte das Ventilgehäuse durchströmende Fluid in ein die Nockenwelle drehbar lagerndes Maschinengehäuse der Brennkraftmaschine rückführbar ist,
    8. h) wobei sich die Rückführung vom Reservoiranschluss bis in das Maschinengehäuse nur durch den Nockeuwellen-Phasensteller erstreckt.
  • Die vorstehenden Merkmale a) bis h) können um jedes der unter der hier beanspruchten Erfindung offenbarten Merkmale vorteilhaft ergänzt werden, ebenso können umgekehrt die vorstehenden Merkmale a) bis h) jeweils einzeln und in jeder Kombination die hier beanspruchte Erfindung vorteilhaft weiterbilden. Der Ventilkolben kann einen axialen Hohlraum aufweisen, die Kolbenzuführung wäre in solchen Ausführungen der genannte Kolbeneinlass. Wird das mittels des Ventilkolbens zu steuernde Fluid nicht in den Ventilkolben eingeleitet, sondern wie zum Stand der Technik beschrieben an den äußeren Umfang des Ventilkolbens geführt, ist die genannte Kolbenzuführung eine am Umfang des Ventilkolbens gebildete Vertiefung, die den Gehäuseeinlass in der entsprechenden Kolbenposition mit dem Arbeitsanschluss verbindet und vorzugsweise umläuft.
  • Das Ventilgehäuse kann mit der Nockenwelle insbesondere verschraubt sein, wobei das Ventilgehäuse vorzugsweise ein Außengewinde und die Nockenwelle in einem Aufnahmeraum entsprechend ein Innengewinde für die Schraubverbindung aufweisen. Sind das Ventilgehäuse und die Nockenwelle mittels Schraubverbindung miteinander verbunden, kann ein Schraubenkopf des Ventilgehäuses auch gleich die genannte Rückführung für das Fluid verschließen, falls eine solche innerhalb des Phasenstellers vorgesehen ist. Das Ventilgehäuse kann insbesondere als Spannschraube für die Montage des Rotors und des Stators des Nockenwellen-Phasenstellers dienen, so dass der Phasensteller bei Herstellung der Schraubverbindung auch gleich montiert ist. Ein als zentrale Spannschraube gebildetes Ventilgehäuse kann die Funktion eines Zentrierelements für den Rotor des Nockenwellen-Phasenstellers übernehmen, indem es den Rotor relativ zur Nockenwelle zentriert. Das Ventilgehäuse kann in alternativen Ausführungen auch als Gehäusepatrone gebildet sein, die in die Nockenwelle axial nur eingeschoben und anschließend mit einer Sicherungseinrichtung, beispielsweise einem Sicherungsring, axial gesichert wird. Eine Gehäusepatrone, aber auch ein schraubbares Ventilgehäuse, kann axial zusätzlich oder ausschließlich stoffschlüssig gesichert sein, beispielsweise durch eine Schweißverbindung. In nochmals anderen Ausführungen kann das Ventilgehäuse auch unmittelbar von der Nockenwelle selbst gebildet werden oder an ein axiales Ende der Nockenwelle mittels stoffschlüssiger Verbindung gefügt sein. Einem form- oder reibschlüssig montierbaren Ventilgehäuse wird jedoch der Vorzug gegeben.
  • Die vom Kopplungsorgan durchragte Stirnverschlusswand kann zweckmäßigerweise von einer mit einem Mantel des Ventilgehäuses fest gefügten Verschlussscheibe gebildet werden. Die Verschlussscheibe kann beispielsweise durch Einpressen, Zurollen oder mittels Schraub- oder Schweißverbindung mit dem Ventilgehäusemantel gefügt sein, was auch Kombinationen der beispielhaft genannten Fügemethoden beinhaltet.
  • Vorteilhafte Merkmale werden auch in den Unteransprüchen und deren Kombinationen offenbart.
  • Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand von Figuren erläutert. An den Ausführungsbeispielen offenbar werdende Merkmale bilden jeweils einzeln und in jeder Merkmalskombination die Gegenstände der Ansprüche und auch die vorstehend beschriebenen Ausgestaltungen vorteilhaft weiter. Es zeigen:
    • Figur 1
    einen Nockenwellen-Phasensteller eines ersten Ausführungsbeispiels in einem Längsschnitt,
    Figur 2
    eine Draufsicht auf die von der Nockenwelle abgewandte Stirnseite des Phasenstellers bei abgenommenem Deckel,
    Figur 3
    ein Steuerventil des Phasenstellers im Querschnitt A-A der Figur 1,
    Figur 4
    einen zentralen Bereich des Nockenwellen-Phasenstellers der Figur 1,
    Figur 5
    einen Nockenwellen-Phasensteller eines zweiten Ausführungsbeispiels,
    Figur 6
    einen Nockenwellen-Phasensteller eines dritten Ausführungsbeispiels,
    Figur 7
    das Steuerventil im Querschnitt A-A der Figur 6 und
    Figur 8
    einen Nockenwellen-Phasensteller eines vierten Ausführungsbeispiels.
  • Figur 1 zeigt einen Nockenwellen-Phasensteller in einem Längsschnitt. Der Nockenwellen-Phasensteller ist an einem stirnseitigen Ende einer Nockenwelle 1 angeordnet und dient der Verstellung der Phasenlage, also der Drehwinkelposition der Nockenwelle 1 relativ zu einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine, beispielsweise eines Antriebsmotors eines Kraftfahrzeugs. Die Nockenwelle 1 ist um eine Drehachse R drehbar in einem Maschinengehäuse 2 der Brennkraftmaschine, üblicherweise in einem Zylinderkopfgehäuse, drehbar gelagert.
