EP2504534A1 - Vorrichtung zur variablen einstellung der steuerzeiten von gaswechselventilen einer brennkaftmaschine - Google Patents

Vorrichtung zur variablen einstellung der steuerzeiten von gaswechselventilen einer brennkaftmaschine

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EP2504534A1
EP2504534A1 EP10781511A EP10781511A EP2504534A1 EP 2504534 A1 EP2504534 A1 EP 2504534A1 EP 10781511 A EP10781511 A EP 10781511A EP 10781511 A EP10781511 A EP 10781511A EP 2504534 A1 EP2504534 A1 EP 2504534A1
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EP
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camshaft
chamber
sub
pressure
openings
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Gerhard Scheidig
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Schaeffler Technologies AG and Co KG
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Publication date
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    • F01L2001/34426—Oil control valves
    • F01L2001/34433—Location oil control valves

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 comprises a control valve and a rotary transformer arranged on the camshaft, wherein pressure medium via the control valve and the rotary transformer through first openings in the camshaft to the first sub-chamber and second openings in the camshaft to the second sub-chamber can be conducted or discharged, wherein a Opening cover is arranged in the rotary transformer so that depending on the rotation angle of the camshaft, the first openings and second openings are enabled or blocked.
  • the supply and discharge of pressure medium to and from the sub-chambers is accomplished by means of a control valve, a downstream rotary transformer and openings or oil passages in the camshaft.
  • the supply and removal of pressure medium is dependent on a rotation angle of the camshaft. This in turn corresponds to the camshaft moments, so that an inflow and outflow of pressure fluid can be synchronized with the respective camshaft torques depending on the desired adjustment direction.
  • the opening cover in the rotary transformer releases the first or second openings corresponding respectively to the partial chamber to be actuated.
  • the first and second openings need not be 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 be expected, which rotates with the camshaft.
  • the opening cover may be an inside of a cylinder comprising the camshaft, the recesses being e.g. are formed by grooves.
  • a groove corresponding to the first and second openings are provided and a further groove for the inlet of pressure medium.
  • the grooves then extend in the circumferential direction along a pitch circle, preferably approximately along a quarter circle in a four-cylinder engine.
  • the opening cover is formed by the inside of a bearing shell, in which the camshaft is mounted, wherein the opening cover is interrupted by recesses so that in the area the recesses, the first openings and second openings are released while they are locked in the region of the opening cover.
  • 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 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, the flow of pressure fluid from the the first sub-chamber or the second sub-chamber via partial chamber openings in the valve housing is adjustable.
  • the concept is pursued to effect an adjustment by controlling the flow of pressure medium.
  • Pressure medium is supplied to the sub-chambers via the pump opening in the valve housing, wherein, 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, in the second, axially following switching position, the torque mode is set for an adjustment of the camshaft after late cylinder valve opening times,
  • a locking mechanism is provided, by means of which the camshaft adjuster is mechanically locked in a locking position against displacement, wherein the locking mechanism is hydraulically unlockable by means of the pressure medium and wherein an inlet of pressure medium to the locking mechanism is switched so that only in an axial Switching position of the valve piston, which corresponds to an adjustment after early cylinder valve opening times, the locking device unlocked.
  • a locking of a camshaft adjuster is required in particular when the engine is switched off, so that when the engine is restarted, if there is still insufficient oil pressure in the adjuster, there is no rattling impact on the engine freely movable adjuster element 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 is pushed back against a spring and the adjuster is thus unlocked.
  • a separate inlet of pressure medium to the locking device is switched so that during a state of a position corresponding to a late position, no pressure medium passes through the control valve to the locking pin.
  • a pressure pulse for example by air, which is inserted by the penetrating pressure medium. Since the basic position is set to late, the adjuster must be unlocked only when the rotational position of the camshaft is to be changed, ie in an adjustment to early. For this purpose, the valve piston is moved axially from the basic position.
  • the inlet preferably corresponds with locking openings in the camshaft, which are arranged in the axial direction at the same height as the second openings but spaced apart in the circumferential direction to the second openings, can now be achieved that the inlet only in a switching position Released early and thus pressure medium reaches the locking pin.
  • two locking openings are arranged in the circumferential direction between each two second openings.
  • FIG. 2 shows a schematic representation of a control valve
  • FIG. 3 shows a valve piston and a valve housing
  • FIG. 4 shows a representation of the camshaft torques as a function of time
  • Fig. 5-14 is a schematic representation of the various switching positions in OPA method
  • FIG. 15 a representation of the change of 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
  • FIGS. 17-20 a schematic representation of the various switching positions in CTA methods.
  • 21 shows a representation of the change in the flow rates at different control edges as a function of the switching position in the CTA method
  • Figure 22 is an illustration of the opening of the control edges as a function of the switching position in the CTA method
  • Figure 23 shows a first variant control device with rotary transformer, control valve and camshaft
  • Figure 24-28 is a schematic representation of the control of pressure medium as a function of the camshaft torque by means of rotary transformer, camshaft and control valve in the first variant Figure 29-29c, a second variant control device with rotary transformer, control valve and camshaft with a locking mechanism
  • Figure 30-35 is a schematic representation of the control of pressure medium in
  • FIG. 36 A schematic hydraulic circuit diagram for the five switching positions Detailed description of the drawings
  • an internal combustion engine 1 is sketched, wherein a seated on a crankshaft 2 piston 3 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 of the timing of gas exchange valves 9,10 an internal combustion engine 1 for a relative rotation between 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.
  • 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 restoring spring 31 acts on the valve piston 27.
  • the restoring spring 31 is mounted via an axial bearing 33, designed as a roller 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.
  • An anti-rotation device 25 connects the magnetic piston 23 with the valve piston 27 so that it can not rotate.
  • an axial movement takes place through the valve housing 29 and a rotational movement through the valve piston 27 with a correspondingly changed environmental configuration.
  • 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.
