DE102009030201A1 - Vorrichtung zur variablen Einstellung der Steuerzeiten von Gaswechselventilen einer Brennkraftmaschine - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (1) zur variablen Einstellung der Steuerzeiten von Gaswechselventilen einer Brennkraftmaschine mit einer hydraulischen Phasenstelleinrichtung (2), einem Steuerventil (4) und einer Hilfsdruckquelle (3), wobei die Phasenstelleinrichtung (2) in Antriebsverbindung mit einer Kurbelwelle und einer Nockenwelle bringbar ist, wobei die Phasenstelleinrichtung (2) zumindest zwei gegeneinander wirkende Druckkammern (5, 6) umfasst und eine Phasenlage der Nockenwelle relativ zur Kurbelwelle durch Druckmittelbeaufschlagung der Druckkammern (5, 6) variabel einstellbar ist, wobei das Steuerventil (4) zumindest einen Zulaufanschluss (P), einen ersten und einen zweiten Arbeitsanschluss (A, B) aufweist, wobei der Zulaufanschluss (P) mit einer Druckmittelpumpe (12) verbindbar ist und wobei der erste Arbeitsanschluss (A) mit der ersten Druckkammer (5) und der zweite Arbeitsanschluss (B) mit der zweiten Druckkammer (6) verbindbar ist.

