EP2504533A1 - Vorrichtung zur variablen einstellung der steuerzeiten von gaswechselventilen einer brennkraftmaschine - Google Patents

Vorrichtung zur variablen einstellung der steuerzeiten von gaswechselventilen einer brennkraftmaschine

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EP2504533A1
EP2504533A1 EP10781469A EP10781469A EP2504533A1 EP 2504533 A1 EP2504533 A1 EP 2504533A1 EP 10781469 A EP10781469 A EP 10781469A EP 10781469 A EP10781469 A EP 10781469A EP 2504533 A1 EP2504533 A1 EP 2504533A1
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EP
European Patent Office
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camshaft
chamber
pressure
adjustment
sub
Prior art date
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EP10781469A
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English (en)
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EP2504533B1 (de
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Gerhard Scheidig
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Schaeffler Technologies AG and Co KG
Original Assignee
Schaeffler Technologies AG and Co KG
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Publication date
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Application granted granted Critical
Publication of EP2504533B1 publication Critical patent/EP2504533B1/de
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L1/00—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear
    • F01L1/34—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear characterised by the provision of means for changing the timing of the valves without changing the duration of opening and without affecting the magnitude of the valve lift
    • F01L1/344—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear characterised by the provision of means for changing the timing of the valves without changing the duration of opening and without affecting the magnitude of the valve lift changing the angular relationship between crankshaft and camshaft, e.g. using helicoidal gear
    • F01L1/34409—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear characterised by the provision of means for changing the timing of the valves without changing the duration of opening and without affecting the magnitude of the valve lift changing the angular relationship between crankshaft and camshaft, e.g. using helicoidal gear by torque-responsive means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L1/00—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear
    • F01L1/34—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear characterised by the provision of means for changing the timing of the valves without changing the duration of opening and without affecting the magnitude of the valve lift
    • F01L1/344—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear characterised by the provision of means for changing the timing of the valves without changing the duration of opening and without affecting the magnitude of the valve lift changing the angular relationship between crankshaft and camshaft, e.g. using helicoidal gear
    • F01L1/3442—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear characterised by the provision of means for changing the timing of the valves without changing the duration of opening and without affecting the magnitude of the valve lift changing the angular relationship between crankshaft and camshaft, e.g. using helicoidal gear using hydraulic chambers with variable volume to transmit the rotating force

Definitions

  • the invention relates to a device for the variable adjustment of the timing of gas exchange valves of an internal combustion engine with a hydraulic phase adjusting device, wherein the phase adjusting device can be brought into driving connection with a crankshaft and a camshaft and at least one Aktverstellhunt and at least one phoneverstellhunt which supplied via pressure medium lines pressure medium or from this can be dissipated, with a phasing of the camshaft relative to the crankshaft can be adjusted by pressure medium supply to the adjustment.
  • a hydraulic phase adjusting device of the device is integrated into a drive train, via which torque is transmitted from the crankshaft to the camshaft.
  • This drive train can be realized for example as a belt, chain or gear drive.
  • Essential characteristics of such devices are the phase displacement speed and the demand for pressure medium.
  • Phase adjustment speeds desirable.
  • an ever lower pressure medium requirement is required in order to be able to design the pressure medium pump of the internal combustion engine smaller or to be able to reduce the delivery rate when using regulated pressure medium pumps.
  • Such a device is known, for example, from EP 0 806 550 A1.
  • the device comprises a vane-type phase-adjusting device with a drive element, which is in drive connection with the crankshaft, and an output element, which is non-rotatably connected to the camshaft.
  • a plurality of pressure chambers are formed, wherein each of the pressure chambers is divided by means of a wing into two counteracting pressure chambers.
  • the pressure medium required for the phase adjustment is provided by a pressure medium pump of the internal combustion engine and directed by means of a control valve selectively to the early or late adjustment.
  • the pressure medium flowing out of the phase adjusting device is conducted into a pressure medium reservoir, the oil sump of the internal combustion engine.
  • the phase adjustment thus takes place by means of the system pressure provided by the pressure medium pump of the internal combustion engine.
  • Another device is known for example from US 5,107,804 A.
  • the phase adjusting device is also formed in copezellenbauart and several early or late adjustment provided.
  • EP 0 806 550 A1 the phase adjustment does not take place by pressure medium loading of the pressure chambers by a pressure medium pump, but alternating moments are used which act on the camshaft.
  • the alternating moments are caused by the rolling of the cams on each biased with a valve spring gas exchange valves.
  • These alternating moments are transmitted to the phase adjusting device, so that the wings are periodically applied in the direction of the late and early attack with a force.
  • pressure peaks are generated alternately in the advance chambers and the retard chambers. If the phase position is to be kept constant, then a flow of pressure medium from the pressure chambers is prevented. In the case of a phase adjustment in the direction of earlier control times, a drainage of pressure medium from the advance chambers is prevented, even at the times in which pressure peaks are generated in the advance chambers.
  • the pressure medium ejected from the pressure chambers is returned to a control valve which controls the pressure medium supply to or the pressure medium discharge from the pressure chambers.
  • This pressure medium passes via check valves within the control valve to the inlet connection, which is connected to the pressure medium pump, wherein a part of the pressure medium is ejected into the pressure medium reservoir of the internal combustion engine.
  • EP 2 075 421 A1 discloses a valve for a phaser.
  • the valve comprises a valve piston which is rotatably arranged in a valve housing. Inlets and outlets for pressure oil, are arranged so that by adjusting the valve piston pressure oil chambers to the adjustment and can be passed to a locking mechanism.
  • the locking mechanism can be activated not only in an end position of the camshaft adjuster, ie in a stop in the late or early position, but also in an intermediate position.
  • a Mittenlagenverriegelung is possible, which may be useful depending on the engine application.
  • DE 198 50 947 shows a device for controlling the timing of an internal combustion engine with at least one drive means, at least one camshaft with cam, at least one hydraulically actuated adjusting device for adjusting the relative angle of rotation between the drive means and the camshaft, at least one hydraulic fluid supply means for acting the adjusting device and at least one positive control device by which the hydraulic actuation of the adjusting device in dependence on the absolute angle of rotation of the camshaft and / or the cam is at least partially and / or at least partially influenced.
  • a flow connection to the adjustment chambers is selectively interrupted when torque fluctuations cause pressure fluctuations which would react back and forth on the adjustment chambers of the camshaft when the cam is running up or down.
  • US Pat. No. 6,186,104 B1 discloses a vane-type valve timing control device for an internal combustion engine, in which a pressure distribution device is interposed between the pressure cells and the control valve driving the latter, by means of which disturbing camshaft torques are masked out.
  • a pressure distribution device is interposed between the pressure cells and the control valve driving the latter, by means of which disturbing camshaft torques are masked out.
  • the oil supply to the pressure cells is interrupted when an early torque occurs. vice at an early adjustment, the supply of oil to the pressure cells is interrupted when a late torque occurs.
  • DE 198 50 947 so a back swing of the adjusting device is prevented due to the adjustment against set camshaft moments.
  • the invention has for its object to provide a device for variable adjustment of the timing of gas exchange valves of an internal combustion engine with a high Phasenverstellieri.
  • the object is achieved by specifying a camshaft adjuster for a camshaft, are actuated by the cylinder valves of an internal combustion engine, with the camshaft with incoming cams late torques towards later Zylinderventilö Stamms founded and expiring cam opposite early torques in the direction of early Zylinderventilö Stamms founded to act on the camshaft adjuster,
  • the adjusting means divides the pressure chamber into a first sub-chamber and a second sub-chamber
  • first and the second sub-chamber pressure medium can be supplied or from the first sub-chamber and second sub-chamber pressure medium is discharged, so that by a pressure difference between the first sub-chamber and second sub-chamber, the adjusting means is movable, resulting in a rotation of the camshaft,
  • control device optionally a torque mode or a pump mode is adjustable
  • the invention is not limited to a particular type of camshaft adjuster, so it can be used for example a diegelzellenversteller in which a plurality of pairs of sub-chambers are formed, wherein the adjusting means is a parting chambers separating wings, for example, in one piece from a rotor is formed or plugged into this.
  • the control device preferably has a control valve positioned centrally in the camshaft, with a valve piston which can be guided in a valve housing, wherein the valve housing has an inner sleeve and a radially outer sleeve and this includes an outer sleeve, wherein the inner sleeve by an anti-rotation against Rotary movement is fixed while the outer sleeve is rotatable.
  • valve housing In a one-piece design of the valve housing and thus a relative rotation of the fixed against rotation of a valve piston and the rotatable valve housing, it may u. U. come in the axial adjustment of the valve piston to jamming or impairment of the positioning speed or accuracy.
  • This possible disadvantage is now countered by the fact that the valve housing is made in two parts, with an inner sleeve fixed against rotation and a rotatable outer sleeve.
  • This concept also has other advantages, e.g. a favorable design of the switching sequence and an improved locking function, which will be explained in more detail below.
  • An opening cover is preferably formed on the outer side of the inner sleeve, wherein first openings which communicate with the first sub-chamber A and second openings which communicate with the second sub-chamber B are formed in the outer sleeve and wherein the opening cover covers the inner sleeve depending on the rotational angle position to the outer sleeve, the first openings and second openings are enabled or blocked.
  • the supply and discharge of pressure medium to and from the sub-chambers by means of the control valve, the inner and outer sleeve and openings or oil passages in the camshaft accomplished.
  • the supply and removal of pressure medium is dependent on a rotation angle of the camshaft.
  • the opening cover indicates in each case the controlling sub-chamber corresponding first or second openings free.
  • the first and second openings do not have to lie in an integrally formed with the rest of the camshaft area, the camshaft is in this sense also an attached component, adapter or the like to expect, which rotates with the camshaft.
  • the first openings and the second openings are each equally spaced circumferentially at an angular distance and with respect to the opening cover arranged in phase so that a relative rotation of the valve piston relative to the valve housing by the angular distance leads to a geometrically identical arrangement.
  • the opening cover may be designed so that it is adjusted with respect to a symmetrical displacement of camshaft moments with respect to the zero line. Such an asymmetric displacement occurs in particular by a friction torque, which acts on the camshaft in the direction of late regardless of the angle. As a result, the approximately sinusoidal curve of the camshaft profile is thus shifted by an amount corresponding to the friction torque as a whole.
  • an opening coverage shown as "unwound” would then no longer correspond to a symmetrical rectangular curve with equal maxima and minima, but for the maxima and minima each would have different lengths.
  • the valve piston is axially displaceable by an electromagnet, wherein the electromagnet pushes the valve piston against a return spring, by which the valve piston is reset, wherein the return spring is supported in a bearing sleeve and at the same time a Lagerungs- is provided spring, which is opposite to the Restoring spring on the one hand in the bearing sleeve and on the other hand supported on the camshaft.
  • the bearing spring carries a bearing piston, which is supported approximately punctiform on a bearing pin connected to the camshaft.
  • the pump mode or the torque mode is adjustable by an axial displacement of a valve piston arranged in a valve housing of the control valve.
  • the valve housing has a pump opening, through which the supply of pressure medium to either the first sub-chamber or the second sub-chamber is adjustable, so that either the first sub-chamber or the second sub-chamber is under pressure, wherein the flow of pressure medium from the first sub-chamber or the second sub-chamber is adjustable via partial chamber openings in the valve housing.
  • Pressure medium is supplied to the sub-chambers via the pump opening in the valve housing, whereby, depending on the position of the first openings or the second openings, the pump opening corresponds to the first sub-chamber or second sub-chamber.
  • five switch positions are adjustable for the relative axial position of the valve piston, wherein
  • the pump mode in a first position the pump mode is set for an adjustment of the camshaft after late cylinder valve opening times
  • the torque mode is set for an adjustment of the camshaft after late cylinder valve opening times, in the third, axially following switching position a camshaft adjustment is locked,
  • the pump mode is adjusted for an adjustment of the camshaft after early cylinder valve opening times.
  • the pump mode is adjusted for an adjustment of the camshaft after early cylinder valve opening times.
  • sufficient adjustment possibilities are usually already achieved, adapted to a respective engine operating state.
  • a retardation of the camshaft in the first switching position and an advance in the switching position five at low pressure on utilization of the camshaft moments, a retardation in shift position two and an advanced adjustment in shift position four.
  • the middle position, switch position three can be used to block the adjustment.
  • the double-sleeve design also offers the design possibility such that the switch positions are axially adjacent to each other as described above, i. that is not about a switch position is axially adjacent to a switch position to late, resulting in reduced switching speeds and reduced control effort follows.
  • a locking mechanism is provided, by means of which the camshaft adjuster is locked mechanically against displacement in a locking position, wherein the locking mechanism can be hydraulically unlocked by means of the pressure medium and wherein an inlet of pressure medium to the locking mechanism is switched such that only in an axial switching position of the Valve piston, which corresponds to an adjustment after early cylinder valve opening times, unlocks the locking device.
  • a locking of a camshaft adjuster is required in particular when the engine is switched off, so that at a restart, if not yet there is sufficient oil pressure in the adjuster, no rattling striking the freely movable adjusting elements occurs.
  • switching off the engine is thus generally carried out an adjustment to late and a locking by means of a locking pin.
  • the locking pin corresponds to one of the sub-chambers, so that after a sufficient pressure build-up after an engine start pressure medium from the sub-chambers of the hydraulically unlockable locking pin pushed back against a spring and the adjuster is unlocked.
  • the inner sleeve and the outer sleeve are preferably displaced relative to one another such that a rotationally fixed connection between inner sleeve and outer sleeve 105 is released. More preferably, the anti-rotation engages in a recess of the electromagnet, wherein the inner sleeve relative to the outer sleeve is axially displaceable by the mounting of the electromagnet.
  • the adjustment concept described above requires a defined angular position of inner sleeve and outer sleeve relative to the camshaft, since the interaction with the camshaft moments occurring at fixed angular positions must be synchronized.
  • This defined rotational position is now achieved by a simplification of assembly so that the inner and outer sleeves are fixed to each other in the correct position and then the whole control valve on the camshaft, which was also previously rotated in a defined angular position, is attached.
  • attaching a positive connection between the inner and outer sleeve is then dissolved by an axial displacement, so that the relative rotation between the inner and outer sleeve is possible.
  • the magnet which is used for adjusting the valve piston, is flange-mounted centrally in front of the camshaft, thereby displacing the inner sleeve.
  • an anti-rotation such as a pin or a nose on the inner sleeve engage in a corresponding recess in the magnet, advantageously this first engagement takes place and the magnet is then attached and thereby displaces the inner sleeve over the rotation.