  • 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 are crown-like, 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.
  • the in each case axially directed to the center of the surface 53 inner edge PB, PA of the partial covers 51 A, 51 B is serrated jagged.
  • a crown 52 of a partial cover 51 A, 51 B is oriented in the circumferential direction so that it is between two crowns 52 is the other part of the cover 51 B, 51 A, but with an axial distance between the inner edges PB, PA is.
  • 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.
  • Figure 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 following from the friction of the camshaft, at the same speed constant torque is not considered here.
  • Camshaft moments greater than zero correspond to a moment in the direction of an early adjustment, i. in a direction where there is an earlier opening of the cylinder valves 12.
  • Camshaft moments less than zero correspond to a moment in the direction of a late adjustment, i. in a direction in which there is a later opening of the cylinder valves 12.
  • the camshaft torques have an approximately sinusoidal course depending on the rotational position of the camshaft. At fixed angular positions, premature torques occur alternately 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.
  • Also shown schematically are the first openings 41 and the second openings 43, as they 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 diegelzellenversteller and has a plurality of pressure chambers, Detailkam- men, 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 part of the cover 51 A little, while the second openings 43 are wide open to the pressure supply from the pump P.
  • 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 lenmomente are only supportive, is realized by the axial position of the valve piston 27 shown.
  • 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.
  • 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 opposing camshaft torque can still be used for adjustment.
  • the times in which oppositely acting camshaft moments occur can also be exploited for the adjustment, resulting in a quick adjustment. But if the pump power is lower than the camshaft moments, the oppositely acting moments are hidden by means of the fully closed openings 41 and 43, so that no recalculation occurs.
  • FIG. 15 shows how the flow of pressure medium at the respective inner and outer edges PA, PB, BT, AT changes as a function of the switching position. Shown here are gradients at times with a Camshaft torque to early and solid at camshaft speeds to late.
  • the line for the inner edge of the first partial cover 51A, PB is explained:
  • 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 a flow control from the first sub-chamber A adjust.
  • the first partial cover 51A completely blocks the first openings 41. Oil can thus not escape from the second sub-chamber B and there is no adjustment. The complete shut-off prevents a return swing. About fully open second openings 43 and thus greatly de-throttled pump pumped P neutral neutral oil in the first sub-chamber A. This prevents air suction.
  • FIGS. 19 and 20 show the settings corresponding to FIGS. 18 and 19, only for the reverse direction of adjustment in advance.
  • Switch position I pump mode (OPA), adjustment to late
  • FIGS. 5, 6 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), adjustment to late, FIGS. 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
  • Switch 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 IV the opening degree of the openings 41, 43 viewed from the respective inner edges PB, PA and outer edges BT, AT as a function of the switching positions IV and the actuating direction.
  • Fully hatched fields correspond to a completely blocked opening 41, 43
  • completely white fields correspond to a fully opened opening 41, 43
  • partially hatched areas correspond to a partially blocked opening 41, 43.
  • the previous illustrations and examples related to a variant, in particular as So-called central valve design is suitable, ie a control valve for controlling the supply and removal of pressure medium to the sub-chambers is arranged centrally in a camshaft.
  • FIG. 23 shows, in a split state, a camshaft 35 and a rotary transformer designed as a bearing shell for the camshaft 35 in a perspective view.
  • a control valve 101 is shown in a longitudinal section.
  • the camshaft 35 has concentric inner channels which, as indicated, correspond once to the first sub-chamber A and once to the second sub-chamber B.
  • To the inner channels lead through the camshaft wall from the outside first openings 41, which correspond to the first sub-chamber A and second openings 43, which correspond to the second sub-chamber B.
  • the rotary transformer 103 encloses the camshaft 35 in the region of the dashed lines.
  • an opening cover 51 is arranged, which forms an interrupted, radially inner bearing surface. It is interrupted by recesses 105.
  • the opening cover 51 could for example be milled or be formed by an example soldered insert.
  • the first openings 41 and second openings 43 are now covered or released by the opening cover 51. Since the rotational position of the camshaft 35 is synchronous with the camshaft moments, thereby an inflow or outflow of pressure medium through the first openings 41 and second openings 43 and thus the inflow and outflow of pressure medium in the sub-chambers A, B in response to the acting camshaft torque be set.
  • control valve 101 in a longitudinal section clarifies the assignment to a pump opening 109P and partial chamber openings 109A, 109B in the valve housing 29. These openings are released or closed by the valve housing 29, axially displaceable valve piston 27 and that via the control edges KAT, KPA, KBT, KPB at the sub-chamber openings 109A, 109B and over the control edges P1, P2, P3, P4 at the pump opening 109P.
  • These control edges are formed by projections or noses on a cylindrical surface of the valve piston 27, wherein each have a projection or nose a pair of control edges.
  • FIGS. 24-28 show, for the variant of the rotary transformer 103 shown in FIG. 23, a schematic representation of the control of pressure medium as a function of the camshaft torque by means of a rotary transformer, camshaft and control valve.
  • control valve 101 is again shown in a longitudinal section.
  • 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 and rotor of a camshaft adjuster 1 1 with subchambers A, B are illustrated schematically on the left under the control valve 101, as shown in earlier figures.
  • FIG. 24 now shows a first switching position at 100% 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, wherein is set according to the relative rotational position of the rotary transformer 103 and the camshaft 35, an angular position for a camshaft torque to late.
  • the dashed and dotted lines schematically show the flow directions of the pressure medium.
  • Pressure medium passes via the pump opening 109P in the valve housing 29 via the second openings 43 into the second sub-chamber B. At the same time, pressure medium is discharged from the first sub-chamber A via the first openings 41 and the sub-chamber opening 109A to the tank.
