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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf eine Brennkraftmaschine,
die ein Steuersystem zum Steuern des Betriebs eines Mechanismus
für eine
variable Nockenwellen-Zeitabstimmung (Variable Camshaft Timing VCT)
des Typs besitzt, bei dem die Position einer Nockenwelle umfangsmäßig relativ
zu der Position einer Kurbelwelle variiert wird. Genauer gesagt
bezieht sich diese Erfindung auf Steuersysteme zum Betreiben von
VCT-Vorrichtungen in Abhängigkeit
eines Fluids unter kontinuierlichem Druck und eines Fluids unter
einem Pulsieren, um wahlweise die Position der Nockenwelle vorzuverlegen,
zu verzögern
oder beizubehalten.
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Es
ist bekannt, dass die Funktionsweise einer Brennkraftmaschine unter
Verwendung von zwei oben liegenden Nockenwellen verbessert werden kann,
wobei eine die Einlassventile der verschiedenen Zylinder des Motors
betätigt
und die andere die Auslassventile betätigt. Typischerweise wird eine
dieser Nockenwellen durch die Kurbelwelle des Motors angetrieben
und zwar über
ein Kettenrad und einen Kettenantrieb oder einen Riemenantrieb,
und die andere der Nockenwellen wird durch die erste über ein zweites
Kettenrad und einen Kettenantrieb oder einen zweiten Riemenantrieb
angetrieben. Alternativ können
beide Nockenwellen durch einen einzelnen, durch die Kurbelwelle
angetriebenen Kettenantrieb oder einen Riemenantrieb angetrieben
werden. Es ist auch bekannt, dass die Funktionsweise einer Brennkraftmaschine,
die zwei oben liegende Nockenwellen, oder auch eine einzelne Nockenwelle,
besitzt, durch Ändern
der positionsmäßigen Beziehung
einer Nockenwelle relativ zu der Kurbelwelle verbessert werden kann.
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Es
ist auch bekannt, dass die Motorleistung in einem Motor, der eine
oder mehrere Nockenwelle(n) besitzt, durch Variieren der Nockenwellen-Zeitabstimmung,
insbesondere im Hinblick auf eine Leerlaufqualität, eine Kraftstoffökonomie,
auf verringerte Emissionen oder ein erhöhtes Drehmoment, verbessert
werden kann. Zum Beispiel kann die Nockenwelle für ein verzögertes Schließen der
Einlassventile unter einem Leerlauf zu Stabilitätszwecken und bei hoher Motorgeschwindigkeit
für einen
erhöhten
Abtrieb "verzögert" werden. In ähnlicher
Weise kann die Nockenwelle für
ein vorzeitiges Schließen
der Einlassventile während
eines Betriebs im mittleren Bereich "vorverlegt" werden, um eine höhere, volumenmäßige Effektivität mit entsprechend
höheren
Drehmomentniveaus zu erreichen. In einem Motor mit zwei oben liegenden
Nockenwellen wird eine Spätverstellung
oder eine Frühverstellung
der Nockenwelle durch Ändern
der positionsmäßigen Beziehung einer
der Nockenwellen vorgenommen, gewöhnlich der Nockenwelle, die
die Einlassventile des Motors betätigt, relativ zu der anderen
Nockenwelle und der Kurbelwelle. Dementsprechend variiert eine Spätverstellung
oder eine Frühverstellung
der Nockenwelle die Zeitabstimmung des Motors im Hinblick auf den Betrieb
der Einlassventile relativ zu den Auslassventilen oder, im Hinblick
auf den Betrieb der Ventile, relativ zu der Position der Kurbelwelle.
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Es
ist eine Vielzahl von VCT-Anordnungen vorhanden, die Betätigungskomponenten
benutzen, die Kolben-Zylinder-Vorrichtungen, Naben, Flügel mit einzelnen
Nocken und Flügel
mit gegenüberliegenden
Nocken verwenden. Ähnlich
sind dabei mindestens drei bestimmte Arten einer VCT-Betätigung in dem
Stand der Technik vorhanden. Die erste Art wird hier als öldruckbetätigtes (Oil
Pressure Actuated – OPA)
VCT bezeichnet. Das OPA System umfasst ein VCT, das auf ein Fluid
unter einem kontinuierlichen Druck, erzeugt durch eine Motorölpumpe,
anspricht. Die zweite Art wird hier als ein über das Nockenwellendrehmoment
betätigtes
(Camshaft Torque Actuated – CTA)
VCT bezeichnet. Das CTA System umfasst ein VCT, das auf Fluid unter
Pulsieren, erzeugt durch Drehmomentimpulse in der Nockenwelle, anspricht.
