EP4399396A1 - Nockenwellenversteller mit rückstellfunktion - Google Patents

Nockenwellenversteller mit rückstellfunktion

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EP4399396A1
EP4399396A1 EP22757833.3A EP22757833A EP4399396A1 EP 4399396 A1 EP4399396 A1 EP 4399396A1 EP 22757833 A EP22757833 A EP 22757833A EP 4399396 A1 EP4399396 A1 EP 4399396A1
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EP
European Patent Office
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switching valve
pump
switching
camshaft adjuster
reservoir
Prior art date
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EP22757833.3A
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English (en)
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Volker Schmidt
Juergen Weber
Thomas Werblinski
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Schaeffler Technologies AG and Co KG
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Schaeffler Technologies AG and Co KG
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Publication date
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    • F01L2820/03—Auxiliary actuators
    • F01L2820/033—Hydraulic engines

Definitions

  • the invention relates to a hydraulic camshaft adjuster for adjusting the phase position of a camshaft relative to a crankshaft in a motor vehicle drive train, with a stator, in particular rotatably coupled to the crankshaft, a rotor which can be rotated within a limited angular range relative to the stator, in particular rotatably coupled to the crankshaft, and a hydraulic supply with two working channels and a (first) switching valve, wherein the two working channels for adjusting the rotor relative to the stator in two opposite directions of action can be connected to a pump for pressurizing or to a reservoir for pressure relief, depending on the switching position of the switching valve.
  • Hydraulic camshaft adjusters are known, for example, from JP H11-13 429 A or DE 196 04 865 A1.
  • Known hydraulic camshaft adjusters usually have an integrated spring mechanism to reset the rotor relative to the stator in the defined position/end position, the (mechanical) restoring force of which moves the rotor into the defined position in the depressurized state.
  • the prior art has the disadvantage that such spring mechanisms cause additional costs and additional weight for the spring mechanism itself and the components accommodating the spring mechanism and, on the other hand, axial and radial space is required for arranging the spring mechanism, so that the integration of a spring mechanism the requirement of a possible Least compact, in particular axially narrow camshaft adjuster that does not collide with a central magnet.
  • the provision of such a spring mechanism has the disadvantages that there is a risk of spring failure during operation due to material failure and that the spring tension acting on the rotor, which acts in one of the two adjustment directions, applies a counter-torque to the rotor, which leads to different adjustment speeds in the can lead to one or the other direction of adjustment.
  • the object of the invention is achieved according to the invention with a generic camshaft adjuster in that the hydraulic supply has a reset pump which can be actuated by shifting the switching valve between its switching positions and, by its actuation, pressurizes one of the two working channels to reset the rotor into a predetermined position. is cash.
  • a hydraulic camshaft adjuster e.g Hydraulic fluid / hydraulic medium / oil can be acted upon
  • a second between the Stator and the rotor formed working chamber which can be acted upon to adjust the rotor relative to the stator in the other effective direction via a second working channel with hydraulic fluid / hydraulic medium / oil, wherein the pressurization of the working chambers is controlled via the switching valve.
  • the switching valve is designed in such a way that it has a pumping function (i.e.
  • the hydraulic supply can have a second switching valve which, in a first switching position, connects one of the two working channels (e.g. the second working channel) to the return pump and, in a second switching position, connects the two working channels, depending on the switching position of the (first) switching valve, to the Pump or connects to the reservoir.
  • a reset function takes place, in which fluid is pumped into one working chamber (e.g. the second working chamber) via the reset pump and fluid is drained from the other working chamber (e.g. the first working chamber) until the predetermined position is reached.
  • the second switching valve (oil/fluid) can be designed to be pilot-controlled as a function of pressure, the second switching valve being in the first switching position and when the pump is in an unpressurized state is in the second switching position when pressure has built up at the pump.
  • the second switching valve is actuated via a control line connected to the pump, through which the second switching valve is actuated into its unactuated first switching position by the restoring force of a spring when there is no pressure in the control line and when there is pressure in the control line against the restoring force of the spring second switching position is adjusted. This ensures that in normal operation, in which pressure is built up at the pump, the second switching valve is in the second switching position, and in the pressureless state is automatically in the first switching position. A particularly simple control of the second switching valve can thus be provided.
  • the hydraulic supply can have a neutral line, which connects the return pump to the reservoir in the second switching position of the second switching valve to form a neutral circuit that is separate from the working channels.
  • another of the two working channels (e.g. the first working channel) can be connected in the first switching position of the second switching valve via a throttle to a first line and preferably unthrottled to a second line, with the first line and the second line depending on the switching position of the (first) switching valve, that working channel (e.g. the first working channel) connects to the pump or to the reservoir.
  • a sufficiently large differential pressure can be provided for the second switching valve.
  • the second switching valve can be designed as a sleeve structure which is arranged coaxially around the switching valve. This has the advantage that the second switching valve can be integrated into existing camshaft adjusters in a cost-effective and space-saving manner.
  • a pump piston of the return pump can be formed integrally by a switching valve armature/switching valve slide of the (first) switching valve.
  • a pump piston of the return pump can be connected in series with a switching valve armature/switching valve slide of the (first) switching valve.