  • FIGS. 26 and 27 show an image corresponding to FIGS. 24 and 25, wherein now the electromagnet is only 75% energized and the valve piston 27 thus assumes a new axial switching position in the direction of the magnet 21. This switching position also causes a retardation. But now arises when a late-torque a connection of the sub-chambers A, B, so that by the late-torque pressure in the first sub-can A is built, whereby pressure medium is pushed from the first sub-chamber A in the second sub-chamber B, this leads to the desired adjustment. When an early torque occurs, however, the sequence from the second sub-chamber B is again blocked so that no adjustment can take place.
  • FIG. 28 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 a switching position of 0% can be set to a pump mode for an early adjustment, with correspondingly exchanged release or blocking of the openings .
  • a pump mode or a torque mode that is to say an OPA method or a CTA method for the adjustment, depending on the operating state of the internal combustion engine.
  • a particularly rapid adjustment is achieved overall.
  • FIG. 29 shows a second variant, which corresponds to the representation of FIG. 23, but the opening cover 51 is now delimited by three groove-like recesses 105.
  • a locking mechanism 121 is provided in the rotor 65 of the camshaft adjuster 1 1, which can be configured as a locking pin in a manner not shown in a locking link of the stator 63 by pressure of a spring can lock. This will an adjustment locked.
  • An unlocking is effected by a hydraulic pressure against the spring, wherein the locking mechanism 121 pressure medium is supplied.
  • This pressure medium is now supplied via a separate locking feed line 125, which corresponds to locking openings 123 in the camshaft 35.
  • the locking openings 123 are arranged in the axial direction at the same height as the second openings 43 but circumferentially spaced from the second openings 43. Furthermore, two locking openings 123 are arranged in the circumferential direction between each two second openings 43.
  • the first openings 41 and the second openings 43 are formed in this variant as axially extending slots.
  • FIGS. 30-35 show the various switching positions of the valve piston 27 and the relative orientation of the first and second openings 41, 43 and the locking openings 123 to the opening cover 51.
  • the illustration corresponds to the illustration of FIGS. 24-28, but with the described second variant of the first and second openings 41, 43 and the opening cover 51 and the additional locking mechanism 121 being depicted.
  • the second openings 43 are in this embodiment now left and the first openings 41 right.
  • Figure 30 shows a switching state with 0% current to the magnet 21, so that the valve piston 27 is set in its axial normal position. This is the case, for example, when the internal combustion engine is switched off and the subchambers A, B are not under pressure.
  • the wing 67 of the rotor 65 would have to strike in the figure on the left of the stator, ie in an adjustment maximum late.
  • the switching position corresponds to a late adjustment, wherein in Figure 30, the case of the occurrence of a late torque is shown.
  • one of the second openings 43 corresponds to one of the recesses 105, which is supplied with pressure medium from the pump P via the pump opening 109P of the valve housing 29.
  • a discharge of pressure medium from the first sub-chamber A is possible via one of the first openings 41, which corresponds to the recess 105, which is connected to the partial chamber opening A of the valve housing.
  • the pressure medium is then led to the tank via the partial chamber opening A released by the valve piston 27 in this axial position. An adjustment does not take place in spite of these settings in this case, because yes, the wing 67 is already on the late stop.
  • the locking mechanism 121 In this basic position, the locking mechanism 121 is locked, so that it does not cause a disturbing rattle at an engine start because of the then occurring camshaft moments and the lack of pressure in the sub-chambers A, B, because the wing 67 alternately strikes the stator 63 alternately left and right.
  • One of the locking openings 123 corresponds to one of the recesses 105, which corresponds to the partial chamber opening 109B of the valve housing 29. Due to the position of the valve piston 27, however, this partial chamber opening 109B is not supplied with pressure or is shut off. Thus, also a pressure increase, which after engine start e.g. occurs through an air column pushed by the oil, do not reach the locking mechanism 121. Unintentional unlocking is not possible.
  • FIG. 31 shows an image corresponding to FIG. 30, except that the rotational position of the camshaft 35 has changed and now an early torque occurs.
  • this early torque would not be able to effect an adjustment in the direction of early, since the flow from the sub-chamber B is locked. Thus, there is no return oscillation.
  • the adjustment position also remains due to the locking mechanism. The lock does not solve either, since the locking mechanism 121 remains unpressurized.
  • FIG. 32 now shows a switching position in which the valve piston 27 has moved axially in accordance with a current supply of the magnet 21 with 25% of the maximum current supplied. It is shown the case of the occurrence of a late torque.
  • This switching position corresponds to the torque mode, while the switching position discussed with reference to FIGS. 30 and 31 corresponds to the pump mode.
  • the valve piston 27 now releases a connection of the partial chamber opening 109A with the pump opening 109P.
  • the pump port 109P corresponds to the second sub-chamber B, while the sub-chamber port 109A corresponds to the first sub-chamber A.
  • FIG. 33 shows the rotational position when an early torque occurs.
  • the second sub-chamber B is blocked by the position of the valve piston 27, so that no pressure medium can be ejected. The acting on the second sub-chamber B pressure of the early torque thus does not lead to an adjustment.
  • the locking mechanism 12 Shortly after the engine start, with still unfilled sub-chamber A, B, the locking mechanism 12 is still locked and is also kept depressurized by a lock as in the 0% shift position, i. It remains locked and an adjustment remains locked.
  • FIG. 34 now shows an image corresponding to FIGS. 30-33, wherein now an axial switching position of the valve piston 27 is set at 75%. This is again an adjustment of the moment mode, but now for an adjustment towards early. It applies, with appropriate permutation, the same mechanism for adjusting the camshaft torques as described for Figures 32 and 33, to the fact that now the locking mechanism 121 receives pressure because the Detailschff- tion 109B of the valve housing 29 is now released from the valve piston 27 and thus pressure medium to the locking mechanism 121 passes. As a result, he is pushed back against his pen and unlocked. An adjustment is now possible when an early torque occurs, which is shown in Figure 35. The release of the locking mechanism 121 happens after an engine start but only when sufficient pressure is present so that it does not come to an unwanted unlocking.
