DE112011103133B4

DE112011103133B4 - Nockendrehmomentbetätigter-torsionsunterstützter Versteller

Info

Publication number: DE112011103133B4
Application number: DE112011103133.5T
Authority: DE
Inventors: Mark Wigsten
Original assignee: BorgWarner Inc
Current assignee: BorgWarner Inc
Priority date: 2010-11-02
Filing date: 2011-10-28
Publication date: 2023-11-09
Anticipated expiration: 2031-10-29
Also published as: DE112011103133T5; WO2012061234A3; WO2012061234A2; CN103168152B; US20130206088A1; CN103168152A; US9080473B2; JP5953310B2; JP2013540951A

Abstract

Versteller, der ein Gehäuse (10) und einen Rotor (20) aufweist, die zur Drehung bezüglich einander angeordnet sind, wobei das Gehäuse (10) und der Rotor (20) mindestens einen Hohlraum (10a) definieren, der dazwischen angeordnet ist, um durch einen Flügel (22) in eine erste Kammer (16) und eine zweite Kammer (18) unterteilt zu werden, wobei der Versteller weiterhin Kanäle (26, 28) aufweist, die die erste Kammer (16) und die zweite Kammer (18) verbinden, um ein Schwingen des Flügels (22) in dem Hohlraum (10a) zu erleichtern, wobei der Versteller Folgendes umfasst:ein Rückschlagventil (40); undein Steuerventil (24), das einen federbelasteten, in Längsrichtung hin- und herbeweglichen Steuerschieber (36) aufweist, der zwischen mindestens einem nockendrehmomentbetätigten (CTA-) Betriebsmodus, mindestens einem torsionsunterstützten (TA-) Betriebsmodus und mindestens einer Nullposition wirkbeweglich ist, wobei der Steuerschieber (36) in verschiedenen Längspositionen die erste Kammer (16), die zweite Kammer (18), das Rückschlagventil (40) und eine Betätigungsfluidversorgungsquelle untereinander verbindet,wobei der Versteller weiterhin Folgendes umfasst:eine Ventilsteuereinheit (32), die den Steuerschieber (36) des Steuerventils (24) gezielt bewegt bezüglicha. einer CTA-Nullposition in dem nockendrehmomentbetätigten (CTA-) Betriebsmodus, wobei die erste Kammer (16) und die zweite Kammer (18) gegeneinander isoliert sind, undb. einer Modalnullposition, die zwischen dem nockendrehmomentbetätigten (CTA-) Betriebsmodus und dem torsionsunterstützten (TA-) Betriebsmodus positioniert ist, wenn Nockendrehmomentbetätigungskräfte ungenügend geworden sind, den Versteller im CTA-Betriebsmodus nach früh zu verstellen, und wobei die erste Kammer (16) mit der Betätigungsfluidversorgungsquelle in Strömungsverbindung steht, um Verluste auszugleichen, und wobei ein CTA-Rückführungskanal (46a) gesperrt ist, um ein direktes Leck von Betätigungsfluidstrom durch einen Zweigkanal (28a) kurz vor Öffnen einer Auslassöffnung (48c) der zweiten Kammer (18) zu verhindern.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Mechanismus zwischen einer Kurbelwelle und einem Einlass- oder Auslasstellerventil eines Verbrennungsmotors zur Betätigung mindestens eines solchen Ventils, wobei Mittel zur Änderung einer Zeitdauer bezüglich eines Betriebszyklus des Motors vorgesehen sind, und wobei weiterhin Mittel zur Änderung einer Struktur oder einer Axialanordnung einer Nockenwelle oder eines zugehörigen Nockens der Nockenwelle vorgesehen sind.
HINTERGRUND
Die Leistung eines Verbrennungsmotors kann durch die Verwendung von Doppelnockenwellen verbessert werden, eine zur Betätigung der Einlassventile der verschiedenen Zylinder des Motors und die andere zur Betätigung der Auslassventile. In der Regel wird eine Nockenwelle durch die Kurbelwelle des Motors, über einen Kettentrieb oder einen Riementrieb, angetrieben, und die andere Nockenwelle wird durch erstere, über einen zweiten Kettentrieb oder einen zweiten Riementrieb, angetrieben. Als Alternative dazu können beide Nockenwellen durch einen einzigen kurbelwellengetriebenen Kettentrieb oder Riementrieb angetrieben werden. Eine Kurbelwelle kann Energie von den Kolben erhalten, um mindestens ein Getriebe und mindestens eine Nockenwelle anzutreiben. Die Motorleistung in einem Motor mit Doppelnockenwellen kann hinsichtlich Leerlaufqualität, Kraftstoffökonomie, reduzierten Emissionen und erhöhten Drehmoments durch Änderung der Positionsbeziehung einer der Nockenwellen, in der Regel der Nockenwelle, die die Einlassventile des Motors betätigt, bezüglich der anderen Nockenwelle und bezüglich der Kurbelwelle weiter verbessert werden, um dadurch die Zeitsteuerung des Motors hinsichtlich Betätigung der Einlassventile bezüglich seiner Auslassventile oder hinsichtlich der Betätigung seiner Ventile bezüglich der Stellung der Kurbelwelle zu ändern.
Wie in Technik üblich, können eine oder mehrere Nockenwellen pro Motor vorgesehen sein. Eine Nockenwelle kann durch einen Riemen oder eine Kette oder ein oder mehrere Zahnräder oder eine andere Nockenwelle angetrieben werden. An einer Nockenwelle können eine oder mehrere Nasen vorgesehen sein, um gegen ein oder mehrere Ventile zu drücken. Ein Motor mit mehreren Nockenwellen weist in der Regel eine Nockenwelle für Auslassventile und eine Nockenwelle für Einlassventile auf. Ein V-Motor weist gewöhnlich zwei Nockenwellen (eine für jede Bank) oder vier Nockenwellen (Einlass und Auslass für jede Bank) auf.