Description

• Gebiet der Erfindung
• Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur variablen Einstellung der Steuerzeiten von Gaswechselventilen einer Brennkraftmaschine mit einer hydraulischen Phasenstelleinrichtung, einem Steuerventil und einer Hilfsdruckquelle, wobei die Phasenstelleinrichtung in Antriebsverbindung mit einer Kurbelwelle und einer Nockenwelle bringbar ist, wobei die Phasenstelleinrichtung zumindest zwei gegeneinander wirkende Druckkammern umfasst und eine Phasenlage der Nockenwelle relativ zur Kurbelwelle durch Druckmittelbeaufschlagung der Druckkammern variabel einstellbar ist, wobei das Steuerventil zumindest einen Zulaufanschluss, einen ersten und einen zweiten Arbeitsanschluss aufweist, wobei der Zulaufanschluss mit einer Druckmittelpumpe verbindbar ist und wobei der erste Arbeitsanschluss mit der ersten Druckkammer und der zweite Arbeitsanschluss mit der zweiten Druckkammer verbindbar ist.
• Hintergrund der Erfindung
• In modernen Brennkraftmaschinen werden Vorrichtungen zur variablen Einstellung der Steuerzeiten von Gaswechselventilen eingesetzt, um die Phasenrelation zwischen einer Kurbelwelle und einer Nockenwelle in einem definierten Winkelbereich, zwischen einer maximalen Früh- und einer maximalen Spätposition, variabel gestalten zu können. Die Vorrichtung umfasst eine hydraulische Phasenstelleinrichtung und ein Steuerventil. Die Phasenstelleinrichtung weist ein Antriebselement, ein Abtriebselement und zumindest ein Paar gegeneinander wirkender Druckkammern auf. Das Antriebselement steht, beispielsweise mittels eines Zugmitteltriebes oder Zahnradtriebes, in Antriebsverbindung mit der Kurbelwelle. Das Abtriebselement steht in Antriebsverbindung mit der Nockenwelle, wobei dies üblicherweise durch eine drehfeste Befestigung des Abtriebselements an der Nockenwelle realisiert ist. Durch geeignete Druckmittelbeaufschlagung bzw. -entleerung der Druckkammern kann die Phasenrelation des Abtriebselements relativ zu dem Antriebselement (und damit der Nockenwelle relativ zu der Kurbelwelle) innerhalb eines definierten Winkelintervalls variabel eingestellt werden. Derartige Phasenstelleinrichtungen sind beispielsweise als Flügelzellenversteller oder Axialkolbenversteller ausgeführt, die aus der DE 101 50 856 A1 bzw. der DE 42 18 082 A1 bekannt sind, auf deren Offenbarungsgehalt hiermit Bezug genommen wird.
• Die Druckmittelströme von und zu den Druckkammern werden mittels des Steuerventils geregelt. Das Steuerventil weist in der Regel ein hohlzylindrisches Ventilgehäuse auf, an dem ein Zulaufanschluss, ein Ablaufanschluss und zwei Arbeitsanschlüsse ausgebildet sind. Der Zulaufanschluss ist mit einer Druckmittelpumpe der Brennkraftmaschine und der Ablaufanschluss mit einem Tank verbunden. Jeder der Arbeitsanschlüsse kommuniziert mit einer der Druckkammern.
• Das in der Regel als Proportionalventil ausgebildete Steuerventil weist einen innerhalb des Ventilgehäuses axial verschiebbar angeordneten Steuerkolben auf, mittels dem die Arbeitsanschlüsse wahlweise mit dem Zulaufanschluss oder dem Ablaufanschluss verbunden werden können. So kann der ersten Druckkammer Druckmittel zugeführt werden, wobei gleichzeitig Druckmittel aus der zweiten Druckkammer zu dem Tank abfließen kann oder umgekehrt. Somit können mittels des Steuerventils die Druckmittelströme von und zu der Phasenstelleinrichtung geregelt werden.
• Das Druckmittel wird üblicherweise von einer Druckmittelpumpe der Brennkraftmaschine bereitgestellt. Unter ungünstigen Betriebsbedingungen, beispielsweise niedrigen Drehzahlen der Brennkraftmaschine bei hohen Druckmitteltemperaturen, kann der von der Druckmittelpumpe geförderte Volumenstrom bzw. der daraus resultierende Betriebsdruck nicht ausreichen, um die durch ein Motorsteuergerät vorgegebene Phasenverstellung mit der gewünschten Geschwindigkeit auszuführen. Darüber hinaus kann der Betriebsdruck während des Abstellvorgangs der Brennkraftmaschine nicht ausreichen, um die Phasenlage in eine Basisposition zu verstellen, in der ein problemloser Neustart der Brennkraftmaschine ermöglicht ist. Um diese Probleme zu beseitigen ist es bekannt Hilfsdruckquellen, beispielsweise Druckspeicher, vorzusehen, die ein zusätzliches Druckmittelvolumen bereitstellen um die gewünschte Verstellung bei ungenügender Fördermenge der Druckmittelpumpe zu ermöglichen.
• Eine derartige Vorrichtung ist beispielsweise aus der EP 0 806 550 A1 bekannt. In dieser Ausführungsform ist als Hilfsdruckquelle ein Druckspeicher vorgesehen, der mit einer Druckmittelleitung kommuniziert, die die Druckmittelpumpe mit dem Zulaufanschluss des Steuerventils verbindet. Nachteilig an dieser Ausführungsform ist, dass der Druck innerhalb des Druckspeichers zu jedem Zeitpunkt dem von der Druckmittelpumpe geförderten Betriebsdruck entspricht. Somit verringert sich das in dem Druckspeicher gespeicherte Volumen, wenn der Betriebsdruck sinkt. Dem Druckmittelsystem der Brennkraftmaschine wird also bereits dann Druckmittel aus dem Druckspeicher zugeführt, wenn der Betriebsdruck absinkt, aber noch nicht unter den kritischen Wert gefallen ist. Somit steht der Phasenstelleinrichtung in den kritischen Betriebsphasen der Brennkraftmaschine nicht das gesamte in dem Druckspeicher speicherbare Druckmittelvolumen zur Verfügung.
• Eine weitere Vorrichtung ist aus der US 5,704,317 A bekannt. In dieser Ausführungsform kommuniziert der Druckspeicher ebenfalls mit einer Druckmittelleitung, die die Druckmittelpumpe mit dem Steuerventil verbindet, Um einen vorzeitigen Druckmittelabfluss aus dem Druckspeicher zu verhindern ist zwischen der Druckmittelleitung und dem Druckspeicher ein Wegeventil angeordnet, welches in einer ersten Steuerstellung ein Befüllung des Druckspeichers zulässt. In einer zweiten Steuerstellung wird der Druckspeicher mit dem Zulaufanschluss des Steuerventils verbunden. Nachteilig an dieser Ausführungsform ist der hohe Bauraumbedarf, den die zwei separaten Steuerventile benötigen.