  • Figure 1 only very schematically an internal combustion engine
  • Figure 2 is a schematic representation of a control valve
  • valve piston shows a valve piston and a valve housing
  • FIG. 4 shows a representation of the camshaft torques as a function of
  • FIG. 5-14 is a schematic representation of the various switching positions in OPA method
  • Figure 15 is a representation of the change in the flow rates at different control edges as a function of the switching position in the OPA method
  • FIG. 16 a representation of the opening of the control edges as a function of the switching position in the OPA method
  • 17-20 is a schematic representation of the various switch positions in CTA processes.
  • Figure 22 is an illustration of the opening of the control edges as a function of the switching position in the CTA method
  • FIG. 23 a perspective view of a valve housing of a control valve in a double-sleeve embodiment
  • Figure 24 is a longitudinal section through a arranged in a camshaft
  • Control device with locking device Figure 25-33 is a schematic representation of the various switching positions for the pump and torque mode
  • FIG. 34 A schematic representation of the assembly method
  • FIG. 35 A hydraulic circuit diagram
  • an internal combustion engine 1 is sketched, wherein a piston 3 seated on a crankshaft 2 is indicated in a cylinder 4.
  • the crankshaft 2 is in the illustrated embodiment via a respective traction drive 5 with an intake camshaft 6 and exhaust camshaft 7 in combination, with a first and a second camshaft adjuster 1 1 for variable adjustment the timing of gas exchange valves 9,10 an internal combustion engine 1 for a relative rotation between the crankshaft 2 and the camshafts 6, 7 can provide.
  • Cams 8 of the camshafts 6, 7 actuate one or more inlet gas exchange valves 9 or one or more outlet gas exchange valves 10.
  • the inlet gas exchange valves 9 and the outlet gas exchange valves 10 are referred to below as cylinder valves 12.
  • camshaft 35 It can also be provided to equip only one of the camshafts 6, 7 with a device 1 1, or to provide only a camshaft 6, 7, which is provided with a camshaft adjuster 1 1.
  • Inlet camshaft 6 and exhaust camshaft 7 are summarized below under the term camshaft 35.
  • FIG. 2 shows a schematic illustration of a control device 20.
  • the control device 20 comprises a valve housing 29 and a valve piston 27 arranged therein.
  • the control valve 20 is arranged with one end in a camshaft 35.
  • a return spring 31 acts on the valve piston 27.
  • the return spring 31 is mounted on a thrust bearing 33, designed as a rolling bearing.
  • the valve piston 27 is connected on its end facing away from the camshaft 35 with a magnetic piston 23 which is axially movable by an electromagnet 21.
  • a rotation lock 25 connects the magnetic piston 23 to the valve piston 27 so that it can not rotate.
  • FIG. 3 shows the valve piston 27 and the valve housing 29 in a perspective view.
  • the valve housing 29 has distributed around its circumference first openings 41. Axially offset to the first openings 41 approximately in the middle of the valve housing 29 are distributed around the circumference third openings 45 are arranged. Again axially offset, second openings 43 follow, which are arranged in the circumferential direction at the same position as the first openings 41.
  • the valve piston 27 is inserted in a rotationally appropriate manner.
  • the valve piston 27 has on its surface 53 an opening cover 51 which is formed by a radially elevated part of the surface 53 is.
  • the opening cover has a first partial cover 51A at one axial end of the valve piston 27 and a second partial cover 51B at the opposite end.
  • Both partial covers 51 A, 51 B have a crown-like design, ie they form a ring around the surface 53 with a respective outer edge BT, AT.
  • the outer edge BT of the first partial cover 51 A simultaneously forms the one axial end of the valve piston 27, while the outer edge AT of the second partial cover 51 B simultaneously forms the other axial end of the valve piston 27.
  • PA of the partial covers 51 A, 51 B is serrated jagged.
  • a crown jaw 52 of a partial cover 51 A, 51 B is oriented in the circumferential direction so that it lies between two crown prongs 52 of the other partial cover 51 B, 51 A, but with an axial distance between the inner edges PB, PA is.
  • the valve piston 27 is now rotationally arranged in the valve housing 29, so that the opening cover 51 for each correct phase position, the first openings 41 and second openings 43 releases or blocks.
  • FIG. 4 shows the course of the camshaft torques using the example of a four-cylinder engine, plotted in the y-direction against the rotational position of the camshaft, plotted in the x direction.
  • a torque which follows from the friction of the camshaft and is constant at the same speed is not taken into account here.
  • Camshaft torques greater than zero correspond to a moment in the direction of an early adjustment, ie in a direction in which an earlier opening of the cylinder valves 12 occurs.
  • Camshaft torques less than zero correspond to a moment in the direction of a late adjustment, ie in a direction in which the cylinder valves 12 open later.
  • the camshaft torques have an approximately sinusoidal course depending on the rotational position of the camshaft. At fixed angular positions, early torques occur, alternating with late Torques. This is now utilized specifically in the adjustment of the camshaft.
  • a switching position for adjusting the camshaft is schematically plotted so that the opening cover 51 of the valve piston 27 is shown unwound in a plane.
  • the result for the first partial cover 51A is thus a rectangular profile with the inner edge PB and a straight extension edge BT.
  • the second partial cover 51 B is then shown with the inner edge PA and the outer edge AT.
  • At the outer edge AT of the valve piston 27 is connected to the return spring 31, which presses the valve piston 27 against a magnet 21, not shown here.
  • first openings 41 and the second openings 43 are arranged according to the axial position and rotational position of the valve housing 29 relative to the valve piston 27 to the opening cover 51.
  • the first openings 41 correspond to a second sub-chamber B and the second openings 43 correspond to a first sub-chamber A.
  • the sub-chambers A, B are separated by an adjusting means 67 forming wings 67, which divides a pressure chamber 69 in the sub-chambers A, B.
  • the wing 67 is connected to a rotor 65 of a camshaft adjuster 1 1.
  • the pressure chamber 69 is formed in a stator 63 of the camshaft adjuster 1 1.
  • a first oil passage 71 leads to the first sub-chamber A
  • a second oil passage 73 leads to the second sub-chamber B.
  • Shown here is only a section of the camshaft adjuster 1 1.
  • the camshaft adjuster 1 1 is designed as die gelzellenversteller and has a plurality of pressure chambers, sub-chambers, wings and supply channels, which are not shown here for clarity.
  • the resulting pressure difference between the sub-chambers A, B leads to a force on the wing 67 and thus on the rotor 65 in a rotational direction to the left.
  • the rotor 65 is connected to the camshaft 35. Thus, there is a rotation of the camshaft 35 in the direction of "late”.
  • FIG. 5 shows on the right next to the schematic representation of the valve piston 27 and the first and second openings 41, 43 of the valve housing the known from Figure 4 course of the camshaft torques as a function of the rotational angle of the camshaft 35.
  • the valve housing 29 and thus the first and second openings 41, 43 now rotate in a defined relative to this camshaft profile, as shown by the comparison.
  • the first and second openings in FIG. 5 are just synchronous with a late-camshaft moment.
  • the second openings 43 receive a pressure peak in the direction of retardation, as a result of which the oil in the first sub-chamber A can be rapidly ejected.
  • FIG. 6 shows an image corresponding to FIG. 5, but now the first and second openings 41, 43 are rotated relative to the opening cover 51. In terms of time, this corresponds to the occurrence of an early camshaft torque.
  • the first openings 41 are released by the first partial cover 51 A little, while the second openings 43 to the pressure supply from the pump P are wide open.
  • the pump P acts on both partial chambers A, B.
  • sub-chamber B it now acts against an early torque, which essentially leads to a compensation and no adjustment takes place.
  • the sub-chamber A is flowed through by pressure medium and emptied into the tank T.
  • Figures 5 and 6 show a switching position for an adjustment to "late”, in which an adjustment to the "Oil Pressure Actuated” - principle, short OPA, is realized and in a direction of adjustment late.
  • This switching position which thus predominantly utilizes the adjusting force of the pump and where camshaft moments are only supportive, is realized by the illustrated axial position of the valve piston 27.
  • the axial switching position is adjusted by means of the magnet 21. In the example shown, this is the basic position, without energization of the electromagnet 21st
  • different rotational positions of the valve piston 27 relative to the valve housing 29 are realized in the axial shift position and, in addition, the corresponding camshaft torques are utilized.
  • 7 and 8 show the corresponding representation for an adjustment to "early.”
  • the effects for the subchambers A, B are interchanged, but otherwise the explanations concerning FIGS. 5 and 6 apply mutatis mutandis.
  • FIG. 9 shows a middle position in which, when a late torque occurs, the second openings 43 are completely blocked. This blocks an adjustment.
  • FIG. 10 shows a complete blocking of the first openings 41 when an early torque occurs.
  • Figures 9 and 10 thus provide an axial switching position of the valve piston 27 again, in which prevents an adjustment of the camshaft 35, so this is to be kept at a given relative angular position to the crankshaft.
  • switching positions are described in which a high pressure of the pump P is available, so usually an operating condition of the internal combustion engine at high speeds. But should the available supply pressure of the pump P is not high, in particular significantly lower than the pressure exerted by camshaft torques can be adjusted by selecting more switching positions a customized OPA method. This will be described with reference to FIGS. 11-14.
  • the switching positions shown so far can thus be summarized as follows: There are two OPA adjustment provided, one at low and one at high pump pressure.
  • the axial shift positions can be abbreviated as follows:
  • Switch position I high pump pressure, late adjustment, Fig. 5, 6
  • Switch position II Low pump pressure, late adjustment, Fig. 1 1, 12 Shift position III: Locked adjustment Fig. 9, 10
  • Switching position IV Low pump pressure, early adjustment
  • FIGS. 13, 14 Switching position V: high pump pressure, early adjustment, FIGS. 7, 8
  • the advantage of this adjustability lies, in particular, in the fact that the inlet orifices 41 and 43 to the respective subchambers A, B are not completely closed due to the torque counteracting high pump pressure and one of the desired setting direction, whereby the higher pumping power compared to the weaker camshaft torque despite the opposing camshaft torque can still be used for adjustment can.
  • the times in which oppositely acting camshaft components occur can also be exploited for the adjustment, resulting in a rapid adjustment.
  • the pumping power is lower than the camshaft component, the oppositely acting moments are masked out by means of the completely closed openings 41 and 43, so that no recalculation occurs.
  • FIG. 15 shows how the flow rate of pressure medium at the respective inner and outer edges PA, PB, BT, AT changes as a function of the switching position. Shown dashed are courses at times with a camshaft torque to early and solid at camshaft moments late. By way of example, the line for the inner edge of the first partial cover 51A, PB is explained: For late-cycle camshaft, the flow at the inner edge PB is high to all axial positions, while at moments early on from the switching position I to the switching position II and following switching positions quickly drops to zero.
  • FIG. 16 shows diagrammatically for the switching positions I-V the opening degree of the openings 41, 43 as viewed from the respective inner edges PB, PA and outer edges BT, AT as a function of the switching positions I-V and the direction of adjustment.
  • Fully shaded boxes correspond to a fully closed aperture 41, 43
  • wholly white panels correspond to a fully opened aperture 41, 43
  • partially hatched panels correspond to a partially blocked aperture 41, 43.
  • the opening cover 51 is here adjusted by means of the axial position of the valve piston 27 so that upon the occurrence of a late-torque connection of the two sub-chambers A and B on the first and second openings 41, 43 results, while the first openings 41 are far open, so that again results in a strong Entdrosselung and thus a low risk of air suction.
  • the second openings 43 are opened slightly to set a flow control from the first sub-chamber A.
  • FIGS. 19 and 20 show the settings corresponding to FIGS. 18 and 19, only for the reverse direction of adjustment in advance.
  • a particularly favorable sequence of switching positions can now be constructed by selecting axially successive switching positions as follows:
  • Switch position I pump mode (OPA), retardation, Fig. 5, 6
  • Shift position II Moment mode (CTA), advance adjustment, Fig. 19, 20
  • Shift position III Locked adjustment Fig. 9, 10
  • Shift position IV torque mode (CTA), retardation, Fig. 17, 18
  • Shift position V pump mode (OPA), advance adjustment, Fig. 7, 8
  • FIG. 21 again shows switching positions for this sequence, such as the flow of pressure medium at the respective control edges, ie inner and outer edges PA, PB, AT, BT, as a function of the axial position of the valve piston 27 and the valve housing 29, ie the switching positions lV changes.
  • FIG. 22 shows schematically for the switching positions I-V the opening degree of the openings 41, 43 as viewed from the respective inner edges PB, PA and outer edges BT, AT as a function of the switching positions I-V and the direction of adjustment.
  • Fully shaded boxes correspond to a fully closed aperture 41, 43
  • wholly white panels correspond to a fully opened aperture 41, 43
  • partially hatched panels correspond to a partially blocked aperture 41, 43.
  • a control valve for controlling the supply and removal of pressure medium to the partial Chambers is centrally located in a camshaft.
  • the control valve is arranged outside the camshaft and cooperates with a rotary transformer, which together with the control valve and the camshaft controls a control device 20 for controlling the supply and removal of pressure medium to the subchambers.
  • the rotary transformer assumes the function of adaptation to the respective camshaft moments, while the setting for an advance, retard or hold is adjusted by the control valve. This can be realized, for example, via the following designs:
  • FIG. 23 shows a valve piston 29, which is constructed from an inner sleeve 103 and an outer sleeve 105.
  • the inner sleeve 103 has radially outward an opening cover 51, which forms a surface which is adjacent to the inside of the outer sleeve 105 in the mounted state.
  • the opening cover 51 is interrupted by recesses 106.
  • In the recesses 106 open inlet openings 103P for the supply of pressure medium to a locking device 121 and for connecting the sub-chambers A, B in a torque mode.
  • first drain openings 103A and second drain openings 103B are arranged, which lead through the inner sleeve 103 into the hollow interior of the inner sleeve 103.
  • locking openings 123 pass through the inner sleeve 103.
  • an anti-rotation 25 is formed on the inner sleeve 103 as an axial extension.
  • the inner sleeve 103 is fixed against rotation by engagement of the anti-twist device 25 in an anti-rotation mount 153 (see FIG.
  • a mounting nose 145 is used in engagement with a mounting recess 147 on the outer sleeve 105 for fixing the angular position of the inner sleeve 103 relative to the outer sleeve 105. After assembly, this fixation is released, so that the outer sleeve 105 is rotatable relative to the inner sleeve 103 (s Figure 34).