Die dritte Art wird hier als Multi-Mode-VCT bezeichnet. Das Multi-Mode-System
umfasst ein VCT, dass auf sowohl Fluid unter Druck als auch unter
einem Pulsieren anspricht, um die Nockenwelle zu oszillieren.
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Mit
OPA-Vorrichtungen verwendet das VCT einen Fluidausgang einer Motorölpumpe,
wobei die Betätigungsrate
des VCT durch die verfügbare,
hydraulische Leistung, zugeführt
durch die Pumpe, begrenzt ist. Viele solcher VCT-Systeme setzen
Hydrauliken ein, einschließlich
einer Nabe, die mehrere, umfangsmäßig beabstandete Flügel besitzt,
die innerhalb eines geschlossenen Gehäuses zusammenwirken, mit mehreren,
umfangsmäßigen, gegenüberliegenden
Wänden.
Die Flügel
und die Wände
arbeiten so zusammen, um mehrere Fluidkammern zu definieren, und
die Flügel
unterteilen die Kammern in erste und zweite Abschnitte. Zum Beispiel
lehrt das US-Patent
Nr. 4,858,572 (Shirai et al.) die Verwendung eines solchen Systems
zum Einstellen einer Winkelphasendifferenz zwischen einer Motorkurbelwelle
und einer Mo tornockenwelle unter Verwendung eines Öldrucks
von einer Pumpe. Shirai et al. offenbart Fluidkreise, die Absperrventile,
ein Steuerventil und Federn und elektromagnetische Ventile haben. Fluid
wird von dem ersten Abschnitt zu dem zweiten Abschnitt, oder vice
versa, überführt, um
dadurch die Flügel
und die Nabe in Bezug auf das Gehäuse in einer Richtung oder
der anderen zu oszillieren. Jede Verzweigung des Fluidströmungswegs
läuft von
einem Abschnitt zu dem anderen über
einen Dränagefreiraum
zwischen der Nabe und der Nockenwelle, zurück durch die Ölpumpe und
dann durch das Steuerventil und ein Absperrventil. Das Absperrventil
verhindert, dass Fluid von jedem Abschnitt zurück zu dem Steuerventil herausfließt.
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Mit
CTA Vorrichtungen verwendet das VCT die Energie von reaktiven Drehmomenten
in der Nockenwelle, um das VCT hydraulisch über einen Absperrventil-Fluidkreis
anzutreiben. Die Nockenwelle wird zyklisch Widerstandsdrehmomenten
unterworfen, wenn die ansteigenden Profile der Nockenerhebungen
die Ventile gegen die Wirkung der Ventilfedern öffnen, und wird dann Antriebsdrehmomenten unterworfen,
wenn die Ventilfedern die Ventile schließen, um zu bewirken, dass sie
entlang der sich absenkenden Profile der Nockenerhebungen folgen. Die
alternierenden Widerstands- und Antriebsdrehmomente in der Nockenwelle
gehen in ein leichtes Pulsieren in den Flügeln über. Dieses Pulsieren führt zu alternierenden
Druckdifferenzialen über
den Flügel,
die alternierend das Fluid in der Frühverstellungs- und Spätverstellungs-Fluidkammer komprimieren.
Um die Nockenwelle zu verzögern,
wird ermöglicht,
dass Fluid während
des Pulsierens von der Frühverstellungskammer
aus entweicht und zu der Spätverstellungskammer über eine
Verzweigung eines Einwege-Fluidkreises fließt. Alternativ wird, um die
Nockenwelle vorzustellen, Fluid ermöglicht, während des Pulsierens von der
Spätverstellungs-Kammer
zu der Frühverstellungs-Kammer über eine
andere Verzweigung eines Einwege-Fluidkreises zu entweichen. Dementsprechend ändert das
VCT die Phase durch Austauschen von Fluid von einer Fluidkammer
zu der anderen unter Verwendung des Druckdifferenzials des Fluids
in den Fluidkammern, um das Volumen einer Fluidkammer auf Kosten
der anderen zu erhöhen.
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Zum
Beispiel lehrt das US-Patent 5,645,017 (Melchior) die Verwendung
eines mittels Drehmomentimpuls betätigten VCT, um eine Phase einer
Nockenwelle zu ändern.
