WO2006018330A1

WO2006018330A1 - Nockenwellenverstellsystem

Info

Publication number: WO2006018330A1
Application number: PCT/EP2005/052547
Authority: WO
Inventors: Andreas Knecht; Helmut Patze; Udo Diederichs; Udo Schwandt
Original assignee: Hydraulik-Ring Gmbh
Priority date: 2004-08-17
Filing date: 2005-06-02
Publication date: 2006-02-23
Also published as: DE102004039800A1; EP1787012A1; US20080115751A1; EP1787012B1; US7513230B2; DE102004039800B4; DE502005010491D1; ATE487026T1

Abstract

Ein Nockenwellenverstellsystem (200) mit einem Nockenwellenversteller (100) mit zwei gegenläufigen Hydraulikklammern (102, 104) umfasst insbesondere Schwenkmotornockenwellenversteller und eine Steuerventilgruppe (1). Die Steuerventilgruppe (1) des Nockenwellenverstellsystems arbeitet als 4/4-Ventil. Sie hat einen Anschluss (A) für die erste (102) und einen Anschluss (B) für die zweite (104) Hydraulikkammer. Sie beinhaltet ebenso einen Tankanschluss (T) und einen Anschluss (P) für die Druckbeaufschlagung. Das Nockenwellenverstellsystem (200) zeichnet sich dadurch aus, dass es in einem ersten Zustand (I), dem drucklosen Zustand, durch das Ventil entlastet ist. Dies geschieht durch gleichzeitiges, hydraulisches Verschalten der Anschlüsse der Hydraulikkammern (102, 104) vom Nockenwellenversteller (100) gegenüber dem Tankanschluss (T).

Description

Besdnrateimg

NΘckemwelleniverstelteysilem

Tschüisciies Umfeld

[001] Die Erfindung betrifft ein Nockenwellenverstellsystem gemäß Oberbegriff des

Hauptanspruchs.

[002] Nockenwellenverstellsysteme bestehen aus einer Anzahl verschiedener

Komponenten. Die Anzahl der Komponenten kann variieren, jedoch ist vielen Nocken- wellenverstellsystemen gemeinsam, dass ein Nockenwellenversteller und ein Steuerventil oder eine Steuerventilgruppe vorhanden sind. Es gibt unterschiedliche Typen von Nockenwellenverstellern, die alle die relative Lage einer Nockenwelle gegenüber einer weiteren Welle, wie der Kurbelwelle, einer Verbrennungs¬ kraftmaschine zueinander verdrehen können. Ein häufig verbreiteter Typ eines Nockenwellenverstellers ist der Schwenkmotornockenwellenversteller. Ein Schwenk- motornockenwellenversteller ist ein rotatorischer Flügelmotor, der die hydraulische Beaufschlagung einer Kammer gegenüber einer anderen Kammer in rotatorische Bewegung umsetzt. Die beiden sich entgegenwirkenden Kammern werden durch einen beweglichen Flügel getrennt, der je nach Druckverhältnissen die Lage verändert. Durch die Lageveränderung wird die mit dem Nockenwellenversteller verbundene Nockenwelle in Ihrer Lage wiederum mitgenommen und verdreht. Die Anzahl der Kammern der einen Wirkrichtung, die Anzahl der Flügel und die Anzahl der Kammer der entgegengesetzten Wirkrichtungen entsprechen sich häufig. Kammern gleichen Typs werden hydraulisch miteinander verschaltet. Die Kammern werden auf eine Steu¬ erventilgruppe oder ein Steuerventil geführt. Durch die geschickte Verschattung von mehreren Steuerventilen kann die Funktionalität eines hochintegrierten Steuerventils nachgebildet werden. Hydraulisch betrachtet sind also aus mehreren Ventilen bestehende Steuerventilgruppen ähnlich zu Steuerventilen, die aus einem einzigen mit mehreren Anschlüssen versehenen Steuerventil bestehen. Es ist also davon auszugehen, dass die Kammern der ersten Wirkrichtung alle direkt oder indirekt miteinander verschaltet sind und die Kammern der zweiten Wirkrichtung auf einen weiteren Anschluss der Steuerventilgruppe geführt sind. Vereinfacht wird von den An¬ schlüssen A und B gesprochen.

[003] Insbesondere bei außergewöhnlichen Betriebszuständen der Verbrennungs¬ kraftmaschine ist es erwünscht, die Relativlage der Nockenwelle gegenüber Ihrer Be¬ zugswelle zu kennen. Aus der Patentliteratur sind zahlreiche Vorschläge bekannt, in denen durch den Einsatz von besonderen Verriegelungsmechanismen eine definierte Position hergeleitet werden kann. Beispielhaft sei auf die deutsche Patentanmeldung DE 102004012460 A (HYDRAULIK-RING GMBH). --. verwiesen, in der durch eine geschickte Kombination eines Nockenwellenverstellers mit einer Feder Verriegelungspositionen wählbar und entwerf bar sind.

[004] Aus anderen Bereichen der hydraulischen Kfz-Technik sind besondere Ventile bekannt, die durch ihre Gestaltung in ausgewählten Betriebszuständen Verzögerungen eines Schaltverhaltens erzeugen. In der

DE 19816069 A (HYDRAULK-RING GMBH). --. wird ein Ventil beschrieben, dass vorzugsweise für automatisierte Handschaltgetriebe einsetzbar ist. Ein beidseitig beaufschlagbarer Kolben, der zwei Druckräume voneinander trennt, wird über ein Ventil mit einer Sicherheitsfunktion gesteuert. In der

Schaltstellung Null, der Sicherheitsstellung, hat das Drei- Wege-Proportionalventil im

Störungsfall die Kupplung nicht schlagartig zu schließen.