• Aufgabe der Erfindung
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine Vorrichtung zur variablen Einstellung der Steuerzeiten von Gaswechselventilen einer Brennkraftmaschine zu schaffen, wobei der Bauraumbedarf und die Kosten der Vorrichtung verringert werden sollen.
• Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das Steuerventil einen Sekundärzulaufanschluss aufweist, der mit der Hilfsdruckquelle verbindbar ist.
• Die Vorrichtung weist zumindest eine hydraulische Phasenstelleinrichtung, ein Steuerventil und eine Hilfsdruckquelle auf. Die Phasenstelleinrichtung kann beispielsweise in Form eines Flügelzellenverstellers oder Axialkolbenverstellers ausgebildet sein und umfasst zumindest ein Antriebselement und ein Abtriebselement. Das Antriebselement steht im montierten Zustand der Vorrichtung über einen Zahnradtrieb oder einen Zugmitteltrieb, beispielsweise einem Riemen- oder Kettentrieb, mit der Kurbelwelle in Antriebsverbindung. Das Abtriebselement ist in einem definierten Winkelbereich schwenkbar relativ zu dem Antriebselement angeordnet und steht in Antriebsverbindung mit der Nocken welle. Zu diesem Zweck kann es beispielsweise drehfest an der Nockenwelle befestigt sein.
• Innerhalb der Vorrichtung ist zumindest ein Paar gegeneinander wirkender Druckkammern vorgesehen, durch deren Druckbeaufschlagung das Abtriebselement relativ zum Antriebselement und damit die Nockenwelle relativ zur Kurbelwelle verschwenkt werden kann. Vorteilhafterweise sind mehrere Paare gegeneinander wirkender Druckkammern vorgesehen.
• Zur Regelung der Druckmittelströme von und zu der Phasenstelleinrichtung ist ein Steuerventil vorgesehen, welches mehrere Anschlüsse aufweist, beispielsweise einen Zulaufanschluss, einen Ablaufanschluss und zwei Arbeitsanschlüsse. Der Zulaufanschluss kommuniziert mit einer Druckmittelpumpe der Brennkraftmaschine. Der Ablaufanschluss kommuniziert mit einem Tank. Jeder der Arbeitsanschlüsse kommuniziert mit einer Druckkammer bzw. einer Gruppe der gegeneinander wirkenden Druckkammern. Das Steuerventil weist eine Stelleinheit auf, welche nach Maßgabe von Steuerbefehlen des Motorsteuergerätes unterschiedliche Steuerstellungen des Steuerventils einstellt. Somit können die Arbeitsanschlüsse selektiv mit dem Zulaufanschluss bzw. dem Ablaufanschluss verbunden werden und so einer Gruppe von Druckkammern Druckmittel, welches von der Druckmittelpumpe gefördert wird, zugeführt werden, während Druckmittel aus den anderen Druckkammer zu dem Tank abgeleitet wird.
• Darüber hinaus ist an dem Steuerventil ein Sekundärzulaufanschluss vorgesehen, der mit der Hilfsdruckquelle verbunden ist. Somit kann Druckmittel, welches von der Sekundärhilfsquelle zu dem Steuerventil gelangt, durch dieses weitergeleitet werden und somit eine zusätzliche Druckmittelzufuhr von der Hilfsdruckquelle zu den Druckkammern gesteuert werden. Dabei kann das von der Hilfsdruckquelle zu dem Sekundärzulaufanschluss geförderte Druckmittelvolumen beispielsweise direkt zu einem der Arbeitsanschlüsse geleitet werden. Alternativ kann beispielsweise ein Steuervolumen der Hilfsdruckquelle, beispielsweise eines Druckspeichers, zu dem Tankanschluss geleitet werden, wodurch ein Vorratsvolumen des Druckspeichers freigegeben wird. Dieses Vorratsvolumen kann dadurch einer Druckmittelleitung zugeführt werden, die zwischen der Druckmittelpumpe und der Phasenstelleinrichtung verläuft.
• In jedem Fall fließt ein zusätzlicher Volumenstrom über den Sekundärzulaufanschluss und das Steuerventil. Somit kann der Druckmittelstrom von der Druckmittelpumpe zu der Phasenstelleinrichtung und die Zuschaltung einer Hilfsdruckquelle, beispielsweise eines Druckspeichers oder einer elektrisch angetriebenen Druckmittelpumpe, mittels eines einzigen Steuerventils gesteuert werden. Dadurch werden der Bauraumbedarf und die Kosten der Vorrichtung erheblich verringert, da nur eine Stelleinheit, die üblicherweise als elektromagnetische Stelleinheit ausgebildet ist, benötigt wird.
• In einer Konkretisierung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass das Steuerventil in eine erste Steuerstellung bringbar ist, in der sowohl die Druckmittelpumpe als auch die Hilfsdruckquelle mit der ersten Druckkammer verbunden ist und dass das Steuerventil in eine zweite Steuerstellung bringbar ist, in der die Druckmittelpumpe mit der ersten Druckkammer verbunden ist und ein Druckmittelvolumenstrom von der Hilfsdruckquelle zu der Phasenstelleinrichtung unterbunden ist.
• Darüber hinaus kann vorgesehen sein, dass das Steuerventil in eine dritte Steuerstellung bringbar ist, in der ein Druckmittelvolumenstrom zu beiden Druckkammern unterbunden oder gleich groß ist und ein Druckmittelvolumenstrom von der Hilfsdruckquelle zu der Phasenstelleinrichtung unterbunden ist, dass das Steuerventil in eine vierte Steuerstellung bringbar ist, in der die Druckmittelpumpe mit der zweiten Druckkammer verbunden ist und ein Druckmittelvolumenstrom von der Hilfsdruckquelle zu der Phasenstelleinrichtung unterbunden ist und dass das Steuerventil in eine fünfte Steuerstellung bringbar ist, in der sowohl die Druckmittelpumpe als auch die Hilfsdruckquelle mit der zweiten Druckkammer verbunden ist.