  • Der Nockenwellen-Phasensteller umfasst einen Stator 3, der von der Kurbelwelle drehangetrieben werden kann, und einen Rotor 7, der drehfest mit der Nockenwelle 1 verbunden ist. Der Stator 3 setzt sich aus einem Antriebsrad 4, beispielsweise ein Kettenrad, einem Deckel 6 und einem axial zwischen dem Antriebsrad 4 und dem Deckel 6 angeordneten Flügelrad 5 zusammen. Das Antriebsrad 4, das Flügelrad 5 und der Deckel 6 sind drehfest miteinander verbunden. Der Stator 3 und der Rotor 7 bilden einen hydraulischen Schwenkmotor.
  • Figur 2 zeigt die Stator-Rotor-Anordnung 3, 7 in einer stirnseitigen Draufsicht. Der Deckel 6 des Stators 3 ist abgenommen, so dass das Flügelrad 5 des Stators 3 und der als Flügelgegenrad gebildete Rotor 7 erkennbar sind. Das Flügelrad 5 bildet die Außenkomponente und der Rotor 7 die Innenkomponente des Schwenkmotors. Das hohle Flügelrad 5 weist an seinem inneren Umfang nach radial innen abragende Flügel auf Der Rotor 7 weist nach radial außen abragende Flügel auf, die mit den Flügeln des Flügelrads 5 des Stators 3 erste Druckkammern 8 und zweite Druckkammern 9 bilden. Die Druckkammern 8 sind in Umfangsrichtung jeweils zur Linken und die Druckkammern 9 jeweils zur rechten Seite der Flügel des Rotors 7 angeordnet. Werden die Druckkammern 8 unter Druck gesetzt und die Druckkammern 9 entlastet, dreht der Rotor 7 relativ zum Stator 3 in Figur 2 im Uhrzeigersinn bis maximal in die in Figur 2 eingenommene Endposition. Werden die Druckkammern 9 unter Druck gesetzt und die Druckkammern 8 im Druck entlastet, dreht der Rotor 7 gegen den Uhrzeigersinn. Die relativ zum Stator 3 stattfindende Drehbewegung in die eine Drehrichtung entspricht einer Voreilung und die relative Drehbewegung in die andere Richtung einer Nacheilung der Nockenwelle 1 relativ zur Kurbelwelle.
  • Der Nockenwellen-Phasensteller weist ein in Bezug auf die Stator-Rotor-Anordnung 3, 7 zentral angeordnetes Steuerventil mit einem Ventilgehäuse 10 und einem im Ventilgehäuse 10 axial hin und her bewegbar und somit axial verstellbar angeordneten Ventilkolben 20 auf. Der Ventilkolben 20 ist hohl mit einem axial erstreckten Hohlraum 21, einem Kolbeneinlass 22 an einem axialen Ende und einem Kolbenauslass 23, der radial durch einen den Hohlraum 21 umgebenden Mantel des Ventilkolbens 20 führt. Der Ventilkolben 20 weist an seinem vom Kolbeneinlass 22 abgewandten anderen axialen Ende ein Kopplungsorgan 25 auf für eine Kopplung mit einem Stellglied 15, das die axiale Verstellung des Ventilkolbens 20 bewirkt. Das Kopplungsorgan 25 wirkt als Betätigungsstößel des Ventilkolbens 20. Das Kopplungsorgan 25 kann mit dem den Hohlraum 21 umgebenden Kolbenmantel in einem Stück geformt oder gegebenenfalls mit diesem axial fest gefügt sein. Es ragt an dem Stirnende des Ventilkolbens 20 ab, das dem Stellglied 15 axial zugewandt ist. Das Kopplungsorgan 25 durchragt eine Stirnverschlusswand 11 des Ventilgehäuses 10. Die Stirnverschlusswand 11 umgibt das Kopplungsorgan 25 in enger Passung und sorgt so trotz des hin und her beweglichen Kopplungsorgans 25 für den fluiddichten Verschluss des Ventilgehäuses 10.
  • Das Stellglied 15 ist ein elektromagnetisches Stellglied, im Ausführungsbeispiel ein Axialhub-Elektromagnet, mit einer bestrombaren Spule 16 und einem Anker 17, den die Spule 16 umgibt. Die Spule 16 ist drehfest mit dem Maschinengehäuse 2 der Brennkraftmaschine verbunden. Im Ausführungsbeispiel ist die Spule 16 drehfest mit einem Deckel 2b verbunden, der wiederum mit einem am Maschinengehäuse 2 montierten Phasenstellergehäuse 2a fest verbunden ist. Der Anker 17 ist relativ zur Spule 16 axial beweglich. Er ist mit dem Kopplungsorgan 25 unmittelbar in einem Kopplungseingriff, der als axialer Druckkontakt gebildet ist. Bei Bestromung der Spule 16 wirkt auf den Anker 17 eine axial in Richtung auf das Kopplungsorgan 25 gerichtete Stellkraft, die im Kopplungseingriff, einem reinen axialen Druckkontakt, auf das Kopplungsorgan 25 und somit auf den Ventilkolben 20 wirkt. An der Trennstelle zwischen mit der Nockenwelle 1 im Betrieb drehendem Ventilkolben 20 und dem nicht drehenden Stellglied 15 herrscht vorzugsweise nur Punktberührung. Der Anker 17 weist an seinem das Kopplungsorgan 25 kontaktierenden Ende vorzugsweise eine Kugeloberfläche auf. Alternativ könnte das Kopplungsorgan 25 an seinem Stirnende eine kugelförmig Oberfläche aufweisen. In einer Weiterbildung ist das Kontaktende des Ankers 17 als Kugelgleitlager gebildet, indem dort eine Kugel in einer Pfanne des Ankers 17 frei sphärisch drehbar gelagert ist.