  • the return pump can be connected to an unpressurized reservoir via a suction line, with the reservoir being formed in a cavity in the camshaft adjuster.
  • a suction line can be made relatively short, for example.
  • the reset pump can be designed in such a way that its volume flow is greater than 1.2 l/min. As a result, a volume flow required to reset the rotor can be provided.
  • the resetting functionality is not implemented by a spring mechanism, as in known camshaft adjusters, but rather by components or subsystems already present in the camshaft adjustment system.
  • the camshaft adjuster differs from known camshaft adjusters in that the resetting takes place by clocked switching of the modified, electrohydraulic switching valve instead of being spring-driven, the modification being an additional pumping function during the longitudinal movement of the switching valve armature.
  • the pumping function can be formed, for example, by a series-connected design or preferably an integral design by the switching valve armature of the pump piston.
  • age- natively, other pump concepts, such as diaphragm pumps, are also conceivable.
  • the camshaft adjuster In a first operating state, the camshaft adjuster is in an unpressurized state, which is the case, for example, when the engine is stopped, since the lubricating oil pump cannot then build up any supply pressure.
  • the directional control valve can preferably be a sleeve structure arranged coaxially around the switching valve, which is axially displaced by the engine oil pressure against a return spring and correspondingly opens/closes the required oil paths.
  • the camshaft adjuster In a second operating state, for example after starting the engine or when the engine oil pressure is present, the camshaft adjuster has a standard adjustment function.
  • a slight throttling of the oil flow may be necessary in order to be able to provide a sufficient differential pressure for the pilot-operated directional control valve.
  • a neutral circulation can be provided for the pump function, which in this operating state prevents any influencing of the switching behavior of the electrohydraulic switching valve.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a camshaft adjuster according to the invention in a first operating state
  • FIG. 2 shows a schematic representation of the camshaft adjuster according to the invention in a second operating state.
  • FIGs. 1 and 2 show a hydraulic camshaft adjuster 1 according to the invention in two different operating modes.
  • the camshaft adjuster 1 is used to adjust the phase position of a camshaft relative to a crankshaft in a motor vehicle drive train.
  • the camshaft adjuster 1 has a stator 2 and a rotor 3 that can be rotated/adjusted relative to the stator 2 within a limited angular range.
  • the stator 2 is rotationally coupled to the crankshaft and the rotor 3 is rotationally coupled to the camshaft.
  • stator 2 and the rotor 3 are only shown as an example as a double-acting hydraulic cylinder, with an adjustment of the hydraulic cylinder in one direction causing a rotation of the rotor 3 in a first effective direction and an adjustment of the hydraulic cylinder in the other direction causing a rotation of the rotor 3 symbolized in a second direction of action opposite to the first direction of action.
  • the camshaft adjuster 1 has a hydraulic supply 4, which is shown in the figures in the form of a hydraulic circuit diagram.
  • the hydraulic supply 4 has a first working channel 5, which is connected to a first working chamber formed between the rotor 3 and the stator 2, and a second working channel 6, which is connected to a second working chamber formed between the rotor 3 and the stator 2, on.
  • first working channel 5 or the first working chamber
  • second working channel 6 which is connected to a second working chamber formed between the rotor 3 and the stator 2, on.
  • the hydraulic supply 4 has a switching valve 7 which can be adjusted between a first switching position 8 and a second switching position 9 .
  • the switching valve 7 is designed as a 2/2-way valve.
  • the first working channel 5 can be connected or is connected to a pump 10 for pressurization
  • the second working channel 6 is for pressure release. load with a tank / reservoir 11 connectable or connected.
  • the first working channel 5 can be or is connected to the tank/reservoir 11 for pressure relief
  • the second working channel 6 can be or is connected to the pump 10 for pressurization.
  • the switching valve 7 is designed as an electrohydraulic valve that can be actuated/switched by a control unit (ECU), which is not shown.
  • ECU control unit
  • the hydraulic supply 4 has a return pump 12 .
  • the reset pump 12 can be actuated/operated by shifting the switching valve 7 between its switching positions 8 , 9 . This means that an additional pumping function occurs when the switching valve 7 moves in the longitudinal direction.
  • the return pump 12 By actuating the return pump 12, one of the two working channels 5, 6, in the illustrated embodiment the second working channel 6, can be pressurized to return the rotor 3 to a predetermined (rest) position.
  • the reset pump 12 has a pump piston 14 that can be displaced in a pump chamber 13, by the displacement of which hydraulic medium can be drawn in via a suction line 15 from the tank/reservoir 11 and a pressure line 16 can be introduced into the second working channel 6.
  • the pump piston 14 is moved by the longitudinal movement/switching movement of the switching valve 7 .
  • the pump piston 14 can, for example, reduce a pressure chamber 18 connected to the suction line 15 and/or the pressure line 16 against the restoring force of a spring 17 .
  • a check valve 19 can be arranged in the suction line 15 , which prevents a backflow from the pressure chamber 18 into the reservoir 11 via the suction line 15 .
  • a check valve 20 can be arranged in the pressure line 16 , which prevents a backflow from the second working channel 6 into the pressure chamber 18 via the pressure line 16 .
  • the pump piston 14 can preferably be formed integrally by a switching valve armature/switching valve slide of the switching valve 7 .