Das '017 Patent
offenbart ein VCT vom Flügeltyp,
das einen Flügel
innerhalb eines Gehäuses
besitzt, der gegenüberliegende,
entgegenwirkende Kammern be grenzt, die durch zwei unidirektionale
Kreise, die gegenüberliegende
Strömungsrichtungen
haben, miteinander verbunden sind. Ein Ventil kommuniziert mit den
zwei unidirektionalen Kreisen, um so Fluid von einer entgegenwirkenden
Kammer zu der anderen in Abhängigkeit
von sich ändernden
Druckdifferenzialen zwischen den entgegenwirkenden Kammern zu überführen, wobei die
Druckdifferenziale nur von Drehmomentpulsen in der Nockenwelle und
dem Flügel
resultieren.
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In
den Systemen, die vorstehend beschrieben sind, wird eine VCT-Betätigung in
Abhängigkeit eines
Drehmomentpulsierens in der Nockenwelle oder in Abhängigkeit
eines Motoröldrucks
von einer Motorölpumpe,
allerdings nicht von beiden, vorgenommen. Dies stellt einen wesentlichen
Nachteil dar.
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Als
Erstes sind Nachteile vorhanden, nur das mittels CTA angetriebene
VCT zu verwenden. Die CTA-Vorrichtung besitzt ein wesentlich niedrigeres Frequenzansprechverhalten
als die OPA-Vorrichtung, sogar obwohl die potenzielle Betätigungsrate der
CTA-Vorrichtung wesentlich höher
als diejenige der OPA-Vorrichtung ist, und zwar auf Grund der größeren Menge
an Energie in den Nockendrehmomenteingängen. Zum Beispiel arbeiten
Reihen-Vierzylindermotoren typischerweise unter relativ hohen Geschwindigkeiten
und erzeugen deshalb Drehmomentimpulse mit sehr hoher Frequenz,
auf die CTA-Systeme nicht schnell genug ansprechen, um eine Betätigung des
VCT zu bewirken. Demzufolge resultiert das relativ niedrige Frequenzansprechverhalten
des CTA-Systems zu einem sehr starken Abfall in der CTA-Funktion
bei den höheren
Motorgeschwindigkeiten der Reihen-Vierzylindermotoren. Ähnlich zeigen
Reihen-Sechszylindermotoren typischerweise Nockenwellendrehmomentimpulse
mit niedriger Amplitude, die auch nicht ausreichend sind, um den
VCT zu betätigen.
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Im
Gegensatz dazu haben die OPA-Systeme nahezu das entgegengesetzte
Problem. Da die Betätigungsrate
der OPA-Vorrichtung stark von einem Motoröldruck abhängt, arbeitet die Vorrichtung
gut bei höheren
Motorgeschwindigkeiten, wenn die Ölpumpe einen Überschuss
eines Öldrucks
erzeugt. Bei niedrigeren Motorgeschwindigkeiten, insbesondere dann,
wenn der Motor warm läuft,
leidet die Leistung, da die Ölpumpe
einen relativ geringen Öldruck
erzeugt.
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Da
die OPA-Vorrichtung gut bei hoher Geschwindigkeit arbeitet und das
CTA gut bei niedrigeren Geschwindigkeiten arbeitet, wäre es vorteilhaft, beide
Strategien und Anordnungen in eine Multi-Mode-VCT-Vorrichtung zu
kombinieren und in der La ge zu sein, wahlweise zwischen den zwei
unabhängig umzuschalten
und/oder beide gleichzeitig zu verwenden. Zum Beispiel lehrt das
US-Patent 5,657,725 (Butterfield et al.), das auf den Inhaber hier übertragen
ist, die Verwendung eines Dual-Modus-VCT-Systems, um eine Phase einer Nockenwelle
zu ändern.
Das '725 Patent
offenbart eine Dual-Modus-Vorrichtung, die auf Drehmomentimpulse und/oder
einen Motorölpumpendruck
für eine
Betätigung
anspricht. In dem '725
Patent ist eine VCT-Vorrichtung
offenbart, die einen Flügel
innerhalb eines Gehäuses
besitzt, der gegenüberliegende
Frühverstellungs-
und Spätverstellungs-Kammern
begrenzt, die über
einen hydraulischen Kreis miteinander verbunden sind, der zwei Absperrventile
und ein Steuerventil darin besitzt. Hierbei fließt Fluid von einer Kammer in
die andere, über
ein Absperrventil und dann über
ein Steuerventil, und zwar in Abhängigkeit von ausreichend starken
Drehmomentimpulsen in dem Flügel.