• Das Steuerventil ist derart ausgebildet, dass es zumindest eine Steuerstellung aufweist, in der lediglich von der Druckmittelpumpe gefördertes Druckmittel zu einem der Arbeitsanschlüsse, und damit zu einer der beiden Druckkammer bzw. Gruppe von Druckkammern geleitet wird. In dieser Steuerstellung wird durch die Konfiguration des Steuerventils verhindert, dass Druckmittel von der Hilfsdruckquelle zu der Phasenstelleinrichtung geleitet wird. Ist die Hilfsdruckquelle als Druckspeicher ausgebildet wird vorteilhafterweise verhindert, dass Druckmittel von dem Druckspeicher durch das Steuerventil geleitet wird. Dies kann dadurch erreicht werden, dass der Sekundärzulaufanschluss beispielsweise von einem Steuerkolben blockiert wird. Darüber hinaus ist eine weitere Steuerstellung vorgesehen, in der sowohl die Druckmittelpumpe als auch die Hilfsdruckquelle mit der ersten Druckkammer verbunden ist. Somit unterstützt die Hilfsdruckquelle den Phasenverstellvorgang.
• Üblicherweise wirken auf das Abtriebselement während des Betriebs der Brennkraftmaschine mehrere Drehmomente. Dies sind beispielsweise Wechselmomente, welche durch das Abwälzen der Nocken auf Nockenfolgern hervorgerufen werden. Darüber hinaus wirkt auf das Abtriebselement ein bremsendes Moment, welches durch die Reibung der Nockenwelle in deren Lagern oder zwischen Nocken und Nockenfolgern hervorgerufen wird. Des Weiteren können Federelemente vorgesehen sein, die das Abtriebselement relativ zu dem Antriebselement in eine Drehrichtung drängen. Aus diesen Drehmomenten resultiert in der Regel ein Drehmoment, welches die Phasenlage des Abtriebselements relativ zu dem Antriebselement in Richtung früher oder später Steuerzeiten drängt. Vorteilhafterweise ist die Hilfsdruckquelle in der ersten Steuerstellung mit der/den Druckkammer/n verbunden, die gegen das resultierende Drehmoment arbeitet/n.
• Zusätzlich können zwei weitere Steuerstellungen vorgesehen sein, die den ersten beiden Steuerstellungen mit dem Unterschied entsprechen, dass Druckmittel zu dem anderen Arbeitsanschluss, und damit zu der anderen Druckkammer bzw. Gruppe von Druckkammern gelangt. Dabei ist zwischen diesen Gruppen von Steuerstellungen eine Neutralstellung des Steuerventils vorgesehen, durch deren Einnahme die Phasenlage konstant gehalten wird. In dieser Steuerstellung ist der Druckmittelfluss zu beiden Arbeitsanschlüssen unterbunden. Alternativ dazu können in der Neutralstellung geringe, im Wesentlichen gleich große Druckmittelströme von der Druckmittelpumpe zu beiden Arbeitsanschlüssen zugelassen werden, um Leckage aus der Phasenstelleinrichtung heraus auszugleichen. In der Neutralstellung ist ein Druckmittelstrom von der Hilfsdruckquelle zur Phasenstelleinrichtung unterbunden.
• In Betriebsphasen in denen die Druckmittelversorgung durch die Druckmittelpumpe gewährleistet ist, können somit die zweite und, falls diese an dem Steuerventil ausgebildet sind, die dritte und vierte Steuerstellung genutzt werden, um die Phasenstelleinrichtung zu regeln. Somit wird lediglich ein Druckmittelstrom von der Druckmittelpumpe zu der Phasenstelleinrichtung zugelassen und ein Volumenstrom von der Hilfsdruckquelle unterbunden. Im Falle eines Druckspeichers wird somit dessen Entleerung in Betriebsphasen, in denen kein zusätzlicher Druckmittelstrom benötigt wird verhindert. Der Druckspeicher bleibt vollständig befüllt und dessen gesamtes Volumen steht in Betriebsphasen der Brennkraftmaschine zur Verfügung, in denen ein funktionssicherer Betrieb der Phasenstelleinrichtung durch die Druckmittelpumpe alleine nicht gewährleistet ist.
• Die Hilfsdruckquelle kann durch Einstellen der ersten oder, soweit vorhanden, der fünften Steuerstellung des Steuerventils zugeschaltet werden.
• In einer Konkretisierung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Hilfsdruckquelle als Druckspeicher mit einem Vorratsraum ausgebildet ist und der Sekundärzulaufanschluss mit dem Vorratsraum des Druckspeichers verbunden ist. Der Druckspeicher wird während des Betriebs der Brennkraftmaschine mit Druckmittel befüllt. Dies erfolgt vorteilhafterweise ohne Zwischenschaltung eines hydraulischen Ventils direkt durch die Druckmittelpumpe. Dabei kann ein Rückfluss von Druckmittel in bekannter Weise, beispielsweise durch ein zwischen der Druckmittelpumpe und dem Druckspeicher angeordnetes Rückschlagventil, verhindert werden.
• Darüber hinaus kann vorgesehen sein, dass der Sekundärzulaufanschluss in der ersten oder der fünften Steuerstellung mit einem der Arbeitsanschlüsse kommuniziert. Dadurch kann durch Einstellen der entsprechenden Steuerstellungen der Vorratsraum des Druckspeichers über das Steuerventil in die entsprechenden Druckkammern entleert werden und somit den Phasenverstellvorgang unterstützen. Dabei kann vorgesehen sein, dass das Steuerventil ein hohl ausgebildetes Ventilgehäuse und einen darin angeordneten und zwischen zwei Endstellungen verschiebbaren, hohl ausgebildet Steuerkolben aufweist und sowohl der Zulaufanschluss als auch der Sekundärzulaufanschluss und einer der Arbeitsanschlüsse in der ersten oder der fünften Steuerstellung mit dem Inneren des Steuerkolbens kommunizieren. Somit können die Druckmittelströme sowohl von der Druckmittelpumpe als auch von der Hilfsdruckquelle über das Innere des Steuerkolbens zu dem entsprechenden Arbeitsanschluss geleitet werden, wodurch der Aufbau des Steuerventils zur Realisierung der gewünschten Schaltlogik erheblich vereinfacht wird. Durch entsprechende Auslegung des Steuerventils ist es in diesem Fall auch möglich die Schaltlogik mittels nur eines Sekundärzulaufanschlusses zu realisieren, wodurch der Bauraumbedarf des Hydraulikabschnittes des Steuerventils minimiert wird.
• In einer weiteren Ausbildung kann vorgesehen sein, dass die Hilfsdruckquelle als Druckspeicher mit einem Vorratsraum und einem Steuerraum ausgebildet ist und der Sekundärzulaufanschluss mit dem Steuerraum des Druckspeichers und der Zulaufanschluss zusätzlich mit dem Vorratsraum verbunden sind.
• Des Weiteren kann vorgesehen sein, dass der Sekundärzulaufanschluss in der ersten oder der fünften Steuerstellung mit einem an dem Steuerventil ausgebildeten Ablaufanschluss kommuniziert.