Vorrichtungen zur variablen Nockenwellenverstellung (VCT

- variable camshaft timing) sind in der Technik allgemein bekannt, wie zum Beispiel aus US 5,002,023 A ; US 5,107,804 A ; US 5,172,659 A ; US 5,184,578 A; US 5,289,805 A ; US 5,361,735 A ; US 5,497,738 A ; US 5,657,725 A ; US 6,247,434 B1 ; US 6,250,265 B1 ; US 6,263,846 B1 ; US 6,311,655 B1 ; US 6,374,787 B2 und US 6,477,999 B1 . Ein Versteller mit zwei Modi, der zwischen nockendrehmomentbetätigtem Betriebsmodus (CTA-Betriebsmodus, CTA
- Cam Torque Actuated) und torsionsunterstütztem Betriebsmodus (TA-Modus, TA - Torsional Assist) mit einem Sekundärventil schaltet, ist aus der US 6,453,859 B1 bekannt. Ein nockendrehmomentbetätigter Versteller (CTA-Versteller), der ein Hochdruckkammerrückschlagventil verwendet, ist aus der US 7,137,371 B2 bekannt. Jede dieser

Ein Schwenkmotornockenwellenversteller mit einem Hydraulikventil welches zwei Arbeitsanschlüssen aufweist ist in DE 10 2010 045 358 A1 beschrieben. Diese beiden Arbeitsanschlüsse weisen jeweils axial benachbart zueinander eine Standardöffnung und eine Öffnung zur Nutzung von Druckspitzen infolge von Nockenwellenwechselmomenten auf. Ein hydraulischer Druck ist von einem Versorgungsanschluss auf den zu belastenden Arbeitsanschluss leitbar, während der zu entlastende Arbeitsanschluss auf einen Tankanschluss geführt wird. Um auch bei Verbrennungsmotoren mit sehr stark schwankenden Nockenwellenwechselmomenten die Regelgüte hoch zu halten, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass eine Schaltstellung des Hydraulikventils proportional ansteuerbar ist, in welcher die Druckspitzen des zu entlastenden Arbeitsanschluss gegenüber dem Versorgungsanschluss und dem zu belastenden Arbeitsanschluss gesperrt sind.
DE 10 2008 055 175 A1 beschreibt einen Ventilzeit-Abstimmungs-Einsteller. Dieser hat einen ersten Rotor, einen zweiten Rotor, ein Kolbenventil, einen Verbindungsdurchgang und ein Verbindungsrückschlagventil. Ein Kolben des Kolbenventils ist zu einer ersten Position derart verschiebbar, dass der erste Rotor relativ zu dem zweiten Rotor gedreht wird. Der Kolben ist zu einer zweiten Position verschiebbar, um die Phase einer Nockenwelle bei einer vollständigen Phase zu halten. Der Verbindungsdurchgang verbindet den ersten Ausgangsanschluss mit einem zweiten Ausgangsanschluss des Kolbenventils, wenn der Kolben in der ersten Position positioniert ist. Das Verbindungsrückschlagventil des Verbindungsdurchgangs gestattet ein Strömen von Arbeitsfluid von dem zweiten Ausgangsanschluss in Richtung zu dem ersten Ausgangsanschluss.
Schließlich ist eine druckmittelbetätigte Nockenwellen-VerstellEinrichtung für eine Brennkraftmaschine in DE 10 2010 005 604 A1 beschrieben. Die druckmittelbetätigte Nockenwellen-VerstellEinrichtung für eine Brennkraftmaschine mit wenigstens zwei entgegengesetzt wirkenden Arbeitskammern, einer Druckmittelpumpe, einem Druckmittelreservoir und einem Mehrwegeventil umfasst ein Gehäuse mit mehreren den Arbeitskammern, der Druckmittelpumpe und dem Druckmittelreservoir zugeordneten Öffnungen, durch die eine Zu- und/oder Abströmung eines Druckmittels ermöglicht ist, einem Ventilkörper, der in dem Gehäuse zwischen zwei Endstellungen verschiebbar geführt ist, und in Abhängigkeit von der Stellung mit an dem Gehäuse anliegenden Steuerkanten den Durchfluss des Druckmittels durch die Öffnungen in dem Gehäuse sperrt oder ermöglicht, und einem in dem Ventilkörper angeordneten einen Durchfluss des Druckmittels in zwei unterschiedliche Richtungen ermöglichenden Doppelrückschlagventil, wobei die Steuerkanten derart angeordnet sind, dass in den Endstellungen des Ventilkörpers der Durchfluss des Druckmittels von der Druckmittelpumpe und zu einer ersten Arbeitskammer, und durch das Doppelrückschlagventil ein Durchfluss des Druckmittels von einer zu der ersten Arbeitskammer entgegengesetzt wirkenden zweiten Arbeitskammer zu der ersten Arbeitskammer ermöglicht ist.
KURZDARSTELLUNG
Es wäre wünschenswert, einen nockendrehmomentbetätigten (CTA-) Versteller bereitzustellen, der in Abhängigkeit von einer Steuerschieberposition in einem torsionsunterstützten Betriebsmodus (TA-Betriebsmodus) betrieben werden kann, um die Verwendung eines nockendrehmomentbetätigten (CTA-) Verstellers an einem Motor zu gestatten, wo ein nockendrehmomentbetätigter (CTA-) Versteller normalerweise nicht durch den ganzen Motordrehzahlbereich arbeiten würde.
Ein variabler Nockenwellenversteller kann ein Gehäuse und einen Rotor enthalten, die so angeordnet sind, dass sie sich bezüglich einander drehen. Das Gehäuse und der Rotor können mindestens einen durch einen Flügel unterteilten Hohlraum definieren. Der Flügel kann den Hohlraum in eine erste Kammer und eine zweite Kammer unterteilen. Kanäle können die erste Kammer, die zweite Kammer und eine Betätigungsfluidversorgungsquelle bezüglich einander verbinden, wodurch die Schwingung des Flügels in dem Hohlraum erleichtert wird. Ein Steuerventil kann einen in Längsrichtung hin- und herbeweglichen Steuerschieber zur Wirkbewegung zwischen einem nockendrehmomentbetätigten (CTA-) Betriebsmodus und einem torsionsunterstützten (TA-) Betriebsmodus aufweisen, der die erste Kammer, die zweite Kammer, ein Rückschlagventil und die Betätigungsfluidversorgungsquelle untereinander in verschiedenen Längspositionen gezielt verbindet.