  • the axial switching position at 100% current corresponds to the pump mode for an early adjustment and similar to the late-adjustment of the pump mode as described with the figures 30 and 31 functions.
  • 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 36. Schematically, the control valve 101 is shown, wherein in five juxtaposed squares, the five switching positions of the valve piston 27 are shown, the 0%, 25%, 50%, 75% and 100% energization of the magnet 21 correspond.
  • the subchamber openings 109A, 109B, pump opening 109P, and outflow to the tank T of the valve housing 29 are fixed and can be occupied by the various connections, shown as an arrow, or closures, shown as "T", by the corresponding
  • the relative rotational position of the camshaft 35 and the rotary transformer 103 are also schematically represented by an axial positional shift, wherein the coupling to the camshaft moments is imaged by guiding a guide pin 127 in a rectangular-waved guide groove 129 and the guide pin 127 activates the first or second rotational position D1, D2 depending on the occurrence of an early torque or late torque, so guide pin 127 and guide groove 129 are illustrative only and how gesa gt transformed into an axial displacement in order to better map the circuit logic.

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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 einen Drehübertrager (103), wobei durch das Steuerventil (101) die gewünschte Verstellrichtung und der Pumpen- oder Moment-Modus und durch den Drehübertrager (103) 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 Erzeugung 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 Betriebszuständen, 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 Ausnutzung 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 umfasst die Steuereinrichtung ein Steuerventil und einen an der Nockenwelle angeordneten Drehübertrager, wobei Druckmittel über das Steuerventil und den Drehübertrager durch erste Öffnungen in der Nockenwelle zur ersten Teilkammer und zweite Öffnungen in der Nockenwelle zur zweiten Teil- kammer leitbar bzw. abführbar ist, wobei eine Öffnungsabdeckung im Drehübertrager so angeordnet ist, dass abhängig vom Drehwinkel der Nockenwelle 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 eines Steuerventils, einem nachgeschalteten Drehübertrager 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 Nockenwellenmomenten, so dass ein Zu- und Ablauf von Druckmittel abhängig von der gewünschten Verstellrichtung entsprechend mit den jeweiligen Nockenwellenmomenten synchronisierbar ist. Die Öffnungsabdeckung im Drehübertrager gibt dabei je nach Auftreten der Nockenwellenmomente und gewünschter Stellrichtung die jeweils mit der anzusteuernden 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 rechnen, welches sich mit der Nockenwelle dreht. Die Öffnungsabdeckung kann eine Innenseite eines die Nockenwelle umfassenden Zylinders sein, wobei die Ausnehmungen z.B. durch Nuten gebildet sind. Vorzugsweise sind dabei jeweils eine Nut korrespondierend mit den ersten und zweiten Öffnungen vorgesehen und eine weitere Nut für den Zulauf von Druckmittel. Die Nuten erstrecken sich dann in Umfangsrichtung entlang eines Teilkreises, bevorzugt etwa entlang eines Viertelkreises bei einem Vierzylindermotor.
Vorzugsweise ist die Öffnungsabdeckung durch die Innenseite einer Lagerschale gebildet ist, in welcher die Nockenwelle gelagert ist, wobei die Öffnungsabdeckung durch Ausnehmungen so unterbrochen ist, dass im Bereich der Ausnehmungen die ersten Öffnungen und zweiten Öffnungen freigegeben sind, während sie im Bereich der Öffnungsabdeckung versperrt sind.
Weiter bevorzugt sind die ersten Öffnungen und die zweiten Öffnungen zuein- ander am Umfang in einem Winkelabstand jeweils gleich beabstandet und bezüglich der Öffnungsabdeckung phasenrichtig so angeordnet, dass eine relative Drehung des Ventilkolbens gegenüber dem Ventilgehäuse um den Winkelabstand zu einer geometrisch gleichen Anordnung führt. 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 entwe- der 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 Ab- laufes 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 Teilkammer 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 Ver- Stellung 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 Mit- telstellung, Schaltstellung drei, kann zu einer Sperrung der Verstellung genutzt werden.
Bevorzugt ist ein Verriegelungsmechanismus vorgesehen, durch den der No- ckenwellenversteller mechanisch in einer Verriegelungsposition gegen ein Ver- stellen 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 Zylinderventilöffnungszeiten 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 Verstellerelennente 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 hinreichen- den 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 Verriegelungseinrichtung so geschaltet wird, dass während eines Zustandes der einer Ver- Stellung 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. Dadurch, dass der Zulauf vorzugsweise mit Verriegelungsöffnungen in der Nockenwelle korrespondiert, welche in axialer Richtung auf der gleichen Höhe wie die zweiten Öffnungen aber in Umfangsrichtung beabstan- det zu den zweiten Öffnungen angeordnet sind, kann nun erreicht werden, das der Zulauf erst in einer Schaltposition nach früh freigegeben und damit Druckmittel zum Verriegelungspin gelangt. Weiter bevorzugt sind hierzu in Umfangsrichtung zwischen jeweils zwei zweiten Öffnungen zwei Verriegelungsöffnungen angeordnet.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und aus den Zeichnungen in denen Ausführungsbeispiele der Erfindung 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 Schaltstellungen 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 eine erste Variante Steuereinrichtung mit Drehübertrager, Steuerventil und Nockenwelle Figur 24-28 eine schematische Darstellung der Steuerung von Druckmittel in Abhängigkeit vom Nockenwellenmoment mittels Drehübertrager, Nockenwelle und Steuerventil bei der ersten Variante Figur 29-29c eine zweite Variante Steuereinrichtung mit Drehübertrager, Steuerventil und Nockenwelle mit einem Verriegelungsmechanismus
Figur 30-35 eine schematische Darstellung der Steuerung von Druckmittel in
Abhängigkeit vom Nockenwellenmoment mittels Drehübertrager, Nockenwelle und Steuerventil bei der zweiten Variante