[005] Andere Ventile, die mit Nockenwellenverstellera eingesetzt werden können, sind aus der

CN 2592932 Y (ZHONG WEISHENG). 2002-12-05. und aus der

EP 1316733 A (SIMEONI S.R.L). 2002-09-23. zu entnehmen.

[006] Die Erfinder der vorliegenden Erfindung suchten nach einer, möglichst einfachen und zuverlässigen, Möglichkeit, einen definierten Zustand in einem Nockenwellenver- stellsystem zu erzeugen. Hierzu wurde sowohl darüber nachgedacht, den Nockenwel- lenversteller bauteilmäßig zu verändern, als es auch überlegt wurde, an anderen' Stellen, wie zum Beispiel an der Steuerung, in das Nockenwellenverstellsystem ein¬ zugreifen.

[007] In der

DE 10344816 A (AISlN SEIKI). -. wird ein 7/6-Ventil angeboten, das beim Abschalten der Verbrennungskraftmaschine, dem in der Druckschrift bezeichneten Motoranhaltesignals, ein Nockenwellenver¬ stellsystem in einen besonderen Zustand durch Anbieten einer ausreichenden Elektrizi¬ tätsmenge aus einer ECU fährt, um eine Fluidablassfunktion durch das Einregeln eines ersten Regelmechanismus, dem Ansprechen eines Arretiermechanismus und dem Einregeln eines zweiten Regelmechanismus einzuleiten. Nicht nur, dass es un¬ erwünscht ist, langbauende 7/6- Ventile in einem Zylinderkopf zu verbauen, benötigt das Nockenwellenverstellsystem Ausschaltnachlaufzeiten, statt die Startverzögerungen für Steuerzeiteneinstellvorgänge zu nutzen. Auch werden in dem dort offenbarten Verfahren zwischen vielen verschiedenen Zuständen beim Abschalten im Nockenwel¬ lenverstellsystem und beim Ölablass unterschieden. Der dort offenbarte Ansatz scheint ein sehr kompliziertes, durch seine Komponenten bedingt nachteiliges, System aufzubauen. Offenbarung der Erfindung

[008] Die erfmdungsgemäße Aufgabe wird durch ein Nockenwellenverstellsystem nach dem kennzeichnenden Teil des Hauptanspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind den abhängigen Anspiüchen zu entnehmen. Ein geeigneter Motor ist aus dem ersten nebengeordneten Anspruch zu entnehmen. Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Betreiben eines erfindungsgemäßen Nockenwellenverstellsystem ist aus dem zweiten nebengeordneten Anspruch zu entnehmen.

[009] Wie schon ausgeführt, sehen Nockenwellenverstellsysteme je nach System recht unterschiedlich aus. Jedoch kommt kein Nockenwellenverstellsystem ohne Nocken- wellenversteller und einem Steuerventil oder einer Steuerventilgruppe aus. Wenn der Nockenwellenversteller nach dem Prinzip eines Schwenkmotornocken-wellen- verstellers oder einem Flügelzellennockenwellenverstellers arbeitet, so hat er wenigstens zwei gegenläufige Hydraulikkammern. Wenn die eine Hydraulikkammer größer wird, wird die korrespondierende gegenüberliegende Hydraulikkammer kleiner. Es gibt auch Schwenkmotornockenwellenversteller mit einer hohen Anzahl Hydrau¬ likkammern gleichen Typs, die sich gleichsinnig verhalten.

[010] Für die Steuerventilgruppe ist das Gesamtverhalten ausschlaggebend. Egal wie die

Steuerventilgruppe aufgebaut ist, insgesamt muss sie nach außen hin, in Bezug auf ihre Schnittstellen, das Verhalten eines 4/4- Ventils haben. Ein 4/4- Ventil ist ein solches Ventil, das vier definierte Betriebszustände hat und vier Anschlüsse untereinander und miteinander verschaltet. Die Anschlüsse des erfihdungsgemäßen Ventils umfasst einen Anschluss für die erste Gruppe der Hydraulikkammern des Nockenwellenverstellers, einen Anschluss für die zweite Gruppe der Hydraulikkammern des Nockenwellen¬ verstellers, einen Tankanschluss und einen Anschluss, der mit unter Druck stehendem Hydraulikmedium versorgt wird, dem sogenannten Anschluss für die Druckbeauf¬ schlagung.

[011] Die Steuerventilgruppe, beziehungsweise das 4/4- Ventil, schaltet das Nockenwel¬ lenverstellsystem in einen ersten Zustand. Der erste Zustand zeichnet sich dadurch aus, dass beide Anschlüsse des Ventils, die zu den ersten und zweiten Hydraulikkam¬ merngruppen führen sollen, hydraulisch gegenüber dem Tankanschluss kurzge¬ schlossen sind. Es besteht eine hydraulische Verbindung zwischen Tankanschluss und den Anschlüssen für die Nockenwellenversteller. Das Hydraulikmedium strömt so aus beiden Kammern des Nockenwellenverstellers gleichzeitig in ein Tankbehältnis oder einen Tankbereich, vorzugsweise auf Grund der Schwerkraft oder wegen einem Unterdruck. Hierdurch wird der zuvor noch unter Druck stehende Nockenwellen¬ versteller unmittelbar, ohne weitere Zwischenschritte, drucklos geschaltet. Er ist gegenüber dem Tankanschluss entlastet. Der Begriff „drucklos" ist in dem Sinne zu verstehen, dass kein nennenswerter Druck in Bezug auf den maximalen Gesamtdruck in dem Nockenwellenversteller verbleibt. Die Schwelle für den unbedeutenden Druck kann zum Beispiel bei 10 Prozent des Betriebsdrucks liegen. Mit dem Begriff „drucϊdos" wird aber auch der Zustand bezeichnet, in dem nahezu das gesamte Hy¬ draulikmedium den Nockenwellenversteller durch die Ventilstellung verlassen hat. Je nach der Anordnung in dem Nockenwellenversteller kann immer noch Hydrauliköl in einigen Kammern bleiben. Zum Beispiel in einem Nockenwellenversteller des Zentral- zuführkanaltyps, in dem ein Zuführkanal teilweise über die Nockenwelle im Zentrum des Nockenwellenverstellers an die einzelnen voreilenden Kammern herangeführt wird, verbleibt Öl in den Kammerteilen, die gravitationsmäßig unterhalb des Zentral¬ zuführkanals liegen. Auch der Zustand wird als drucklos bezeichnet. Es ist also nach einem Aspekt interessant, dass in dem drucklosen Zustand nur noch eine minimale Verstellung erfolgen kann.