Ein variabler Nockenwellenversteller für einen Verbrennungsmotor, der mindestens eine Nockenwelle aufweist, kann ein Gehäuse und einen Rotor enthalten, die koaxial bezüglich einer Nockenwelle verbunden sind, um mindestens einen Hohlraum zu definieren, der durch einen Flügel in eine erste Kammer und eine zweite Kammer unterteilt ist. Ein Steuerventil kann einen in Längsrichtung hin- und herbeweglichen Steuerschieber zur Bewegung zwischen einem nockendrehmomentbetätigten (CTA-) Betriebsmodus und einem torsionsunterstützten (TA-) Betriebsmodus und mindestens einer Nullposition aufweisen. Der Steuerschieber kann die erste Kammer, die zweite Kammer, ein Rückschlagventil und eine Betätigungsfluidversorgungsquelle bezüglich einander verbinden.
Ein variabler Nockenwellenversteller für einen Verbrennungsmotor, der mindestens eine Nockenwelle aufweist, kann ein Gehäuse und einen Rotor enthalten, die koaxial bezüglich einer Nockenwelle verbunden und zur Drehung bezüglich einander angeordnet sind. Das Gehäuse und der Rotor können zwischen sich mindestens einen Hohlraum und mindestens einen Flügel definieren, der in jedem Hohlraum positioniert ist und jeden Hohlraum in eine erste Kammer und eine zweite Kammer unterteilt. Ein Verriegelungsstift kann sich zwischen einer freigegebenen Position und einer verriegelten Position bewegen, um das Gehäuse und den Rotor unabhängig von dem Betätigungsfluidstrom miteinander zu verriegeln. Ein Steuerventil kann einen in Längsrichtung hin- und herbeweglichen, federbelasteten Steuerschieber mit einem innen positionierten Rückschlagventil aufweisen. Der Steuerschieber kann sich in einem nockendrehmomentbetätigten (CTA-) Betriebsmodus zwischen einer Nachfrühverstellungsposition und einer Nachspätverstellungsposition, in einem torsionsunterstützten (TA-) Betriebsmodus einer Nachfrühverstellungsposition und mindestens einer Nullposition wirkbewegen. Der Steuerschieber kann die erste Kammer, die zweite Kammer, das Rückschlagventil und eine Betätigungsfluidversorgungsquelle bezüglich einander verbinden und kann den Verriegelungsstift zwischen einer Auslassöffnung und der Betätigungsfluidversorgungsquelle wirkverbinden. Eine Ventilsteuereinheit kann einen Elektromagneten mit variabler Kraft zur Betätigung des in Längsrichtung hin- und herbeweglichen Steuerschiebers des Steuerventils als Reaktion auf ein Eingangssignal von einer Motorsteuereinheit zur Bewegung zwischen dem nockendrehmomentbetätigten (CTA-) Betriebsmodus, dem torsionsunterstützten (TA-) Betriebsmodus und der mindestens einen Nullposition aufweisen.
Andere Anwendungen der vorliegenden Erfindung werden für den Fachmann bei Lektüre der folgenden Beschreibung der als beste erachteten Art und Weise der Ausübung der Erfindung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen offensichtlich.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die hier folgende Beschreibung bezieht sich auf die beigefügten Zeichnungen, in denen sich in sämtlichen der mehreren Ansichten gleiche Bezugszahlen auf gleiche Teile beziehen, und wobei:

1 ist eine schematische Ansicht eines nockendrehmomentbetätigten (CTA)-torsionsunterstützten (TA) Verstellers für variable Nockenwellenverstellung (VCT-Verstellers) mit einem Steuerventil, das einen durch eine Ventilsteuereinheit (VCU - Valve Control Unit), wie zum Beispiel einen Elektromagneten mit variabler Kraft (VFS - Variable Force Solenoid) betätigten Steuerschieber aufweist, der sich als Reaktion auf eine Motorsteuereinheit (ECU - Engine Control Unit) in eine CTA-Betriebsmodus-Nachspätverstellungsposition bewegt, in der sich der Steuerschieber in einer ersten Position entsprechend der Bewegung in eine Nachspätverstellungsposition und zum Entlüften der Verriegelungsstiftbetätigungsfluidversorgungsleitung zum Bewegen des Verriegelungsstifts in die verriegelte Position befindet.
2 ist eine schematische Ansicht eines nockendrehmomentbetätigten (CTA)-torsionsunterstützten (TA) Verstellers für variable Nockenwellenverstellung (VCT-Verstellers) mit einem Steuerventil, das einen durch eine Ventilsteuereinheit (VCU), wie zum Beispiel einen Elektromagneten mit variabler Kraft (VFS), betätigten Steuerschieber aufweist, der sich als Reaktion auf eine Motorsteuereinheit (ECU) in eine CTA-Betriebsmodus-CTA-Nullposition bewegt, in der sich der Steuerschieber in einer zweiten Position entsprechend der Bewegung in eine CTA-Nullposition und zum Bewegen des Verriegelungsstifts mit druckbeaufschlagtem Betätigungsfluid aus einer Versorgungsleitung in die Freigabeposition befindet.
3 ist eine schematische Ansicht eines nockendrehmomentbetätigten (CTA)-torsionsunterstützten (TA) Verstellers für variable Nockenwellenverstellung (VCT-Verstellers) mit einem Steuerventil, das einen durch eine Ventilsteuereinheit (VCU), wie zum Beispiel einen Elektromagneten mit variabler Kraft (VFS) betätigten Steuerschieber aufweist, der sich als Reaktion auf eine Motorsteuereinheit (ECU) in eine CTA-Betriebsmodus-CTA-Nachfrühverstellungsposition bewegt, in der sich der Steuerschieber in einer dritten Position entsprechend der Bewegung in eine Nachfrühverstellungsposition und zum Bewegen des Verriegelungsstifts mit druckbeaufschlagtem Betätigungsfluid aus einer Versorgungsleitung in die Freigabeposition befindet.