Figur 36 Ein schematischer hydraulischer Schaltplan für die fünf Schaltstellungen Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
In Figur 1 ist eine Verbrennungsmotor 1 skizziert, wobei ein auf einer Kurbelwelle 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 Rückstell- feder 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 Verdrehsicherung 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 perspekti- vischen 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 jeweiligen 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 Kronenza- cken 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 folgendes, 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 Richtung, 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 an- geordnet 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, Teilkam- mern, 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 Teilkammer 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 Teilkammer 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 Erdrosselung 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 Nockenwel- lenmomente 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 Verfügung 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- ckenwellenmomente auftreten, für die Verstellung ausnutzbar, wodurch sich eine schnelle Verstellung ergibt. Ist aber die Pumpleistung geringer als die Nockenwellenmomente, 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 Schaltstellung ändert. Gestrichelt dargestellt sind dabei Verläufe zu Zeiten mit einem Nockenwellenmoment nach früh und durchgezogen bei Nockenwellenmonnen- ten 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 Teilkannnner A einen höheren Druck erzeugt, als in der zweiten Teilkannnner 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 No- ckenwellenverstellung 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 Aussenkanten BT, AT in Abhängigkeit der Schaltstellungen l-V und der Stellrich- tung. 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 Teilkammern ist zentral in einer Nockenwelle angeordnet. Im folgenden wird eine Variante dargestellt, bei der das Steuerventil außerhalb der Nockenwelle an- geordnet ist und mit einem Drehübertrager zusammenwirkt, welcher zusammen mit dem Steuerventil und der Nockenwelle eine Steuereinrichtung 20 zur Steuerung 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 Einstel- lung für eine Frühverstellung, Spätverstellung oder Halten eingestellt wird. Dies kann z.B. über folgende Ausführungen realisiert werden: Figur 23 zeigt in einem aufgespalteten Zustand eine Nockenwelle 35 und einen als Lagerschale für die Nockenwelle 35 ausgeführten Drehübertrager in einer perspektivischen Darstellung. Daneben ist in einem Längsschnitt ein Steuerventil 101 dargestellt. Die Nockenwelle 35 weist konzentrische Innenkanäle auf, welche wie gekennzeichnet einmal mit der ersten Teilkammer A und einmal mit der zweiten Teilkammer B korrespondieren. Zu diesen Innenkanälen führen durch die Nockenwellenwand von außen erste Öffnungen 41 , welche mit der ersten Teilkammer A korrespondieren und zweite Öffnungen 43, welche mit der zweiten Teilkammer B korrespondieren. Im eingebauten Zustand um- schließt der Drehübertrager 103 die Nockenwelle 35 im Bereich der gestrichelten Linien. Auf der Innenseite des Drehübertragers 103 ist eine Öffnungsabdeckung 51 angeordnet, welche eine unterbrochene, radial innen liegende Lagerfläche bildet. Unterbrochen ist sie von Ausnehmungen 105. Die Öffnungsabdeckung 51 könnte beispielweise ausgefräst sein oder durch eine z.B. angelötete Einlage gebildet sein. Abhängig von einem Drehwinkel der drehbaren Nockenwelle 35 und des nicht drehenden Drehübertragers 103 werden nun die ersten Öffnungen 41 und zweiten Öffnungen 43 durch die Öffnungsabdeckung 51 abgedeckt oder freigegeben. Da die Drehlage der Nockenwelle 35 mit den Nockenwellenmomenten synchron ist, kann hierdurch ein Zu- oder Abfluss von Druckmittel durch die ersten Öffnungen 41 und zweiten Öffnungen 43 und damit der Zu- und Abfluss von Druckmittel in die Teilkammern A,B in Abhängigkeit des wirkenden Nockenwellenmomentes eingestellt werden.
Die Darstellung des Steuerventils 101 im Längsschnitt verdeutlicht die Zuord- nung zu einer Pumpenöffnung 109P und zu Teilkammeröffnungen 109A, 109B im Ventilgehäuse 29. Diese Öffnungen werden durch den im Ventilgehäuse 29 angeordneten, axial verschieblichen Ventilkolben 27 freigegeben oder verschlossen und zwar über die Steuerkanten KAT, KPA, KBT, KPB bei den Teil- kammeröffnungen 109A, 109B und über die Steuerkanten P1 ,P2,P3,P4 bei der Pumpenöffnung 109P. Diese Steuerkanten sind durch Vorsprünge oder Nasen auf einer zylindrischen Oberfläche des Ventilkolbens 27 gebildet, wobei jeweils ein Vorsprung oder Nase ein Paar von Steuerkanten aufweist. Gegenüber Ventilausführungen im Stand der Technik, durch die eine konventionelle hydrauli- sehe Steuerung einer Nockenwellenverstellung erfolgt, weist die vorliegende Ausführung insbesondere die Besonderheit der zusätzlichen Steuerkanten P1 , P2, P3, P4 auf. Im Zusammenwirken mit den ersten und zweiten Öffnungen 41 , 43 in der Nockenwelle 35 und der Öffnungsabdeckung 51 im Drehübertrager 103 können nunmehr verschiedene Schaltstellungen in Abhängigkeit vom Mo- torbetriebszustand, insbesondere vom Motoröldruck und Stärke der Nockenwellenmomente eingestellt werden. Dies wird in den folgenden Figuren näher erläutert. Die Figuren 24-28 zeigen für die in Figur 23 gezeigte Variante des Drehübertragers 103 eine schematische Darstellung der Steuerung von Druckmittel in Abhängigkeit vom Nockenwellenmoment mittels Drehübertrager, Nockenwelle und Steuerventil. Im oberen Bereich ist wieder in einem Längsschnitt das Steuerventil 101 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 Steuerventil 101 sind links schematisch Stator und Rotor eines No- ckenwellenverstellers 1 1 mit Teilkammern A, B wie schon in früheren Figuren abgebildet. Rechts daneben ist ein Längsschnitt durch einen Teil der Nockenwelle 35 und des darum angeordneten Drehübertragers 103 dargestellt, welcher durch die ersten und zweiten Öffnungen 41 , 43 führt. Darunter ist dieser Bereich 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 erlauf der Nockenwellenmomente und ihre Ausrichtung nach früh oder spät abgebildet.