  • Das Steuerventil umfasst ein Federglied 14, dessen Federkraft der Stellkraft des Stellglieds 15 entgegenwirkt. Das Federglied 14 ist unmittelbar am Ventilgehäuse 10 und in Richtung auf das Stellglied 15 am Ventilkolben 20 abgestützt. Das Stellglied 15 wird von einer Steuerung der Brennkraftmaschine angesteuert, nämlich bestromt. Die Ansteuerung erfolgt vorzugsweise über ein in einem Speicher der Maschinensteuerung abgelegtes Kennfeld, beispielsweise in Abhängigkeit von der Drehzahl der Kurbelwelle, der Last oder anderer bzw. weiterer für den Betrieb der Brennkraftmaschine relevanter Parameter.
  • Der Ventilkolben 20 ist in einem zentralen axialen Hohlraum des Ventilgehäuses 10 in der erläuterten Weise hin und her bewegbar angeordnet. Es weist an seinem von der Stirnverschlusswand 11 abgewandten axialen Ende einen axial, zentral in den Gehäusehohlraum führenden Gehäuseeinlass Pa auf, dem über die Nockenwelle 1, nämlich einen Druekeinlass P der Nockenwelle 1, unter Druck stehendes Fluid zuführbar ist. Bei dem Fluid kann es sich insbesondere um ein der Schmierung der Brennkraftmaschine dienendes Schmieröl handeln, das auch zur Schmierung beispielsweise des Spurlagers der Nockenwelle 1 dient. Das Druckfluid wird dem Steuerventil beispielhaft wie bevorzugt durch das Spurlager der Nockenwelle 1 zugeführt, das heißt der Druckanschluss P ist an die Schmierölversorgung für das Spurlager angeschlossen. Dieses Druckfluid strömt bei P in die Nockenwelle 1, durch den axialen Gehäuseeinlass Pa in das Ventilgehäuse 10 und durch den zum Gehäuseeinlass Pa in axialer Flucht liegenden Kolbeneinlass 22 in den Hohlraum 21. Vom Hohlraum 21 zweigt seitlich, beispielhaft wie bevorzugt in radialer Richtung, ein Kolbenauslass 23 ab, durch den das Druckfluid in Abhängigkeit von der axialen Position des Ventilkolbens 20 entweder den Druckkammeni 8 oder Druckkammern 9 zugeführt wird, um die Phasenlage des Rotors 7 relativ zum Stator 3 und somit die Phasenlage der Nockenwelle 1 relativ zur Kurbelwelle einzustellen. Der Kolbenauslass 23 wird von über den Umfang des Ventilkolbens 20 verteilt angeordneten radialen Durchgängen durch den Mantel des Ventilkolbens 20 gebildet. Der Kolbenauslass 23 ist in einem axial mittleren Abschnitt des Ventilkolbens 20 angeordnet.
  • Das Ventilgehäuse 10 weist durch seinen Mantel führende Anschlüsse für die Zu- und Abführung des Fluids zu und von den Druckkammern 8 und 9 auf. Hierbei handelt es sich um einen Arbeitsanschluss A und einen Arbeitsanschluss B, einen dem Arbeüsanschluss A zugeordneten Reservoiranschluss Ta und einen dem Arbeitsanschluss B zugeordneten Reservoiranschluss TB. Die Anschlüsse A bis TB sind jeweils gerade Durchgänge durch den Mantel des Ventilgehäuses 10. Die Anschlüsse A, B und TA erstrecken sich auf kürzestem Wege radial durch den Mantel. Der Reservoiranschluss TB erstreckt sich schräg nach außen in das Phasenstellergehäuse 2a.
  • In Figur 3 ist nur das Steuerventil mit dem Ventilgehäuse 10 und dem Ventilkolben 20 im Querschnitt A-A der Figur 1 dargestellt. Die Schnittdarstellung zeigt insbesondere den Kolbenauslass 23 des Ventilkolbens 20 und den Arbeitsanschluss B des Ventilgehäuses 10, der ebenfalls von über den Umfang des Ventilgehäuses 10 verteilt angeordneten, radial erstreckten und daher kurzen Durchgängen durch den Mantel des Ventilgehäuses 10 gebildet wird. Die Anschlüsse A, TA und TB werden ebenfalls jeweils von einer Mehrzahl von um die zentrale Achse R verteilt angeordneten Durchgangskanälen gebildet.