4 ist eine schematische Ansicht eines nockendrehmomentbetätigten (CTA)-torsionsunterstützten (TA) Verstellers für variable Nockenwellenverstellung (VCT-Verstellers) mit einem Steuerventil, das einen durch eine Ventilsteuereinheit (VCU), wie zum Beispiel einen Elektromagneten mit variabler Kraft (VFS) betätigten Steuerschieber aufweist, der sich als Reaktion auf eine Motorsteuereinheit (ECU) in eine Modalnullposition zwischen dem CTA-Betriebsmodus und dem TA-Betriebsmodus bewegt, in der sich der Steuerschieber in einer vierten Position entsprechend der Bewegung in eine Modalnullposition und zum Bewegen des Verriegelungsstifts mit druckbeaufschlagtem Betätigungsfluid aus einer Versorgungsleitung in die Freigabeposition befindet.
5 ist eine schematische Ansicht eines nockendrehmomentbetätigten (CTA)-torsionsunterstützten (TA) Verstellers für variable Nockenwellenverstellung (VCT-Verstellers) mit einem Steuerventil, das einen durch eine Ventilsteuereinheit (VCU), wie zum Beispiel einen Elektromagneten mit variabler Kraft (VFS) betätigten Steuerschieber aufweist, der sich als Reaktion auf eine Motorsteuereinheit (ECU) in eine TA-Betriebsmodus-Nachfrühverstellungsposition bewegt, in der sich der Steuerschieber in einer fünften Position entsprechend der Bewegung in eine Nachfrühverstellungsposition und zum Bewegen des Verriegelungsstifts mit druckbeaufschlagtem Betätigungsfluid aus einer Versorgungsleitung in die Freigabeposition befindet.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Nunmehr auf 1 Bezug nehmend, kann ein nockendrehmomentbetätigter (CTA-)-torsionsunterstützter (TA-) Versteller für variable Nockenwellenverstellung (VCT-Versteller) ein Gehäuse 10 mit Kettenradzähnen 12 enthalten, die mit einem Außenumfang zum kämmenden Eingriff mit einer Steuerkette oder einem Steuerriemen oder einem Zahnrad (nicht gezeigt) ausgebildet sind. In dem Gehäuse 10 ist mindestens ein Hohlraum 10a ausgebildet. Koaxial in dem Gehäuse 10 und frei drehbar bezüglich des Gehäuses 10 befindet sich ein Rotor 20 mit einem Flügel 22, der in jeden entsprechenden Hohlraum 10a passt, um eine erste Fluidkammer 16 und eine zweite Fluidkammer 18 zu definieren. Ein Steuerventil 24 kann druckbeaufschlagtes Betätigungsfluid oder Öl über Kanäle 26, 28 zwischen der ersten und zweiten Kammer 16 bzw. 18 zum Antrieb des Flügels 22 des Rotors 20 als Reaktion auf Nockendrehmomentbetätigungskräfte leiten. Für einen Fachmann liegt auf der Hand, dass diese Beschreibung Flügelzellenverstellern im Allgemeinen gemein ist, und dass die spezielle Anordnung der Flügel, Kammern, Kanäle und Ventile, die in den 1 - 5 gezeigt werden, innerhalb der Lehren der Erfindung variiert werden kann. Zum Beispiel kann die Anzahl von Flügeln und ihre Position geändert werden; einige Versteller haben nur einen einzigen Flügel, andere können bis zu einem Dutzend haben, und die Flügel könnten am Gehäuse positioniert sein und sich in den Kammern am Rotor hin und her bewegen. Das Gehäuse könnte durch eine Kette oder einen Riemen oder Zahnräder angetrieben werden, und die Kettenradzähne könnten Zahnradzähne oder eine Zahnriemenscheibe für einen Riemen sein.
Das Steuerventil 24 kann einen Steuerschieber 36 aufweisen, der durch eine Ventilsteuereinheit (VCU) 32, wie zum Beispiel einen Elektromagneten mit variabler Kraft (VFS), als Reaktion auf ein Eingangssignal von einer Motorsteuereinheit (ECU) 34 unter Verwendung von Steuersequenzen entweder mit offenem oder geschlossenem Regelkreis betätigt wird, um das Steuerventil 24, wie als Beispiel und nicht einschränkend ein Steuerschieber-Steuerventil 24, wie gezeigt, zum Schließen eines Satzes von Fluidkreisläufen zu positionieren. Durch Einrücken des Steuerschieber-Steuerventils 24 über eine auf ein erstes Ende 36a des Steuerschiebers 36 des Steuerventils 24 ausgeübte Kraft, kann durch eine auf ein zweites Ende 36b des Steuerschiebers 36 des Steuerventils 24 durch ein elastisches Glied 38, wie zum Beispiel eine Feder, ausgeübte Kraft eine Gleichgewichtsposition erreicht werden. Der Steuerschieber 36 definiert mehrere einen reduzierten Durchmesser aufweisende Kammern 36c, 36d, 36f, 36g, die durch einen größeren Durchmesser aufweisende Stege 36h, 36i, 36j, 36k getrennt sind. Ein mittlerer Kanal 361 in dem Steuerschieber 36 verbindet die Kammern 36d, 36e durch ein innen positioniertes, federvorbelastetes Rückschlagventil 40. Der Steuerschieber 36 ist zwischen einer ersten Position neben einem ersten Endanschlag (vollständig ausgezogen, wie in 1 schematisch gezeigt), einer zweiten Position (nach innen nach links verschoben, wie in 2 schematisch gezeigt), einer dritten Position (weiter nach innen nach links verschoben, wie in 3 schematisch gezeigt), einer vierten Position (noch weiter nach innen nach links verschoben, wie in 4 schematisch gezeigt) und einer fünften Position neben einem zweiten Endanschlag (wie schematisch in 5 gezeigt).