[012] Weil das Hydrauliköl, insbesondere im Betrieb und beim Abschalten des Motors, erwärmt sein kann, und nach gängigen Abgasnormen der Schadstoffausstoss der Ver¬ brennungskraftmaschine am Anfang eines Betriebszykluses gemessen werden soll, ist nach einem Aspekt der Erfindung die Drucklosstellung, der Zustand I, beim Starten der Verbrennungskraftmaschine idealerweise einstellbar, vorzugsweise passiv durch Vor¬ spannkräfte zum Beispiel einer Ventilfeder einstellbar. Nach dieser Einstellung wird während der ersten Betriebssekunden das Öl überwiegend aus dem Nockenwellen¬ versteller ablassbar. %

[013] Nach einem anderen Aspekt der Erfindung kann das Nockenwellenverstellsystem mit einem Rückschlagsventil, das für die normalen Betriebsphasen in der mit Druck beaufschlagten Zuleitung wirksam ist, ausgestattet sein, während bei der Startphase der Rücklauf in den Tank ohne Rückschlagsventil erfolgt.

[014] Der beschriebene erste Zustand, in dem sich das 4/4-Ventil befindet, kann als Be¬ triebsend- bzw. Betriebsanfangszeitzustand des Nockenwellenverstellsystems bezeichnet werden. Es ist deswegen ein Betriebsendzeitzustand, weil der Zustand dann angefahren wird, wenn das Nockenwellenverstellsystem ausgeschaltet werden soll. Es wird dann als Betriebsanfangszeitzustand bezeichnet, wenn während des Startens der Verbrennungskraftmaschine, in der das Nockenwellenverstellsystem verbaut ist, der Versteller in Betrieb genommen wird. Das Nockenwellenverstellsystem ist in der Regel dann auszuschalten, wenn die Verbrennungskraftmaschine entweder gestartet oder lastlos oder ausgeschaltet werden soll. Weiterhin kann von einem Betriebsend¬ zeitzustand gesprochen werden, wenn ein elektrischer Fehler vorliegt, der das Nocken¬ wellenverstellsystem ausschaltet, während die Verbrennungskraftmaschine weiter¬ betrieben wird. Die Verbrennungskraftmaschine muss in den Phasen des Betriebsend- zeitzustands in einem kontrollierbaren und definiertem Zustand sein. Der Zustand ist kontrollierbar, wenn bekannt ist, in welcher relativen Lage die verdrehbare Nockenwelle gegenüber der Bezugswelle liegt. Insbesondere beim Starten der Ver¬ brennungskraftmaschine ist die Zustandseinnahme erwünscht. Um das Starten der Ver- brεnnungskraftniaschine nicht unnötig zu erschweren, sollte die erste Zeit des Anlassens des Motors nutzbar sein, um, selbst wenn noch Restöldrücke im Nocken- wellenverstellsystem vorhanden sein sollten, den Nockenwellenversteller drucklos zu halten. In Verbindung mit einer geeigneten Mittenverriegelung nach z. B. DE 10253 883 Al, wobei alle Ausführungsbeispiele Teil der Schutzumfangs dieses Schutzbegehrens sind, wird beim Starten der Verbrennungskraftmaschine die Relativ- lagenverdrehung, wenn einmal drucklos, unterbunden.

[015] Für die Erfindung ist es im Ergebnis von nachgeordneter Bedeutung, ob die

Erfindung durch ein einziges 4/4- Ventil umgesetzt worden ist, oder ob eine gesamte Steuerventilgrappe untereinander so verschaltet wird, dass sie das erfindungsgemäße Verhalten aufweist.

[016] Neben dem ersten Zustand gibt es drei weitere Zustände. Die Zustände un¬ tereinander können vertauscht sein. Sie hängen von der konkreten Ausgestaltung des Nockenwellenverstellsystems ab. Ein Zustand ist für die Spätverstellung des Nocken- wellenverstellers ausgelegt. In dem Zustand wird die Hydraulikkammer für die Spät¬ verstellung des Nockenwellenverstellers mit druckbeaufschlagtem Hydraulikmedium angefahren. Ein Zustand ist bestimmt für die Haltestellung des Nockenwellen- verstellers. Ein Zustand wird gewählt, wenn der Nockenwellenversteller in eine Früh¬ verstellung gefahren werden soll.

[017] In einem vorteilhaft ausgestalteten System folgt das Ventil einer gewissen Zu- standsabfolge. Wenn das Ventil in einem Zustand ist, kann es nur in einen be¬ nachbarten Zustand verfahren werden. Sofern also die Abfolge eines erfin¬ dungsgemäßen Ventils so aussieht, dass nach dem Betriebsendzeitzustand die Spät¬ verstellung und anschließend die Haltestellung und als Viertes die Frühverstellung folgen, so kann das Ventil aus der Frühverstellung nur die Haltestellung ansteuern. Aus der Spätverstellung kann das Ventil sowohl in den Betriebsendzeitzustand als auch in die Haltestellung gefahren werden.