Figur 24 zeigt nun eine erste Schaltstellung bei 100% Bestromung des Elektromagneten 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 schema- tisch die Flussrichtungen des Druckmittels. Druckmittel gelangt über die Pum- penöffnung 109P im Ventilgehäuse 29 über die zweiten Öffnungen 43 in die zweite Teilkammer B. Gleichzeitig wird Druckmittel aus der ersten Teilkammer A über die ersten Öffnungen 41 und die Teilkammeröffnung 109A zum Tank ausgeleitet. Die Querschnitte der über die Steuerkanten P1 , P2 und KAT 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 25 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 über die Steuerkante P4 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 26 und 27 erläutert.
Die Figuren 26 und 27 zeigen ein den Figuren 24 und 25 entsprechendes Bild, wobei nunmehr der Elektromagnet nur noch zu 75% bestromt ist und der Ven- tilkolben 27 somit in Richtung auf den Magnet 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 Teilkannnner 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 Ver- Stellung erfolgen kann.
In Figur 28 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 28 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 24-27 ist bei einer Schaltstellung von 25% Bestromung ein Moment-Modus für eine Früh-Verstellung und bei einer Schaltstellung von 0% ein Pumpen-Modus für eine Früh-Verstellung einstellbar, mit entsprechend vertauschter Freigabe oder Sperrung der Öffnungen. Durch ein- fache Wahl der axialen Lage des Ventilkolbens 27 ist es somit erstmals möglich, abhängig vom Betriebszustand des Verbrennungsmotors einen Pumpen- Modus oder einen Moment-Modus einzustellen, das heißt ein OPA-Verfahren oder ein CTA Verfahren für die Verstellung zu wählen. Durch diese Anpassbar- keit wird somit insgesamt eine besonders schnelle Verstellung erreicht. Hinzu kommt die jeweils starke Entdrosselung, die ebenfalls eine schnelle Verstellung gewährleistet und zusätzlich ein Luftansaugen unterbindet.
In Figur 29 ist eine zweite Variante dargestellt, die der Darstellung von Figur 23 entspricht, wobei aber die Öffnungsabdeckung 51 nunmehr durch drei nutartige Ausnehmungen105 begrenzt ist. Zudem ist im Rotor 65 des Nockenwellenvers- tellers 1 1 ein Verriegelungsmechanismus 121 vorgesehen, der als Verriegelungspin ausgebildet in nicht näher dargestellter Weise in eine Verriegelungskulisse des Stators 63 durch Druck einer Feder einriegeln kann. Hierdurch wird eine Verstellung gesperrt. Eine Entriegelung wird durch einen hydraulischen Druck gegen die Feder bewirkt, wobei dem Verriegelungsmechanismus 121 Druckmittel zugeführt wird. Dieses Druckmittel wird nun über eine separate Verriegelungszuleitung 125 zugeführt, welche mit Verriegelungsöffnungen 123 in der Nockenwelle 35 korrespondiert. Die Verriegelungsöffnungen 123 sind in axialer Richtung auf der gleichen Höhe wie die zweiten Öffnungen 43 aber in Umfangsrichtung beabstandet zu den zweiten Öffnungen 43 angeordnet. Weiterhin sind in Umfangsrichtung zwischen jeweils zwei zweiten Öffnungen 43 zwei Verriegelungsöffnungen 123 angeordnet. Die ersten Öffnungen 41 und die zweiten Öffnungen 43 sind in dieser Variante als sich axial erstreckende Langlöcher ausgebildet. In den folgenden Figuren wird die Funktion erläutert.
Die Figuren 30-35 zeigen die verschiedenen Schaltstellungen des Ventilkolbens 27 und die relative Ausrichtung der ersten und zweiten Öffnungen 41 , 43 sowie der Verriegelungsöffnungen 123 zur Öffnungsabdeckung 51 . Die Darstellung entspricht der Darstellung der Figuren 24-28, wobei aber die beschriebene zweite Variante der ersten und zweiten Öffnungen 41 , 43 und der Öffnungsabdeckung 51 sowie des zusätzlichen Verriegelungsmechanismus 121 abgebildet ist. Die zweiten Öffnungen 43 liegen in dieser Ausführung nunmehr links und die ersten Öffnungen 41 rechts.
Figur 30 zeigt einen Schaltzustand mit 0% Bestromung des Magneten 21 , so dass der Ventilkolben 27 in seiner axialen Grundstellung eingestellt ist. Dies sei beispielsweise bei abgestelltem Verbrennungsmotor der Fall und die Teil- kammern A,B seien nicht unter Druck. Der Flügel 67 des Rotors 65 müsste in der Abbildung links am Stator anschlagen, d.h. in einer Verstellung maximal nach spät. Der Einfachheit halber und zur Darstellbarkeit der Teilkammern A,B ist aber in jeder der Figuren unabhängig vom Verstellzustand immer die gleiche Position des Flügels 67 abgebildet. Die Schaltstellung entspricht einer Spät- Verstellung, wobei in Figur 30 der Fall des Auftretens eines Spät- Drehmomentes abgebildet ist. In dieser Drehstellung korrespondiert eine der zweiten Öffnungen 43 mit einer der Ausnehmungen 105, welche mit Druckmittel von der Pumpe P über die Pumpenöffnung 109P des Ventilgehäuses 29 versorgt wird. Damit wird auch die zweite Teilkammer B mit mit wird auch die zweite Teilkammer B mit Druckmittel versorgt. Ein Ablauf von Druckmittel aus der ersten Teilkammer A ist über eine der ersten Öffnungen 41 möglich, welche mit der Ausnehmung 105 korrespondiert, die mit der Teilkammeröffnung A des Ventilgehäuses verbunden ist. Über die durch den Ventilkol- ben 27 in dieser axialen Stellung freigegebene Teilkammeröffnung A wird das Druckmittel dann zum Tank geführt. Eine Verstellung erfolgt trotz dieser Einstellungen in diesem Fall nicht, weil ja der Flügel 67 bereits am Spätanschlag ist. In dieser Grundstellung ist der Verriegelungsmechanismus 121 eingeriegelt, so dass es bei einem Motorstart wegen der dann auftretenden Nockenwellenmomente und dem fehlenden Druck in den Teilkammern A,B nicht zu einem störenden Klappern kommt, weil der Flügel 67 abwechselnd links und rechts am Stator 63 anschlägt.