Wenn keine ausreichend starken Impulse in dem Flügel vorhanden sind, fließt Fluid
von der einen Kammer, nicht über
das Absperrventil, sondern direkt über das Steuerventil zu einem
Auslass. Gleichzeitig fließt
das Aufbau-Fluid von der Motorölpumpe über das
Absperrventil sowohl direkt zu der anderen Kammer als auch indirekt
zu der anderen Kammer, durch zyklisches Strömen, parallel durch das andere
Absperrventil zurück
durch das Steuerventil.
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Während das '725 Patent eine wesentliche Verbesserung
gegenüber
dem Stand der Technik offenbart, sind noch einige Nachteile vorhanden.
Zum Beispiel ist das System nur ein solches mit zwei Positionen
und ist nicht in der Lage, eine Position zwischen vollständig früh verstellten
und vollständig
spät verstellten
Positionen beizubehalten. Zusätzlich
verwendet das System einen relativ komplizierten Hydraulikkreis
und ein Steuerventilsystem.
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Die
US-A-5367992, auf der der Oberbegriff des Anspruchs 1 basiert, offenbart
eine variable Nockenwellen-Steuervorrichtung für einen Motor, die umfasst:
ein Gehäuse
mit einem Außenumfang
zum Aufnehmen von Antriebskraft, einen Rotor zur Verbindung mit
einer Nockenwelle, der sich koaxial in dem Gehäuse befindet, wobei das Gehäuse und
der Rotor wenigstens einen Flügel
aufweisen, der eine Vielzahl von Kammern trennt, wobei wenigstens
eine Kammer eine Frühverstellungs-Kammer
ist und eine andere Kammer eine Spätverstellungs-Kammer ist und
der Flügel
Drehung ausführen
kann, um die relative Winkelposition des Gehäuses und des Rotors zu ver schieben,
ein Steuerkolbenventil, das einen Steuerkolben mit einer Vielzahl
von Stegen umfasst, der verschiebbar in einer Bohrung in dem Rotor
angebracht ist, wobei der Steuerkolben aus einer Frühverstellungs-Position über eine
Halteposition an eine Spätverstellungs-Position
verschoben werden kann, und das mit durch Nocken-Drehmoment betätigten Kanälen verbunden ist, wobei sich
in wenigstens einem der Kanäle
ein Rückschlagventil
befindet, so dass die Verschiebung der relativen Winkelposition des
Gehäuses
und des Rotors durch Nocken-Drehmoment betätigt wird.
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Dementsprechend
ist das, was benötigt
wird, ein Multi-Mode-VCT-System, das in der Lage ist, eine Nockenwelle
in Zwischenpositionen über
den gesamten Geschwindigkeitsbereich eines Motors vorzuverstellen,
spätzuverstellen
und beizubehalten, und das relativ kostengünstige und nicht komplizierte Hydraulikkreise
und Komponenten verwendet.
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Dementsprechend
ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte
variable Nockenwellen-Steuervorrichtung zum Ändern der Nockenwellen-Zeitabstimmung in
einer Brennkraftmaschine zu schaffen.
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Es
ist eine andere Aufgabe, eine variable Nockenwellen-Steuervorrichtung
für einen
Multi-Mode zu schaffen, die in der Lage ist, in Abhängigkeit
eines Fluids, das unter Druck steht, von einer Pumpe und von Fluid
unter Pulsieren von alternierenden Nockenwellen-Drehmomenten, zu
arbeiten.
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Es
ist eine noch andere Aufgabe, eine variable Nockenwellen-Steuervorrichtung
für einen
Multi-Mode zu schaffen, die in der Lage ist, eine Position irgendwo
zwischen einer vollständig
früh verstellten und
einer vollständig
spät verstellten
Position über den
gesamten Bereich einer Motorgeschwindigkeit beizubehalten, und die
nicht notwendigerweise die Verwendung eines Steuerventils erfordert,
sondern dies als eine Option aufweisen kann.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird eine variable Nockenwellen-Steuervorrichtung für einen Motor geschaffen, die
umfasst: ein Gehäuse
mit einem Außenumfang
zum Aufnehmen von Antriebskraft, einen Rotor zur Verbindung mit
einer Nockenwelle, der sich koaxial in dem Gehäuse befindet, wobei das Gehäuse und
der Rotor wenigstens einen Flügel
aufweisen, der eine Vielzahl von Kammern trennt, wobei wenigstens
eine Kammer eine Frühverstellungs-Kammer
ist und eine andere Kammer eine Spätverstellungs-Kammer ist und
der Flügel
Drehung ausführen
kann, um die relative Winkelposition des Gehäuses und des Rotors zu verschieben,
ein Steuerkolbenventil, das einen Steuerkolben mit einer Vielzahl
von Stegen umfasst, der verschiebbar in einer Bohrung in dem Rotor
angebracht ist, wobei der Steuerkolben aus einer Frühverstellungs-Position über eine
Halteposition zu einer Spätverstellungs-Position
verschoben werden kann, und das mit durch Nocken-Drehmoment betätigten Kanälen verbunden
ist, wobei sich in wenigstens einem der Kanäle ein Rückschlagventil befindet, so
dass die Verschiebung der relativen Winkelposition des Gehäuses und
des Rotors durch Nocken-Drehmoment betätigt wird, dadurch gekennzeichnet,
dass: ein Ausstoßventil
mit den durch Nocken-Drehmoment betätigten Kanälen verbunden ist, wobei das
Ausstoßventil
einen Kolben, der radial in einem Ventilkanal in einer Nabe angeordnet
ist, und eine Spannfeder umfasst, so dass, wenn sich das Ausstoßventil
in der offenen Position befindet, die durch Nocken-Drehmoment betätigten Kanäle in Fluidverbindung
mit einer Wanne stehen und der Steuerungs-Öldruck
Betätigung
ausführt.