Weiterhin auf 1 Bezug nehmend, steht der Fluidkanal 26 in der ersten Position mit der Kammer 36d des Steuerschiebers in Strömungsverbindung. Der Fluidkanal 28 steht mit der Kammer 36e in Strömungsverbindung und steht weiterhin durch den inneren Steuerschieberkanal 361 mit der Kammer 36d in Strömungsverbindung. Der Fluidkreislauf kann ein Rückschlagventil 40 enthalten, das ein inneres Rückschlagventil, wie dargestellt, oder ein äußeres Rückschlagventil sein kann. Eine Quelle mit druckbeaufschlagtem Betätigungsfluid oder Öl wird den Kammern 36e, 36f des Steuerschiebers 36 durch den
Betätigungsfluidversorgungsquellenkanal 46 zugeführt, um jegliche Fluidverluste auszugleichen. Ein optionaler Verriegelungskanal 62 kann in Strömungsverbindung zwischen der Kammer 36c an einem Ende und einem Verriegelungsstift 60 an einem gegenüberliegenden Ende vorgesehen sein. Eine Auslassöffnung oder ein Auslasskanal 48a, 48b kann in Strömungsverbindung mit der Kammer 36c des Steuerschiebers 36 platziert sein, um ein Entlüften des Verriegelungskanals 62 zu gestatten, wodurch der federvorbelastete Verriegelungsstift 60 in die verriegelte Position bewegt wird. Der VFS der VCU 32 betätigt den Steuerschieber 36 zur Bewegung in einer CTA-Betriebsmodus -Nachspätverstellungsposition. Wenn sich der Steuerschieber 36 in der ersten Position befindet, kann der dem optionalen Verriegelungsstift 60 zugeordnete optionale Verriegelungskanal 62 durch den Steuerschieber 36 in Strömungsverbindung mit einem Auslassöffnungskanal 48a, 48b zum Bewegen des Verriegelungsstifts 60 in die verriegelte Position verbunden werden. Nockendrehmomentbetätigungskräfte versetzen den Flügel 22 in Drehung, indem sie Betätigungsfluid aus der ersten Kammer 16 durch den Kanal 26, die Kammer 36d, den inneren Steuerschieberkanal 361, das Rückschlagventil 40, die Kammer 36e, den Kanal 28 und in die Kammer 18 treiben, wodurch bewirkt wird, dass sich die Kammer 16 zusammenzieht, während sich die Kammer 18 ausdehnt. Die Drehung des Flügels 22 bezüglich des Gehäuses 10 kann so lange weitergehen, bis der optionale federvorbelastete Verriegelungsstift 60 in einen entsprechenden Durchlass in der verriegelten Position in Eingriff gelangt. Wenn sich der optionale Verriegelungsstift 60 in der verriegelten Position befindet, können sich der Rotor 20 und das Gehäuse 10 unabhängig von dem Betätigungsfluidstrom zusammen als eine einzige Anordnung drehen.
Nunmehr auf 2 Bezug nehmend, ist der Steuerschieber 36 (nach innen und nach links, wie schematisch dargestellt) in eine zweite Position verschoben. In der zweiten Position blockiert der Steg 36i eine Strömungsverbindung mit dem Kanal 26, und der Steg 36j blockiert eine Strömungsverbindung mit dem Kanal 28. Das Steuerventil 24 wird in eine CTA-Betriebsmodus-CTA-Nullposition bewegt, in der der optionale Verriegelungsstift 60 mit dem Betätigungsfluidversorgungsquellenkanal 46 durch die Kammer 36d in Strömungsverbindung steht, um den Verriegelungsstift 60 gegen das Drücken der Vorspannfeder 60a in die Freigabeposition zu bewegen, während die Kammer 36e durch die Kammer 36d, den inneren Steuerschieberkanal 361 und das Rückschlagventil 40 mit Druck beaufschlagt wird, um jegliche Fluidverluste auszugleichen. Mit anderen Worten, der Rotor 20 und das Gehäuse 10 sind dadurch nicht länger mechanisch miteinander verbunden, dass sich der optionale Verriegelungsstift 60 in der verriegelten Position befindet, aber die Fluidkammern 16, 18 sind infolge dessen gegeneinander isoliert, dass die Kanäle 26, 28 durch die Stege 36i, 36j des Steuerschiebers 36 blockiert werden. Zwischen dem Gehäuse 10 und dem Rotor 20 besteht infolge dessen, dass das Betätigungsfluid in den Kammern 16, 18 eingeschlossen ist, eine Fluidkopplung, die ein Miteinanderdrehen des Gehäuses 10 und des Rotors 20 in einer CTA-Nullposition bei Fehlen einer mechanischen Verriegelung gestattet. Die Positionsänderungen des Steuerschiebers 36 aus dieser CTA-Nullposition bewirken eine Nachfrüh- oder Nachspätverstellung des Verstellers im CTA-Betriebsmodus. Die relative Position des Rotors 20 bezüglich des Gehäuses 10 kann aufgrund dessen, dass die Nockendrehmomentbetätigungskräfte den Flügel 22 in dem Hohlraum 10a vor Gegeneinanderisolieren der Kammern 16, 18 mit dem Steuerschieber in der zweiten Position antreiben, irgendeine beliebige gewünschte Winkelausrichtung sein. Es versteht sich, dass deshalb diese „CTA-Nullposition“ des Steuerschiebers 36 einer beliebigen gewünschten Winkelposition des Rotors 20 bezüglich des Gehäuses 10 zugeordnet werden kann.
Nunmehr auf 3 Bezug nehmend, ist der Steuerschieber 36 (weiter nach innen und nach links, wie schematisch dargestellt) in eine dritte Position verschoben. In der dritten Position ist der Steg 36i so positioniert, dass er den Kanal 28 durch die Kammer 36f in Strömungsverbindung mit dem CTA-Rückführungskanal 46a setzt, wodurch eine Strömungsverbindung mit der Kammer 36d gestattet wird. Das Steuerventil 24 wird in eine CTA-Betriebsmodus-Nachfrühverstellungsposition bewegt, in der sich der Steuerschieber in einer dritten Position befindet, um den Rotor bezüglich des Gehäuses zu bewegen, um die Verbrennungsmotor-Ventilbetätigung nach früh zu verstellen, während der optionale Verriegelungsstift mit druckbeaufschlagtem Betätigungsfluid von einer Versorgungsleitung in der Freigabeposition gehalten wird. Die Kammer 36d steht mit dem Betätigungsfluidversorgungsquellenkanal 46 in Strömungsverbindung, um den optionalen Verriegelungskanal 62 mit Druck zu beaufschlagen und so den optionalen Verriegelungsstift 60 in einer freigegebenen Position zu halten. In der dritten Position steht die Kammer 36d durch den inneren Steuerschieberkanal 361 und das Rückschlagventil 40 auch in Strömungsverbindung mit der Kammer 36e. Die Kammer 36e steht mit dem Kanal 26 in Strömungsverbindung und gestattet Betätigungsfluidstrom in die Kammer 16, wodurch bewirkt wird, dass sich die Kammer 16 ausdehnt, während sich die Kammer 18 zusammenzieht.