[018] Genauso sind auch andere Abfolgen vorstellbar. So ist es vorstellbar, dass das

Ventil den Abfolgen Betriebsendzeitzustand, Frühverstellung, Haltestellung und Spät¬ verstellung folgt.

[019] Wesentlich ist bei vielen Ventilen, dass der Betriebsendzeitzustand die Ruh¬ eposition des Ventils ohne Verstellung des Kolbens oder des Stößels ist. Ein solches Ventil kann durch ein einseitig federvorgespanntes Cartridge- Ventil umgesetzt werden. Die Feder drückt den Kobeln und den Stößel in die Ruhelage, aus der nur durch ein Bestromen des Ventils das Ventil in einen anderen Zustand übergeht. Das Cartridge- Ventil hat weiterhin den Vorteil, dass es anstelle eines bisher eingesetzten Ventils in einem Motorblock angebracht werden kann. Der Hersteller oder Betreiber einer Ver- brennungskraftmaschine kann somit ein vorhandenes System durch einen Austausch der Ventile verbessern. Das Cartridgε- Ventil wird an die Stelle des alten Ventils geschraubt. Um Bauraum und Platz zu sparen, ist der hydraulische Kolben als Hohlkolben ausgelegt, der das Hydraulikmedium in seinem Innenbereich Richtung Tankanschluss leitet. Die Zustände werden dadurch erreicht, dass zwischen dem hy¬ draulischen Hohlkolben und den einzelnen Anschlüssen des Ventils je nach Verfahren des Hohlkobens unterschiedliche Überdeckungen erreicht werden können. Die Über¬ deckungen liegen zwischen Buchse und Hohlkolben des Cartridge- Ventils. Die Systeme sind in Bezug auf ihre Anschlussstellen, wie Steuergeräteanschluss, Hydrau- likmediumanschluss und Abmessungen untereinander kompatibel.

[020] Das im folgenden noch näher beschriebene Ventil zeichnet sich dadurch aus, dass durch die räumliche Anordnung des T- Anschlusses zu den übrigen Anschlüssen des 4/4- Ventils dafür gesorgt wird, dass der Kolben nahezu keine Restölmengen mehr in seinem ersten Zustand behält. Durch die beiden Ankerräume und die hydraulische Vorspannung des Stößels wird ebenfalls gut zur Entlastung nicht nur des Nockenwel- lenverstellers sondern auch des Ventils beigetragen. Durchlassöffnungen in dem Kolben sind so angeordnet, so dass keine Kräfte dem Kräftegleichgewicht des Ventils durch die Abströmung des Hydraulikmediums zum T-Anschluss erzeugt werden.

[021] Mit dem Ventil wird der Nockenwellenver steller gehalten, verfahren und eingestellt. Der Nockenwellenversteller zusammen mit der Nockenwelle ist ein nach Gleichgewichtslagen ausgewähltes und ausgebildetes System. Wenn der Nockenwel¬ lenversteller drucklos geschaltet wird, treibt die Nockenwelle, abgestützt auf ihren La¬ gerpunkten, einen Rotor des Nockenwellenverstellers zusammen mit der Nockenwelle in eine Verharrungslage. Die definierte Verharrungslage ist die von sich aus selbsttätig ausgewählte Position des Nockenwellenverstellers. Die Verharrungslage wird durch Gleichgewichte und Abstützungen beeinflusst.

[022] Um eine eindeutige Verharrungslage zu erreichen, kann ein gesonderter Verriege¬ lungsmechanismus in dem Nockenwellenversteller vorgesehen sein. Der Verriege¬ lungsmechanismus, wie zum Beispiel der aus der DE 10253 883 Al, berücksichtigt die Druckzustände in den Hydraulikkammern. Wenn der Druck in den Hydrau¬ likkammern unterhalb eines bestimmten Wertes liegt, der vereinfacht als druckloser Zustand angesehen werden kann, riegelt der Nockenwellenversteller ein und sperrt in der gewählten Position. Bei Überschreitung einer Druckdifferenz zwischen den unter¬ schiedlichen Hydraulikkammern wird die Verriegelung wieder aufgehoben, der Verrie¬ gelungsmechanismus entriegelt.

[023] Das beschriebene Ventil und der entsprechende Nockenwellenversteller zusammen mit einer Verbrennungskraftmaschine und einem einschlägigen Motorsteuergerät, ins¬ besondere einem elektronischen Motorsteuergerät mit einem oder mehrerer Mikro- kontrollern, bilden eine Antriebseinheit. Das Motorsteuergerät sondert ein Signal ab, durch das der Ausschaltzustand, der Betriebsendzeitzustand, angesteuert wird. Ge¬ schickterweise ist der Ausschaltzustand des Motorsteuergerätes so gewählt, dass das Ventil auch von einem Ausschaltzustand dann ausgeht, wenn das Motorsteuergerät selbst ausfällt oder ausgeschaltet wird. Die Sicherheitsfunktion wird als fail- safe-Funktion bezeichnet, weil bei einem Ausfall des Motorsteuergerätes oder eines mechanischen Brechen der elektrischen Anschlüssen des Ventils das System in einen dem Betriebsendzeitzustand äquivalenten Zustand gelangt.

[024] Das Nockenwellenverstellsystem und die dazugehörige Verbrennungskraftmaschine kann nach einem erfindungsgemäßen Verfahren eines Betriebs einer Verbrennungs¬ kraftmaschine, insbesondere im Kraftfahrzeug, mit einem elektronischen Motor¬ steuergerät und einem Nockenwellenverstellsystem benutzt werden. Bei dem Verfahren wird der erste Zustand beim Start der Verbrennungskraftmaschine in Zu¬ sammenspiel zwischen Steuergerät und Nockenwellenverstellsystem, insbesondere unabhängig von dem Abschaltvorgang der Verbrennungskraftmaschine, eingenommen. Die Startzeiten des Antriebsstrangs des Kraftfahrzeugs, zum Beispiel der Reset- und Startvorgang des Motorsteuergeräts, wird zur Erzeugung des drucklosen Zustande genutzt.