• In dieser Ausführungsform findet ein Druckspeicher mit Druckübersetzung Anwendung. Ein derartiger Druckspeicher ist beispielsweise in der DE 10 2007 056 684 A1 beschrieben. Der Druckspeicher umfasst einen Vorratsraum und einen Steuerraum, die hydraulisch voneinander getrennt sind und von einem gemeinsamen Kolben begrenzt werden. Durch Druckmittelbeaufschlagung des Steuer- und Vorratsraums wird der Kolben gegen die Kraft einer Feder ausgelenkt, wodurch sich der Druckspeicher befüllt. Dabei ist der Steuerraum von den Druckmittelschwankungen im hydraulischen System entkoppelt. Mittels eines hydraulischen Ventils kann die Entleerung des Steuerraums gesteuert werden. Der Vorratsraum ist mit einer Druckmittelleitung verbunden, die die Druckmittelpumpe mit dem Steuerventil verbindet. Fällt der Druck in dem Druckmittelkreislauf der Brennkraftmaschine ab, so verhindert das Druckmittel in dem Steuerraum, dass der Kolben auf Grund der Federkraft das Druckmittel aus dem Vorratsraum drängt. Das Druckmittel des Vorratsraums wird dadurch freigegeben, dass das hydraulische Ventil die Entleerung des Steuerraums zulässt. Dabei kann die Entleerung des Steuerraums über das Steuerventil, welches die Druckmittelströme zu und von der Phasenstelleinrichtung regelt, erfolgen. Somit wird nur ein Steuerventil zur Steuerung des Druckmittelstroms von der Druckmittelpumpe und dem Druckspeicher zu der Phasenstelleinrichtung benötigt.
• 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:
• 1 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,
• 2 einen Längsschnitt durch eine Steuerventil der Vorrichtung aus 1 in einer ersten Steuerstellung,
• 3 einen Längsschnitt durch das Steuerventil analog 2 in einer zweiten Steuerstellung,
• 4 einen Längsschnitt durch das Steuerventil analog 2 in einer dritten Steuerstellung,
• 5 einen Längsschnitt durch das Steuerventil analog 2 in einer vierten Steuerstellung,
• 6 einen Längsschnitt durch das Steuerventil analog 2 in einer fünften Steuerstellung,
• 7 eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.
• Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
• 1 zeigt eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 in einer schematischen Darstellung. Die Vorrichtung 11 umfasst eine Phasenstelleinrichtung 2, die beispielsweise aus der DE 101 50 856 A1 oder der DE 42 18 082 A1 bekannt ist, eine Hilfsdruckquelle 3, die in der dargestellten Ausführungsform als Druckspeicher 3 ausgebildet ist, und ein Steuerventil 4. In 1 sind nur zwei gegeneinander wirkende Druckkammern 5, 6 der Phasenstelleinrichtung 2 dargestellt, bzgl. der Einzelheiten der Phasenstelleinrichtung 2 wird auf oben genannte Dokumente verwiesen.
• Das Steuerventil 4 weist einen Zulaufanschluss P, einen Ablaufanschluss T zwei Arbeitsanschlüsse A, B und einen Sekundärzulaufanschluss D auf. Der erste Arbeitsanschluss A kommuniziert über eine erste Druckmittelleitung 7 mit der ersten Druckkammer 5. Der zweite Arbeitsanschluss B kommuniziert über eine zweite Druckmittelleitung 8 mit der zweiten Druckkammer 6. Der Zulaufanschluss P kommuniziert über eine dritte Druckmittelleitung 9 mit einer Druckmittelpumpe 12 der Brennkraftmaschine. Der Ablaufanschluss T kommuniziert mit einem Tank 13. Der Druckspeicher 3 weist einen von einem federbelasteten Kolben 14 begrenzten Vorratsraum 15 auf, der über eine vierte Druckmittelleitung 10 mit Sekundärzulaufanschluss D und über eine fünfte Druckmittelleitung 11 mit der dritten Druckmittelleitung 9 kommuniziert.
• In der dritten und vierten Druckmittelleitung 9, 10 ist jeweils ein Rückschlagventil 16 zwischen der Druckmittelpumpe 12 bzw. dem Vorratsraum 15 und dem Steuerventil 4 angeordnet, welche die Ausbreitung von in der Phasenstelleinrichtung 2 generierten Druckspitzen zu der Druckmittelpumpe 12 bzw. dem Vorratsraum 15 verhindern. Darüber hinaus ist ein weiteres Rückschlagventil 17 in der fünften Druckmittelleitung 11 zwischen der Druckmittelpumpe 12 und dem Vorratsraum 15 vorgesehen. Während des Betriebs der Brennkraftmaschine wird der Vorratsraum 15 des Druckspeichers 3 über die fünfte Druckmittelleitung 11 von der Druckmittelpumpe 12 befüllt. Sinkt der Betriebsdruck ab, so verhindert das Rückschlagventil 17, dass das in dem Vorratsraum 15 gespeicherte Druckmittel in die dritte Druckmittelleitung 9 zurückfließt. Somit behält der Druckspeicher 3 auch bei fallendem Betriebsdruck seinen Füllstand bei.
• Das Steuerventil 4 besteht aus einem Hydraulikabschnitt 18 und einer Stelleinheit 19. Mittels der Stelleinheit 19 kann das Steuerventil 4 in fünf Steuerstellungen S1–S5 gebracht werden.
• In der ersten Steuerstellung S1 ist der erste Arbeitsanschluss A mit dem Ablaufanschluss T und sowohl der Zulaufanschluss P als auch der Sekundärzulaufanschluss D mit dem zweiten Arbeitsanschluss B verbunden. Somit gelangt Druckmittel aus der ersten Druckkammer 5 zu dem Tank 13. Gleichzeitig kann der zweiten Druckkammer 6 Druckmittel von der Druckmittelpumpe 12 und dem Vorratsraum 15 des Druckspeichers 3 zugeführt werden. Somit wird die Nockenwelle relativ zur Kurbelwelle in Richtung früher Steuerzeiten verstellt.
• In der zweiten Steuerstellung S2 ist der erste Arbeitsanschluss A weiterhin mit dem Ablaufanschluss T und der Zulaufanschluss P weiterhin mit dem zweiten Arbeitsanschluss B verbunden. Somit gelangt Druckmittel aus der ersten Druckkammer 5 zu dem Tank 13. Gleichzeitig wird der zweiten Druckkammer 6 Druckmittel von der Druckmittelpumpe 12 zugeführt. In dieser Steuerstellung S2 ist der Sekundärzulaufanschluss D blockiert, wodurch eine Entleerung des Vorratsraums 15 des Druckspeichers 3 verhindert wird. Somit wird die No ckenwelle relativ zur Kurbelwelle in Richtung früher Steuerzeiten verstellt und eine Entleerung des Vorratsraums 15 verhindert.