  • the pump piston 14 can be connected in series with the switching valve armature/switching valve slide of the switching valve 7 .
  • the return pump 12 as a diaphragm pump or the like, even if this is not shown.
  • another switching valve 21 designed as a directional control valve is arranged, which can be adjusted between a first switching position 22 and a second switching position 23.
  • the switching valve 21 is pilot-controlled depending on the oil pressure of the pump 10 . This means that the switching valve 21 is controlled via a control line 24 connected to the pump 10 and when the pump 10 is in a pressureless state it is in the unactuated first switching position 22 (cf. FIG. 1) and when the pump 10 is pressurized it is counter to the restoring force a spring 25 in the actuated second switch position 23 (see FIG. 2).
  • the first working channel 5 is connected to a line 26, which is connected to the pump 10 in the first switching position 8 of the switching valve 7, and to a line 27, which is connected to the reservoir 11 in the first switching position of the switching valve 7 is connected.
  • the first working channel 5 is connected to the line 26 via a throttle 28 that limits the fluid flow.
  • the second working channel 6 is connected to the pressure line 16 in the first switching position 22 .
  • Initiated pulsing of the switching valve 7 causes the return pump 12 to draw in fluid from the reservoir 11 and directs it via the pressure line 16 and the switching valve 21 into the second working chamber, so that the rotor 3 is moved to the predetermined (rest) position Zdefault position. Fluid can be discharged via the line 27 from the first working chamber.
  • the first working channel 5 is connected to the line 26 , which is connected to the pump 10 in the first switching position 8 of the switching valve 7 and to the reservoir 11 in the second switching position 9 of the switching valve 7 .
  • the second working channel 6 is connected to the line 27 , which is connected to the reservoir 11 in the first switching position 8 of the switching valve 7 and to the pump 10 in the second switching position 9 of the switching valve 7 .
  • the pressure line 16 is in the second switching position 23 connected to the reservoir 11 via a neutral line 29 .
  • the reset pump 12 has a neutral circulation in the second switching position 23, so that the switching behavior of the switching valve 7 is not influenced.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen hydraulischer Nockenwellenversteller (1), mit einem Stator (2), einem relativ zu dem Stator (2) innerhalb eines begrenzten Winkelbereichs verdrehbaren Rotor (3) und einer Hydraulikversorgung (4) mit zwei Arbeitskanälen (5, 6) und einem Schaltventil (7), wobei die beiden Arbeitskanäle (5, 6) zur Verstellung des Rotors (3) relativ zu dem Stator (2) in zwei entgegengesetzte Wirkrichtungen je nach Schaltstellung (8, 9) des Schaltventils (7) mit einer Pumpe (10) zur Druckbeaufschlagung oder mit einem Reservoir (11) zur Druckentlastung verbindbar sind, wobei die Hydraulikversorgung (4) eine Rückstellpumpe (12) aufweist, die durch eine Verlagerung des Schaltventils (7) zwischen seinen Schaltstellungen (8, 9) betätigbar ist und durch deren Betätigung einer der beiden Arbeitskanäle (6) zur Rückstellung des Rotors (3) in eine vorbestimmte Position druckbeaufschlagbar ist.

Description

Nockenwellenversteller mit Rückstellfunktion
Die Erfindung betrifft einen hydraulischen Nockenwellenversteller zur Verstellung der Phasenlage einer Nockenwelle relativ zu einer Kurbelwelle in einem Kraftfahrzeugantriebsstrang, mit einem, insbesondere mit der Kurbelwelle drehgekoppelten, Stator, einem relativ zu dem Stator innerhalb eines begrenzten Winkelbereichs verdrehbaren, insbesondere mit der Kurbelwelle drehgekoppelten, Rotor und einer Hydraulikversorgung mit zwei Arbeitskanälen und einem (ersten) Schaltventil, wobei die beiden Arbeitskanäle zur Verstellung des Rotors relativ zu dem Stator in zwei entgegengesetzte Wirkrichtungen je nach Schaltstellung des Schaltventils mit einer Pumpe zur Druckbeaufschlagung oder mit einem Reservoir zur Druckentlastung verbindbar sind. Hydraulische Nockenwellenversteller sind beispielsweise aus JP H11 - 13 429 A oder DE 196 04 865 A1 bekannt.
Bei hydraulischen Nockenwellenverstellern ist es erforderlich, dass sie eine Ruhestellung im drucklosen Zustand haben, welche im drucklosen Zustand aktiv angefahren wird. Beispielsweise ist es üblich, dass der Rotor und der Stator im drucklosen Zustand in eine definierte Position, etwa eine Mittenposition, zueinander verstellt werden, aus der ein Starten des Kraftfahrzeugs möglich ist. Die Rückstellung in die Ruhestellung wird auch als sogenannte Fail-Safe-Funktion bezeichnet.
Bekannte hydraulische Nockenwellenversteller weisen zur Rückstellung des Rotors relativ zu dem Stator in die definierte Position/Endlagenposition üblicherweise einen integrierten Federmechanismus auf, durch dessen (mechanische) Rückstellkraft der Rotor im drucklosen Zustand in die definierte Position gestellt wird.