Eine der Verriegelungsöffnungen 123 korrespondiert mit einer der Ausnehmungen 105, die mit der Teilkammeröffnung 109B des Ventilgehäuses 29 korrespondiert. Aufgrund der Stellung des Ventilkolbens 27 wird aber diese Teilkammeröffnung 109B nicht mit Druck versorgt bzw. ist abgesperrt. Somit kann auch ein Druckanstieg, welcher nach Motorstart z.B. durch eine vom Öl angeschobene Luftsäule auftritt, nicht zum Verriegelungsmechanismus 121 gelangen. Eine ungewollte Entriegelung ist damit nicht möglich.
Figur 31 zeigt ein der Figur 30 entsprechendes Bild, nur das sich die Drehstel- lung der Nockenwelle 35 geändert hat und jetzt ein Früh-Drehmoment auftritt. Im laufenden Betrieb bei gefüllten Teilkammern A,B würde nun dieses Frühdrehmoment keine Verstellung in Richtung früh bewirken können, da der Ablauf aus der Teilkammer B gesperrt ist. Es kommt also nicht zu einem Rückschwin- gen. In der drucklosen, eingeriegelten Grundstellung bleibt die Verstellposition ebenfalls aufgrund der Verriegelung erhalten. Die Verriegelung löst sich auch nicht, da der Verriegelungsmechanismus 121 weiter drucklos bleibt. Figur 32 zeigt nun eine Schaltstellung, in der der Ventilkolben 27 sich axial entsprechend einer Bestromung des Magneten 21 mit 25% der Maximal- bestromung weiterbewegt hat. Es ist der Fall des Auftretens eines Spät- Drehmomentes gezeigt. Diese Schaltposition entspricht dem Moment-Modus, während die zu den Figuren 30 und 31 diskutierte Schaltstellung dem Pumpen- Modus entspricht. Der Ventilkolben 27 gibt nun eine Verbindung der Teilkammeröffnung 109A mit der Pumpenöffnung 109P frei. Die Pumpenöffnung 109P korrespondiert mit der zweiten Teilkammer B, während die Teilkammeröffnung 109A mit der ersten Teilkammer A korrespondiert. Somit ist eine Verbindung der Teilkammern A, B, gewissermaßen ein Kurzschluss, hergestellt.
Im laufenden Betrieb, bei gefüllten Teilkammern A,B gilt Folgendes: Bei Auftreten eines Spät-Drehmomentes, also ein Moment in die gewünschte Verstellrichtung, übt der Flügel 67 Druck auf die erste Teilkammer A aus und wird durch Verschieben von Druckmittel aus der ersten Teilkammer A in die zweite Teilkammer B in Richtung spät verschoben. In Figur 33 ist die Drehstellung bei Auftreten eines Früh-Drehmomentes gezeigt. Die zweite Teilkammer B ist durch die Stellung des Ventilkolbens 27 gesperrt, so dass kein Druckmittel ausgeschoben werden kann. Der auf die zweite Teilkammer B wirkende Druck des Früh-Drehmomentes führt somit nicht zu einer Verstellung.
Kurz nach dem Motorstart, bei noch ungefüllten Teilkammer A, B ist der Verriegelungsmechanismus 12 noch eingeriegelt und wird auch durch eine Sperrung wie in der 0% Schaltstellung weiterhin drucklos gehalten, d.h. er bleibt einge- riegelt und eine Verstellung bleibt gesperrt.
Figur 34 zeigt nun eine den Figuren 30-33 entsprechendes Bild, wobei nunmehr eine axiale Schaltstellung des Ventilkolbens 27 bei 75% eingestellt ist. Dies ist wieder eine Einstellung des Moment-Modus, jetzt allerdings für eine Verstellung in Richtung früh. Es gilt, mit entsprechender Vertauschung, der gleiche Mechanismus zur Verstellung unter Ausnutzung der Nockenwellenmomente wie zu Figuren 32 und 33 beschrieben, bis auf die Tatsache, dass nunmehr der Verriegelungsmechanismus 121 Druck erhält, da die Teilkammeröff- nung 109B des Ventilgehäuses 29 nun vom Ventilkolben 27 freigegeben ist und somit Druckmittel zum Verriegelungsmechanismus 121 gelangt. Hierdurch wird er gegen seine Feder zurückgeschoben und entriegelt. Eine Verstellung ist jetzt möglich, wenn ein Früh-Drehmoment auftritt, was in Figur 35 dargestellt ist. Die Freigabe des Verriegelungsmechanismus 121 geschieht nach einem Motorstart aber erst dann, wenn ausreichend Druck ansteht, so dass es nicht zu einem ungewollten Entriegeln kommt.