Nunmehr auf 4 Bezug nehmend, ist der Steuerschieber 36 (noch weiter nach innen und nach links, wie schematisch dargestellt) in eine vierte Position verschoben. In der vierten Position blockiert der Steg 36k die Strömungsverbindung zwischen der Kammer 36g und dem Betätigungsfluidversorgungsquellenkanal 46. Das Steuerventil 24 hat sich in eine Modalnullposition zwischen dem CTA-Betriebsmodus und einem TA-Betriebsmodus bewegt, in dem der optionale Verriegelungsstift 60 mit druckbeaufschlagtem Betätigungsfluid aus dem Betätigungsfluidversorgungsquellenkanal 46 durch die Kammer 36d in der Freigabeposition gehalten wird. Die Kammer 36d steht auch durch den inneren Steuerschieberkanal 361, das Rückschlagventil 40 und den Kanal 26 mit der Kammer 16 in Strömungsverbindung, um jegliche Fluidverluste auszugleichen. Die vierte Steuerschieberposition verhindert ein direktes Leck von Betätigungsfluid zur Auslassöffnung 48c, da der CTA-Rückführungskanal 46a, kurz bevor die Auslassöffnung 48c durch die Kammer 36g mit der Kammer 18 in Strömungsverbindung gesetzt wird, durch den Steg 36k blockiert wird. Dadurch wird eine „Modalnullposition“ in dem Falle geschaffen, dass die Nockentorsionsbetätigungskräfte ungenügend geworden sind, den Versteller im CTA-Betriebsmodus nach früh zu verstellen, wie zum Beispiel, und nicht einschränkend, hohe Drehzahl bei einem Vierzylindermotor. Durch Drücken des Steuerschiebers 36 über diesen Punkt hinaus erfolgt Nachfrühverstellung des Verstellers im TA-Betriebsmodus.
Nunmehr auf 5 Bezug nehmend, ist der Steuerschieber 36 (nach innen und nach links, wie schematisch dargestellt) in eine fünfte Position verschoben, die einem zweiten Endanschlag entspricht. In der fünften Position steht die Kammer 36g in Strömungsverbindung mit der Auslassöffnung 48c, wodurch ein Entlüften der Kammer 18 durch den Zweigkanal 28a gestattet wird. Das Steuerventil 24 bewegt sich in eine TA-Betriebsmodus-Nachfrühverstellungsposition, in der der optionale Verriegelungsstift 60 mit druckbeaufschlagtem Betätigungsfluid aus einem Betätigungsfluidversorgungsquellenkanal 46, das durch die Kammer 36d und den optionalen Verriegelungskanal 62 wirkt, in der freigegebenen Position gehalten wird. Des Weiteren steht die Kammer 36d durch den inneren Steuerschieberkanal 361, das Rückschlagventil 40, die Kammer 36e und den Kanal 26 mit der Kammer 16 in Strömungsverbindung. Der Versteller kann sich zur Nachfrühverstellung der Verbrennungsmotorventilbetätigung aufgrund eines auf den Flügel 22 wirkenden Druckdifferentials bewegen.
Die vorliegende Erfindung wurde zwar in Verbindung mit der derzeit als am praktischsten und bevorzugtesten erachteten Ausführungsform beschrieben, es versteht sich jedoch, dass die Erfindung nicht auf die offenbarten Ausführungsformen beschränkt werden soll, sondern ganz im Gegenteil verschiedene Modifikationen und äquivalente Anordnungen, die von dem Schutzbereich der angehängten Ansprüche mit umfasst werden, mit abdecken soll, wobei der Schutzbereich der allgemeinsten Interpretation unterliegen soll, um alle solche Modifikationen und äquivalente Strukturen, wie gesetzlich zugelassen sind, mit zu umfassen.

Claims

Versteller, der ein Gehäuse (10) und einen Rotor (20) aufweist, die zur Drehung bezüglich einander angeordnet sind, wobei das Gehäuse (10) und der Rotor (20) mindestens einen Hohlraum (10a) definieren, der dazwischen angeordnet ist, um durch einen Flügel (22) in eine erste Kammer (16) und eine zweite Kammer (18) unterteilt zu werden, wobei der Versteller weiterhin Kanäle (26, 28) aufweist, die die erste Kammer (16) und die zweite Kammer (18) verbinden, um ein Schwingen des Flügels (22) in dem Hohlraum (10a) zu erleichtern, wobei der Versteller Folgendes umfasst: ein Rückschlagventil (40); und ein Steuerventil (24), das einen federbelasteten, in Längsrichtung hin- und herbeweglichen Steuerschieber (36) aufweist, der zwischen mindestens einem nockendrehmomentbetätigten (CTA-) Betriebsmodus, mindestens einem torsionsunterstützten (TA-) Betriebsmodus und mindestens einer Nullposition wirkbeweglich ist, wobei der Steuerschieber (36) in verschiedenen Längspositionen die erste Kammer (16), die zweite Kammer (18), das Rückschlagventil (40) und eine Betätigungsfluidversorgungsquelle untereinander verbindet, wobei der Versteller weiterhin Folgendes umfasst: eine Ventilsteuereinheit (32), die den Steuerschieber (36) des Steuerventils (24) gezielt bewegt bezüglich a. einer CTA-Nullposition in dem nockendrehmomentbetätigten (CTA-) Betriebsmodus, wobei die erste Kammer (16) und die zweite Kammer (18) gegeneinander isoliert sind, und b. einer Modalnullposition, die zwischen dem nockendrehmomentbetätigten (CTA-) Betriebsmodus und dem torsionsunterstützten (TA-) Betriebsmodus positioniert ist, wenn Nockendrehmomentbetätigungskräfte ungenügend geworden sind, den Versteller im CTA-Betriebsmodus nach früh zu verstellen, und wobei die erste Kammer (16) mit der Betätigungsfluidversorgungsquelle in Strömungsverbindung steht, um Verluste auszugleichen, und wobei ein CTA-Rückführungskanal (46a) gesperrt ist, um ein direktes Leck von Betätigungsfluidstrom durch einen Zweigkanal (28a) kurz vor Öffnen einer Auslassöffnung (48c) der zweiten Kammer (18) zu verhindern.