  • Figur 4 zeigt von Figur 1 nur den zentralen Bereich der Nockenwellen-Phasenstellers. Die Figuren 1, 3 und 4 zeigen den Ventilkolben 20 in einer ersten axialen Kolbenposition, in der ihn das Federglied 14 hält. In der ersten Kolbenposition ist der Kolbenauslass 23 mit dem Arbeitsanschluss B verbunden. Das über den Druckanschluss P der Nockenwelle 1 zugeführte Druckfluid strömt in axialer Richtung durch den axialen Gehäuseeinlass Pa und den Kolbeneinlass 22 in den Hohlraum 21 des Ventilkolbens 20 und von dort durch den abzweigenden Kolbenauslass 23 zu den entsprechend der Darstellung der Figur 2 dem Arbeitsanschluss B zugeordneten Druckkammern 8. Die mit dem Arbeitsanschluss A verbundenen Druckkammern 9 sind über den Arbeitsanschluss A sowie eine am äußeren Umfang des Ventilkolbens 20 geformte Vertiefung 26 mit dem Reservoiranschluss TA und über diesen sowie eine mit der Nockenwelle 1. drehende Rückführung 4' mit dem Reservoir verbunden und somit im Druck entlastet. Die Vertiefung 26 erstreckt sich über den gesamten äußeren Umfang des Ventilkolbens 20. Von der Vertiefung 26 aus in axialer Richtung gesehen hinter dem Kolbenauslass 23 ist am äußeren Umfang des Ventilkolbens 20 eine weitere axial erstreckte Vertiefung geformt, die sich ebenfalls über den gesamten äußeren Umfang des Ventilkolbens 20 erstreckt. Die Vertiefung 27 ist in der ersten Kolbenposition mit dem Reservoiranschluss TB verbunden. Der Reservoiranschluss TB ist dem Arbeitsanschluss B zugeordnet. Allerdings ist er in der ersten Kolbenposition mittels eines zwischen dem Kolbenauslass 23 und der Vertiefung 27 geformten Dichtsteg des Ventilkolbens 20 von dem Arbeitsanschluss B fluidisch getrennt.
  • Wird der Anker 17 durch entsprechende Bestromung des Stellglieds 15 mit einer die Federkraft des Federglieds 14 übersteigenden Stellkraft beaufschlagt, schiebt das Stellglied 15 den Ventilkolben 20 aus der dargestellten ersten Kolbenposition axial in Richtung auf den Gehäuseeinlass PA und bei entsprechend großer Stellkraft bis in eine axial zweite Kolbenposition, in der nicht mehr der Arbeitsanschluss B, sondern der weitere Arbeitsanschluss A mit dem Kolbenauslass 23 verbunden ist. In der zweiten Kolbenposition trennt ein zwischen dem Kolbenauslass 23 und der Vertiefung 26 geformter Dichtsteg des Ventilkolbens 20 den Arbeitsanschluss A vom zugeordneten Reservoiranschluss TA, so dass in der zweiten Kolbenposition die Druckkammern 9 mit dem Druckfluid beaufschlagt werden. In der zweiten Kolbenposition verbindet ferner die Vertiefung 27 den Arbeitsanschluss B mit dem Reservoiranschluss TB, so dass das Fluid aus den Druckkammern 8 abströmen kann und diese im Druck entlastet werden. Der Rotor 7 bewegt sich dementsprechend in der Darstellung der Figur 2 gegen den Uhrzeigersinn relativ zum Flügelrad 5 und somit zum Stator 3. Die drehfest mit dem Rotor 7 verbundene Nockenwelle 1 wird in ihrer Phasenlage relativ zur Kurbelwelle um den gleichen Drehwinkel verstellt.
  • Das durch den Gehäuseeinlass Pa in das Steuerventil strömende Fluid der Hochdruckseite beaufschlagt den Ventilkolben 20 mit einer in Richtung auf das Stellglied 15 wirkenden ersten Axialkraft. Zur Kompensation dieser ersten Axialkraft ist der Ventilkolben 20 in Richtung auf das Stellglied 15 durchströmbar, so dass sich an seiner dem Stellglied 15 zugewandten Rückseite zwischen dieser Rückseite und der Stirnverschlusswand 11 ein Fluiddruck aufbaut, der auf die Rückseite des Ventilkolbens 20 eine Gegenkraft, eine zweite Axialkraft ausübt. Da die mit dem Druckfluid beaufschlagbare Projektionsfläche um die Querschnittsfläche verringert ist, mit der das Kopplungsorgan 25 durch die Stirnverschlusswand 11 ragt, wäre die axiale Gegenkraft, die zweite Axialkraft, entsprechend der Querschnittsfläche des Kopplungsorgans 25 geringer als die erste Axialkraft. Es entstünde ein resultierender Axialschub, der sich entsprechend der Differenz der Projektionsflächen in Abhängigkeit vom Druck des Fluids ändern würde. Die Kennlinie des Steuerventils würde sich entsprechend ändern, was zu erheblichen Verzerrungen führen kann, da der Druck des Fluids im Betrieb der Brennkraftmaschine schwanken kann.