• In der dritten Steuerstellung S3 kommuniziert keiner der Arbeitsanschlüsse A, B mit dem Zulaufanschluss P oder dem Ablaufanschluss T. Gleichzeitig ist der Sekundärzulaufanschluss D blockiert. Somit wird eine Entleerung des Vorratsraums 15 des Druckspeichers 3 verhindert und die Phasenlage der Nockenwelle relativ zur Kurbelwelle konstant gehalten. Alternativ kann ein gedrosselter Druckmittelstrom von dem Zulaufanschluss P zu beiden Arbeitsanschlüsse A, B zugelassen werden, um Leckage aus der Phasenstelleinrichtung 2 auszugleichen.
• In der vierten Steuerstellung S4 sind der zweite Arbeitsanschluss B mit dem Ablaufanschluss T und der Zulaufanschluss P mit dem ersten Arbeitsanschluss A verbunden. Somit gelangt Druckmittel aus der zweiten Druckkammer 6 zu dem Tank 13. Gleichzeitig wird der ersten Druckkammer 5 Druckmittel von der Druckmittelpumpe 12 zugeführt. In dieser Steuerstellung S4 ist der Sekundärzulaufanschluss D blockiert, wodurch eine Entleerung des Vorratsraums 15 des Druckspeichers 3 verhindert wird. Somit wird die Nockenwelle relativ zur Kurbelwelle in Richtung später Steuerzeiten verstellt.
• In der fünften Steuerstellung S5 ist der zweite Arbeitsanschluss B weiterhin mit dem Ablaufanschluss T und sowohl der Zulaufanschluss P als auch der Sekundärzulaufanschluss D mit dem ersten Arbeitsanschluss A verbunden. Somit gelangt Druckmittel aus der zweiten Druckkammer 6 zu dem Tank 13. Gleichzeitig kann der ersten Druckkammer 5 Druckmittel von der Druckmittelpumpe 12 und dem Vorratsraum 15 des Druckspeichers 3 zugeführt werden. Somit wird die Nockenwelle relativ zur Kurbelwelle in Richtung später Steuerzeiten verstellt.
• Die Steuerstellungen S2 bis S4 entsprechen den Steuerstellungen eines 4/3-Wegeproportionalventils, welches üblicherweise zur Regelung der Phasenstelleinrichtung 2 Anwendung findet und beispielsweise aus der DE 101 50 856 A1 bekannt ist. In den Betriebsphasen der Brennkraftmaschine in denen der von der Druckmittelpumpe 12 geförderte Druckmittelvolumenstrom ausreicht um die Phasenstelleinrichtung 2 sicher zu betreiben, werden ausschließlich diese Steuerstellungen S2 bis S4 eingestellt. Somit wird lediglich der von der Druckmittelpumpe 12 geförderte Volumenstrom zur Verstellung bzw. zum Halten der relativen Phasenlage zwischen Nockenwelle und Kurbelwelle genutzt. Das in dem Vorratsraum 15 des Druckspeichers 3 gespeicherte Druckmittelvolumen wird entweder konstant gehalten oder über die fünfte Druckmittelleitung 11 erhöht.
• Übersteigt das benötigte Druckmittelvolumen das von der Druckmittelpumpe 12 geförderte Druckmittelvolumen, so werden die Steuerstellungen S1 bzw. S5 genutzt. In diesem Fall wird die Phasenverstellung durch das in dem Vorratsraum 15 des Druckspeichers 3 gespeicherte Druckmittelvolumen unterstützt.
• Die 2 bis 6 zeigen den Hydraulikabschnitt 18 eines Steuerventils 4, welches in der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 Anwendung finden kann, im Längsschnitt. Der Hydraulikabschnitt 18 besteht aus einem im Wesentlichen hohlzylindrisch ausgebildeten Ventilgehäuse 20 und einem innerhalb des Ventilgehäuses 20 angeordneten, zwischen zwei Endstellungen axial verschiebbaren Steuerkolben 21.
• An der Mantelfläche des Ventilgehäuses 20 sind der Zulaufanschluss P, der Sekundärzulaufanschluss D, die Arbeitsanschlüsse A, B und ein Ablaufanschluss T in Form von in Ringnuten ausgebildeten radialen Gehäuseöffnungen 22–26 ausgebildet. Über die Gehäuseöffnungen 22–26 kann Druckmittel zwischen den Druckmittelleitungen 7–10 und dem Inneren des Ventilgehäuses 20 ausgetauscht werden. Neben den radialen Druckmittelanschlüssen A, B, D, P, T ist zusätzlich ein axialer Ablaufanschluss T vorgesehen.
• Der Steuerkolben 21 ist ebenfalls im Wesentlichen hohlzylindrisch ausgebildet. An der Außenmantelfläche sind mehrere Ringnuten 27–30 ausgebildet, wobei in den Nutgründen der ersten, zweiten und vierten Ringnut 27, 28, 30 Kolben öffnungen 31–33 vorgesehen sind, die das Äußere des Steuerkolbens 21 mit dessen Inneren verbinden, in dem in der dargestellten Ausführungsform ein zusätzliches Rückschlagventil abgeordnet ist.
• In 2 ist das Steuerventil 4 in der ersten Steuerstellung S1 dargestellt. In dieser Steuerstellung S1 kann Druckmittel von dem Druckspeicher 3 über den Sekundärzulaufanschluss D, die ersten Gehäuseöffnungen 22, die zweite Ringnut 28, die zweiten Kolbenöffnungen 32, das Innere des Steuerkolbens 21, die dritten Kolbenöffnungen 33 und die vierte Ringnut 30 zu dem zweiten Arbeitsanschluss B und damit zu der zweiten Druckkammer 6 gelangen. Darüber hinaus ist die Druckmittelpumpe 12 über den Zulaufanschluss P, die zweiten Gehäuseöffnungen 23, die zweite Ringnut 28, die zweiten Kolbenöffnungen 32, das Innere des Steuerkolbens 21, die dritten Kolbenöffnungen 33 und die vierte Ringnut 30 ebenfalls mit dem zweiten Arbeitsanschluss B und damit mit den zweiten Druckkammern 6 verbunden. Gleichzeitig ist der erste Arbeitsanschluss A direkt mit dem axialen Ablaufanschluss T verbunden. Somit kann Druckmittel von dem Druckspeicher 3 und/oder der Druckmittelpumpe 12 zu den zweiten Druckkammern 6 gelangen, wobei gleichzeitig Druckmittel aus den ersten Druckkammern 5 abgeführt wird. Somit wird die Phasenlage der Phasenstelleinrichtung 2 in Richtung früher Steuerzeiten verstellt.
• Durch eine axiale Verschiebung des Steuerkolbens 21 in axialer Richtung gegen ein Federelement 34 wird zunächst die in 3 dargestellte zweite Steuerstellung S2 erreicht. Diese unterscheidet sich von der ersten Steuerstellung S1 dadurch, dass der Sekundärzulaufanschluss D von dem Steuerkolben 21 blockiert ist, wodurch eine Entleerung des Vorratsraums 15 des Druckspeichers 3 verhindert wird. In dieser Steuerstellung S2 kann Druckmittel von der Druckmittelpumpe 12 zu den zweiten Druckkammern 6 gelangen, wobei gleichzeitig Druckmittel aus den ersten Druckkammern 5 abgeführt wird. Somit wird die Phasenlage der Phasenstelleinrichtung 2 in Richtung früher Steuerzeiten verstellt.