Versteller nach Anspruch 1, der weiterhin Folgendes umfasst: die Ventilsteuereinheit (32), die den Steuerschieber (36) des Steuerventils (24) bezüglich einer Nachspätverstellungsposition in dem nockendrehmomentbetätigten (CTA-) Betriebsmodus gezielt bewegt, wobei die erste Kammer (16) und die zweite Kammer (18) durch das Rückschlagventil (40) miteinander in Strömungsverbindung stehen, wodurch Betätigungsfluidstrom aus der ersten Kammer (16) in die zweite Kammer (18) als Reaktion auf Nockendrehmomentbetätigungskräfte gestattet wird, und mit der Betätigungsfluidversorgungsquelle in Strömungsverbindung stehen, um Fluidverluste auszugleichen.
Versteller nach Anspruch 1, der weiterhin Folgendes umfasst: die Ventilsteuereinheit (32), die den Steuerschieber (36) des Steuerventils (24) bezüglich der Nachfrühverstellungsposition in dem nockendrehmomentbetätigten (CTA-) Betriebsmodus gezielt bewegt, wobei die erste Kammer (16) und die zweite Kammer (18) durch das Rückschlagventil (40) miteinander in Strömungsverbindung stehen, wodurch Betätigungsfluidstrom aus der zweiten Kammer (18) in die erste Kammer (16) als Reaktion auf Nockendrehmomentbetätigungskräfte gestattet wird, und mit der Betätigungsfluidversorgungsquelle in Strömungsverbindung stehen, um Fluidverluste auszugleichen.
Versteller nach Anspruch 1, der weiterhin Folgendes umfasst: die Ventilsteuereinheit (32), die den Steuerschieber (36) des Steuerventils (24) bezüglich der Nachfrühverstellungsposition in dem torsionsunterstützten (TA-) Betriebsmodus gezielt bewegt, wobei der Rotor (20) aufgrund eines Druckdifferentials am Flügel (22) bezüglich des Gehäuses (10) nach früh verstellt wird, wobei die erste Kammer (16) durch das Rückschlagventil (40) mit der Betätigungsfluidversorgungsquelle in Strömungsverbindung steht, wodurch Betätigungsfluidstrom in die erste Kammer (16) gestattet wird, und die zweite Kammer (18) durch den Steuerschieber (36) mit einem Auslassöffnungskanal (48c) in Strömungsverbindung steht.
Versteller nach Anspruch 1, der weiterhin Folgendes umfasst: einen Verriegelungsstift (60), der zwischen einer freigegebenen Position und einer verriegelten Position beweglich ist, um das Gehäuse (10) und den Rotor (20) unabhängig von dem Betätigungsfluidstrom miteinander zu verriegeln; und wobei der Steuerschieber (36) des Steuerventils (24) den Verriegelungsstift (60) zwischen einer Auslassöffnung (48a, 48b) und der Betätigungsfluidversorgungsquelle gezielt verbindet, um den Verriegelungsstift (60) zwischen der verriegelten Position und der freigegebenen Position zu bewegen.
Variabler Nockenwellenversteller für einen Verbrennungsmotor, der mindestens eine Nockenwelle aufweist, der Folgendes umfasst: ein Gehäuse (10) und einen Rotor (20), die koaxial bezüglich einer Nockenwelle verbunden sind, um mindestens einen Hohlraum (10a) dazwischen und einen Flügel (22), der in jedem entsprechenden Hohlraum (10a) positioniert ist und jeden entsprechenden Hohlraum (10a) in eine erste Kammer (16) und eine zweite Kammer (18) unterteilt, zu definieren; mindestens ein Rückschlagventil (40); und ein Steuerventil (24), das einen in Längsrichtung hin- und herbeweglichen, federbelasteten Steuerschieber (36) aufweist, der zwischen mindestens einem nockendrehmomentbetätigten (CTA-) Betriebsmodus, mindestens einem torsionsunterstützten (TA-) Betriebsmodus und mindestens einer Nullposition wirkbeweglich ist, wobei der Steuerschieber (36) die erste Kammer (16), die zweite Kammer (18), das mindestens eine Rückschlagventil (40) und eine Betätigungsfluidversorgungsquelle bezüglich einander verbindet, wobei der Versteller weiterhin umfasst: eine Ventilsteuereinheit (32), die den Steuerschieber (36) des Steuerventils (24) gezielt bewegt bezüglich a. einer CTA-Nullposition in dem nockendrehmomentbetätigten (CTA-) Betriebsmodus, wobei die erste Kammer (16) und die zweite Kammer (18) gegeneinander isoliert sind, und b. einer Modalnullposition, die zwischen dem nockendrehmomentbetätigten (CTA-) Betriebsmodus und dem torsionsunterstützten (TA-) Betriebsmodus positioniert ist, wenn Nockendrehmomentbetätigungskräfte ungenügend geworden sind, den Versteller im CTA-Betriebsmodus nach früh zu verstellen, und wobei die erste Kammer (16) mit der Betätigungsfluidversorgungsquelle in Strömungsverbindung steht, um Verluste auszugleichen, und wobei ein CTA-Rückführungskanal (46a) gesperrt ist, um ein direktes Leck von Betätigungsfluid durch einen Zweigkanal (28a) kurz vor Öffnen einer Auslassöffnung (48c) der zweiten Kammer (18) zu verhindern.
Versteller nach Anspruch 6, der weiterhin Folgendes umfasst: einen Verriegelungsstift (60), der zwischen einer freigegebenen Position und einer verriegelten Position beweglich ist, um das Gehäuse (10) und den Rotor (20) unabhängig von dem Betätigungsfluidstrom miteinander zu verriegeln, wobei ein dem Verriegelungsstift (60) zugeordneter Verriegelungskanal (62) durch den Steuerschieber (36) mit der Betätigungsfluidversorgungsquelle in Strömungsverbindung steht, um den Verriegelungsstift (60) in die freigegebene Position zu bewegen; und wobei der Steuerschieber (36) des Steuerventils (24) den Verriegelungsstift (60) zwischen einer Auslassöffnung (48a, 48b) und der Betätigungsfluidversorgungsquelle wirkverbindet.