  • Um die zweite Axialkraft zu vergrößern, weisen der Ventilkolben 20 einen radial aufgeweiteten Kolbenabschnitt 28 auf, im folgenden Aufweitung 28, und das Ventilgehäuse 10 einen angepasst aufgeweiteten Gehäuseabschnitt 18, der die Aufweitung 28 in enger Passung umgibt. Soweit das Ventilgehäuse 10 und der Ventilkolben 20 dichtend zusammenwirken, weist der Ventilkolben 20 an seinem äußeren Umfang mit Ausnahme der Aufweitung 28 beispielhaft überall den gleichen zylindrischen Querschnitt auf. Um das Druckfluid an die Rückseite des Ventilkolbens 20 zu führen, weist der Ventilkolben 20 vom Gehäuseeinlass 22 gesehen axial hinter dem Kolbenauslass 23 eine Zuführung 24 auf, die durch mehrere um die zentrale Achse R verteilte Durchgangskanäle in einem Ventilkolbenboden geformt sind. Die Aufweitung 28 und entsprechend der Gehäuseabschnitt 18 sind so bemessen, dass die durch die Aufweitung 28 erhaltende Vergrößerung der dem Stellglied 15 zugewandten Projektionsfläche F28 zumindest einen überwiegenden Teil der für die Kompensation "verlorenen" Querschnittsfläche F25 des Kopplungsorgans 25 ausgleicht. Die Kompensationsfläche ist eine äußere Ringfläche der Projektionsfläche F28. Bevorzugterweise ist die zusätzliche, der Stirnverschlusswand 11 axial zugewandte Projektionsfläche, die Kompensationsfläche der Aufweitung 28, genau so groß, wie die Querschnittsfläche F25, mit der das Kupplungsorgan 25 durch die Stirnverschlusswand 11 ragt. Auf diese Weise wird erreicht, dass die in Richtung auf das Stellglied 15 wirkende erste Axialkraft durch die entgegengerichtete zweite Axialkraft kompensiert wird und resultierender Axialschub nicht entstehen kann. Die Projektionsflächen, die bei Durchströmung des Ventilkolbens 20 jeweils eine Axialkraft erzeugen, sind in beide axiale Richtungen gleichgroß.
  • Die Aufweitung 28 ist wie bevorzugt am dem Stellglied 15 zugewandten stirnseitigen Ende des Ventilkolbens 20 gebildet. Der aufgeweitete Gehäuseabschnitt 18 weist eine ausreichende axiale Erstreckung auf, um die Verstellbewegungen des Ventilkolbens 20 zu ermöglichen. Die Aufweitung 28 bildet das dem Stellglied 15 zugewandte Ende der Vertiefung 27. Der aufgeweitete Gehäuseabschnitt 18 verjüngt sich bei 13 auf den im weiteren axialen Verlauf konstanten engeren Querschnitt. Die Verjüngung 13 ist innerhalb der Vertiefung 27, axial beispielhaft im Bereich des Reservoiranschlusses TB gebildet.
  • Ein Verriegelungselement 30 verriegelt den Rotor 7 relativ zum Stator 3 in einer bestimmten Drehwinkelposition. Das Verriegelungselement 30 ist in die Verriegelungsposition mittels eines Federglieds vorgespannt. In die andere Richtung wirkt der Fluiddruck, so dass es bei steigendem Druck des Fluids aus der Verriegelungsposition bewegt wird.
  • Figur 5 zeigt einen Nockenwellen-Phasensteller eines zweiten Ausführungsbeispiels ebenfalls in einem die Drehachse R der Nockenwelle 1 enthaltenden Längsschnitt. Im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel ist das Ventilgehäuse 10 nicht als Spannschraube für den Phasensteller ausgebildet und mit der Nockenwelle 1 auch nicht mittels Schraubverbindung verbunden. Das Ventilgehäuse 10 ist als Gehäusepatrone ausgeführt, die durch das offene stirnseitige Ende der Nockenwelle 1 in deren zentralen Aufnahmeraum 1a bis gegen einen Anschlag eingeschoben ist und im eingeschobenen Zustand in radial enger Passung in der hohlen Nockenwelle 1 sitzt. Das Ventilgehäuse 10 ist mittels eines Sicherungselements 31, beispielhaft ein Sicherungsring, relativ zur Nockenwelle 1 axial gesichert.
  • Der Aufnahmeraum la erstreckt sich im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel innerhalb der Nockenwelle 1 axial weiterführend. Der Aufnahmeraum 1a wird mittels eines in die Nockenwelle 1 eingesetzten Trennelements 1b vom weiterführenden Hohlraum getrennt, insbesondere fluidisch, um das durch den Druckanschluss P der Nockenwelle 1 in den Aufnahmeraum 1a und von dort durch den ebenfalls axialen Gehäuseeinlass Pa in den Ventilkolben 20 zu führen.
  • Im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel ist der vom Gehäuseeinlass Pa entfernte Reservoiranschluss TB wie die weiteren Arbeitsanschlüsse A, B und TA als kurzer radialer Durchgang im Mantel des Ventilgehäuses 10 gebildet. Der Ventilkolben 20 als solcher ist gegenüber dem Ventilkolben 20 des ersten Ausführungsbeispiels lediglich im Hinblick auf die der Kompensation der Axialkraft dienende Zuführung 24 modifiziert, die nicht wie im ersten Ausführungsbeispiel im Wesentlichen axial in Richtung auf die Stirnverschlusswand 11 erstreckt ist, sondern vom Kolbenhohlraum 21 aus schräg nach außen verläuft. Wie im ersten Ausführungsbeispiel handelt es sich um eine Mehrzahl von um die zentrale Achse R verteilt angeordneten Durchgangsbohrungen an der Rückseite des Ventilkolbens 20.
  • Im übrigen entspricht der Phasenstellers des zweiten Ausführungsbeispiel dem Phasenstellers des ersten Ausführungsbeispiels.