Der Stand der Technik hat jedoch den Nachteil, dass bei solchen Federmechanismen zusätzliche Kosten und zusätzliches Gewicht für den Federmechanismus selbst und die den Federmechanismus aufnehmenden Bauteile verursacht werden und zum anderen axialer und radialer Bauraum zur Anordnung des Federmechanismus erforderlich ist, so dass die Integration eines Federmechanismus der Anforderung eines mög- liehst kompakten, insbesondere axial schmalen, nicht mit einem Zentralmagnet kollidierenden, Nockenwellenverstellers entgegenwirkt. Zudem hat das Vorsehen eines solchen Federmechanismus die Nachteile, dass das Risiko eines Federausfalls im Betrieb durch Materialversagen besteht und dass die auf den Rotor wirkende Federspannung, die in eine der beiden Verstellrichtungen wirkt, ein Gegenmoment auf den Rotor aufbringt, was zu unterschiedlichen Verstellgeschwindigkeiten in der einen oder anderen Verstellrichtung führen kann.
Es ist also die Aufgabe der Erfindung, die Nachteile aus dem Stand der Technik zu vermeiden oder wenigstens zu verringern und einen Nockenwellenversteller bereitzustellen, bei dem die oben beschriebene Rückstellung in eine definierte Positi- on/Ruhestellung (Fail-Safe-Funktion) realisiert ist und der gleichzeitig ohne Einschränkung der Funktionalität des Nockenwellenverstellers besonders kostengünstig und gewichtsparend aufgebaut ist.
Die Aufgabe der Erfindung wird durch einen Nockenwellenversteller mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen beansprucht.
Demnach wird die Aufgabe der Erfindung bei einem gattungsgemäßen Nockenwellenversteller erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Hydraulikversorgung eine Rückstellpumpe aufweist, die durch eine Verlagerung des Schaltventils zwischen seinen Schaltstellungen betätigbar ist und durch deren Betätigung einer der beiden Arbeitskanäle zur Rückstellung des Rotors in eine vorbestimmte Position druckbeaufschlag- bar ist.
Das heißt, dass die Aufgabe der Erfindung durch einen hydraulischen Nockenwellenversteller, beispielsweise des Flügelzellentyps, gelöst wird, der eine erste zwischen dem Stator und dem Rotor ausgebildete Arbeitskammer, die zur Verstellung des Rotors relativ zu dem Stator in die eine Wirkrichtung über einen ersten Arbeitskanal mit Hydraulikfluid/Hydraulikm ittel/ÖI beaufschlagbar ist, und eine zweite zwischen dem Stator und dem Rotor ausgebildete Arbeitskammer, die zur Verstellung des Rotors relativ zu dem Stator in die andere Wirkrichtung über einen zweiten Arbeitskanal mit Hydraulikfluid/Hydraulikmittel/Öl beaufschlagbar ist, aufweist, wobei die Druckbeaufschlagung der Arbeitskammern über das Schaltventil gesteuert wird. Dabei ist in einem normalen Verstellbetrieb immer eine der Arbeitskammern mit der Pumpe zur Druckbeaufschlagung verbunden, während die andere der Arbeitskammern mit dem Reservoir zur Druckentlastung verbunden ist. Erfindungsgemäß ist das Schaltventil derart ausgebildet, dass es eine Pumpfunktion aufweist (d.h. die Rückstellpumpe ausbildet), indem durch getaktetes Schalten des Schaltventils (und somit durch eine Längsbewegung des Schaltventils (d.h. die Schaltverstellbewegung)) Hydraulikfluid/Öl aus einem drucklosen Reservoir angesaugt und einer der Arbeitskammern zugeführt wird. Mit anderen Worten führt die Zuführung von Hydraulikfluid in die eine der Ar- beitskammern dazu, dass der Nockenwellenversteller in dem drucklosen Zustand in eine vorbestimmte Position zurückgestellt wird, so dass eine elektrohydraulische Rückstellfunktion realisiert ist.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann die Hydraulikversorgung ein zweites Schaltventil aufweisen, das in einer ersten Schaltstellung den einen der beiden Arbeitskanäle (z.B. den zweiten Arbeitskanal) mit der Rückstellpumpe verbindet und in einer zweiten Schaltstellung die beiden Arbeitskanäle je nach Schaltstellung des (ersten) Schaltventils mit der Pumpe oder mit dem Reservoir verbindet. Das heißt, dass in der zweiten Schaltstellung ein Normalbetrieb der Verstellung erfolgt, in dem die Arbeitskanäle schaltbar druckbeaufschlagt und druckentlastet werden, und in der ersten Schaltstellung eine Rückstellfunktion erfolgt, bei der über die Rückstellpumpe Fluid in die eine Arbeitskammer (z.B. die zweite Arbeitskammer) gefördert wird und Fluid aus der anderen Arbeitskammer (z.B. der ersten Arbeitskammer) abgeführt wird, bis die vorbestimmte Position erreicht ist. Dies hat den Vorteil, dass zwischen der Normalfunktion und der Rückstellfunktion umgeschaltet werden kann.