Kurze Beschreibung von Zeichnurfgen [025] Die beschriebene Erfindung kann noch besser verstanden werden, indem auf die folgenden Figuren Bezug genommen wird, wobei

[026] Figur 1 ein erfindungsgemäßes Ventil in einem ersten Betriebszustand zeigt,

[027] Figur 2 ein erfindungsgemäßes Ventil in einem zweiten Betriebszustand zeigt,

[028] Figur 3 ein erfindungsgemäßes Ventil in einem dritten Betriebszustand zeigt,

[029] Figur 4 ein erfindungsgemäßes Ventil in einem vierten Betriebszustand zeigt,

[030] Figur 5 eine Draufsicht eines erfindungsgemäßen Ventils zeigt,

[031] Figur 6 einen Nockenwellenversteller in einer Regelstellung zeigt,

[032] Figur 7 einen Nockenwellenversteller in einer Frühstellung zeigt,

[033] Figur 8 einen Nockenwellenversteller in einer Spätstellung zeigt,

[034] Figur 9 ein hydraulisches Prinzipschaltbild der Erfindung zeigt,

[035] Figur 10 ein Stromdruckmitteldurchflussdiagramm eines erfindungsgemäßen

Ventils zeigt,

[036] Figur 11 eine Hydraulikkennlinie eines reellen, erfindungsgemäßen Ventils zeigt,

[037] Figur 12 eine Durchflusskennlinie des hausinternen Stands der Technik zeigt,