  • the outer sleeve 105 has first openings 41, which communicate with the first partial chambers A and second openings 43, which communicate with the second partial chambers B, continue to be Vernegelungsmaker 129 provided in the outer sleeve, through which the supply of pressure medium to a locking device 121 is controllable, as will be explained later.
  • a locking device 121 in the camshaft adjuster 1 1 comprises a locking pin 122, a locking spring 124, a locking guide 126 and a locking slot 127 formed in the stator 65. Without pressure, the locking spring 124 arranged on the locking guide 126 presses the locking pin 122 into the locking slot 127 an adjustment is blocked. If pressure medium is conducted to the locking pin 122 via a locking feed line 125, then this pushes the locking pin 122 back against the locking spring 124 and an adjustment is released. After an engine start, initially there is not enough pressure. A lock should therefore remain, otherwise there would be a rattling of the adjuster 1 1. However, under certain circumstances, e.g. an air column already lead to an unwanted unlocking of the locking pin 122. So as to prevent unwanted unlocking, will be described below, as an unlocking is prevented early until a first adjustment direction.
  • a magnet 21 serves for the axial adjustment of a valve piston 27 in the axial direction, in the figure to the right.
  • the return spring 31 is supported in a bearing sleeve 135, which is supported on the opposite side itself by a support spring 131.
  • a storage piston 133 is held in the storage spring 131. This lies with a flat head on a bearing pin 137, which in turn is screwed into the camshaft 35.
  • the valve piston 27, its return spring 31, the bearing sleeve 135, the bearing spring 131 and the bearing piston 133 are rotationally fixed while the bearing pin 137 rotates with the camshaft 35.
  • the bearing pin 137 has a rounded head against which the bearing piston 133 abuts. This results in an approximately punctiform contact with low friction.
  • the storage pin 137 also fixes a designed as a sheet metal check valve 139, through the a supply opening 141 can be closed, can be supplied by the pressure medium.
  • the valve piston 27 has control edges KAT, KPA, KBT, KPB formed by two radial projections, by means of which essentially the inflow and outflow to the subchambers A, B can be regulated. Two further radial projections yield the control edges V1, V2, P1, P2.
  • the present embodiment in particular the peculiarity of the additional control edges P1, P2, and V1, V2, the latter serving to supply the locking device 121.
  • the first and second openings 41, 43 in the camshaft 35 and the opening cover 51 now different switching positions depending on the engine operating condition, in particular the engine oil pressure and strength of the camshaft torques can be adjusted. This will be explained in more detail in the following figures.
  • FIGS. 25 to 35 show the various switching positions for the pump or torque mode, in the case of late adjustment, advanced adjustment and the respective occurrence of a late or early torque.
  • the valve piston 27 of the control valve 101 is determined in its axial position by a magnet 21.
  • a percentage here shows the degree of energization of the electromagnet 21 and thus the degree of axial displacement of the valve piston 27.
  • Stator 63 and rotor 65 of a camshaft adjuster 1 1 with partial chambers A, B are shown schematically on the left as shown in the longitudinal section on the left. Underneath, the inner sleeve 103 and the outer sleeve 105 are shown schematically in the circumferential direction of the unwound form, so that the overlap of the opening cover 51 with the first and second openings 41, 43 can be seen. In synchronous representation, to the right of this is the Camshaft moments and their orientation shown early or late.
  • FIG. 25 shows a first switching position at 0% energization of the electromagnet 21 and thus at a first axial position of the valve piston 27.
  • This switching position corresponds to an adjustment in the direction of late, whereby according to the relative rotational position of the rotary transformer 103 and the camshaft 35 an angular position is set late for a camshaft torque.
  • the dashed and dotted lines schematically show the flow directions of the pressure medium.
  • Pressure medium passes via the recesses 106 in the inner sleeve 103 via the second openings 43 in the second sub-chamber B. At the same time pressure medium is discharged via the drain opening 103A for the first sub-chamber A via the first openings 41 to the tank.
  • FIGS. 27 and 28 show an image corresponding to FIGS. 25 and 26, wherein now the electromagnet is energized to 25% and the valve piston 27 thus assumes a new axial switching position in the direction away from the magnet 21. This switching position also causes a retardation.
  • FIG. 28 shows an image corresponding to FIG. 27, but now when an early torque occurs.
  • FIG. 29 shows a switching position with 50% current supply to the electromagnet 21.
  • the angular position of the camshaft 35 is held, i. there is no adjustment. This is achieved in that, when a late-torque occurs, an outflow from the first sub-chamber A is blocked, as shown in FIG. If an early torque, not shown, the first and second openings 41, 43 would come to rest again so that a flow from the second sub-chamber B would be blocked, so that in this case no adjustment is possible.
  • a torque mode for an early adjustment and, with a switching position of 0% a pump mode for an early adjustment can be set, with correspondingly exchanged release or blocking the openings.
  • FIGS. 30-33 By simply selecting the axial position of the valve piston 27, it is thus possible for the first time to set a pump mode or a torque mode depending on the operating state of the internal combustion engine, ie to select an OPA method or a CTA method for the adjustment. This adaptability thus achieves a particularly fast adjustment overall. Add to this the strong entardage ment, which also ensures quick adjustment and additionally prevents air intake.
  • the locking device 121 is supplied with pressure medium for the first time when an adjustment takes place early.
  • a locked state that is about after a cold start of the engine, this means that the locking device 121 remains locked until the first advance. This is caused by the corresponding circuit of the locking lead 125 with the locking hole 123.
  • the locking lead via the locking hole 123 either vented to the tank vented or completely shut off. Only in a switching position to early, see Figure 30, the locking pin 122 is set and released via supply of pressure medium via the locking hole 123 and the locking lead 125 under pressure. In the normal operating state, the locking pin 122 remains unlocked because the locking link 127 does not correspond to the locking pin 122.
  • the five axial shift positions and the camshaft torque-dependent rotational position can be summarized in a hydraulic circuit diagram, which is shown in Figure 35.
  • the control valve 101 is shown with the axial position of the valve piston 27 on the one hand and the two relative rotational positions D1, D2 of the inner sleeve 103 and the outer sleeve 105 on the other.
  • the two rotational positions D1, D2 are shown in two adjacent rectangles and transformed into an axial displacement in order to better map the circuit logic.
  • arrows then show the interconnected connections.
  • the picture thus shows an occurrence of an early torque (guide pin 157 in a right-hand groove part of the guide groove 159) and a retardation in the pump mode.
  • the second sub-chamber B is blocked for an expiry, so it is not adjusted.
  • the rotational position D2 would be activated, whereby pressure is applied to the second sub-chamber B and at the same time the first sub-chamber A is opened to the tank. It then takes an adjustment to late.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Nockenwellenversteller (11) für eine Nockenwelle (35), durch die Zylinderventile (12) eines Verbrennungsmotors betätigt werden, wobei durch die Nockenwelle (35) bei auflaufenden Nocken Spät-Drehmomente in Richtung später Zylinderventilöffnungszeiten und bei ablaufenden Nocken entgegen gesetzte Früh-Drehmomente in Richtung früher Zylinderventilöffnungszeiten auf den Nockenwellenversteller (11) zurückwirken, wobei die Zu- und Abfuhr von Druckmittel durch eine Steuereinrichtung (20) steuerbar ist, wobei mittels der Steuereinrichtung (20) wahlweise ein Moment-Modus oder ein Pumpen- Modus einstellbar ist, wobei im Moment-Modus überwiegend Nockenwellenmomente zum Druckaufbau in der ersten Teilkammer A oder in der zweiten Teilkammer B genutzt werden, während im Pumpen-Modus der Druckaufbau in der ersten Teilkammer A oder in der zweiten Teilkammer B überwiegend mittels von einer Druckmittelpumpe P zur Verfügung gestellten Druckmittels erfolgt. Dabei umfasst die Steuereinrichtung ein Steuerventil (101) und mit einer Innenhülse (103) und einer Außenhülse (105), wobei durch das Steuerventil (101) die gewünschte Verstellrichtung und der Pumpen- oder Moment-Modus und durch die relative Drehlage der Innenhülse (103) zur Außenhülse (105) eine Anpassung an die auftretenden Nockenwellenmomente einstellbar ist

Description

Bezeichnung der Erfindung
Vorrichtung zur variablen Einstellung der Steuerzeiten von Gaswechselventilen einer Brennkraftmaschine
Beschreibung
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur variablen Einstellung der Steuerzeiten von Gaswechselventilen einer Brennkraftmaschine mit einer hydraulischen Phasenstelleinrichtung, wobei die Phasenstelleinrichtung in Antriebsverbindung mit einer Kurbelwelle und einer Nockenwelle bringbar ist und zumindest eine Frühverstellkammer und zumindest eine Spätverstellkammer aufweist, denen über Druckmittelleitungen Druckmittel zugeführt bzw. aus diesen abgeführt werden kann, wobei durch Druckmittelzufuhr zu den Verstellkammern eine Phasenlage der Nockenwelle relativ zur Kurbelwelle verstellt werden kann.
Hintergrund der Erfindung
In modernen Brennkraftmaschinen werden Vorrichtungen zur variablen Einstellung der Steuerzeiten von Gaswechselventilen eingesetzt, um die Phasenlage einer Nockenwelle relativ zu einer Kurbelwelle in einem definierten Winkelbereich, zwischen einer maximalen Früh- und einer maximalen Spätposition, variabel gestalten zu können. Zu diesem Zweck ist eine hydraulische Phasenstelleinrichtung der Vorrichtung in einen Antriebsstrang integriert, über welchen Drehmoment von der Kurbelwelle auf die Nockenwelle übertragen wird. Dieser Antriebsstrang kann beispielsweise als Riemen-, Ketten- oder Zahnradtrieb realisiert sein. Wesentliche Kennzahlen derartiger Vorrichtungen sind die Pha- senverstellgeschwindigkeit und der Bedarf an Druckmittel. Um die Phasenlage den unterschiedlichen Fahrsituationen optimal anpassen zu können sind hohe Phasenverstellgeschwindigkeiten wünschenswert. Des Weiteren wird im Rahmen von Verbrauchssenkungsmaßnahmen ein immer geringerer Druckmittelbedarf gefordert, um die Druckmittelpumpe der Brennkraftmaschine kleiner auslegen zu können oder die Fördermenge bei Einsatz von geregelten Druck- mittelpumpen senken zu können.
Eine derartige Vorrichtung ist beispielsweise aus der EP 0 806 550 A1 bekannt. Die Vorrichtung umfasst eine Phasenstelleinrichtung in Flügelzellenbauweise mit einem Antriebselement, welches in Antriebsverbindung mit der Kurbelwelle steht, und einem Abtriebselement, das drehfest mit der Nockenwelle verbunden ist. Innerhalb der Phasenstelleinrichtung sind mehrere Druckräume ausgebildet, wobei jeder der Druckräume mittels eines Flügels in zwei gegeneinander wirkende Druckkammern unterteilt wird. Durch Druckmittelzufuhr zu bzw. Druckmittelabfuhr von den Druckkammern werden die Flügel innerhalb der Druckräume verschoben, wodurch eine Änderung der Phasenlage zwischen dem Abtriebselements und dem Antriebselement erfolgt. Dabei wird das zur Phasenverstellung benötigte Druckmittel von einer Druckmittelpumpe der Brennkraftmaschine bereitgestellt und mittels eines Steuerventils selektiv zu den Früh- bzw. Spätverstellkammern geleitet. Das aus der Phasenstelleinrich- tung ausfließende Druckmittel wird in ein Druckmittelreservoir, den Ölsumpf der Brennkraftmaschine, geleitet. Die Phasenverstellung erfolgt somit mittels des von der Druckmittelpumpe der Brennkraftmaschine bereitgestellten Systemdrucks. Eine weitere Vorrichtung ist beispielsweise aus der US 5,107,804 A bekannt. In dieser Ausführungsform ist die Phasenstelleinrichtung ebenfalls in Flügelzellenbauart ausgebildet und mehrere Früh- bzw. Spätverstellkammer vorgesehen. Im Unterschied zu der EP 0 806 550 A1 erfolgt die Phasenverstellung nicht durch Druckmittelbeaufschlagung der Druckkammern durch eine Druck- mittelpumpe, sondern es werden Wechselmomente ausgenutzt, die auf die Nockenwelle wirken. Die Wechselmomente werden durch das Abwälzen der Nocken auf den mit jeweils einer Ventilfeder vorgespannten Gaswechselventilen verursacht. Dabei wird die Rotationsbewegung der Nockenwelle während des Öffnens der Gaswechselventile gebremst und während des Schließens beschleunigt. Diese Wechselmomente werden auf die Phasenstelleinrichtung übertragen, so dass die Flügel periodisch in Richtung des Spät- und Frühanschlags mit einer Kraft beaufschlagt werden. Dadurch werden abwechselnd in den Frühverstellkammern und den Spätverstellkammern Druckspitzen erzeugt. Soll die Phasenlage konstant gehalten werden, so wird ein Abfließen von Druckmittel aus den Druckkammern verhindert. Im Falle einer Phasenverstellung in Richtung früherer Steuerzeiten wird ein Abfließen von Druckmittel aus den Frühverstellkammern verhindert, selbst in den Zeitpunkten, in denen in den Frühverstellkammern Druckspitzen erzeugt werden. Steigt auf Grund der Wechselmomente der Druck in den Spätverstellkammern an, so wird dieser Druck genutzt um Druckmittel aus den Spätverstellkammern unter dem Druck der generierten Druckspitze in die Frühverstellkammern zu leiten. Analog erfolg eine Phasenverstellung in Richtung späterer Steuerzeiten. Zusätzlich sind die Druckkammern mit einer Druckmittelpumpe verbunden, allerdings nur um Leckagen aus der Phasenstelleinrichtung auszugleichen. Die Phasenverstellung erfolgt somit durch das Umleiten von Druckmittel aus den zu entleerenden Druckkammern in die zu befüllenden Druckkammern unter dem Druck der generierten Druckspitze.