Gemäß einer Weiterbildung der bevorzugten Ausführungsform kann das zweite Schaltventil (öl/fluid)druckabhängig vorgesteuert ausgebildet sein, wobei das zweite Schaltventil in einem drucklosen Zustand der Pumpe in der ersten Schaltstellung und bei an der Pumpe aufgebautem Druck in der zweiten Schaltstellung ist. Insbesondere ist das zweite Schaltventil über eine mit der Pumpe verbundenen Steuerleitung angesteuert, durch die das zweite Schaltventil ohne in der Steuerleitung vorliegendem Druck durch die Rückstellkraft einer Feder in seine unbetätigte erste Schaltstellung und bei in der Steuerleitung vorliegendem Druck entgegen der Rückstellkraft der Feder in seine betätigte zweite Schaltstellung verstellt wird. Somit wird sichergestellt, dass in dem Normalbetrieb, bei dem an der Pumpe Druck aufgebaut wird, das zweite Schaltventil in der zweiten Schaltstellung ist, und im drucklosen Zustand automatisch in der ersten Schaltstellung ist. So kann eine besonders einfache Steuerung des zweiten Schaltventils bereitgestellt werden.
Gemäß einer Weiterbildung der bevorzugten Ausführungsform kann die Hydraulikversorgung eine Neutralleitung aufweisen, welche die Rückstellpumpe in der zweiten Schaltstellung des zweiten Schaltventils zur Bildung eines von den Arbeitskanälen getrennten Neutralumlaufs mit dem Reservoir verbindet. Dies hat den Vorteil, dass es in dem Normalbetrieb nicht zu einer Beeinflussung der Verstellfunktion durch die Rückstellpumpe kommen kann.
Gemäß einer Weiterbildung der bevorzugten Ausführungsform kann ein anderer der beiden Arbeitskanäle (z.B. der erste Arbeitskanal) in der ersten Schaltstellung des zweiten Schaltventils über eine Drossel mit einer ersten Leitung sowie vorzugsweise ungedrosselt mit einer zweiten Leitung verbunden sein, wobei die erste Leitung und die zweite Leitung je nach Schaltstellung des (ersten) Schaltventils eben jenen Arbeitskanal (z.B. den ersten Arbeitskanal) mit der Pumpe oder mit dem Reservoir verbindet. Durch die Androsselung kann ein ausreichend großer Differenzdruck für das zweite Schaltventil bereitgestellt werden.
Gemäß einer Weiterbildung der bevorzugten Ausführungsform kann das zweite Schaltventil als eine Hülsenstruktur ausgebildet sein, die koaxial um das Schaltventil herum angeordnet ist. Dies hat den Vorteil, dass das zweite Schaltventil kostengünstig und bauraumsparend in vorhandene Nockenwellenversteller integriert werden kann. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann ein Pumpenkolben der Rückstellpumpe integral durch einen Schaltventilanker/Schaltventilschieber des (ersten) Schaltventils ausgebildet sein. Gemäß einer alternativen bevorzugten Ausführungsform kann ein Pumpenkolben der Rückstellpumpe in Reihe geschaltet mit einem Schaltventilanker/Schaltventilschieber des (ersten) Schaltventils ausgebildet sein. Das heißt, dass die Längsbewegung des Schaltventilankers direkt mit dem Pumpenkolben gekoppelt ist, so dass ein getaktetes Schalten des (ersten) Schaltventils die Rückstellpumpe betätigt und somit die Rückstellung des Rotors realisiert. Somit kann die zuvor verwendete Rückstellfeder zur Rückstellung des Rotors in die vorbestimmte Position durch vorhandene Komponenten ersetzt werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann die Rückstellpumpe über eine Saugleitung mit einem drucklosen Reservoir verbunden sein, wobei das Reservoir in einer Kavität in dem Nockenwellenversteller ausgebildet ist. Dies hat den Vorteil, dass die Saugleitung beispielsweise verhältnismäßig kurz ausgebildet sein kann.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann die Rückstellpumpe so ausgebildet sein, dass ihr Volumenstrom größer als 1 ,2 l/min ist. Dadurch kann ein erforderlicher Volumenstrom zur Rückstellung des Rotors bereitgestellt werden.