  • In Figur 6 ist ein Nockenwellen-Phasensteller eines dritten Ausführungsbeispiels wieder in einem die Drehachse R der Nockenwelle 1 enthaltenden Längsschnitt dargestellt. Figur 7 zeigt von diesem Phasensteller im Querschnitt A-A nur das zentrale Steuerventil mit dem Ventilgehäuse 10 und dem Ventilkolben 20. Der Ventilkolben 20 entspricht mit einer Ausnahme dem Ventilkolben 20 des ersten Ausführungsbeispiels. Im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel wird der Kolbenauslass 23 nicht durch einfache Bohrungen, sondern durch in Umfangsrichtung schlitzartig erstreckte Durchgänge gebildet. Die Anschlüsse A bis TB sind wie im zweiten Ausführungsbeispiel kurze radiale Durchgänge, beispielhaft wiederum über den Umfang verteilt angeordnete Durchgangsbohrungen im Ventilgehäuse 20.
  • Bei dem Phasensteller des dritten Ausführungsbeispiels wird das Fluid durch den dem Stellglied 15 nahen Reservoiranschluss TB nicht in das Phasenstellergehäuse 2a und über dieses zurück ins Maschinengehäuse 2 oder anderweitig in ein Reservoir für das Fluid abgeführt, sondern über eine Rückführung, die sich innerhalb des Phasenstellers bis zur Niederdruckseite in das Maschinengehäuse erstreckt. Die Rückführung umfasst eine durch den Rotor 7 erstreckte Rückführung 7a mit mehreren um die zentrale Achse R verteilt angeordneten Rückführkanälen, jeweils ein Rückführkanal 7a für jeweils einen der Durchgänge, die gemeinsam den Reservoiranschluss TB bilden. Die Rückführkanäle sind beispielhaft wie bevorzugt jeweils als axial gerader Durchgangskanal im Rotor 7 gebildet ist. Die Rückführung 7a führt in eine sich anschließende Rückführung 4a, die radial innen den von der Nockenwelle 1 und außen vom Stator 3, hier vom Antriebsrad 4, begrenzt wird. Die Rückführung des durch den Reservoiranschluss TB abgeführten Fluids innerhalb des mit der Nockenwelle 1 im Betrieb der Brennkraftmaschine gemeinsam drehenden Phasenstellers, wie bevorzugt durch dessen Rotor 7, reduziert den Aufwand für die Rückführung des Fluids erheblich, da automatisch mit der Montage des Phasenstellers auch für die Rückführung jeglichen für die Funktion des Phasenstellers erforderlichen Fluids gesorgt ist. Der dem Gehäuseeinlass Pa nahe weitere Reservoiranschluss TA führt wie bereits im ersten Ausführungsbeispiel auf kurzem Wege zur Niederdruckseite in das Maschinengehäuse 2 zurück. Dies gilt im übrigen für sämtliche Ausführungsbeispiele, neu ist hingegen die integrierte Rückführung 4a, 7a auch über den in Bezug auf die Nockenwelle 1 axial weiter außen liegenden Reservoiranschluss TB. Die weiterführende Rückführung 4a ist eine gemeinsame Rückführung für beide Reservoiranschlüsse TA und TB.
  • Vorteilhaft im Hinblick auf eine möglichst einfache konstruktive Gestaltung des Phasenstellers ist auch die Abdichtung der Rückführung 7a am stirnseitigen Ende durch das Ventilgehäuse 20. Das Ventilgehäuse 20 ist wie im ersten Ausführungsbeispiels mittels Schraubverbindung mit der Nockenwelle 1 verbunden. Der Schraubenkopf 19 dient im dritten Ausführungsbeispiel allerdings in zusätzlicher Funktion als Abdichtung für die Rückführung 7a, wodurch deren Verlauf vereinfacht werden kann, beispielhaft zu einem einfach geraden Durchgang durch den Rotor 7. Einfach gestaltet ist auch die Verbindung vom Reservoiranschluss TB mit der Rückführung 7a, nämlich in Form radialer Nuten am Stirnende des Rotors 7.
  • Im Übrigen gelten die Ausführungen zum ersten Ausführungsbeispiel.
  • Figur 8 zeigt einen Nockenwellen-Phasensteller eines vierten Ausführungsbeispiels ebenfalls in einem die Drehachse R der Nockenwelle 1 enthaltenden Längsschnitt. Im Unterschied zu den anderen Ausführungsbeispielen strömt das Fluid der Hochdruckseite nicht einfach axial in das Steuerventil, sondern über einen radialen Druckanschluss Pr. Das Ventilgehäuse 10 ist an seinem axial inneren Stirnende geschlossen. Die Anschlüsse A bis TB sind wie im zweiten Ausführungsbeispiel gebildet. Im übrigen gelten die Ausführungen zum ersten Ausführungsbeispiel auch für das vierte Ausführungsbeispiel.
    • Bezugszeichenliste:
    • 1
    Nockenwelle
    1a
    Aufnahmeraum
    1b
    Trennelement
    2
    Spurlager, Maschinengehäuse
    2a
    Phasenstellergehäuse
    2b
    Deckel
    3
    Stator
    4
    Antriebsrad
    4
    Rückführung
    4a
    Rückführung
    5
    Flügelrad
    6
    Deckel
    7
    Rotor
    7a
    Rückführung
    8
    Druckkammer
    9
    Druckkammer
    10
    Ventilgehäuse
    11
    Stirnverschlusswand
    12
    Schraubverbindung
    13
    Verjüngung
    14
    Federglied
    15
    Stellglied
    16
    Spule
    17
    Anker
    18
    aufgeweiteter Gehäuseabschnitt
    19
    Schraubenkopf
    20
    Ventilkolben
    21
    Hohlraum
    22
    Kolbeneinlass.