Versteller nach Anspruch 6, der weiterhin Folgendes umfasst: die Ventilsteuereinheit (32), die den Steuerschieber (36) des Steuerventils (24) bezüglich einer Nachspätverstellungsposition in dem nockendrehmomentbetätigten (CTA-) Betriebsmodus gezielt bewegt, wobei die erste Kammer (16) und die zweite Kammer (18) durch das Rückschlagventil (40) miteinander in Strömungsverbindung stehen, wodurch Betätigungsfluidstrom aus der ersten Kammer (16) in die zweite Kammer (18) als Reaktion auf Nockendrehmomentbetätigungskräfte gestattet wird, und mit der Betätigungsfluidversorgungsquelle in Strömungsverbindung stehen, um Fluidverluste auszugleichen.
Versteller nach Anspruch 6, der weiterhin Folgendes umfasst: die Ventilsteuereinheit (32), die den Steuerschieber (36) des Steuerventils (24) bezüglich der Nachfrühverstellungsposition in dem nockendrehmomentbetätigten (CTA-) Betriebsmodus gezielt bewegt, wobei die erste Kammer (16) und die zweite Kammer (18) durch das Rückschlagventil (40) miteinander in Strömungsverbindung stehen, wodurch Betätigungsfluidstrom aus der zweiten Kammer (18) in die erste Kammer (16) als Reaktion auf Nockendrehmomentbetätigungskräfte gestattet wird, und mit der Betätigungsfluidversorgungsquelle in Strömungsverbindung stehen, um Fluidverluste auszugleichen.
Versteller nach Anspruch 6, der weiterhin Folgendes umfasst: die Ventilsteuereinheit (32), die den Steuerschieber (36) des Steuerventils (24) bezüglich der Nachfrühverstellungsposition in dem torsionsunterstützten (TA-) Betriebsmodus gezielt bewegt, wobei der Rotor (20) aufgrund eines Druckdifferentials am Flügel (22) bezüglich des Gehäuses (10) nach früh verstellt wird, wobei die erste Kammer (16) durch das Rückschlagventil (40) mit der Betätigungsfluidversorgungsquelle in Strömungsverbindung steht, wodurch Betätigungsfluidstrom in die erste Kammer (16) gestattet wird, und die zweite Kammer (18) durch den Steuerschieber (36) mit einem Auslassöffnungskanal (48c) in Strömungsverbindung steht.
Variabler Nockenwellenversteller für einen Verbrennungsmotor, der mindestens eine Nockenwelle aufweist, der Folgendes umfasst: ein Gehäuse (10) und einen Rotor (20), die koaxial bezüglich einer Nockenwelle verbunden sind und zur relativen Drehung bezüglich einander angeordnet sind, wobei das Gehäuse (10) und der Rotor (20) zwischen sich mindestens einen Hohlraum (10a) und einen Flügel (22) definieren, der in jedem Hohlraum (10a) positioniert ist und jeden Hohlraum (10a) in eine erste Kammer (16) und eine zweite Kammer (18) unterteilt; einen Verriegelungsstift (60), der zwischen einer freigegebenen Position und einer verriegelten Position beweglich ist, um das Gehäuse (10) und den Rotor (20) unabhängig von Betätigungsfluidstrom miteinander zu verriegeln; ein Steuerventil (24), das einen federbelasteten, in Längsrichtung hin- und herbeweglichen Steuerschieber (36) mit einem innen positionierten Rückschlagventil (40) aufweist, wobei der Steuerschieber (36) in einem nockendrehmomentbetätigten (CTA-) Betriebsmodus zwischen einer Nachfrühverstellungsposition und einer Nachspätverstellungsposition, in einem torsionsunterstützten (TA-) Betriebsmodus einer Nachfrühverstellungsposition und mindestens einer Nullposition wirkbeweglich ist, wobei der Steuerschieber (36) die erste Kammer (16), die zweite Kammer (18), das Rückschlagventil (40) und eine Betätigungsfluidversorgungsquelle bezüglich einander wirkverbindet; und den Verriegelungsstift (60) zwischen einer Auslassöffnung (48a, 48b) und der Betätigungsfluidversorgungsquelle wirkverbindet; und eine Ventilsteuereinheit mit einem Elektromagneten (32) mit variabler Kraft, der den in Längsrichtung hin- und herbeweglichen Steuerschieber (36) des Steuerventils (24) als Reaktion auf ein Eingangssignal von einer Motorsteuereinheit (34) zur Bewegung zwischen dem nockendrehmomentbetätigten (CTA- ) Betriebsmodus, dem torsionsunterstützten (TA-) Betriebsmodus und der mindestens einen Nullposition betätigt, wobei der Versteller weiterhin umfasst: eine Ventilsteuereinheit (32), die den Steuerschieber (36) des Steuerventils (24) gezielt bewegt bezüglich a. einer CTA-Nullposition in dem nockendrehmomentbetätigten (CTA-) Betriebsmodus, wobei die erste Kammer (16) und die zweite Kammer (18) gegeneinander isoliert sind, und b. einer Modalnullposition, die zwischen dem nockendrehmomentbetätigten (CTA-) Betriebsmodus und dem torsionsunterstützten (TA-) Betriebsmodus positioniert ist, wenn Nockendrehmomentbetätigungskräfte ungenügend geworden sind, den Versteller im CTA-Betriebsmodus nach früh zu verstellen, und wobei die erste Kammer (16) mit der Betätigungsfluidversorgungsquelle in Strömungsverbindung steht, um Verluste auszugleichen, und wobei ein CTA-Rückführungskanal (46a) gesperrt ist, um ein direktes Leck von Betätigungsfluid durch einen Zweigkanal (28a) kurz vor Öffnen einer Auslassöffnung (48c) der zweiten Kammer (18) zu verhindern.