• Durch eine weitere axiale Verschiebung des Steuerkolbens 21 in axialer Richtung gegen das Federelement 34 wird die in 4 dargestellte dritte Steuerstellung S3 erreicht. In dieser Steuerstellung S3 sind beide Arbeitsanschlüsse A, B und der Sekundärzulaufanschluss D von dem Steuerkolben 21 blockiert. Somit kann den Druckkammern 5, 6 der Phasenstelleinrichtung 2 weder Druckmittel zugeführt werden, noch kann Druckmittel aus diesen abfließen. Somit wird die Phasenlage der Phasenstelleinrichtung 2 konstant gehalten. Darüber hinaus wird eine Entleerung des Vorratsraums 15 des Druckspeichers 3 verhindert.
• Durch eine weitere Verschiebung des Steuerkolbens 21 in axialer Richtung nimmt das Steuerventil 4 die in 5 dargestellte vierte Steuerstellung S4 ein. In dieser Steuerstellung S4 ist die Druckmittelpumpe 12 über den Zulaufanschluss P, die zweiten Gehäuseöffnungen 23, die zweite Ringnut 28, die zweiten Kolbenöffnungen 32, das Innere des Steuerkolbens 21, die dritten Kolbenöffnungen 33 und die vierte Ringnut 30 mit dem ersten Arbeitsanschluss A und damit mit den ersten Druckkammern 5 verbunden. Gleichzeitig ist der zweite Arbeitsanschluss B über die dritte Ringnut 29 mit dem radialen Ablaufanschluss T verbunden. Somit kann Druckmittel von der Druckmittelpumpe 12 zu den ersten Druckkammern 5 gelangen, wobei gleichzeitig Druckmittel aus den zweiten Druckkammern 6 abgeführt wird. Somit wird die Phasenlage der Phasenstelleinrichtung 2 in Richtung später Steuerzeiten verstellt. Gleichzeitig ist der Sekundärzulaufanschluss von dem Steuerkolben 21 blockiert, wodurch eine Entleerung des Vorratsraums 15 des Druckspeichers 3 verhindert wird.
• Durch eine weiter axiale Verschiebung des Steuerkolbens 21 in axialer Richtung gegen das Federelement 34 wird die in 6 dargestellte fünfte Steuerstellung S5 erreicht. Diese unterscheidet sich von der vierten Steuerstellung S4 dadurch, dass der Sekundärzulaufanschluss D über die ersten Gehäuseöffnungen 22, die erste Ringnut 27, die ersten Kolbenöffnungen 31, das Innere des Steuerkolbens 21, die dritten Kolbenöffnungen 33 und die vierte Ringnut 30 zu dem ersten Arbeitsanschluss A und damit zu der ersten Druckkammer 5 gelangen kann. Somit kann Druckmittel von dem Druckspeicher 3 und/oder der Druckmittelpumpe 12 zu den ersten Druckkammern 5 gelangen, wobei gleichzeitig Druckmittel aus den zweiten Druckkammern 6 abgeführt wird. Somit wird die Phasenlage der Phasenstelleinrichtung 2 in Richtung später Steuerzeiten verstellt.
• 7 zeigt eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 in einer schematischen Darstellung. In dieser Ausführungsform findet zum Einen ein modifizierter Druckspeicher 3 Einsatz. Darüber hinaus unterscheidet sich diese Ausführungsform von der in 1 dargestellten Vorrichtung 1 durch die Schaltlogik des Steuerventils 4. In dieser Ausführungsform findet ein Druckspeicher 3 mit Druckübersetzung Anwendung. Der Kolben 14 diese Druckspeichers 3 begrenzt neben einem Vorratsraum 15 zusätzlich einen Steuerraum 35, wobei der Steuerraum 35 hydraulisch von dem Vorratsraum 15 getrennt ist.
• Die vierte Druckmittelleitung 10 kommuniziert über die dritte Druckmittelleitung 9 mit der Druckmittelpumpe 12. Des Weiteren kommuniziert die vierte Druckmittelleitung 10 mit dem Steuerraum 35 des Druckspeichers 3 und mit dem Sekundärzulaufanschluss D. Während des Betriebs der Brennkraftmaschine wird Druckmittel von der Druckmittelpumpe 12 über die dritte und vierte Druckmittelleitung 9, 10 zu dem Steuerraum 35 gefördert. Gleichzeitig wird Druckmittel von der Druckmittelpumpe 12 über die dritte Druckmittelleitung 9 zu dem Zulaufanschluss P des Steuerventils 4 und über die dritte und fünfte Druckmittelleitung 9, 11 zu dem Vorratsraum 15 gefördert. Durch die Druckmittelbeaufschlagung des Vorratsraums 15 und des Steuerraums 35 wird der Kolben 14 gegen die Kraft einer Feder verschoben und der Druckspeicher 3 gefüllt. Fällt der von der Druckmittelpumpe 12 bereitgestellte Betriebsdruck ab, verhindert ein Rückschlagventil 17, dass Druckmittel von dem Steuerraum 35 in die dritte Druckmittelleitung 9 zurückfließt. Somit wird der Kolben 14 in seiner Position gehalten, wodurch das Druckmittel in dem Vorratsraum 15 gehalten wird. Für weitere Einzelheiten des Druckspeichers 3 wird auf die DE 10 2007 056 684 A1 verwiesen.
• Das Steuerventil 4 unterscheidet sich von dem Steuerventil 4 der ersten Ausführungsform dadurch, dass der Sekundärzulaufanschluss D nicht mit den Arbeitsanschlüsse A, B verbunden werden kann, sondern mit einem Ablaufanschluss T verbindbar ist. Das Steuerventil 4 weist wiederum in fünf Steuerstellungen S1–S5 auf, wobei die zweite bis vierte Steuerstellung S2–S4 jeweils identisch zu der zweiten bis vierten Steuerstellung S2–S4 des Steuerventils 4 der ersten Ausführungsform ist. Die erste bzw. fünfte Steuerstellung S1, S5 unterscheidet sich von der ersten bzw. fünften Steuerstellung S1, S5 der ersten Ausführungsform dadurch, dass der Sekundärzulaufanschluss mit dem Ablaufanschluss T verbunden ist. In diesen Steuerstellungen S1, S5 wird der Steuerraum 35 des Druckspeichers 3 über die vierte Druckmittelleitung 10 und den Sekundärzulaufanschluss D über das Steuerventil 4 mit dem Tank 13 verbunden. Somit kann Druckmittel aus dem Vorratsraum 15 zu der dritten Druckmittelleitung 9 gefördert werden und je nach Steuerstellung S1, S5 des Steuerventils 4 der ersten oder zweiten Druckkammer 5, 6 zugeführt werden.
• Somit kann auch in dieser Ausführungsform sowohl die Regelung der Phasenstelleinrichtung 2, als auch die Zuschaltung des Druckspeichers 3 mittels eines einzigen Steuerventils 4 erfolgen.