[038] Figur 13 ein bisher hausintern eingesetztes Ventil in Prinzipdarstellung zeigt. Die beste Art und Wei§e₅ die Erfindung axiszimutsen Figur 1 zeigt ein Cartridge- Ventil 1. Das Cartridge- Ventil 1 besteht aus einem Hy¬ draulikteil 3 und einem Magnetteil 5. Der Hydraulikteil 3 hat einen Kolben 13 und eine Hülse 15. Der Kolben 13 läuft innerhalb der Hülse 15. Der Kolben 13 ist durch die Feder 9, die sich gegenüber dem Stützteller 11, beziehungsweise Federteller, abstützt, vorgespannt. Die Hülse 15 ist mit Öffnungen, die im dargestellten Fall rotationssym¬ metrische Bohrungen sind, versehen, die den ersten Arbeitsanschluss A, den zweiten Arbeitsanschluss B und den Druckanschluss P darstellen: Die Pfeile deuten die reguläre Öhϊchtung an. Auf der Stirnseite des Hydraulikteils 3 ist eine Öffnung für den T-Anschluss 17, dem Tankanschluss T, vorgesehen. Der T-Anschluss liegt rechtwinklig zu den übrigen drei Anschlüssen A, B und P des Ventils 1. Die Öffnung für den T-Anschluss 17 liegt mittig innerhalb des Stütztellers 11. Die Feder 9 umringt die Öffnung für den T-Anschluss 17. Der Kolben 13 ist ein Hohlkolben. Der Kolben 13 ist mit ersten Durchlassöffnungen 19 und zweiten Durchlassöffnungen 21 versehen, die an den diametral entfernten Enden des Kolbens die Verbindung zum Hohlraum des Kolbens herstellen. In und um das Ventil sind eine Reihe von Dichtungen aufgebracht, die das Hydraulikmedium im Betrieb von der Umwelt und den nicht mit Hydrau¬ likmedium versorgten Teilen fernhalten sollen. Die Hydraulikraumdichtung 23 ist eine umlaufende O-Ringdichtung, die an der Öffnung für den T-Anschluss 17 abgewandten Seite um die Hülse 15 herum laufen. Sie dichtet den Hydraulikbereich des Cartridge- Ventils 1 gegenüber der Umwelt ab. Die Dichtung 25 dichtet als Magnetteildichtung den Magnetteil 5 von dem Hydraulikteil 3 ab. Der Stößel 41, der an dem Kolben 13 anliegt, ist ein mit Hydrauliköl vorgespannter, im Hydrauliköl liegender, Stößel. Die Poldichtung 63 und die Spulendichtung 65 sorgen dafür, dass das im Magnetteil 5 be¬ findliche Hydraulikmedium nicht nach außen, außerhalb des Gehäuses 27, austreten kann. Das Gehäuse 27 geht an seiner dem Hydraulikteil nahen Seite in einen Flansch 29 über, der mit Befestigungsöffnungen, den Befestigungsbohrungen 31, versehen ist, über. Der auf den Hydraulikteil 3 folgende Polkern 39 ist durch Sicken 33 mit dem Gehäuse 27 verbunden. Die Sicken 33 sind in dem Bereich der Poldichtung 63. Innerhalb des Gehäuses 27 sind eine Spule 35, der Anker 37, der Polkern 39 und ein Stößel 41 angeordnet. Der Anker 37 liegt in einem Dichttopf 49 und schlägt gegen eine Mitnehmernase 51. Der Anker kann zwischen zwei Ankerräumen, einem ersten Ankerraum 43 und einem zweiten Ankerraum 61, hin- und herbewegt werden. Die Ankerräume stehen in fluidischer Verbindung mit dem Hydraulikteil 3 des Cartridge- Ventils 1, wenn der Kolben 13 außerhalb seiner Endanschlagsposition ist. Der Stößel 41 läuft in einem Stößelölbett 59, das den Stößel umspült und vom Pol 67 trennt. Das Stößelölbett mündet in den ersten Ankerraum 43. Über Stößelquerbohrungen 53, die die Funktion einer Dämpfungsbohrung haben können, kann das Hydraulikmedium über einen Stößelölkanal 55 in den Stößelraum 57 gelangen. Der Stößelraum 57 ist gegenüber dem zweiten Ankerraum 61 offen. Der Anker 37 wandert zwischen seinen Endpositionen der beiden sich verändernden Ankerräume 43 und 61. Durch das wandern des Ankers werden die Ankerräume vergrößert und verkleinert. Die minimale Ankerraumgröße des zweiten Ankerraums 61 wird erreicht, wenn der Anker 37 an An¬ schlagsflächen 83 des Dichttopfs 49 zum Anschlag kommt, die tiefgezogen sind. An der der Öffnung für den T-Anschluss 17 entgegengesetzten Seite ist ein elektrischer Stecker 47 angeordnet. Die Spule 35, die das elektromagnetische Feld für den Anker 37 erzeugt, liegt in einem Spulenträger 45. Zwischen Stecker 47 und Spulenträger 45 ist ein Ankerdeckel 69 mit einer Deckeldichtung 71 vorgesehen. Der Anker 37 wird von einem Polring 73 umschlossen. Ein Stößelölraum 77 steht über einem Buchsen- T- Ausgleichskanal 75 mit der Öffnung für den T-Anschluss 17 in Verbindung. Die Verbindung des Hydraulikteils 3 mit dem Magnetteil 5 des Cartridge- Ventils 1 wird über Befestigungseingriffe 81 verbunden. Die Befestigungseingriffe 81 greifen seitlich an der Hülse 15 an. Im drucklosen, in dem entlasteten, Zustand sperrt der Kolben 13 den hinteren aus Ankerräumen 43, 61, Stößelölbett 59, Stößelölkanal 55 und Stößerraum 57 bestehenden Hydraulikkanal im Magnetteil 5 von der Öffnung für den T-Anschluss 17. Die Feder 9 erfährt keine Gegenkraft und ist in ihrer ausgestreckten, maximal ausgedehnten und entspannten Position. Das gesamte Hydraulikmedium entweicht über die Öffnung für den T-Anschluss 17. Über entsprechende Stege in dem Kolben 13 und den Durchlassöffnungen 19 und 21 sind die Anschlüsse B und A in hy¬ draulischer Verbindung mit der Öffnung für den T-Anschluss 17. Wenn die Spule 35 mit einem ersten, eindeutig festgelegten Strom bestromt wird, so bewegt sich der Kolben 13 in eine zweite Position, dem zweiten Zustand II, ausgehend vom ersten Zustand I. Die Stege an den Kolben 13 haben, wie in Figur 2 dargestellt, nun eine andere Überdeckung zur Hülse 15. Bei weiterem bestromen, der höher ist als der Strom für den Zustand π, der Spule 35 gerät das Cartridge- Ventil 1 in den dritten Zustand IE. Der dritte Zustand III ist in Figur 3 dargestellt. Er zeigt aufgrund der Überdeckung zwischen Kolben 13 und Hülse 15 eine Abkopplung des ersten Arbeits- anschluss A und des zweiten Arbeitsanschluss B sowohl von dem Tankanschluss T als auch von dem Druckanschluss P. Im vierten Zustand IV, der in Figur 4 abgebildet ist, sieht man aufgrund einer weiteren Bewegung gegen die Federkraft der Feder 9, und angetrieben durch den Stößel 41, eine hydraulische Verbindung zwischen dem Druck¬ anschluss P und dem ersten Arbeitsanschluss A. Der zweite Arbeitsanschluss B steht in Verbindung mit dem Tankanschluss T über den T- Ableitkanal 79 und die zweite Durchlassöffnung 21. In dem vierten Zustand ist der Anker 37 in seinem Endanschlag, er wird nur durch die Mitnehmernase 51 von dem Pol 69 getrennt. [040] Mit als Dämpfungsbohrungen ausgeführte Stößelbohrungen wird das Verfahren in dem ersten Zustand verzögert. Hierdurch werden kurze Öldruck- oder Bestromungsun- terbrechungen der Spule ausgeglichen. Das Nockenwellenverstellsystem wird, obwohl mit einem dπicklosen Zustand gearbeitet wird, insgesamt stabiler als bekannte Nockenwellenverstellsysteme.

[041] Die Öffnungen, Bohrungen und Kanäle und das gesamte Ventil sind rotations¬ symmetrisch graphisch dargestellt worden. Es versteht sich von selbst, dass natürlich die rotationssymmetrische Form des Ventils keinen Einfluss auf die Verwirklichung der Erfindung hat.

[042] Der Kolben 13 hat drei Nuten, zwei Stege und zwei Enderhöhungen, die in den beiden äußeren Endbereichen des Stößels liegen. Die Hülse 15 weist nach innen liegende Stege auf, die zusammen mit der Hülse die Anschlüsse gegeneinander versperren können. Ein geeignetes Ventil kann zum Beispiel so ausgelegt werden, dass zwischen der Hülse 15 und dem Kolben 13 im Bereich des Anschlusses D zur Nut des T- Ableitkanals 79 eine Überdeckung von 0,2 bis 0,4 mm gegeben ist. Die Überdeckung zwischen dem P-Anschluss und dem Anschluss B kann zwischen 0,25 und 0,45 mm variieren. Die Überdeckung zwischen dem P-Anschluss und dem Anschluss A liegt jenseits von 1 mm, zum Beispiel bei 1,5 mm.