Eine weitere Vorrichtung ist aus der US 2009/0133652 A1 bekannt. In dieser Ausführungsform erfolgt eine Phasenverstellung bei geringen Wechselmomenten, analog zu der Vorrichtung aus der EP 0 806 550 A1 , durch Druckbeaufschlagung der Frühverstellkammern oder der Spätverstellkammern durch eine Druckmittelpumpe, bei gleichzeitigem Druckmittelabfluss von den anderen Druckkammern zu dem Ölsumpf der Brennkraftmaschine. Bei hohen Wechselmomenten werden, analog zu der Vorrichtung aus der US 5,107,804 A, diese genutzt, um das Druckmittel unter hohem Druck aus den Frühverstell kammern (Spätverstellkammern) in die Spätverstellkammern (Frühverstellkammern) zu leiten. Dabei wird das aus den Druckkammern ausgestoßene Druckmittel zu einem Steuerventil zurückgeführt, das die Druckmittelzufuhr zu bzw. den Druckmittelabfluss von den Druckkammern steuert. Dieses Druckmittel gelangt über Rückschlagventile innerhalb des Steuerventils zu dem Zulaufanschluss, der mit der Druckmittelpumpe verbunden ist, wobei ein Teil des Druckmittels in das Druckmittelreservoir der Brennkraftmaschine ausgestoßen wird.
Die EP 2 075 421 A1 offenbart ein Ventil für einen Nockenwellenversteller. Das Ventil umfasst einen Ventilkolben, welcher drehbar in einem Ventilgehäuse angeordnet ist. Zu- und Abläufe für Drucköl, sind so angeordnet, dass durch Stellung des Ventilkolbens Drucköl zu den Verstell kammern und zu einem Verriegelungsmechanismus geleitet werden kann. Dabei kann der Verriegelungsmechanismus nicht nur in einer Endstellung des Nockenwellenverstellers, also in einem Anschlag in der Spät- oder Frühstellung aktiviert werden, sondern auch in einer Zwischenstellung. Hierdurch wird eine Mittenlagenverriegelung ermöglicht, die je nach Motoranwendung sinnvoll sein kann.
Die DE 198 50 947 zeigt eine Vorrichtung zur Steuerung der Steuerzeiten einer Brennkraftmaschine mit wenigstens einem Antriebsmittel, wenigstens einer Nockenwelle mit Nocken, wenigstens einer hydraulisch betätigbaren Versteileinrichtung zur Verstellung des Relativ-Verdrehwinkels zwischen dem Antriebsmittel und der Nockenwelle, wenigstens einer Hydraulikfluid- Versorgungseinrichtung zur Beaufschlagung der Versteileinrichtung und wenigstens einer Zwangssteuerungs- Einrichtung, durch die die hydraulische Beaufschlagung der Versteileinrichtung in Abhängigkeit von dem absoluten Verdrehwinkel der Nockenwelle und/oder der Nocken wenigstens zeitweise und/oder wenigstens teilweise beeinflussbar ist. Hierbei wird eine Strömungsverbindung zu den Verstell kammern gezielt dann unterbrochen, wenn durch Drehmomente verur- sachte Druckschwankungen entstehen, die von der Nockenwelle bei auf- oder ablaufenden Nocken auf die Verstell kammern zurückwirken würden.
Die US 6,186,104 B1 offenbart eine Ventilzeiten-Steuerungsvorrichtung in Flügelzellenbauweise für einen Verbrennungsmotor, bei dem zwischen die Druck- zellen und dem diese ansteuernden Steuerventil eine Druckverteilungsvorrichtung geschaltet ist, durch welche störende Nockenwellenmomente ausgeblendet werden. Hierzu wird z.B. bei einer Spät-Verstellung die Ölzufuhr zu den Druckzellen dann unterbrochen, wenn ein Früh-Drehmoment auftritt. Umge- kehrt wird bei einer Früh-Verstellung die Ölzufuhr zu den Druckzellen dann unterbrochen, wenn ein Spät-Drehmoment auftritt. Vergleichbar mit der DE 198 50 947 wird also ein Rückschwingen der Versteileinrichtung aufgrund der Verstellung entgegen gesetzter Nockenwellenmomente unterbunden.
Aufgabe der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine Vorrichtung zur variablen Einstellung der Steuerzeiten von Gaswechselventilen einer Brennkraftmaschine mit einer hohen Phasenverstellgeschwindigkeit zu schaffen.
Lösung der Aufgabe
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch Angabe eines Nockenwellen- verstellers für eine Nockenwelle, durch die Zylinderventile eines Verbrennungsmotors betätigt werden, wobei durch die Nockenwelle bei auflaufenden Nocken Spät-Drehmomente in Richtung später Zylinderventilöffnungszeiten und bei ablaufenden Nocken entgegen gesetzte Früh-Drehmomente in Richtung früher Zylinderventilöffnungszeiten auf den Nockenwellenversteller zu- rückwirken,
mit einer Druckkammer und einem in der Druckkammer angeordnetem Verstellmittel,
wobei das Verstellmittel die Druckkammer in eine erste Teilkammer und eine zweite Teilkammer unterteilt,
wobei der ersten und der zweiten Teilkammer Druckmittel zuführbar bzw. aus der ersten Teilkammer und zweiten Teilkammer Druckmittel abführbar ist, so dass durch einen Druckunterschied zwischen der ersten Teilkammer und zweiten Teilkammer das Verstellmittel bewegbar ist, wodurch sich eine Verdrehung der Nockenwelle ergibt,
wobei sich bei einem höheren Druck in der ersten Teilkammer eine Verdrehung der Nockenwelle in Richtung auf frühe Zylinderventilöffnungszeiten und bei einem höheren Druck in der zweiten Teilkammer eine Verdrehung der Nockenwelle in Richtung auf späte Zylinderventilöffnungszeiten ergibt und wobei die Zu- und Abfuhr von Druckmittel durch eine Steuereinrichtung steuerbar ist,
wobei mittels der Steuereinrichtung wahlweise ein Moment-Modus oder ein Pumpen-Modus einstellbar ist,
wobei im Moment-Modus überwiegend Nockenwellenmomente zum Druckaufbau in der ersten Teilkammer oder in der zweiten Teilkammer genutzt werden, während im Pumpen-Modus der Druckaufbau in der ersten Teilkammer oder in der zweiten Teilkammer überwiegend mittels von einer Druckmittelpumpe zur Verfügung gestellten Druckmittels erfolgt.
Im Stand der Technik wurden bisher zwei Strategien für eine hydraulische Nockenwellenverstellung verfolgt: Einerseits eine Bereitstellung von Druckmittel über eine Druckmittelpumpe, in der Regel eine Ölpumpe eines Motoröl- schmierkreislaufs oder eine Ausnutzung von Nockenwellenmomenten zur Er- zeugung des nötigen Verstelldrucks. Die erste Strategie wird auch als „Oil Pressure Actuated" (OPA) und die zweite als„Cam Torque Actuated" (CTA) bezeichnet. Der Erfindung liegt nunmehr die Erkenntnis zugrunde, dass jeweilige Vorteile der OPA und CTA Verfahren abhängig von einem Betriebszustand des Verbrennungsmotors günstig miteinander kombinierbar sind. In Betriebs- zuständen, in denen ein hoher Pumpendruck der Druckmittelpumpe zur Verfügung steht wird günstigerweise der Pumpen-Modus, d.h. ein OPA Verfahren gewählt, während bei niedrigen Pumpendrücken aber hohen Nockenwellenmomenten der Moment-Modus, d.h. das CTA Verfahren zum Einsatz kommt. Dabei kann natürlich eine Verstellung im CTA Verfahren neben der Ausnut- zung der Nockenwellenmomente durchaus von der Druckmittelpumpe unterstützt werden und umgekehrt.
Die Erfindung ist dabei nicht auf eine bestimmte Bauart des Nockenwellenvers- tellers beschränkt, es kann also z.B. ein Flügelzellenversteller zur Anwendung kommen, bei dem mehrere Paare von Teilkammern gebildet sind, wobei das Verstellmittel ein die Teilkammern trennender Flügel ist, der z.B. einstückig aus einem Rotor gebildet ist oder in diesen eingesteckt ist. Vorzugsweise weist die Steuereinrichtung ein zentral in der Nockenwelle positioniertes Steuerventil auf, mit einem Ventilkolben, welcher in einem Ventilgehäuse führbar ist, wobei das Ventilgehäuse eine Innenhülse und eine radial außerhalb der Innenhülse und diese einschließend eine Außenhülse aufweist, wobei die Innenhülse durch eine Verdrehsicherung gegen eine Drehbewegung fixiert ist, während die Außenhülse drehbar ist.
Bei einer einteiligen Ausführung des Ventilgehäuses und damit einer relativen Drehung des gegen eine Drehung fixierten Ventilkolbens und des drehbaren Ventilgehäuses kann es u. U. bei der axialen Verstellung des Ventilkolbens zu einem Verklemmen oder einer Beeinträchtigung der Stellgeschwindigkeit oder -genauigkeit kommen. Diesem möglichen Nachteil wird nun dadurch begegnet, dass das Ventilgehäuse zweiteilig ausgeführt wird, mit einer gegen Drehung fixierten Innenhülse und einer drehbaren Außenhülse. Dieses Konzept hat dar- über hinaus weitere Vorteile, z.B. eine günstige Gestaltung der Schaltfolge und eine verbesserte Verriegelungsfunktion, was weiter unten näher erläutert wird.
Bevorzugtermaßen ist auf der Außenseite der Innenhülse eine Öffnungsabdeckung gebildet wobei in der Außenhülse erste Öffnungen, welche mit der ers- ten Teilkammer A kommunizieren und zweite Öffnungen, welche mit der zweiten Teilkammer B kommunizieren, gebildet sind und wobei durch die Öffnungsabdeckung je nach Drehwinkellage der Innenhülse zur Außenhülse die ersten Öffnungen und zweiten Öffnungen freigegeben oder versperrt sind. In dieser Ausführungsform wird also die Zu- und Abführung von Druckmittel zu und von den Teilkammern mittels des Steuerventils, der Innen- und Außenhülse und Öffnungen bzw. Ölkanäle in der Nockenwelle bewerkstelligt. Dabei erfolgt die Zu- bzw. Abfuhr von Druckmittel abhängig von einem Drehwinkel der Nockenwelle. Dieser korrespondiert wiederum mit den Nockenwellenmomen- ten, so dass ein Zu- und Ablauf von Druckmittel abhängig von der gewünschten Verstellrichtung entsprechend mit den jeweiligen Nockenwellenmomenten synchronisierbar ist. Die Öffnungsabdeckung gibt dabei je nach Auftreten der Nockenwellenmomente und gewünschter Stellrichtung die jeweils mit der anzu- steuernden Teilkammer korrespondierenden ersten oder zweiten Öffnungen frei. Die ersten und zweiten Öffnungen müssen dabei nicht in einem einstückig mit der übrigen Nockenwelle ausgebildeten Bereich liegen, zur Nockenwelle ist in diesem Sinn auch ein angesetztes Bauteil, Adapter oder Ähnliches zu rech- nen, welches sich mit der Nockenwelle dreht.
Weiter bevorzugt sind die ersten Öffnungen und die zweiten Öffnungen zueinander am Umfang in einem Winkelabstand jeweils gleich beabstandet und bezüglich der Öffnungsabdeckung phasenrichtig so angeordnet, dass eine relati- ve Drehung des Ventilkolbens gegenüber dem Ventilgehäuse um den Winkelabstand zu einer geometrisch gleichen Anordnung führt. Weiter bevorzugt kann die Öffnungsabdeckung so gestaltet sein, dass sie hinsichtlich einer a- symmetrischen Verschiebung von Nockenwellenmomenten gegenüber der Nulllinie angepasst ist. Eine solche asymmetrische Verschiebung tritt insbe- sondere durch ein Reibmoment auf, welches winkelunabhängig auf die Nockenwelle in Richtung spät wirkt. Hierdurch wird die etwa sinusförmige Kurve des Nockenwellenverlaufs also um einen dem Reibmoment entsprechenden Betrag im Ganzen verschoben. Somit kann es vorteilhaft sein, die jeweiligen lokalen Breiten der Öffnungsabdeckung an die nunmehr verkürzten bzw. ver- längerten effektiven Zeiten eines Früh- bzw. Spätdrehmomentes anzupassen. Z. B. würde dann eine„abgewickelt" dargestellte Öffnungsabdeckung nicht mehr einer symmetrischen Rechteckkurve mit gleich langen Maxima- und Minimaphasen entsprechen, sondern für die Maxima- bzw- Minimaphasen würden sich jeweils unterschiedliche Längen ergeben.
Vorzugsweise ist der Ventilkolben durch einen Elektromagneten axial verschieblich, wobei der Elektromagnet den Ventilkolben gegen eine Rückstellfeder drückt, durch die der Ventilkolben rückstellbar ist, wobei die Rückstellfeder sich in einer Lagerungshülse abstützt und wobei gleichzeitig eine Lagerungs- feder vorgesehen ist, welche sich gegenüber von der Rückstellfeder einerseits in der Lagerhülse und andererseits an der Nockenwelle abstützt. Weiter bevorzugt trägt die Lagerungsfeder einen Lagerungskolben, welcher sich an einem mit der Nockenwelle verbundenen Lagerungsstift etwa punktförmig abstützt. In dieser Ausführungsform ist es insbesondere möglich, eine Fertigungstoleranzkette durch die ausgleichende Lagerungsfeder klein zu halten. Zudem ergibt sich eine reibungsarme Lagerung des feststehenden Ventilkolbens gegenüber der drehenden Nockenwelle über die annähernd punktförmige Abstützung des Lagerkolbens am Lagerungsstift.
Bevorzugtermaßen ist der Pumpen-Modus oder der Moment-Modus durch eine axiale Verschiebung eines in einem Ventilgehäuse des Steuerventils angeordneten Ventilkolbens einstellbar. Weiter bevorzugt weist das Ventilgehäuse eine Pumpenöffnung auf, durch die die Zufuhr von Druckmittel entweder zur ersten Teilkammer oder zur zweiten Teilkammer einstellbar ist, so dass jeweils entweder die erste Teilkammer oder die zweite Teilkammer unter Druck steht, wobei der Ablauf von Druckmittel aus der ersten Teilkammer oder der zweiten Teilkammer über Teilkammeröffnungen im Ventilgehäuse einstellbar ist.
Es wird also das Konzept verfolgt, eine Verstellung durch Steuerung des Ablaufes von Druckmittel zu bewirken. Druckmittel wird den Teilkammern über die Pumpenöffnung im Ventilgehäuse zugeführt, wobei je nach Lage der ersten Öffnungen oder der zweiten Öffnungen die Pumpenöffnung mit der ersten Teil- kammer oder zweiten Teilkammer korrespondiert. Durch Freigabe der Teilkammer, die bei der gewünschten Verstellrichtung verkleinert wird, wird ein Ablauf von Druckmittel aus dieser Teilkammer ermöglicht, so dass durch den Druck in der anderen Teilkammer das Druckmittel ausgeschoben und die Verstellung bewirkt wird.