    23
    Kolbenauslass
    24
    Kompensations-Zuführung
    25
    Kopplungsorgan
    26
    Vertiefung
    27
    Vertiefung
    28
    Aufweitung, aufgeweiteter Kolbenabschnitt
    29
    -
    30
    Verriegelungselement
    31
    Sicherungselement
    A
    Arbeitsanschluss
    B
    Arbeitsanschiuss
    P
    Druckanschluss
    Pa
    axialer Gehäuseeinlass
    Pr
    radialer Gehäuseeinlass
    R
    Drehachse, zentrale Achse
    TA
    Reservoiranschluss
    TB
    Reservoiranschluss

Claims (19)

  1. Nockenwellen-Phasensteller mit einem Steuerventil zur gesteuerten Zu- und Abführung eines hydraulischen Fluids in eine und aus einer der Verstellung der Drehwinkelposition einer Nockenwelle (1) relativ zu einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine dienenden Druckkammer (8), das Steuerventil umfassend:
    a) ein Ventilgehäuse (10), das für das Fluid einen Arbeitsanschluss (B) zur Druckkammer (8) und einen Reservoiranschluss (TB) zu einem Reservoir aufweist,
    b) einen im Ventilgehäuse (10) zwischen einer ersten und einer zweiten Position axial hin und her verstellbaren Ventilkolben (20) mit einem axialen Hohlraum (21), einem Kolbeneinlass (22) zur Einleitung des Fluids in den Hohlraum (21) und einem aus dem Hohlraum (21) führenden Kolbenauslass (23), der in der ersten Position des Ventilkolbens (20) mit dem Arbeitsanschluss (B) verbunden und in der zweiten Position von diesem getrennt ist,
    c) ein mit dem Ventilkolben (20) gekoppeltes Stellglied (15) zum axialen Verstellen des Ventilkolbens (20),
    d) und ein Kopplungsorgan (25), das durch eine das Ventilgehäuse (10) verschließende
    Stirnverschlusswand (11) ragt und das Stellglied (15) mit dem Ventilkolben (10) koppelt, dadurch gekennzeichnet, dass
    e) der Ventilkolben (20) eine radiale Aufweitung (28) aufweist, die von einem angepasst aufgeweiteten Gehäuseabschnitt (18) des Ventilgehäuses (10) umgeben wird und in eine von der Stirnverschlusswand (11) weg weisende axiale Richtung mit dem Fluid beaufschlagbar ist, um eine axiale Druckkraft zu erzeugen
    f) und die Aufweitung (28) so bemessen ist, dass das Fluid auf den Ventilkolben (20) trotz des Kopplungsorgans (25) in beide axiale Richtungen zumindest im Wesentlichen mit gleichgroßer Druckkraft wirkt.
  2. Nockenwellen-Phasensteller nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilgehäuse (10) mit der Nockenwelle (1) drehfest verbunden ist oder von der Nockenwelle (1) gebildet wird, so dass das Steuerventil bei drehender Nockenwelle (1) mit dieser gemeinsam dreht.
  3. Nockenwellen-Phasensteller nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellglied (15) eine elektromagnetische Spule (16) und einen relativ zur Spule (16) axial beweglichen Anker (17) umfasst, die Spule (16) drehfest mit einem die Nockenwelle (1) drehbar lagernden Maschinengehäuse (2) der Brennkraftmaschine verbunden ist, der Anker (17) axial auf das Kopplungsorgan (25) wirkt und das Kopplungsorgan (25) relativ zum Anker (17) drehbar ist.
  4. Nockenwellen-Phasensteller nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Federglied (14) in Richtung auf die erste Position und das Stellglied (15) über das Kopplungsorgan (25) in Richtung auf die zweite Position auf den Ventilkolben (20) wirken.
  5. Nockenwellen-Phasensteller nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufweitung (28) eine der Stirnverschlusswand (11) zugewandte, axiale Endfläche (F28) des Ventilkolbens (20) bildet und das Kopplungsorgan (25) vorzugsweise von dieser Endfläche (F28) axial abragt.
  6. Nockenwellen-Phasensteller nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Reservoiranschluss (TB) in dem aufgeweiteten Gehäuseabschnitt (18) an einer von der Stirnverschlusswand (11) abgewandten Seite der Aufweitung (28) angeordnet ist, so dass die Aufweitung (28) an dieser Seite zumindest im Wesentlichen nur mit dem Druck des Reservoirs beaufschlagt wird.
  7. Nockenwellen-Phasensteller nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkolben (10) an einer von der Stirnverschlusswand (11) abgewandten Seite axial an die Aufweitung (28) anschließend eine radiale Vertiefung (27) aufweist, vorzugsweise eine umlaufende Vertiefung (27), die den Arbeitsanschluss (B) in der zweiten Position des Ventilkolbens (20) mit dem Reservoiranschluss (TB) verbindet.
  8. Nockenwellen-Phasensteller nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine weitere Druckkammer (9) für das Fluid vorgesehen ist, eine der Druckkammern (8, 9) in Richtung auf Voreilung und die andere in Richtung auf Nacheilung der Nockenwelle (1) wirkt, das Ventilgehäuse (10) axial von dem Arbeitsanschluss (B) beabstandet einen weiteren Arbeitsanschluss (A) aufweist, um das Fluid zu der weiteren Druckkammer (9) zu führen, und der Kolbenauslass (23) in der zweiten Position des Ventilkolbens (20) mit dem weiteren Arbeitsanschluss (A) verbunden und in der ersten Position des Ventilkolbens (20) von dem weiteren Arbeitsanschluss (A) getrennt ist.