[043] Die in den Schnittzeichnungen der Figuren 1 bis 4 dargestellten Ventile haben in einer Draufsicht eine zur Figur 5 ähnlichen Darstellung. Blickt man senkrecht auf das ^:$' Ventil, so stechen der Stecker 47, der Flansch 29 und die Befestigungsbohrung 31 ins

Auge.

[044] Das beschriebene Cartridge- Ventil 1 wird direkt oder über Leitungen des

Motorraums indirekt mit einem Nockenwellenversteller in hydraulische Verbindung gebracht, der in den Figuren 6, 7 und 8 in einer geöffneten Darstellung abgebildet ist. Der abgebildete Nockenwellenversteller ist in Figur 6 in seiner Regelstellung, in Figur 7 in seine Frühstellung verdreht und in Figur 8 in seine Spätstellung verdreht. Der Nockenwellenversteller 100 bildet in seinem Inneren wenigstens zwei Hydrau¬ likkammern 102, 104, die jeweils bei mehrfachem Vorhandensein zueinander ab¬ wechselnd auftreten. Das Gehäuse des Nockenwellenverstellers 100 zusammen mit dem Rotor, bestehend aus Rotorring 110 und Rotorflügel 112, bilden die Hydrau¬ likkammern 102, 104. In einem der Flügel kann wahlweise eine Verriegelung 106 sitzen. Der Rotorring 110 umschließt eine Nockenwellenaufnahme 108, in der die nicht dargestellte Nockenwelle liegt. In den Abbildungen sind bestimmte Rotorflügel¬ geometrien der Rotorflügel 112 und Steggeometrien des Nockenwellenverstellers 100 gezeigt. Die Geometrien haben für die vorliegende Erfindung eine nachgeordnete Bedeutung.

[045] Figur 9 stellt ein erfindungsgemäßes System mit seinen Leitungen dar. Das Ventil 1 ist als hydraulisches Schaltsymbol dargestellt, in dem der Magnetteil 5 und die Feder 9 als eigene Teile dargestellt sind. Das Ventil zeigt die 4 Zustände I, π, HI, IV. Die Ar¬ beitsseite mit den Anschlüssen A und B ist über die Leitungen 210, 212 mit dem Nockenwellen verstεller 100 verbunden, der als hydraulischer Zweikammernkolben vereinfacht dargestellt worden ist. Die beiden Kammern 102 und 104 des Nocken wel- lenverstellers 100 wirken gegenläufig. Das Rückschlagsventil 206, der Filter 204, der auch ein Abscheider sein kann, und die Pumpe 202 sind in einem Nockenwellenver- stellsy stem 200 optional. Es können auch weitere Bauteile und hydraulische Komponenten in einem System angeordnet sein. Das Hydraulikmedium wird über die Verbindungsleitung 214 zum Tank 224 zurückgeführt. Die Pumpe 202 greift über die Verbindungsleitung 222 auf den Tank zu und fördert das Hydraulikmedium über die Verbindungsleitung 220 zu dem Filter 204. Der Filter 204 ist mittels Verbin¬ dungsleitung 218 mit einem Rückschlagventil 206 verschaltet, bevor es über die Ver¬ bindungsleitung 216 auf das Hydraulikventil 1 geht.

[046] Die Durchflussmengen sind in Figur 10 zu ihren jeweiligen Zuständen dargestellt.

In Figur 10 ist die Durchflussmenge gegenüber dem Strom der Spule aufgetragen. In den Zuständen II und IV liegt eine entsprechende Durchflussmenge vor. In den Zuständen 1 und 3 ist der Durchfluss am Anschluss A entweder unterbrochen oder rückläufig.

[047] Die in Figur 10 idealisierte Kennlinie wird in der Realität zum Beispiel so aussehen, wie in Figur 11 dargestellt. Die Bestromungsbereiche sind alle gleich weit. Mittels dem Diagramm kann ein Steuergerät so programmiert werden, dass ein bestimmtes pulsweiten modelliertes Signal oder ein bestimmter Strom aus dem Motorsteuergerät abgegeben wird, um einen der gewählten Zustände I, π, III, IV anzufahren.

[048] In Figur 13 wird ein bisher hausintern eingesetztes System abgebildet, das durch den Austausch des Ventils gemäß der Erfindung verbessert werden kann. In Figur 12 ist die zu Figur 13 dazugehörende Durchfluss-Strom-Kennlinie zu sehen.

[049] Zusammenfassend kann also festgehalten werden, dass nach einem Aspekt der

Erfindung bekannte Nockenwellenverstellsysteme dadurch weitergebildet werden, dass ein druckloser Zustand als wählbarer und anfahrbarer Zustand gewählt worden ist. Ein weiterer Aspekt der Erfindung lieg darin, dass ein geeignetes Ventil entworfen worden ist, das den drucklosen Zustand des Nockenwellenverstellsystems gewissenhaft ermöglicht. Beide Aspekte zusammengefasst führen zu einem erfindungsgemäßen Nockenwellenverstellsystem. Bestehende Nockenwellenverstellsysteme können durch einen Austausch des Ventils und einer Anweisung zur Umprogrammierung des Steu¬ ergerätes der Verbrennungskraftmaschine in ein erfindungsgemäßes System verändert werden.