Bevorzugtermaßen sind für die relative axiale Lage des Ventilkolbens fünf Schaltstellungen einstellbar, wobei
in einer ersten Lage der Pumpenmodus für eine Verstellung der Nockenwelle nach späten Zylinderventilöffnungszeiten eingestellt ist,
in der zweiten, axial folgenden Schaltstellung der Moment-Modus für eine Verstellung der Nockenwelle nach späten Zylinderventilöffnungszeiten eingestellt ist, in der dritten, axial folgenden Schaltstellung eine Nockenwellenverstellung gesperrt ist,
in der vierten, axial folgenden Schaltstellung der Moment-Modus für eine Verstellung der Nockenwelle nach frühen Zylinderventilöffnungszeiten eingestellt ist und
in der fünften, axial folgenden Schaltstellung der Pumpen-Modus für eine Verstellung der Nockenwelle nach frühen Zylinderventilöffnungszeiten eingestellt ist. Mittels dieser fünf Schaltstellungen ergeben sich somit in der Regel bereits hinreichende Einstellmöglichkeiten angepasst an einen jeweiligen Motorbe- triebszustand. Beispielsweise: Während bei ausreichendem Druck der Druckmittelpumpe eine Spätverstellung der Nockenwelle in Schaltstellung eins und eine Frühverstellung in Schaltstellung fünf erfolgt, kann bei geringem Druck über Ausnutzung der Nockenwellenmomente eine Spätverstellung in Schaltstellung zwei und eine Frühverstellung in Schaltstellung vier erfolgen. Die Mittelstellung, Schaltstellung drei, kann zu einer Sperrung der Verstellung genutzt werden. Die Doppelhülsenausführung bietet zudem die Gestaltungsmöglichkeit so, dass die Schaltstellungen wie oben beschrieben axial zueinander be- nachbart sind, d.h. dass nicht etwa eine Schaltstellung nach früh axial benachbart ist zu einer Schaltstellung nach spät, wodurch reduzierte Schaltgeschwindigkeiten und ein reduzierter Regelungsaufwand folgt.
Bevorzugt ist ein Verriegelungsmechanismus vorgesehen, durch den der No- ckenwellenversteller mechanisch in einer Verriegelungsposition gegen ein Verstellen gesperrt wird, wobei der Verriegelungsmechanismus mittels des Druckmittels hydraulisch entriegelbar ist und wobei ein Zulauf von Druckmittel zum Verriegelungsmechanismus so geschaltet ist, dass erst in einer axialen Schaltstellung des Ventilkolbens, die einer Verstellung nach frühen Zylinderventilöff- nungszeiten entspricht, die Verriegelungseinrichtung entriegelt.
Eine Verriegelung eines Nockenwellenverstellers ist insbesondere bei einem Abstellen des Motors erforderlich, so dass bei einem Neustart, wenn noch kein hinreichender Öldruck im Versteller vorliegt, kein klapperndes Anschlagen der frei beweglichen Verstellerelemente auftritt. Beim Abstellen des Motors erfolgt somit im Allgemeinen eine Verstellung nach spät und ein Einriegeln mittels eines Verriegelungspins. In herkömmlicher Ausgestaltung korrespondiert der Verriegelungspin mit einer der Teilkammern, so dass nach einem hinreichenden Druckaufbau nach einem Motorstart Druckmittel aus den Teilkammern der hydraulisch entriegelbare Verriegelungspin gegen eine Feder zurückgedrückt und der Versteller damit entriegelt wird. Im oben beschriebenen Konzept ist nun vorgesehen, dass ein separater Zulauf von Druckmittel zur Verriegelungs- einrichtung so geschaltet wird, dass während eines Zustandes der einer Verstellung nach spät entspricht, kein Druckmittel über das Steuerventil zum Verriegelungspin gelangt. Hierdurch ist sichergestellt, dass nach einem Motorstart der Verriegelungsmechanismus nicht schon durch einen Druckpuls, z.B. durch Luft, die vom eindringenden Druckmittel eingeschoben wird, entriegelt. Da die Grundstellung bei spät eingestellt ist, muss der Versteller erst dann entriegelt werden, wenn die Drehlage der Nockenwelle geändert werden soll, d.h. bei einer Verstellung nach früh. Hierzu wird der Ventilkolben axial von der Grundstellung bewegt. Bevorzugtermaßen werden bei einer Montage des Steuerventils in der Nockenwelle die Innenhülse und die Außenhülse gegeneinander so verschoben, dass eine drehfeste Verbindung zwischen Innenhülse und Außenhülse 105 gelöst wird. Weiter bevorzugt greift die Verdrehsicherung in eine Aussparung des Elektromagneten ein, wobei durch die Montage des Elektromagneten die Innenhülse gegenüber der Außenhülse axial verschiebbar ist.
Das oben beschrieben Stellkonzept erfordert eine definierte Winkellage von Innenhülse und Außenhülse relativ zur Nockenwelle, da ja die Wechselwirkung mit den bei festen Winkellagen auftretenden Nockenwellenmomenten synchro- nisiert werden muss. Diese definierte Drehlage wird nun durch eine Montagevereinfachung so erreicht, dass Innen- und Außenhülse zueinander in der richtigen Position fixiert werden und dann das ganze Steuerventil an der Nockenwelle, welche ebenfalls vorher in eine definierte Winkellage gedreht wurde, angebracht wird. Beim Anbringen wird dann ein Formschluss zwischen Innen- und Außenhülse durch eine axiale Verschiebung aufgelöst, so dass die relative Drehung zwischen Innen- und Außenhülse möglich wird. Dies wird vorteilhafterweise dadurch erreicht, dass der Magnet, der zur Verstellung des Ventilkol- bens eingesetzt wird, zentral vor der Nockenwelle angeflanscht wird und dabei die Innenhülse verschiebt. Zusätzlich kann dabei eine Verdrehsicherung, beispielsweise ein Stift oder eine Nase an der Innenhülse in eine korrespondierende Aussparung im Magneten eingreifen, wobei vorteilhafterweise zunächst dieser Eingriff erfolgt und der Magnet dann befestigt wird und dabei über die Verdrehsicherung die Innenhülse verschiebt.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Be Schreibung und aus den Zeichnungen in denen Ausführungsbeispiele der Er findung vereinfacht dargestellt sind. Es zeigen:
Figur 1 nur sehr schematisch ein Verbrennungsmotor Figur 2 eine schematische Darstellung eines Steuerventils
Figur 3 ein Ventilkolben und ein Ventilgehäuse
Figur 4 eine Darstellung der Nockenwellenmomente in Abhängigkeit vom
Drehwinkel der Nockenwelle
Fig. 5-14 eine schematische Darstellung der verschiedenen Schaltstellungen bei OPA Verfahren Figur 15 eine Darstellung der Änderung der Durchflussmengen an verschiedenen Steuerkanten in Abhängigkeit von der Schaltstellung beim OPA Verfahren, Figur 16 eine Darstellung der Öffnung der Steuerkanten in Abhängigkeit von der Schaltstellung beim OPA Verfahren,
Fig. 17-20 eine schematische Darstellung der verschiedenen Schaltstellun- gen bei CTA Verfahren.
Figur 21 eine Darstellung der Änderung der Durchflussmengen an verschiedenen Steuerkanten in Abhängigkeit von der Schaltstellung beim CTA Verfahren,
Figur 22 eine Darstellung der Öffnung der Steuerkanten in Abhängigkeit von der Schaltstellung beim CTA Verfahren
Figur 23 ein Ventilgehäuse eines Steuerventils in einer Doppelhülsenaus- führung in einer perspektivischen Darstellung
Figur 24 ein Längsschnitt durch eine in einer Nockenwelle angeordneten
Steuereinrichtung mit Verriegelungsvorrichtung Figur 25-33 eine schematische Darstellung der verschiedenen Schaltstellungen für den Pumpen- und Momentmodus
Figur 34 Eine schematische Darstellung zum Montageverfahren Figur 35 Einen hydraulischen Schaltplan
Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
In Figur 1 ist eine Verbrennungsmotor 1 skizziert, wobei ein auf einer Kurbel- welle 2 sitzender Kolben 3 in einem Zylinder 4 angedeutet ist. Die Kurbelwelle 2 steht in der dargestellten Ausführungsform über je einen Zugmitteltrieb 5 mit einer Einlassnockenwelle 6 bzw. Auslassnockenwelle 7 in Verbindung, wobei ein erster und ein zweiter Nockenwellenversteller 1 1 zur variablen Einstellung der Steuerzeiten von Gaswechselventilen 9,10 einer Brennkraftmaschine 1 für eine Relativdrehung zwischen Kurbelwelle 2 und den Nockenwellen 6, 7 sorgen können. Nocken 8 der Nockenwellen 6, 7 betätigen ein oder mehrere Ein- lassgaswechselventile 9 bzw. ein oder mehrere Auslassgaswechselventile 10. Die Einlassgaswechselventile 9 und die Auslassgaswechselventile 10 werden im Folgenden kurz Zylinderventile 12 genannt. Ebenso kann vorgesehen sein, nur eine der Nockenwellen 6, 7 mit einer Vorrichtung 1 1 auszustatten, oder nur eine Nockenwelle 6, 7 vorzusehen, welche mit einem Nockenwellenversteller 1 1 versehen ist. Einlassnockenwelle 6 und Auslassnockenwelle 7 werden im Folgenden unter dem Begriff Nockenwelle 35 zusammengefasst.
In Figur 2 ist in einer schematischen Darstellung eine Steuereinrichtung 20 gezeigt. Die Steuereinrichtung 20 umfasst ein Ventilgehäuse 29 und einen darin angeordneten Ventilkolben 27. Das Steuerventil 20 ist im gezeigten Beispiel mit einem Ende in einer Nockenwelle 35 angeordnet. Dort wirkt eine Rückstellfeder 31 auf den Ventilkolben 27. Die Rückstellfeder 31 ist über eine Axiallagerung 33, ausgeführt als Wälzlager, gelagert. Der Ventilkolben 27 ist auf seinem der Nockenwelle 35 abgewandten Ende mit einem Magnetkolben 23 verbunden, welcher durch einen Elektromagnet 21 axial bewegbar ist. Eine Verdrehsi- cherung 25 verbindet den Magnetkolben 23 mit dem Ventilkolben 27 so, dass dieser sich nicht verdrehen kann. Natürlich ist auch denkbar, dass eine Axialbewegung durch das Ventilgehäuse 29 und eine Drehbewegung durch den Ventilkolben 27 mit entsprechend geänderter Umgebungskonfiguration erfolgt. Figur 3 zeigt den Ventilkolben 27 und das Ventilgehäuse 29 in einer perspektivischen Ansicht. Das Ventilgehäuse 29 weist um seinen Umfang verteilt erste Öffnungen 41 auf. Axial zu den ersten Öffnungen 41 versetzt etwa in der Mitte des Ventilgehäuses 29 sind um den Umfang verteilt dritte Öffnungen 45 angeordnet. Wiederum axial versetzt folgen dann zweite Öffnungen 43, die in Um- fangsrichtung an gleicher Position angeordnet sind, wie die ersten Öffnungen 41 . In das hohle Ventilgehäuse 29 wird der Ventilkolben 27 drehrichtig eingefügt. Der Ventilkolben 27 weist auf seiner Oberfläche 53 eine Öffnungsabdeckung 51 auf, die durch einen radial erhöhten Teil der Oberfläche 53 gebildet ist. Die Öffnungsabdeckung weist an einem axialen Ende des Ventilkolbens 27 eine erste Teilabdeckung 51A und am gegenüberliegenden Ende eine zweite Teilabdeckung 51 B auf. Beide Teilabdeckungen 51 A, 51 B sind kronenartig ausgebildet, d.h. sie bilden einen Ring um die Oberfläche 53 mit einem jeweili- gen Außenrand BT, AT. Der Außenrand BT der ersten Teilabdeckung 51 A bildet gleichzeitig das eine axiale Ende des Ventilkolbens 27, während der Außenrand AT der zweiten Teilabdeckung 51 B gleichzeitig das andere axiale Ende des Ventilkolbens 27 bildet. Der jeweils axial auf die Mitte der Oberfläche 53 gerichtete Innenrand PB, PA der Teilabdeckungen 51 A, 51 B ist rechteck- förmig gezackt. Dabei ist jeweils eine Kronenzacke 52 einer Teilabdeckung 51 A, 51 B in Umfangsrichtung so orientiert, dass sie zwischen zwei Kronenzacken 52 der anderen Teilabdeckung 51 B, 51 A liegt, wobei aber ein axialer Abstand zwischen den Innenrändern PB, PA liegt. Der Ventilkolben 27 ist nun drehrichtig im Ventilgehäuse 29 anzuordnen, so dass die Öffnungsabdeckung 51 zur jeweils richtigen Phasenlage die ersten Öffnungen 41 und zweiten Öffnungen 43 freigibt bzw. versperrt. Damit wird eine Druckmittelzufuhr zu Teilkammern einer Druckkammer und damit auch die Verstellung der Phasenlage der Nockenwelle gesteuert. Dies wird später im Detail erläutert.
Figur 4 zeigt den Verlauf der Nockenwellenmomente am Beispiel eines Vierzylindermotors, aufgetragen in y-Richtung gegen über der Drehlage der Nockenwelle, aufgetragen in x-Richtung. Ein aus der Reibung der Nockenwelle folgen- des, bei gleicher Drehzahl konstantes Drehmoment ist hier nicht berücksichtigt. Nockenwellenmomente größer Null entsprechen einem Moment in Richtung einer Früh-Verstellung, d.h. in einer Richtung, in der es zu einer früheren Öffnung der Zylinderventile 12 kommt. Nockenwellenmomente kleiner Null entsprechen einem Moment in Richtung einer Spät-Verstellung, d.h. in einer Rich- tung, in der es zu einer späteren Öffnung der Zylinderventile 12 kommt. Man erkennt, dass die Nockenwellenmomente abhängig von der Drehlage der Nockenwelle einen etwa sinusförmigen Verlauf haben. Bei jeweils festen Winkellagen kommt es zu Früh-Drehmomenten, abwechselnd mit Spät- Drehmomenten. Dies wird nun gezielt bei der Verstellung der Nockenwelle ausgenutzt.