  9. Nockenwellen-Phasensteller nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkolben (20) eine radiale Vertiefung (26) aufweist, vorzugsweise eine umlaufende Vertiefung (26), die den weiteren Arbeitsanschluss (A) des Ventilgehäuses (10) in der ersten Position des Ventilkolbens (20) mit dem Reservoir, vorzugsweise einem mit dem Reservoir verbundenen weiteren Reservoiranschluss (TA) des Ventilgehäuses (10), verbindet.
  10. Nockenwellen-Phasensteller nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilgehäuse (10) einen weiteren Arbeitsanschluss (A) und einen weiteren Reservoiranschluss (TA) aufweist, der Ventilkolbenauslass (23) in der zweiten Position des Ventilkolbens (20) mit dem weiteren Arbeitsanschluss (A) verbunden und in der ersten Position des Ventilkolbens (20) von dem weiteren Arbeitsanschluss (A) getrennt ist und der Ventilkolben (20) den weiteren Arbeitsanschluss (A) in der ersten Position des Ventilkolbens (20) mit dem weiteren Reservoiranschluss (TA) verbindet.
  11. Nockenwellen-Phasensteller nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilgehäuse (10) die Anschlüsse (A, B, TA, TB) axial in der Reihenfolge - weiterer Reservoiranschluss (TA), weiterer Arbeitsanschluss (A), Arbeitsanschluss (B) und Reservoiranschluss (TB) - und den Gehäuseeinlass (PA; Pr) vorzugsweise axial vor dem weiteren Reservoiranschluss (TA) aufweist.
  12. Nockenwellen-Phasensteller nach einem der vier vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluid von dem Reservoiranschluss (TB) oder dem optionalen weiteren Reservoiranschluss (TA) in einer mit der Nockenwelle (1) drehbaren Rückführung (4a, 7a, 4') in ein die Nockenwelle (1) drehbar lagerndes Maschinengehäuse (2) der Brennkraftmaschine rückführbar ist.
  13. Nockenwellen-Phasensteller nach einem der vorhergehenden Ansprüche und wenigstens einem der folgenden Merkmale:
    (i) der Gehäuseeinlass (Pa) an einer Stirnseite des Ventilgehäuses (10) axial in das Ventilgehäuse (10) führt;
    (ii) der Kolbeneinlass (22) an einer Stirnseite des Ventilkolbens (20) axial in den Hohlraum (21) führt.
  14. Nockenwellen-Phasensteller nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilgehäuse (10) in einen Aufhahmeraum (1a) der Nockenwelle (1) eingesetzt und mit der Nockenwelle (1) verschraubt oder mittels einer Sicherungseinrichtung (31) axial gesichert ist, wobei vorzugsweise eine mit der Nockenwelle (1) verschraubbare Spannschraube das Ventilgehäuse (10) bildet.
  15. Nockenwellen-Phasensteller nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend einen von der Kurbelwelle drehantreibbaren Stator (3) und einen mit der Nockenwelle (1) drehfest verbundenen Rotor (7), der mit dem Stator (3) Drehmoment übertragend gekoppelt ist und relativ zum Stator (3) im Drehwinkel durch Einleitung des Fluids in die Druckkammer (8) verstellt werden kann.
  16. Nockenwellen-Phasensteller, nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Reservoiranschluss (TB) und, falls der weitere Reservoiranschluss (TA) nach einem der Ansprüche 9 bis 12 vorhanden ist, auch der weitere Reservoiranschluss (TA) mit einer Rückführung (4a, 7a, 4') verbunden ist oder sind, die sich innerhalb einer den Stator (3), den Rotor (7), das Steuerventil und die Nockenwelle (1) umfassenden, mit der Nockenwelle (1) gemeinsam drehbaren Anordnung erstreckt, um das Fluid in ein die Nockenwelle (1) drehbar lagerndes Maschinengehäuse (2) der Brennkraftmaschine zurück zu führen, vorzugsweise über eine zumindest im Wesentlichen axial verlaufende Rückführung (4a, 7a, 4').
  17. Nockenwellen-Phasensteller nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Rückführung (4a, 7a, 4') vorgesehen ist, durch die mit Ausnahme allenfalls von Leckfluid das gesamte das Ventilgehäuse (10) durchströmende Fluid in eine die Nockenwelle (1) drehbar lagerndes Maschinengehäuse (2) der Brennkraftmaschine rückführbar ist, und sich die Rückführung (4a, 7a, 4') vom Reservoiranschluss (TB) und, falls der weitere Reservoiranschluss (TA) nach einem der Ansprüche 9 bis 12 vorhanden ist, auch der weitere Reservoiranschluss (TA) bis in das Maschinengehäuse (2) nur durch den Nockenwellen-Phasensteller erstreckt.
  18. Nockenwellen-Phasensteller nach einem der vorhergehenden Ansprüche in Kombination mit einem der Ansprüche 12, 16 und 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilgehäuse (10) mit der Nockenwelle (1) verschraubt oder verschraubbar ist und ein Schraubenkopf (19) des Ventilgehäuses (10) die Rückführung (4a, 7a) für das Fluid verschließt.
  19. Nockenwellen-Phasensteller nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine mit dem Ventilgehäuse (10) fest gefügte Verschlussscheibe die Stirnverschlusswand (11) bildet.
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