Mit anderen Worten wird bei dem erfindungsgemäßen Nockenwellenversteller die Rückstellfunktionalität nicht wie bei bekannten Nockenwellenverstellern durch einen Federmechanismus, sondern durch bereits im Nockenwellenverstellsystem vorhandene Bauteile bzw. Subsysteme realisiert. Somit unterscheidet sich der Nockenwellenversteller von bekannten Nockenwellenverstellern dadurch, dass die Rückstellung anstatt federgetrieben durch getaktetes Schalten des modifizierten, elektrohydraulischen Schaltventils erfolgt, wobei die Modifikation in einer zusätzlichen Pumpfunktion bei der Längsbewegung des Schaltventilankers besteht. Dabei kann die Pumpfunktion beispielsweise durch eine in Reihe geschaltete Ausbildung oder vorzugsweise integrale Ausbildung durch den Schaltventilanker des Pumpenkolbens gebildet werden. Alter- nativ sind auch andere Pumpenkonzepte, wie beispielsweise Membranpumpen denkbar. In einem ersten Betriebzustand ist der Nockenwellenversteller in einem drucklosen Zustand, was zum Beispiel im Motorstillstand vorliegt, da die Schmierölpumpe dann keinen Versorgungsdruck aufbauen kann. Durch ein von der ECU (Steuereinheit) initiiertes Takten des Schaltventils wird aus einem drucklosen Reservoir, z.B. einer Kavität im Nockenwellenversteller, Öl angesaugt und über eine Druckleitung sowie ein motoöldruckabhängig vorgesteuertes Wegeventil an den Nockenwellenversteller geleitet, um diesen in eine vorbestimmte Position/seine Vorzugsstellung zu bewegen. Das Wegeventil kann vorzugsweise eine koaxial um den Schaltventil angeordnete Hülsenstruktur sein, die durch den Motoröldruck gegen eine Rückstellfeder axial verschoben wird und dementsprechend benötigte Ölpfade freigibt/verschließt. In einem zweiten Betriebszustand, z.B. nach dem Motorstart bzw. bei anstehendem Motoröldruck, ist eine Standardverstellfunktion des Nockenwellenverstellers gegeben. Zudem kann eine leichte Androsselung des Ölstroms erforderlich sein, um für das vorgesteuerte Wegeventil einen ausreichenden Differenzdruck darstellen zu können. Feme kann ein Neutralumlauf für die Pumpfunktion vorgesehen sein, der in diesem Betriebszustand etwaige Beeinflussung des Schaltverhaltens des elektrohydraulischen Schaltventils unterbindet.
Die Erfindung wird nachfolgend mit Hilfe von Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Nockenwellenverstellers in einem ersten Betriebszustand, und
Fig. 2 eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Nockenwellenverstellers in einem zweiten Betriebszustand.
Die Figuren sind lediglich schematischer Natur und dienen ausschließlich dem Verständnis der Erfindung. Die gleichen Elemente sind mit denselben Bezugszeichen versehen. Die Merkmale der einzelnen Ausführungsformen können untereinander ausgetauscht werden. Fign. 1 und 2 zeigen einen erfindungsgemäßen hydraulischen Nockenwellenversteller 1 in zwei unterschiedlichen Betriebsmodi. Der Nockenwellenverstellers 1 dient zur Verstellung der Phasenlage einer Nockenwelle relativ zu einer Kurbelwelle in einem Kraftfahrzeugantriebsstrang. Der Nockenwellenversteller 1 weist einen Stator 2 und einen relativ zu dem Stator 2 innerhalb eines begrenzten Winkelbereichs verdrehba- ren/verstellbaren Rotor 3 auf. Der Stator 2 ist mit der Kurbelwelle drehgekoppelt und der Rotor 3 ist mit der Nockenwelle drehgekoppelt. In den Figuren sind der Stator 2 und der Rotor 3 lediglich exemplarisch als doppeltwirkender Hydraulikzylinder dargestellt, wobei eine Verstellung des Hydraulikzylinders in die eine Richtung eine Verdrehung des Rotors 3 in eine erste Wirkrichtung und eine Verstellung des Hydraulikzylinders in die andere Richtung eine Verdrehung des Rotors 3 in eine zweite, der ersten Wirkrichtung entgegengesetzte Wirkrichtung symbolisiert.
Zur Verstellung des Rotors 3 relativ zu dem Stator 2 weist der Nockenwellenversteller 1 eine Hydraulikversorgung 4 auf, die in den Figuren in Form eines Hydraulikschaltbilds dargestellt ist. Die Hydraulikversorgung 4 weist einen ersten Arbeitskanal 5, der mit einer zwischen dem Rotor 3 und dem Stator 2 ausgebildeten ersten Arbeitskammer verbunden ist, sowie einen zweiten Arbeitskanal 6 auf, der mit einer zwischen dem Rotor 3 und dem Stator 2 ausgebildeten zweiten Arbeitskammer verbunden ist, auf. Bei Druckbeaufschlagung des ersten Arbeitskanals 5 (bzw. der ersten Arbeitskammer) (und Druckentlastung des zweiten Arbeitskanals 6) wird der Rotor 3 in die erste Wirkrichtung (in den Figuren nach rechts) verstellt. Bei Druckbeaufschlagung des zweiten Arbeitskanals 6 (bzw. der zweiten Arbeitskammer) (und Druckentlastung des ersten Arbeitskanals 5) wird der Rotor 3 in die zweite Wirkrichtung (in den Figuren nach links) verstellt.
Die Hydraulikversorgung 4 weist ein Schaltventil 7 auf, das zwischen einer ersten Schaltstellung 8 und einer zweiten Schaltstellung 9 verstellbar ist. Das Schaltventil 7 ist in der dargestellten Ausführungsform als ein 2/2-Wegeventil ausgebildet. In der ersten Schaltstellung 8 ist der erste Arbeitskanal 5 zur Druckbeaufschlagung mit einer Pumpe 10 verbindbar oder verbunden, und der zweite Arbeitskanal 6 ist zur Druckent- lastung mit einem Tank/Reservoir 11 verbindbar oder verbunden. In der zweiten Schaltstellung 9 ist der erste Arbeitskanal 5 zur Druckentlastung mit dem Tank/Reservoir 11 verbindbar oder verbunden, und der zweite Arbeitskanal 6 ist zur Druckbeaufschlagung mit der Pumpe 10 verbindbar oder verbunden. Das Schaltventil 7 ist als ein elektrohydraulisches Ventil ausgebildet, das durch eine nicht dargestellte Steuereinheit (ECU) betätigbar/schaltbar ist.