Nicht näher dargestellt ist die axiale Schaltstellung bei 100% Bestromung, die dem Pumpen-Modus für eine Früh-Verstellung entspricht und gleichartig wie die Spät-Verstellung des Pumpen-Modus wie mit den Figuren 30 und 31 beschrieben funktioniert. Die fünf axialen Schaltstellungen und die Nockenwel- lenmomentabhängige Drehstellung lassen sich in einem hydraulischen Schaltbild zusammen fassen, welches in Figur 36 gezeigt ist. Schematisch ist das Steuerventil 101 gezeigt, wobei in fünf nebeneinander gesetzten Quadraten, die fünf Schaltstellungen des Ventilkolbens 27 dargestellt sind, die 0%, 25%, 50%, 75% und 100% Bestromung des Magneten 21 entsprechen. Die Teil- kammeröffnungen 109A, 109B, Pumpenöffnung 109P, und Abfluss zum Tank T des Ventilgehäuses 29 stehen fest und können durch die verschiedenen Ver- bindungen, als Pfeil dargestellt, bzw. Verschlüsse, als„T" dargestellt, belegt werden, indem das entsprechende Quadrat der gewünschten Schaltstellung zu den Anschlüssen bewegt wird. Die relative Drehstellung der Nockenwelle 35 und des Drehübertragers 103 sind schematisch ebenfalls durch eine axiale Positionsverschiebung dargestellt, wobei die Kopplung zu den Nockenwellen- momenten durch eine Führung eines Führungsstiftes 127 in einer rechteckwellenförmigen Führungsnut 129 verbildlicht wird und der Führungsstift 127 je nach Auftreten eines Früh-Drehmomentes oder Spät-Drehmomentes die erste oder zweite Drehstellung D1 , D2 aktiviert. Führungsstift 127 und Führungsnut 129 sind also nur fiktiv zur Veranschaulichung. Die zwei Drehstellungen D1 , D2 sind in zwei nebeneinander liegenden Rechtecken dargestellt und wie gesagt 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 127 in einem rechts laufenden Nutteil der Führungsnut 129) 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 Drehübertrager
105 Ausnehmungen
109P Pumpenöffnung
109A Teilkammeröffnung zur Teilkammer A
109B Teilkammeröffnung zur Teilkammer B
121 Verriegelungsmechanismus
123 Verriegelungsöffnung
125 Verriegelungszuleitung
127 Führungsstift
129 Führungsnut
A erste Teilkammer
B zweite Teilkammer
P Druckmittelpumpe
T Tank
PA Innenrand der zweiten Teilabdeckung 51 B
PB Innenrand der ersten Teilabdeckung 51 A
AT Außenrand der zweiten Teilabdeckung 51 B
BT Außenrand der ersten Teilabdeckung 51 A P1 , P2, P3, P4 Pumpen-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 Steuerventil 101 und einen an der Nockenwelle 35 angeordneten Drehübertrager 103 umfasst, wobei Druckmittel über das Steuerventil 101 und den Drehübertrager durch erste Öffnungen 41 in der Nockenwelle 35 zur ersten Teilkammer A und zweite Öffnungen 43 in der Nockenwelle 35 zur zweiten Teilkammer B leitbar bzw. abführbar ist, wobei eine Öffnungsabdeckung 51 im Drehübertrager 103 so angeordnet ist, dass abhängig vom Drehwinkel der Nockenwelle 35 die ersten Öffnungen 41 und zweiten Öffnungen 43 freigegeben oder versperrt sind.
Nockenwellenversteller 1 1 nach Anspruch 2, bei dem die Öffnungsabdeckung 51 durch die Innenseite einer Lagerschale gebildet ist, in welcher die Nockenwelle 35 gelagert ist, wobei die Öffnungsabdeckung 51 durch Ausnehmungen 105 so unterbrochen ist, dass im Bereich der Ausnehmungen 105 die ersten Öffnungen 41 und zweiten Öffnungen 43 freigegeben sind, während sie im Bereich der Öffnungsabdeckung 51 versperrt sind.
Nockenwellenversteller 1 1 nach Anspruch 2, bei dem der Pumpen-Modus oder der Moment-Modus durch eine axiale Verschiebung eines in einem Ventilgehäuse 29 des Steuerventils 101 angeordneten Ventilkolbens 27 einstellbar ist.
Nockenwellenversteller 1 1 nach Anspruch 4, bei dem das Ventilgehäuse 29 eine Pumpenöffnung 109P aufweist, durch die die Zufuhr von Druckmittel entweder zur ersten Teilkammer A oder zur zweiten Teilkammer B einstellbar ist, so dass jeweils entweder die erste Teilkammer A oder die zweite Teilkammer B unter Druck steht, wobei der Ablauf von Druckmittel aus der ersten Teilkammer A oder der zweiten Teilkammer B über Teil- kammeröffnungen 109A, 109B im Ventilgehäuse einstellbar ist.
Nockenwellenversteller 1 1 nach Anspruch 5, bei dem der Ventilkolben 27 axial voneinander beabstandet zwei Paare von Teilkammer-Steuerkanten KAT, KPA, KBT, KPB so aufweist, dass durch diese Teilkammer- Steuerkanten KAT, KPA, KBT, KPB die Teilkammeröffnungen 109A, 109B über die axiale Stellung des Ventilkolbens 27 freigebbar bzw. verschließbar sind, wobei zusätzlich axial zwischen den Teilkammer-Steuerkanten zwei Paare von Pumpen-Steuerkanten P1 , P2, P3, P4 ausgebildet sind, durch die der Zufluss von Druckmittel von einer Druckmittelpumpe P über die Pumpenöffnung 109P steuerbar ist.
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 Druck- mittels 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 Verriegelungsmecha- nismus 121 entriegelt.
9. Nockenwellenversteller 1 1 nach Anspruch 7, bei dem der Zulauf mit Verriegelungsöffnungen 123 in der Nockenwelle 35 korrespondiert, welche in axialer Richtung auf der gleichen Höhe wie die zweiten Öffnungen 43 aber in Umfangsrichtung beabstandet zu den zweiten Öffnungen 43 angeordnet sind.
10. Nockenwellenversteller 1 1 nach Anspruch 8, bei dem in Umfangsrichtung zwischen jeweils zwei zweiten Öffnungen 43 zwei Verriegelungsöffnungen 123 angeordnet sind.
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