[050] Bezugszeichenliste: Tabelle 1

Bezugszeichen Bezeichnung

1 Cartridgeventil

3 Hydraulikteil

5 Magnetteil

9 Feder

11 Stützteller

13 Kolben

15 Hülse

17 Öffnung für T-Anschluss

19 erste Durchlassöffnung

21 zweite Durchlassöffnung

23 Hydraulikraumdichtung

25^" Magnetteildichtung

27 Gehäuse

29 Flansch 31 Bohrung (für Befestigung)

33 Sicke für Gehäusebefestigung

35 Spule

37 Anker

39 Polkern

41 Stößel

43 Ankerraum

45 Spulenträger

47 Stecker

49 Dichttopf

51 Mitnehmernase

53 Stößelquerbohrung in der Funktion einer Dämpfungsbohrung

55 Stößelölkanal

57 Stößelraum

Claims

Amisjpiridiie

[001] Nockenwellenverstellsystem (200), einen Nockenwellenversteller (100) mit zwei gegenläufigen Hydraulikkammern (102, 104), insbesondere Schwenkmotorn- ockenwellenversteller, und eine Steuerventilgrappe (1) umfassend, dessen Steuerventilgrappe als 4/4- Ventil (1) arbeitet, mit einem Anschluss (A) für die erste Hydraulikkammer (102), mit einem Anschluss (B) für die zweite Hydraulikkammer (104), mit einem Tankanschluss (T) und mit einem Anschluss (P) für die Druckbeaufschlagung, dadurch gekennzeichnet, dass mittels Ventil (1) das Nockenwellenverstellsystem (200) in einem ersten Zustand (I) durch gleichzeitiges, hydraulisches Verschalten der beiden Anschlüsse (A, B) für die Hydraulikkammern (102, 104) des Nockenwellenverstellers (100) gegenüber dem Tankanschluss (T), dem drucklosen Zustand, entlastet ist.

[002] Nockenwellenverstellsystem (200) nach Ansprach 1, weiterhin dadurch ge¬ kennzeichnet, dass der erste Zustand (I) der Betriebsentzeitzustand des Nockenwellenver- stellsystems ist.

[003] Nockenwellenverstellsystem (200) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiterhin dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerventilgrappe aus einem einzigen 4/4- Ventil (1) besteht.

[004] Nockenwellenverstellsystem (200) nach Ansprach 3, weiterhin dadurch ge¬ kennzeichnet, dass ein weiterer Zustand der Zustände (I; II, III, IV) des 4/4- Ventils (1) ein zweiter Zustand (II), die Spätverstellung, ist, in dem der Anschluss (A) für die erste Hy¬ draulikkammer (102) mit dem Tankanschluss (T) verbunden ist, während der Anschluss (B) für die zweite Hydraulikkarnmer (104) mit dem Anschluss (P) für die Drackbeaufschlagung (202) verbunden ist, ein weiterer Zustand der Zustände (I; II, HI, IV) des 4/4- Ventils (1) ein dritter Zustand (III), die Haltestellung, ist, in dem die Hydraulikkammernanschlüsse (A, B) von dem Tankanschluss (T) und dem Anschluss (P) für die Drackbeauf¬ schlagung (202) gleichzeitig abgekoppelt ist, ein weiterer Zustand der Zustände (I; II, HI, IV) des 4/4- Ventils (1) ein vierter Zustand (IV), die Frühverstellung, ist, in dem der Anschluss (A) für die erste Hy¬ draulikkammer (102) mit dem Anschluss (P) für die Drackbeaufschlagung (202) verbunden ist, während der Anschluss (B) für die zweite Hydraulikkammer (104) mit dem Tankanschluss (T) verbunden ist.

[005] Nockenwellenverstellsystem (200) nach Ansprach 4, weiterhin dadurch ge- kennzeichnet, dass die Zustände (I; II, DI, IV) durch ein lineares Verfahren eines Hydraulikkolbens (13) angefahren werden können, deren Abfolge der Zustände (I; π, III, IV) der Ordnungsnummer der Zustände folgt, wobei jeweils in den nächst höheren oder niedrigeren Ordnungsnummernzustand gefahren werden kann.

[006] Nockenwellenverstellsystem (200) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiterhin dadurch gekennzeichnet, dass das 4/4- Ventil (1) ein in einer Buchse (15) liegendes einseitig federvor¬ gespanntes (9) Cartridge- Ventil (1) mit hydraulischem Hohlkolben (13) zur Tan¬ kentlastung ist, deren Zustände (I; H, HI, IV) durch eine Überdeckung (Ül, Ü2, Ü3) zwischen Hohlkolben (13) und Buchse (15) bestimmt werden.

[007] Nockenwellenverstellsystem (200) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 6, weiterhin dadurch gekennzeichnet, dass der Nockenwellenversteller (100) im drucklosen Zustand (I) des Nocken wellen- verstellersystems (200) selbsttätig in eine definierte Verharrungslage während der Dauer des ersten ZuStands (I) fährt.

[008] Nockenwellenverstellsystem (200) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiterhin dadurch gekennzeichnet, dass der Nockenwellenversteller (100) mit einem Verriegelungsmechanismus (106) ausgestattet ist, der im dracklosen Zustand (I) der Hydraulikkammern (102, 104) einriegelt und bei Überschreitung einer Druckdifferenz zwischen den Hydrau¬ likkammern (102, 104) entriegelt.

[009] Verbrennungskraftmaschine mit Motorsteuergerät und einem Nockenwellenver¬ stellsystem (200) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausschaltzustand des Nockenwellenverstellsystems (200) durch eine Leer¬ laufspannung, einen Leerlaufstrom oder ein Leerlaufpulsweitensignal bestimmt wird, das unterhalb eines Schwellwertes liegt.

[010] Verfahren eines Betriebs einer Verbrennungskraftmaschine, insbesondere im

Kraftfahrzeug, mit einem elektronischen Motorsteuergerät und einem Nocken¬ wellenverstellsystem nach den Ansprüchen 1 bis 8, bei dem der erste Zustand (I) beim Start der Verbrennungskraftmaschine in Zu¬ sammenspiel zwischen Steuergerät und Nockenwellenverstellsystem, ins¬ besondere unabhängig von dem Abschaltvorgang der Verbrennungs¬ kraftmaschine, eingenommen wird.