1

Vorrichtung

2

Phasenstelleinrichtung

3

Druckspeicher

4

Steuerventil

5

erste Druckkammer

6

zweite Druckkammer

7

erste Druckmittelleitung

8

zweite Druckmittelleitung

9

dritte Druckmittelleitung

10

vierte Druckmittelleitung

11

fünfte Druckmittelleitung

12

Druckmittelpumpe

13

Tank

14

Kolben

15

Vorratsraum

16

Rückschlagventil

17

Rückschlagventil

18

Hydraulikabschnitt

19

Stelleinheit

20

Ventilgehäuse

21

Steuerkolben

22

erste Gehäuseöffnung

23

zweite Gehäuseöffnung

24

dritte Gehäuseöffnung

25

vierte Gehäuseöffnung

26

fünfte Gehäuseöffnung

27

erste Ringnut

28

zweite Ringnut

29

dritte Ringnut

30

vierte Ringnut

31

erste Kolbenöffnung

32

zweite Kolbenöffnung

33

dritte Kolbenöffnung

34

Federelement

35

Steuerraum

S1

erste Steuerstellung

S2

zweite Steuerstellung

S3

dritte Steuerstellung

S4

vierte Steuerstellung

S5

fünfte Steuerstellung

A

erster Arbeitsanschluss

B

zweiter Arbeitsanschluss

D

Sekundärzulaufanschluss

P

Zulaufanschluss

T

Ablaufanschluss

• ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
• Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
• Zitierte Patentliteratur
• - DE 10150856 A1 [0002, 0035, 0044]
• - DE 4218082 A1 [0002, 0035]
• - EP 0806550 A1 [0006]
• - US 5704317 A [0007]
• - DE 102007056684 A1 [0026, 0055]

Claims (8)

1. Vorrichtung (1) zur variablen Einstellung der Steuerzeiten von Gaswechselventilen einer Brennkraftmaschine mit – einer hydraulischen Phasenstelleinrichtung (2), einem Steuerventil (4) und einer Hilfsdruckquelle (3), – wobei die Phasenstelleinrichtung (2) in Antriebsverbindung mit einer Kurbelwelle und einer Nockenwelle bringbar ist, – wobei die Phasenstelleinrichtung (2) zumindest zwei gegeneinander wirkende Druckkammern (5, 6) umfasst und eine Phasenlage der Nockenwelle relativ zur Kurbelwelle durch Druckmittelbeaufschlagung der Druckkammern (5, 6) variabel einstellbar ist, – wobei das Steuerventil (4) zumindest einen Zulaufanschluss (P), einen ersten und einen zweiten Arbeitsanschluss (A, B) aufweist, – wobei der Zulaufanschluss (P) mit einer Druckmittelpumpe (12) verbindbar ist und – wobei der erste Arbeitsanschluss (A) mit der ersten Druckkammer (5) und der zweite Arbeitsanschluss (B) mit der zweiten Druckkammer (6) verbindbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass – das Steuerventil (4) einen Sekundärzulaufanschluss (D) aufweist, der mit der Hilfsdruckquelle (3) verbindbar ist.
2. Vorrichtung (11) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerventil (4) in eine erste Steuerstellung (S1) bringbar ist, in der sowohl die Druckmittelpumpe (12) als auch die Hilfsdruckquelle (3) mit der ersten Druckkammer (5) verbunden ist und dass – das Steuerventil (4) in eine zweite Steuerstellung (S2) bringbar ist, in der die Druckmittelpumpe (12) mit der ersten Druckkammer (5) verbunden ist und ein Druckmittelvolumenstrom von der Hilfsdruckquelle (3) zu der Phasenstelleinrichtung (2) unterbunden ist.
3. Vorrichtung (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerventil (4) in eine dritte Steuerstellung (S3) bringbar ist, in der ein Druckmittelvolumenstrom zu beiden Druckkammern (5, 6) unterbunden oder gleich groß ist und ein Druckmittelvolumenstrom von der Hilfsdruckquelle (3) zu der Phasenstelleinrichtung (2) unterbunden ist, – dass das Steuerventil (4) in eine vierte Steuerstellung (S4) bringbar ist, in der die Druckmittelpumpe (12) mit der zweiten Druckkammer (6) verbunden ist und ein Druckmittelvolumenstrom von der Hilfsdruckquelle (3) zu der Phasenstelleinrichtung (3) unterbunden ist und – dass das Steuerventil (4) in eine fünfte Steuerstellung (S5) bringbar ist, in der sowohl die Druckmittelpumpe (12) als auch die Hilfsdruckquelle (3) mit der zweiten Druckkammer (6) verbunden ist.
4. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Sekundärzulaufanschluss (D) in der ersten oder der fünften Steuerstellung (S1, S5) mit einem der Arbeitsanschlüsse (A, B) kommuniziert.
5. Vorrichtung (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerventil 4() ein hohl ausgebildetes Ventilgehäuse (20) und einen darin angeordneten und zwischen zwei Endstellungen verschiebbaren, hohl ausgebildet Steuerkolben (21) aufweist und sowohl der Zulaufanschluss (P) als auch der Sekundärzulaufanschluss (D) und einer der Arbeitsanschlüsse (A, B) in der ersten oder der fünften Steuerstellung (S1, S5) mit dem Inneren des Steuerkolbens (21) kommunizieren.
6. Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Sekundärzulaufanschluss (D) in der ersten oder der fünften Steuerstellung (S1, S5) mit einem an dem Steuerventil (4) ausgebildeten Ablaufanschluss (T) kommuniziert.
7. Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Hilfsdruckquelle (3) als Druckspeicher (3) mit einem Vorratsraum (15) ausgebildet ist und der Sekundärzulaufanschluss (D) mit dem Vorratsraum (15) des Druckspeichers (3) verbunden ist.
8. Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Hilfsdruckquelle (3) als Druckspeicher (3) mit einem Vorratsraum (15) und einem Steuerraum (35) ausgebildet ist und der Sekundärzulaufanschluss (D) mit dem Steuerraum (35) des Druckspeichers (15) und der Zulaufanschluss (P) zusätzlich mit dem Vorratsraum (15) verbunden sind.