In Figur 5 ist schematisch eine Schaltstellung zur Verstellung der Nockenwelle so aufgetragen, dass die Öffnungsabdeckung 51 des Ventilkolbens 27 in einer Ebene abgewickelt dargestellt ist. Es ergibt sich somit für die erste Teilabdeckung 51A ein Rechteckprofil mit der Innenkante PB und einer geraden Aus- senkante BT. Gegenüberliegend ist dann die zweite Teilabdeckung 51 B mit der Innenkante PA und der Aussenkante AT dargestellt. An der Aussenkante AT ist der Ventilkolben 27 mit der Rückstellfeder 31 verbunden, die den Ventilkolben 27 gegen einen hier nicht dargestellten Magneten 21 drückt.
Weiterhin schematisch dargestellt sind die ersten Öffnungen 41 und die zweiten Öffnungen 43, wie sie entsprechend der axialen Lage und Drehlage des Ventilgehäuses 29 relativ zum Ventilkolben 27 zur Öffnungsabdeckung 51 angeordnet sind. Die ersten Öffnungen 41 korrespondieren mit einer zweiten Teilkammer B und die zweiten Öffnungen 43 korrespondieren mit einer ersten Teilkammer A. Die Teilkammern A, B sind durch einen ein Verstell mittel 67 bildenden Flügel 67 getrennt, welcher eine Druckkammer 69 in die Teilkammern A, B unterteilt. Der Flügel 67 ist mit einem Rotor 65 eines Nockenwellenverstellers 1 1 verbunden. Die Druckkammer 69 ist in einem Stator 63 des Nockenwellenverstellers 1 1 gebildet. Ein erster Ölkanal 71 führt zur ersten Teilkammer A, ein zweiter Ölkanal 73 führt zur zweiten Teilkammer B. Gezeigt ist hier nur ein Ausschnitt des Nockenwellenverstellers 1 1 . Der Nockenwellenversteller 1 1 ist als Flügelzellenversteller ausgeführt und weist mehrere Druckkammern, Teilkammern, Flügel und Zufuhrkanäle auf, die hier der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt sind.
Eine Verstellung der Nockenwelle findet gemäß dem Beispiel von Figur 5 in Richtung später Öffnungszeiten der Zylinderventile 12 statt: Drucköl wird der zweiten Teilkammer B zugeführt und aus der ersten Teilkammer A abgeführt. In der hier gezeigten Schaltstellung gibt dazu die erste Teilabdeckung 51A die ersten Öffnungen 41 über die Innenkante PB weitgehend frei, so dass Drucköl von einer Pumpe P über die dritten Öffnungen 45 im Ventilgehäuse 29 zur zweiten Teilkannnner B gelangt. Gleichzeitig werden durch die Aussenkante AT der zweiten Teilabdeckung 51 B die zweiten Öffnungen 43 leicht geöffnet, so dass Öl aus der ersten Teilkannnner A in einen Tank T abgeführt werden kann. Der so entstehende Druckunterschied zwischen den Teilkammern A,B führt zu einer Kraft auf den Flügel 67 und damit auf den Rotor 65 in einer Drehrichtung nach links. Der Rotor 65 ist mit der Nockenwelle 35 verbunden. Somit kommt es zu einer Verdrehung der Nockenwelle 35 in Richtung„spät".
Durch die weite Freigabe der ersten Öffnungen 41 wird eine starke Entdrosse- lung erreicht, wodurch die Gefahr eines Luftansaugens stark verringert wird. Mit der geringeren Freigabe der zweiten Öffnungen 43 zum Tank wird eine Ablaufsteuerung eingestellt.
Figur 5 zeigt rechts neben der schematischen Darstellung des Ventilkolbens 27 und den ersten und zweiten Öffnungen 41 , 43 des Ventilgehäuses den aus Figur 4 bekannten Verlauf der Nockenwellenmomente in Abhängigkeit vom Drehwinkel der Nockenwelle 35. Das Ventilgehäuse 29 und damit die ersten und zweiten Öffnungen 41 , 43 drehen sich nun definiert relativ zu diesem Nockenwellenverlauf, wie durch die Gegenüberstellung gezeigt. Somit sind die ersten und zweiten Öffnungen in Figur 5 gerade synchron mit einem Spät- Nockenwellenmoment. Dies führt dazu, dass die zweiten Öffnungen 43 eine Druckspitze in Richtung einer Spätverstellung erhalten, wodurch das in der ersten Teilkammer A befindliche Öl schnell ausgeschoben werden kann. Zusätzlich wirkt der Öldruck der Pumpe P über die weit geöffneten, als stark ent- drosselten ersten Öffnungen 41 in die zweite Teilkammer B. Im Ergebnis ergibt sich eine sehr schnelle Verstellung der Nockenwelle 35. In entsprechender Weise wird auch eine schnelle Verstellung in Richtung früh bewirkt..
Figur 6 zeigt ein der Figur 5 entsprechendes Bild, allerdings sind nun die ers- ten und zweiten Öffnungen 41 , 43 gegenüber der Öffnungsabdeckung 51 verdreht. Zeitlich entspricht dies dem Auftreten eines Früh- Nockenwellendrehmomentes. Die ersten Öffnungen 41 sind durch die erste Teilabdeckung 51 A nur wenig freigegeben, während die zweiten Öffnungen 43 zur Druckversorgung von der Pumpe P weit geöffnet sind. Die Pumpe P wirkt auf beide Teilkammern A,B. Bei Teilkammer B wirkt sie nun gegen ein Früh- Drehmoment, wodurch es im wesentlichen zu einer Kompensation kommt und keine Verstellung erfolgt. Die Teilkammer A wird von Druckmittel durchströmt und in den Tank T entleert.
Die Figuren 5 und 6 zeigen eine Schaltstellung für ein Verstellen nach„spät", in dem ein Verstellverfahren nach dem„Oil Pressure Actuated" - Prinzip, kurz OPA, realisiert ist und zwar in eine Verstellrichtung spät. Diese Schaltstellung, die also überwiegend die Verstellkraft der Pumpe ausnutzt und wo Nockenwellenmomente nur unterstützend sind, wird durch die gezeigte axiale Stellung des Ventilkolbens 27 realisiert. Die axiale Schaltstellung wird mittels des Magneten 21 eingestellt. Im gezeigten Beispiel ist dies die Grundstellung, ohne eine Bestromung des Elektromagneten 21 . Wie erläutert werden in der axialen Schaltstellung unterschiedliche Drehstellungen des Ventilkolbens 27 gegenüber dem Ventilgehäuse 29 realisiert und hierdurch zusätzlich die korrespondierenden Nockenwellenmomente ausgenutzt. Die Figuren 7 und 8 zeigen die entsprechende Darstellung für ein Verstellen nach„früh". Hier sind die Wirkungen für die Teilkammern A, B vertauscht, im Übrigen gelten aber die Erläute- rungen zu den Figuren 5 und 6 sinngemäß.
Figur 9 zeigt eine Mittelstellung, in der bei Auftreten eines Spät-Drehmomentes die zweiten Öffnungen 43 vollständig gesperrt sind. Hierdurch wird eine Verstellung blockiert. Entsprechend ist in Figur 10 eine vollständige Sperrung der ersten Öffnungen 41 bei Auftreten eines Früh-Drehmomentes gezeigt. Die Figuren 9 und 10 geben somit eine axiale Schaltstellung des Ventilkolbens 27 wieder, in der eine Verstellung der Nockenwelle 35 verhindert, diese also bei einer gegebenen relativen Winkelposition zur Kurbelwelle gehalten werden soll.
In den Figuren 5 bis 10 sind Schaltstellungen beschrieben, in denen ein hoher Druck der Pumpe P zur Verfügung steht, also in der Regel ein Betriebszustand des Verbrennungsmotors bei hohen Drehzahlen. Sollte nun aber der zur Verfü- gung stehende Druck der Pumpe P nicht hoch sein, insbesondere deutlich niedriger als der Druck, der durch Nockenwellenmomente ausgeübt wird, kann durch Wahl weiterer Schaltstellungen ein angepasstes OPA Verfahren eingestellt werden. Dies wird anhand der Figuren 1 1 -14 beschrieben.
Figur 1 1 entspricht der Figur 5. Es soll also in Richtung„spät" verstellt werden. Hier kommt das Spät-Drehmoment der Verstellung zugute. In Figur 12, bei Auftreten eines Früh-Drehmomentes wird deutlich, dass aufgrund der nunmehr gegenüber Figur 6 geänderten axialen Position des Ventilkolbens 27 es zu einer vollständigen Abdeckung der ersten Öffnungen 41 kommt. Während also in Figur 6 noch ein hoher Pumpendruck zur Kompensation des Früh- Drehmomentes bei leicht geöffneten ersten Öffnungen 41 zur Verfügung stand, wird bei niedrigem Pumpendruck das Früh-Drehmoment durch eine vollständige Sperrung der ersten Öffnungen 41 ausgeblendet. Die Figuren 13 und 14 zeigen wieder die entsprechende Darstellung bei einer Verstellung nach„früh".
Die bisher dargestellten Schaltstellungen lassen sich also wie folgt zusammenfassen: Es werden zwei OPA-Verstellverfahren bereitgestellt, eines bei niedrigem und eines bei hohem Pumpendruck. Die axialen Schaltstellungen können wie folgt abgekürzt werden:
Schaltstellung I: Hoher Pumpendruck, Verstellung nach spät, Fig. 5, 6
Schaltstellung II: Niedriger Pumpendruck, Verstellung nach spät, Fig 1 1 , 12 Schaltstellung III: Gesperrte Verstellung Fig. 9, 10
Schaltstellung IV: Niedriger Pumpendruck, Verstellung nach früh, Fig 13, 14 Schaltstellung V: Hoher Pumpendruck, Verstellung nach früh, Fig 7, 8
Der Vorteil dieser Einstellbarkeit liegt insbesondere darin, dass durch die bei hohem Pumpendruck und einem der gewünschten Stellrichtung entgegenwir- kenden Moment die Zulauföffnungen 41 bzw. 43 zu den jeweiligen Teilkammern A,B nicht ganz geschlossen sind, wodurch die im Vergleich zum schwächeren Nockenwellenmoment höhere Pumpleistung trotz entgegengesetzt wirkendem Nockenwellenmoment trotzdem noch zur Verstellung genutzt werden kann. Es sind also auch die Zeiten, in denen entgegengesetzt wirkende No- ckenwellenmonnente auftreten, für die Verstellung ausnutzbar, wodurch sich eine schnelle Verstellung ergibt. Ist aber die Pumpleistung geringer als die Nockenwellenmonnente, so werden die entgegengesetzt wirkenden Momente mittels der vollständig geschlossenen Öffnungen 41 bzw. 43 ausgeblendet, so dass keine Rückversteilung auftritt.
In Figur 15 ist dargestellt, wie sich der Durchfluss an Druckmittel an den jeweiligen Innen- und Aussenkanten PA, PB, BT, AT in Abhängigkeit von der Schalt- Stellung ändert. Gestrichelt dargestellt sind dabei Verläufe zu Zeiten mit einem Nockenwellenmoment nach früh und durchgezogen bei Nockenwellenmomenten nach spät. Als Beispiel sei die Linie für die Innenkante der ersten Teilabdeckung 51A, PB erläutert: Bei Nockenwellenmomenten nach spät liegt der Durchfluss an der Innenkante PB zu allen axialen Stellungen hoch, während er bei Momenten nach früh von der Schaltstellung I bis zur Schaltstellung II und folgenden Schaltstellungen schnell auf Null abfällt.
Figur 16 zeigt für die Schaltstellungen l-V schematisch den Öffnungsgrad der Öffnungen 41 , 43 betrachtet von den jeweiligen Innenkanten PB, PA und Aus- senkanten BT, AT in Abhängigkeit der Schaltstellungen l-V und der Stellrichtung. Vollständig schraffierte Felder entsprechen einer vollständig gesperrten Öffnung 41 , 43, vollständig weiße Felder entsprechen einer vollständig geöffneten Öffnung 41 , 43 und teilweise schraffierte Felder entsprechen einer teilweise gesperrten Öffnung 41 , 43.
Die bisherigen Ausführungen bezogen sich auf Verstellverfahren, bei dem ü- berwiegend mittels dem von der Pumpe P gelieferten Druck verstellt wird und bei dem Druck, welcher durch Nockenwellenmomente erzeugt wird, in geeigneten Schaltstellungen unterstützend wirkt. Im Folgenden soll nun neben einem solchen Pumpen-Modus ein Moment-Modus beschrieben werden, in dem ü- berwiegend die durch Nockenwellenmomente erzeugten Druckspitzen zur Verstellung genutzt werden, während der von der Pumpe P bereitgestellte Druck ggf. die Verstellung unterstützt. In Figur 17 ist eine den Darstellungen der Figuren 5-14 entsprechende Darstellung gewählt, um eine Verstellung nach spät mittels der Ausnutzung der Spät- Drehmomente zu erläutern. Die Öffnungsabdeckung 51 ist hier nun so mittels der axialen Position des Ventilkolbens 27 eingestellt, dass sich bei Auftreten eines Spät-Drehmomentes eine Verbindung der beiden Teilkammern A und B über die ersten und zweiten Öffnungen 41 , 43 ergibt, dabei sind die ersten Öffnungen 41 weit geöffnet, so dass sich wieder eine starke Entdrosselung und damit eine geringe Gefahr von Luftansaugen ergibt. Die zweiten Öffnungen 43 sind gering geöffnet, um eine Ablaufsteuerung aus der ersten Teilkammer A einzustellen. Durch das nach spät drehende Nockenwellenmoment wird nun eine Druckspitze aufgebaut, die über die verschiedenen Öffnungsverhältnisse der ersten und zweiten Öffnungen 41 , 43 in der ersten Teilkammer A einen höheren Druck erzeugt, als in der zweiten Teilkammer B und somit unter Ver- drängung von Öl aus der ersten Teilkammer A in die zweite Teilkammer B eine Verschiebung des Flügels 67 und damit eine Verstellung der Nockenwelle 35 nach spät bewirkt. Öl von der Pumpe P, welches über die dritten Öffnungen 45 hinzutritt, unterstützt diese Verstellung und gleicht Leckageverluste aus. Figur 18 zeigt die gleiche axiale Schaltstellung wie Figur 17, nur das hier die relative Drehstellung zwischen Ventilkolben 27 und Ventilgehäuse 29 verändert ist, da nunmehr die Nockenwelle 35 in einer Drehposition ist, in der ein Früh- Drehmoment auftritt. Da ja weiterhin eine Verstellung nach spät erfolgen soll (unveränderte axiale Stellung des Ventilkolbens 27), muss dieses Früh- Drehmoment hinsichtlich seiner Verstellwirkung ausgeblendet werden. Hierzu sperrt die erste Teilabdeckung 51A die ersten Öffnungen 41 vollständig ab. Öl kann somit nicht aus der zweiten Teilkammer B entweichen und es erfolgt keine Verstellung. Die vollständige Absperrung unterbindet ein Rückschwingen. Über voll geöffnete zweite Öffnungen 43 und damit stark entdrosselt pumpt die Pumpe P verstellneutral Öl in die erste Teilkammer A. Hierdurch wird ein Luftsaugen verhindert. Die Figuren 19 und 20 zeigen die den Figuren 18 und 19 entsprechenden Einstellungen, nur für die umgekehrte Stellrichtung nach früh.