Erfindungsgemäß weist die Hydraulikversorgung 4 eine Rückstellpumpe 12 auf. Die Rückstellpumpe 12 ist durch eine Verlagerung des Schaltventils 7 zwischen seinen Schaltstellungen 8, 9 betätigbar/betreibbar. Das heißt, dass eine zusätzliche Pumpfunktion bei einer Längsbewegung des Schaltventils 7 entsteht. Durch die Betätigung der Rückstellpumpe 12 ist einer der beiden Arbeitskanäle 5, 6, in der dargestellten Ausführungsform der zweite Arbeitskanal 6, zur Rückstellung des Rotors 3 in eine vorbestimmte (Ruhe)Position druckbeaufschlagbar.
Die Rückstellpumpe 12 weist in der dargestellten Ausführungsform einen in einer Pumpenkammer 13 verschieblichen Pumpenkolben 14 auf, durch dessen Verlagerung Hydraulikmittel über eine Saugleitung 15 aus dem Tank/Reservoir 11 ansaugbar und eine Druckleitung 16 in den zweiten Arbeitskanal 6 einleitbar ist. Der Pumpenkolben 14 wird durch die Längsbewegung/Schaltbewegung des Schaltventils 7 bewegt. Der Pumpenkolben 14 kann beispielsweise entgegen der Rückstellkraft einer Feder 17 einen mit der Saugleitung 15 und/oder der Druckleitung 16 verbundenen Druckraum 18 verkleinern. In der Saugleitung 15 kann ein Rückschlagventil 19 angeordnet sein, das einen Rückfluss aus dem Druckraum 18 in das Reservoir 11 über die Saugleitung 15 verhindert. In der Druckleitung 16 kann ein Rückschlagventil 20 angeordnet sein, das einen Rückfluss aus dem zweiten Arbeitskanal 6 in den Druckraum 18 über die Druckleitung 16 verhindert.
Vorzugsweise kann der Pumpenkolben 14 integral durch einen Schaltventilan- ker/Schaltventilschieber des Schaltventils 7 ausgebildet sein. Alternativ kann der Pumpenkolben 14 in Reihe geschaltet mit dem Schaltventilanker/Schaltventilschieber des Schaltventils 7 ausgebildet sein. Weiter alternativ kann die Rückstellpumpe 12 als eine Membranpumpe oder dergleichen ausgebildet sein, auch wenn dies nicht dargestellt ist.
Zwischen den Arbeitskanälen 5, 6 und dem Schaltventil 7 bzw. der Rückstellpumpe 12 ist ein weiteres als Wegeventil ausgebildetes Schaltventil 21 angeordnet, das zwischen einer ersten Schaltstellung 22 und einer zweiten Schaltstellung 23 verstellbar ist. Das Schaltventil 21 ist in Abhängigkeit des Öldrucks der Pumpe 10 vorgesteuert. Das heißt, dass das Schaltventil 21 über eine mit der Pumpe 10 verbundenen Steuerleitung 24 angesteuert ist und in einem drucklosen Zustand der Pumpe 10 in der unbetätigten ersten Schaltstellung 22 (vgl. Fig. 1 ) ist und bei anstehendem Druck der Pumpe 10 entgegen der Rückstellkraft einer Feder 25 in der betätigten zweiten Schaltstellung 23 (vgl. Fig. 2) ist.
Der erste Arbeitskanal 5 ist in der ersten Schaltstellung 22 mit einer Leitung 26, die in der ersten Schaltstellung 8 des Schaltventils 7 mit der Pumpe 10 verbunden ist, sowie mit einer Leitung 27, die in der ersten Schaltstellung des Schaltventils 7 mit dem Reservoir 11 verbunden ist, verbunden. In der ersten Schaltstellung 22 ist der erste Arbeitskanal 5 über eine den Fluidstrom begrenzenden Drossel 28 mit der Leitung 26 verbunden. Der zweite Arbeitskanal 6 ist in der ersten Schaltstellung 22 mit der Druckleitung 16 verbunden. Durch ein initiiertes Takten des Schaltventils 7 saugt die Rückstellpumpe 12 Fluid aus dem Reservoir 11 an und leitet es über die Druckleitung 16 und das Schaltventil 21 in die zweite Arbeitskammer ein, so dass der Rotor 3 in die vorbestimmte (Ruhe)PositionZDefault Position verstellt wird. Aus der ersten Arbeitskammer kann Fluid über die Leitung 27 abgeführt werden.