Eine besonders günstige Folge von Schaltstellungen kann nunmehr dadurch aufgebaut werden, dass man axial aufeinander folgende Schaltstellungen wie folgt wählt:
Schaltstellung I: Pumpen-Modus (OPA), Verstellung nach spät, Fig. 5, 6
Schaltstellung II: Moment-Modus (CTA), Verstellung nach früh, Fig 19, 20 Schaltstellung III: Gesperrte Verstellung Fig. 9, 10
Schaltstellung IV: Moment-Modus (CTA), Verstellung nach spät, Fig 17, 18 Schaltstellung V: Pumpenmodus (OPA), Verstellung nach früh, Fig 7, 8
Somit ist es möglich, je nach Vorliegen entweder eines dominierenden Drucks der Pumpe P oder von dominierenden Nockenwellenmomenten für die Nockenwellenverstellung entweder einen Pumpen-Modus oder einen Moment- Modus einzustellen. In Figur 21 ist für diese Folge von Schaltstellungen wieder dargestellt, wie der Durchfluss von Druckmittel an den jeweiligen Steuerkanten, also Innen- und Aussenkanten PA, PB, AT, BT sich in Abhängigkeit von der axialen Position des Ventilkolbens 27 und des Ventilgehäuses 29, also den Schaltstellungen l-V ändert.
Figur 22 zeigt für die Schaltstellungen l-V schematisch den Öffnungsgrad der Öffnungen 41 , 43 betrachtet von den jeweiligen Innenkanten PB, PA und Aus- senkanten BT, AT in Abhängigkeit der Schaltstellungen l-V und der Stellrichtung. Vollständig schraffierte Felder entsprechen einer vollständig gesperrten Öffnung 41 , 43, vollständig weiße Felder entsprechen einer vollständig geöffneten Öffnung 41 , 43 und teilweise schraffierte Felder entsprechen einer teilweise gesperrten Öffnung 41 , 43.
Die bisherigen Darstellungen und Beispiele bezogen sich auf eine Variante, die insbesondere als sogenannte Zentralventilausführung geeignet ist, d.h. ein Steuerventil zur Steuerung der Zu- und Abfuhr von Druckmittel zu den Teil- kammern ist zentral in einer Nockenwelle angeordnet. Im folgenden wird eine Variante dargestellt, bei der das Steuerventil außerhalb der Nockenwelle angeordnet ist und mit einem Drehübertrager zusammenwirkt, welcher zusammen mit dem Steuerventil und der Nockenwelle eine Steuereinrichtung 20 zur Steu- erung der Zu- und Abfuhr von Druckmittel zu den Teilkammern steuert. Hierbei übernimmt der Drehübertrager die Funktion der Anpassung an die jeweiligen Nockenwellenmomente, während durch das Steuerventil die Einstellung für eine Frühverstellung, Spätverstellung oder Halten eingestellt wird. Dies kann z.B. über folgende Ausführungen realisiert werden:
Figur 23 zeigt einen Ventilkolben 29, welcher aus einer Innenhülse 103 und einer Außenhülse 105 aufgebaut ist. Die Innenhülse 103 weist radial auswärts eine Öffnungsabdeckung 51 auf, welche eine Oberfläche bildet, die im montierten Zustand an die Innenseite der Außenhülse 105 grenzt. Die Öffnungsabde- ckung 51 ist unterbrochen von Ausnehmungen 106. In die Ausnehmungen 106 münden Zulauföffnungen 103P für die Zuführung von Druckmittel zu einer Verriegelungseinrichtung 121 bzw. zur Verbindung der Teilkammern A,B in einem Moment-Modus. In der Öffnungsabdeckung 51 sind erste Ablauföffnungen 103A und zweite Ablauföffnungen 103B angeordnet, die durch die Innenhülse 103 hindurch in das hohle Innere der Innenhülse 103 führen. Weiterhin führen Verriegelungsöffnungen 123 durch die Innenhülse 103 hindurch.
An einem axialen Ende, welches im montierten Zustand zu einem Magnet 21 gerichtet ist, ist an der Innenhülse 103 eine Verdrehsicherung 25 als ein axialer Fortsatz gebildet. Durch einen Eingriff der Verdrehsicherung 25 in eine Ver- drehsicherungsaufnahme 153 (s. Figur 34) wird die Innenhülse 103 gegen ein Verdrehen fixiert. Eine Montagenase 145 dient im Eingriff mit einer Montage- ausnehmung 147 an der Außenhülse 105 zu einer Fixierung der Winkellage der Innenhülse 103 relativ zur Außenhülse 105. Nach erfolgter Montage wird diese Fixierung freigegeben, so dass die Außenhülse 105 relativ zur Innenhülse 103 drehbar ist (s. Figur 34). Die Außenhülse 105 weist erste Öffnungen 41 auf, welche mit den ersten Teilkammern A kommunizieren und zweite Öffnungen 43, welche mit den zweiten Teilkammern B kommunizieren, weiterhin sind Vernegelungsfenster 129 in der Außenhülse vorgesehen, durch die die Zufuhr von Druckmittel zu einer Verriegelungsvorrichtung 121 steuerbar ist, wie später erläutert wird.
In Figur 24 ist in einem Längsschnitt der montierte Zustand erläutert. Eine Ver- riegelungsvorrichtung 121 im Nockenwellenversteller 1 1 umfasst einen Verriegelungspin 122, eine Verriegelungsfeder 124, eine Verriegelungsführung 126 und eine im Stator 65 gebildete Verriegelungskulisse 127. Ohne Druck drückt die auf der Verriegelungsführung 126 angeordnete Verriegelungsfeder 124 den Verriegelungspin 122 in die Verriegelungskulisse 127, wodurch eine Verstel- lung gesperrt ist. Wird über eine Verriegelungszuleitung 125 Druckmittel zum Verriegelungspin 122 geleitet, so drückt dieses den Verriegelungspin 122 gegen die Verriegelungsfeder 124 zurück und eine Verstellung wird freigegeben. Nach einem Motorstart ist zunächst noch kein ausreichender Druck vorhanden. Eine Verriegelung soll daher bestehen bleiben, da es sonst zu einem Klappern des Verstellers 1 1 käme. Unter Umständen kann aber z.B. eine Luftsäule bereits zu einem unerwünschten Entriegeln des Verriegelungspins 122 führen. Um also eine ungewollte Entriegelung zu unterbinden, wird weiter unten beschrieben, wie eine Entriegelung bis zu einem erstmaligen Verstellen Richtung früh verhindert wird.
Ein Magnet 21 dient zur axialen Verstellung eines Ventilkolbens 27 in axialer Richtung, in der Figur nach rechts. Eine Rückstellung erfolgt mittels einer Rückstellfeder 31 . Die Rückstellfeder 31 stützt sich in einer Lagerungshülse 135 ab, die auf der Gegenseite selbst durch eine Lagerungsfeder 131 abge- stützt ist. In der Lagerungsfeder 131 wird ein Lagerungskolben 133 gehalten. Dieser liegt mit einem flachen Kopf an einem Lagerungsstift 137 an, welcher wiederum in die Nockenwelle 35 eingeschraubt ist. Im Betrieb ist der Ventilkolben 27, seine Rückstellfeder 31 , die Lagerungshülse 135, die Lagerungsfeder 131 und der Lagerungskolben 133 drehfixiert, während sich der Lagerungsstift 137 mit der Nockenwelle 35 dreht. Der Lagerungsstift 137 weist einen gerundeten Kopf auf, an dem der Lagerungskolben 133 anliegt. Hierdurch ergibt sich ein etwa punktförmiger Kontakt mit geringer Reibung. Der Lagerungsstift 137 fixiert auch ein als Blechlasche ausgeführtes Rückschlagventil 139, durch das eine Versorgungsöffnung 141 verschließbar ist, durch die Druckmittel zuführbar ist.
Der Ventilkolben 27 weist durch zwei radiale Vorsprünge gebildete Steuerkan- ten KAT, KPA, KBT, KPB auf, durch die im Wesentlichen der Ab- und Zulauf zu den Teilkammern A,B regelbar ist. Zwei weitere radiale Vorsprünge ergeben die Steuerkanten V1 , V2, P1 , P2. Gegenüber Ventilausführungen im Stand der Technik, durch die eine konventionelle hydraulische Steuerung einer Nockenwellenverstellung erfolgt, weist die vorliegende Ausführung insbesondere die Besonderheit der zusätzlichen Steuerkanten P1 , P2, und V1 , V2 auf, wobei letztere zur Versorgung der Verriegelungsvorrichtung 121 dienen. Im Zusammenwirken mit den ersten und zweiten Öffnungen 41 , 43 in der Nockenwelle 35 und der Öffnungsabdeckung 51 können nunmehr verschiedene Schaltstellungen in Abhängigkeit vom Motorbetriebszustand, insbesondere vom Motoröl- druck und Stärke der Nockenwellenmomente eingestellt werden. Dies wird in den folgenden Figuren näher erläutert.
Entsprechen der Darstellung in den Figuren 4 - 14 sind in den Figuren 25 - 35 die verschiedenen Schaltstellungen für den Pumpen- oder Moment-Modus, bei Spätverstellung, Frühverstellung und beim jeweiligen Auftreten eines Spätoder Früh-Drehmomentes gezeigt. Im oberen Bereich ist der Längsschnitt aus Figur 24 dargestellt. Der Ventilkolben 27 des Steuerventils 101 wird in seiner axialen Lage durch einen Magneten 21 bestimmt. Eine Prozentangabe zeigt hier den Grad der Bestromung des Elektromagneten 21 und damit den Grad einer axialen Verschiebung des Ventilkolbens 27. Es sind im Folgenden 5 Schaltstellungen dargestellt, bei 100%, 75%, 50%, 25% und 0% Bestromung. Natürlich können hier auch andere Werte für die Bestromung möglich sein. Unter dem Längsschnitt sind links schematisch Stator 63 und Rotor 65 eines Nockenwellenverstellers 1 1 mit Teilkammern A, B wie schon in früheren Figu- ren abgebildet. Darunter sind die Innenhülse 103 und Außenhülse 105 schematisch in Umfangsrichtung abgewickelter Form dargestellt, so dass die Überlappung der Öffnungsabdeckung 51 mit den ersten und zweiten Öffnungen 41 ,43 erkennbar wird. Dazu in synchroner Darstellung ist rechts davon der Ver- lauf der Nockenwellenmomente und ihre Ausrichtung nach früh oder spät abgebildet.
Figur 25 zeigt nun eine erste Schaltstellung bei 0% Bestromung des Elektro- magneten 21 und damit bei einer ersten axialen Position des Ventilkolbens 27. Diese Schaltstellung entspricht einer Verstellung in Richtung spät, wobei entsprechend der relativen Drehlage des Drehübertragers 103 und der Nockenwelle 35 eine Winkelstellung für ein Nockenwellenmoment nach spät eingestellt ist. Die gestrichelt und gepunktet dargestellten Linien zeigen schematisch die Flussrichtungen des Druckmittels. Druckmittel gelangt über die Aussparungen 106 in der Innenhülse 103 über die zweiten Öffnungen 43 in die zweite Teilkammer B. Gleichzeitig wird Druckmittel über die Ablauföffnung 103A für die ersten Teilkammer A über die ersten Öffnungen 41 zum Tank ausgeleitet. Die Querschnitte der freigegebenen Öffnungen sind dabei groß, das heißt es ergibt sich eine starke Entdrosselung. Dies verhindert einerseits ein schädliches Luftansaugen und ermöglicht andererseits eine schnelle Verstellung. In Figur 26 ist das entsprechende Bild wie in Figur 24 gezeigt, nur hat sich die Drehlage der Nockenwelle 35 jetzt so geändert, das ein Früh-Drehmoment auftritt. Anders als das Spät-Drehmoment, welches in Figur 24 die Verstellrichtung nach spät unterstützt, führt das Frühdrehmoment zu einer der gewünschten Verstellung entgegen gerichteten Kraft und somit zu einer Verzögerung. Dies wird dadurch unterbunden, das der Ablauf aus der zweiten Teilkammer B jetzt verschlossen ist und somit keine Verstellung erfolgen kann, da kein Druckmittel aus der Teilkammer B verdrängbar ist.
Die Schaltstellung der Figuren 24 und 25 entspricht also einer Spätverstellung und zwar im Pumpen-Modus, da überwiegend der Druck des von einer Pumpe P gelieferten Druckmittels zur Verstellung genutzt wird. Sollte nun aber ein Betriebszustand vorliegen, in dem der Druck niedrig ist und für eine schnelle Verstellung nicht ausreicht, so kann der Ventilkolben 27 in seine nächste axiale Stellung bewegt werden, in der der Moment-Modus für eine Verstellung nach spät eingestellt ist. Dies wird anhand der Figuren 27 und 28 erläutert. Die Figuren 27 und 28 zeigen ein den Figuren 25 und 26 entsprechendes Bild, wobei nunmehr der Elektromagnet zu 25% bestromt ist und der Ventilkolben 27 somit in Richtung weg vom Magneten 21 eine neue axiale Schaltstellung einnimmt. Diese Schaltstellung bewirkt ebenfalls eine Spätverstellung. Nunmehr ergibt sich aber bei Auftreten eines Spät-Drehmomentes eine Verbindung der Teilkammern A,B, so dass durch das Spät-Drehmoment Druck in der ersten Teilkammer A aufgebaut wird, wodurch Druckmittel von der ersten Teilkammer A in die zweite Teilkammer B geschoben wird. Dies führt zu der gewünschten Verstellung. Bei Auftreten eines Früh-Drehmomentes ist aber wiederum der Ablauf aus der zweiten Teilkammer B gesperrt, so dass keine Verstellung erfolgen kann. Figur 28 zeigt hierzu ein der Figur 27 entsprechendes Bild, jetzt aber bei Auftreten eines Früh-Drehmomentes.