Der erste Arbeitskanal 5 ist in der zweiten Schaltstellung 23 mit der Leitung 26 verbunden, die in der ersten Schaltstellung 8 des Schaltventils 7 mit der Pumpe 10 verbunden ist und in der zweiten Schaltstellung 9 des Schaltventils 7 mit dem Reservoir 11 verbunden ist. Der zweite Arbeitskanal 6 ist in der zweiten Schaltstellung 22 mit der Leitung 27 verbunden, die in der ersten Schaltstellung 8 des Schaltventils 7 mit dem Reservoir 11 verbunden ist und in der zweiten Schaltstellung 9 des Schaltventils 7 mit der Pumpe 10 verbunden ist. Die Druckleitung 16 ist in der zweiten Schaltstellung 23 über eine Neutralleitung 29 mit dem Reservoir 11 verbunden. Dadurch hat die Rückstellpumpe 12 in der zweiten Schaltstellung 23 einen Neutralumlauf, so dass das Schaltverhalten des Schaltventils 7 nicht beeinflusst wird.
Bezuqszeichenliste Nockenwellenversteller Stator Rotor Hydraulikversorgung erster Arbeitskanal zweiter Arbeitskanal Schaltventil erste Schaltstellung zweite Schaltstellung Pumpe Reservoir Rückstellpumpe Pumpenkammer Pumpenkolben Saugleitung Druckleitung Feder Druckraum Rückschlagventil Rückschlagventil zweites Schaltventil erste Schaltstellung zweite Schaltstellung Steuerleitung Feder erste Leitung zweite Leitung Drossel Neutralleitung

Claims

Patentansprüche
1. Hydraulischer Nockenwellenversteller (1 ) zur Verstellung der Phasenlage einer Nockenwelle relativ zu einer Kurbelwelle in einem Kraftfahrzeugantriebsstrang, mit einem Stator (2), einem relativ zu dem Stator (2) innerhalb eines begrenzten Winkelbereichs verdrehbaren Rotor (3) und einer Hydraulikversorgung (4) mit zwei Arbeitskanälen (5, 6) und einem Schaltventil (7), wobei die beiden Arbeitskanäle (5, 6) zur Verstellung des Rotors (3) relativ zu dem Stator (2) in zwei entgegengesetzte Wirkrichtungen je nach Schaltstellung (8, 9) des Schaltventils (7) mit einer Pumpe (10) zur Druckbeaufschlagung oder mit einem Reservoir (11 ) zur Druckentlastung verbindbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Hydraulikversorgung (4) eine Rückstellpumpe (12) aufweist, die durch eine Verlagerung des Schaltventils (7) zwischen seinen Schaltstellungen (8, 9) betätigbar ist und durch deren Betätigung einer der beiden Arbeitskanäle (6) zur Rückstellung des Rotors (3) in eine vorbestimmte Position druckbeaufschlagbar ist.
2. Nockenwellenversteller (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Hydraulikversorgung (4) ein zweites Schaltventil (21 ) aufweist, welches in einer ersten Schaltstellung (22) den einen der beiden Arbeitskanäle (6) mit der Rückstellpumpe (12) verbindet und in einer zweiten Schaltstellung (23) die beiden Arbeitskanäle (5, 6) je nach Schaltstellung (8, 9) des Schaltventils (7) mit der Pumpe (10) oder mit dem Reservoir (11 ) verbindet.
3. Nockenwellenversteller (1 ) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Schaltventil (21 ) druckabhängig vorgesteuert ausgebildet ist, wobei das zweite Schaltventil (21 ) in einem drucklosen Zustand der Pumpe (10) in der ersten Schaltstellung (22) und bei an der Pumpe (10) aufgebautem Druck in der zweiten Schaltstellung (23) ist.
4. Nockenwellenversteller nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Hydraulikversorgung (4) eine Neutralleitung (29) aufweist, welche die Rückstellpumpe (12) in der zweiten Schaltstellung (23) des zweiten Schaltventils (21 ) zur Bildung eines von den Arbeitskanälen (5, 6) getrennten Neutralumlaufs mit dem Reservoir (11 ) verbindet.
5. Nockenwellenversteller (1 ) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein anderer der beiden Arbeitskanäle (5) in der ersten Schaltstellung (22) des zweiten Schaltventils (21) über eine Drossel (28) mit einer ersten Leitung (26) und mit einer zweiten Leitung (27) verbunden ist, wobei die erste Leitung (26) und die zweite Leitung (27) je nach Schaltstellung (8, 9) des Schaltventils (7) den Arbeitskanal (5) mit der Pumpe (10) oder mit dem Reservoir (11 ) verbinden.
6. Nockenwellenversteller (1 ) nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Schaltventil (21 ) als eine Hülsenstruktur ausgebildet ist, die koaxial um das Schaltventil (7) herum angeordnet ist.
7. Nockenwellenversteller (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Pumpenkolben (14) der Rückstellpumpe (12) integral durch einen Schaltventilanker des Schaltventils (7) ausgebildet ist.
8. Nockenwellenversteller (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Pumpenkolben (14) der Rückstellpumpe (12) in Reihe geschaltet mit einem Schaltventilanker des Schaltventils (7) ausgebildet ist.
9. Nockenwellenversteller (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückstellpumpe (12) über eine Saugleitung (15) mit einem drucklosen Reservoir (11) verbunden ist, wobei das Reservoir (11 ) in einer Kavität in dem Nockenwellenversteller (1) ausgebildet ist - 14 -
10. Nockenwellenversteller (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückstellpumpe (12) so ausgebildet ist, dass ihr Volumenstrom größer als 1 ,2 l/min ist.
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