In Figur 29 ist eine Schaltstellung bei 50% Bestromung des Elektromagneten 21 abgebildet. In dieser Schaltstellung wird die Winkellage der Nockenwelle 35 gehalten, d.h. es erfolgt keine Verstellung. Dies wird dadurch erreicht, dass bei Auftreten eines Spät-Drehmomentes ein Ablauf aus der ersten Teilkammer A gesperrt ist, wie in Figur 29 dargestellt. Bei Auftreten eines Früh- Drehmomentes, nicht dargestellt, würden die ersten und zweiten Öffnungen 41 , 43 wieder so zu liegen kommen, dass ein Ablauf aus der zweiten Teilkammer B gesperrt wäre, so dass auch in diesem Fall keine Verstellung möglich ist.
Entsprechend zu den Figuren 25-28 ist bei einer Schaltstellung von 75% Bestromung ein Moment-Modus für eine Früh-Verstellung und bei einer Schalt- Stellung von 0% ein Pumpen-Modus für eine Früh-Verstellung einstellbar, mit entsprechend vertauschter Freigabe oder Sperrung der Öffnungen. Dies ist in den Figuren 30-33 dargestellt. Durch einfache Wahl der axialen Lage des Ventilkolbens 27 ist es somit erstmals möglich, abhängig vom Betriebszustand des Verbrennungsmotors einen Pumpen-Modus oder einen Moment-Modus einzu- stellen, das heißt ein OPA-Verfahren oder ein CTA Verfahren für die Verstellung zu wählen. Durch diese Anpassbarkeit wird somit insgesamt eine besonders schnelle Verstellung erreicht. Hinzu kommt die jeweils starke Entdrosse- lung, die ebenfalls eine schnelle Verstellung gewährleistet und zusätzlich ein Luftansaugen unterbindet.
Aus den Figuren 25-33 ist weiterhin erkennbar, dass der Verriegelungseinrich- tung 121 erstmals Druckmittel zugeführt wird, wenn eine Verstellung nach früh erfolgt. Bei einem verriegelten Zustand, also etwa nach einem Kaltstart des Motors, bedeutet dies, dass die Verriegelungseinrichtung 121 bis zur ersten Frühverstellung eingeriegelt bleibt. Bewirkt wird dies durch die entsprechende Schaltung der Verriegelungszuleitung 125 mit der Verriegelungsöffnung 123. In Schaltstellungen nach spät und auch in der verstellfreien Mittelstellung bleibt die Verriegelungszuleitung über die Verriegelungsöffnung 123 entweder drucklos zum Tank entlüftet oder ganz abgesperrt. Erst in einer Schaltstellung nach früh, siehe Figur 30, wird der Verriegelungspin 122 über Zuleitung von Druckmittel über die Verriegelungsöffnung 123 und die Verriegelungszuleitung 125 unter Druck gesetzt und entriegelt. Im normalen Betriebszustand bleibt der Verriegelungspin 122 entriegelt, da die Verriegelungskulisse 127 nicht mit dem Verriegelungspin 122 korrespondiert.
Die fünf axialen Schaltstellungen und die Nockenwellenmomentabhängige Drehstellung lassen sich in einem hydraulischen Schaltbild zusammen fassen, welches in Figur 35 gezeigt ist. Schematisch ist das Steuerventil 101 gezeigt, mit der axialen Stellung des Ventilkolbens 27 einerseits und der zwei relativen Drehstellungen D1 , D2 der Innenhülse 103 und der Außenhülse 105 andererseits. In fünf nebeneinander gesetzten Quadraten sind fünf Schaltstellungen des Ventilkolbens 27 dargestellt, entsprechend den verschiedenen Bestromun- gen des Magneten 21 . Die Öffnungen zur Pumpe P, und Abfluss zum Tank T stehen fest und können durch die verschiedenen Verbindungen, als Pfeil dargestellt, bzw. Verschlüsse, grafisch „T"-förmig dargestellt, belegt werden, indem das entsprechende Quadrat der gewünschten Schaltstellung zu den An- Schlüssen bewegt wird. Die Kopplung zu den Nockenwellenmomenten wird durch eine Führung eines Führungsstiftes 157 in einer rechteckwellenförmigen Führungsnut 159 verbildlicht und der Führungsstift 157 aktiviert je nach Auftreten eines Früh-Drehmomentes oder Spät-Drehmomentes die erste oder zweite Drehstellung D1 , D2. Führungsstift 157 und Führungsnut 159 sind also nur fiktiv zur Veranschaulichung. Die zwei Drehstellungen D1 , D2 sind in zwei nebeneinander liegenden Rechtecken dargestellt und zu einer axialen Verschiebung transformiert, um die Schaltungslogik besser abbilden zu können. Auch hier zeigen dann Pfeile die jeweils miteinander verbundenen Anschlüsse. Das Bild zeigt also gerade ein Auftreten eines Früh-Drehmomentes (Führungsstift 157 in einem rechts laufenden Nutteil der Führungsnut 159) und eine Spätverstellung im Pumpen-Modus. Die zweite Teilkammer B ist für einen Ablauf gesperrt, es wird also nicht verstellt. Mit Auftreten eines Spät-Drehmomentes würde die Drehstellung D2 aktiviert, wodurch Druck auf die zweite Teilkammer B gegeben wird und gleichzeitig die erste Teilkammer A zum Tank geöffnet ist. Es erfolgt dann eine Verstellung nach spät.
Bezugszeichen
1 Verbrennungsmotor
2 Kurbelwelle
3 Kolben
4 Zylinder
5 Zugmitteltrieb
6 Einlassnockenwelle
7 Auslassnockenwelle
8 Nocken
9 Einlassgaswechselventil
10 Auslassgaswechselventil
1 1 Nockenwellenversteller
12 Zylinderventil
20 Steuereinrichtung
21 Magnet
23 Magnetkolben
25 Verdrehsicherung
27 Ventilkolben
29 Ventilgehäuse
31 Rückstellfeder
33 Axiallagerung
35 Nockenwelle
41 erste Öffnungen
43 zweite Öffnungen
45 dritte Öffnungen
51 Öffnungsabdeckung
51A erste Teilabdeckung
51 B zweite Teilabdeckung
52 Kronenzacken
53 Ventilkolbenoberfläche
63 Stator 65 Rotor
67 Flügel
69 Druckkammer
71 erster Ölkanal
73 zweiter Ölkanal
101 Steuerventil
103 Innenhülse
103P Zulauföffnungen
103A Ablauföffnung erste Teilkammer
103B Ablauföffnung zweite Teilkammer
105 Außenhülse
106 Aussparungen
121 Verriegelungsmechanismus
122 Verriegelungspin
123 Verriegelungsöffnung
24 Verriegelungsfeder
125 Verriegelungszuleitung
126 Verriegelungsführung
127 Verriegelungskulisse
129 Verriegelungsfenster
131 Lagerungsfeder
133 Lagerungskolben
35 Lagerungshülse
137 Lagerungsstift
139 Rückschlagventil
141 Versorgungsöffnung
145 Montagenase
147 Montageausnehmung
149 Montagering
151 Langloch
153 Verdrehsicherungsaufnahme
157 Führungsstift
159 Führungsnut A erste Teilkammer
B zweite Teilkammer
P Druckmittelpumpe
T Tank
PA Innenrand der zweiten Teilabdeckung 51 B PB Innenrand der ersten Teilabdeckung 51A AT Außenrand der zweiten Teilabdeckung 51 B BT Außenrand der ersten Teilabdeckung 51 A P1 , P2 Pumpen-Steuerkanten
V1 , V2 Verriegelungs-Steuerkanten
KAT, KPA, KBT, KBA Teilkammer-Steuerkanten D1 . D2 Drehstellungen

Claims

Patentansprüche
1 . Nockenwellenversteller 1 1 für eine Nockenwelle 35, durch die Zylinder- ventile 12 eines Verbrennungsmotors betätigt werden, wobei durch die Nockenwelle 35 bei auflaufenden Nocken Spät-Drehmomente in Richtung später Zylinderventilöffnungszeiten und bei ablaufenden Nocken entgegen gesetzte Früh-Drehmomente in Richtung früher Zylinderventilöffnungszeiten auf den Nockenwellenversteller 1 1 zurückwirken,
« mit einer Druckkammer 69 und einem in der Druckkammer 69 angeordnetem Verstell mittel 67,
• wobei das Verstellmittel 67 die Druckkammer 69 in eine erste Teilkammer A und eine zweite Teilkammer B unterteilt,
• wobei der ersten und der zweiten Teilkammer B Druckmittel zuführbar bzw. aus der ersten Teilkammer A und zweiten Teilkammer B Druckmittel abführbar ist,
• so dass durch einen Druckunterschied zwischen der ersten Teilkammer A und zweiten Teilkammer B das Verstellmittel 67 bewegbar ist, wodurch sich eine Verdrehung der Nockenwelle 35 ergibt,
· wobei sich bei einem höheren Druck in der ersten Teilkammer A eine Verdrehung der Nockenwelle 35 in Richtung auf frühe Zylinderventilöffnungszeiten und bei einem höheren Druck in der zweiten Teilkammer B eine Verdrehung der Nockenwelle 35 in Richtung auf späte Zylinderventilöffnungszeiten ergibt
· und wobei die Zu- und Abfuhr von Druckmittel durch eine Steuereinrichtung 20 steuerbar ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
• mittels der Steuereinrichtung 20 wahlweise ein Moment-Modus oder ein Pumpen-Modus einstellbar ist,
· wobei im Moment-Modus überwiegend Nockenwellenmomente zum Druckaufbau in der ersten Teilkammer A oder in der zweiten Teilkammer B genutzt werden, • während im Pumpen-Modus der Druckaufbau in der ersten Teilkammer A oder in der zweiten Teilkammer B überwiegend mittels von einer Druckmittelpumpe P zur Verfügung gestellten Druckmittels erfolgt.
Nockenwellenversteller 1 1 nach Anspruch 1 , bei dem die Steuereinrichtung 20 ein zentral in der Nockenwelle 35 positioniertes Steuerventil 101 aufweist, mit einem Ventilkolben 27, welcher in einem Ventilgehäuse 29 führbar ist, wobei das Ventilgehäuse 29 eine Innenhülse 103 und eine radial außerhalb der Innenhülse 103 und diese einschließend eine Außenhülse 105 aufweist, wobei die Innenhülse 103 durch eine Verdrehsicherung 25 gegen eine Drehbewegung fixiert ist, während die Außenhülse 105 drehbar ist.
Nockenwellenversteller 1 1 nach Anspruch 2, bei dem auf der Außenseite der Innenhülse 103 eine Öffnungsabdeckung 51 gebildet ist und in der Außenhülse 105 erste Öffnungen 41 , welche mit der ersten Teilkammer A kommunizieren und zweite Öffnungen 43, welche mit der zweiten Teilkammer B kommunizieren, gebildet sind, wobei durch die Öffnungsabdeckung 51 je nach Drehwinkellage der Innenhülse 103 zur Außenhülse 105 die ersten Öffnungen 41 und zweiten Öffnungen 43 freigegeben oder versperrt sind.
Nockenwellenversteller 1 1 nach Anspruch 2, bei dem der Pumpen-Modus oder der Moment-Modus durch eine axiale Verschiebung des Ventilkolbens 27 einstellbar ist.
Nockenwellenversteller 1 1 nach Anspruch 4, bei dem der Ventilkolben 27 durch einen Elektromagneten 21 axial verschieblich ist, wobei der Elektromagnet 21 den Ventilkolben gegen eine Rückstellfeder 31 drückt, durch die der Ventilkolben 27 rückstellbar ist, wobei die Rückstellfeder 31 sich in einer Lagerungshülse 135 abstützt und wobei gleichzeitig eine Lagerungsfeder 131 vorgesehen ist, welche sich gegenüber von der Rückstellfeder 31 einerseits in der Lagerhülse 135 und andererseits an der Nockenwelle 35 abstützt.
Nockenwellenversteller 1 1 nach Anspruch 5, bei dem die Lagerungsfeder 131 einen Lagerungskolben 133 trägt, welcher sich an einem mit der Nockenwelle 35 verbundenen Lagerungsstift 137 etwa punktförmig abstützt.
Nockenwellenversteller 1 1 nach Anspruch 2, bei dem für die relative axiale Lage des Ventilkolbens 27 fünf Schaltstellungen einstellbar sind, wobei
• in einer ersten Lage der Pumpenmodus für eine Verstellung der Nockenwelle 35 nach späten Zylinderventilöffnungszeiten eingestellt ist,
• in der zweiten, axial folgenden Schaltstellung der Moment-Modus für eine Verstellung der Nockenwelle 35 nach späten Zylinderventilöffnungszeiten eingestellt ist,
• in der dritten, axial folgenden Schaltstellung eine Nockenwellenverstellung gesperrt ist,
• in der vierten, axial folgenden Schaltstellung der Moment-Modus für eine Verstellung der Nockenwelle 35 nach frühen Zylinderventilöffnungs- zeiten eingestellt ist und
• in der fünften, axial folgenden Schaltstellung der Pumpen-Modus für eine Verstellung der Nockenwelle 35 nach frühen Zylinderventilöffnungszeiten eingestellt ist.
Nockenwellenversteller 1 1 nach Anspruch 4, bei dem ein Verriegelungsmechanismus 121 vorgesehen ist, durch den der Nockenwellenversteller 1 1 mechanisch in einer Verriegelungsposition gegen ein Verstellen gesperrt wird, wobei der Verriegelungsmechanismus 121 mittels des Druckmittels hydraulisch entriegelbar ist und wobei ein Zulauf von Druckmittel zum Verriegelungsmechanismus 121 so geschaltet ist, dass erst in einer axialen Schaltstellung des Ventilkolbens 27, die einer Verstellung nach frühen Zylinderventilöffnungszeiten entspricht, der Verriegelungsmechanismus 121 entriegelt.
9. Nockenwellenversteller 1 1 nach Anspruch 5, bei dem bei einer Montage des Steuerventils 101 in der Nockenwelle 35 die Innenhülse 103 und die Außenhülse 105 gegeneinander so verschoben werden, dass eine drehfeste Verbindung zwischen Innenhülse 103 und Außenhülse 105 gelöst wird.
10. Nockenwellenversteller 1 1 nach Anspruch 9, bei dem die Verdrehsicherung 25 in eine Aussparung des Elektromagneten 21 eingreift, wobei durch die Montage des Elektromagneten 21 die Innenhülse 103 gegenüber der Außenhülse 105 axial verschiebbar ist.
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