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Der
Ausdruck "Auslassventil" bzw. "Ausstoßventil", wie er vorstehend
und nachfolgend verwendet wird, bezieht sich auf ein Ventil zum
Ausstoßen oder
Ablassen von Fluid von dem Steuerventil zu dem Sumpf.
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Die
vorliegende Erfindung umfasst eine variable Nockenwellen-Steuervorrichtung,
die einen Impulsbetätigungskreis
zum Oszillieren der variablen Nockenwellen-Steuervorrichtung auf
ein Fluid, das unter einem Pulsieren steht, hin umfasst. Ein Druckbetätigungskreis
ist zum Oszillieren der variablen Nockenwellen-Steuervorrichtung auf ein Fluid, das
unter Druck steht, hin vorhanden. Frühverstellungs- und Spätverstellungs-Ventile
sind mit dem Impuls- und Druckbetätigungskreis für ein unabhängiges und gleichzeitiges
Aktivieren der Impuls- und Druckbetätigungskreise vorhanden. Schließlich ist
ein Ausstoßventil
in einer Fluidverbindung mit den Impuls- und Druckbetätigungskreisen
positioniert, wodurch die variable Nockenwellen-Steuervorrichtung unter Verwendung eines
oder beider der Impulsbetätigungs- und
Druckbetätigungskreise
oszilliert werden kann, und kann in einer Position unter Verwendung
von einem oder von beiden der Impulsbetätigungs- und Druckbetätigungskreise
beibehalten werden.
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Damit
die Erfindung ausreichend verstanden wird, wird nun eine Ausführungsform
davon, die anhand eines Beispiels angegeben wird, unter Bezugnahme
auf die beigefügten
Zeichnungen beschrieben, in denen:
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1 zeigt
eine perspektivische Explosionsansicht einer VCT-Vorrichtung gemäß der bevorzugten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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1A zeigt
eine Endansicht der Vorrichtung der 1, in ihrem
zusammengebauten Zustand;
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2 zeigt
eine schematische Ansicht eines VCT-Steuersystems, das kein Teil
der vorliegenden Erfindung ist, wobei das VCT eine Position beibehält;
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3 zeigt
eine schematische Ansicht eines VCT-Steuersystems, das wiederum
kein Teil der vorliegenden Erfindung ist, die ein alternatives Ventil darstellt,
bei dem das VCT unter einer Nockendrehmomentbetätigung früh verstellt wird;
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4 zeigt
eine schematische Ansicht des VCT-Steuersystems der 3,
wobei das VCT unter einer Nockendrehmomentbetätigung spät verstellt wird;
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5 zeigt
eine schematische Ansicht eines VCT-Steuersystems, das kein Teil
der vorliegenden Erfindung bildet, ein mittels Öldruck betätigtes Ausstoßventil
darstellend, wobei das VCT unter einer Öldruckbetätigung früh verstellt wird;
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6 zeigt
eine schematische Ansicht eines VCT-Steuersystems, das kein Teil
der vorliegenden Erfindung bildet, die ein elektrohydraulisch betätigtes Ausstoßventil
darstellt, bei dem das VCT unter einer Öldruckbetätigung spät verstellt wird;
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7 zeigt
eine schematische Ansicht eines VCT-Steuersystems gemäß der vorliegenden
Erfindung, wobei das VCT seine Position beibehält;
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8 zeigt
eine schematische Ansicht eines anderen VCT-Steuersystems, das kein
Teil der vorliegenden Erfindung bildet, das in einem CTA-Modus während einer
Phasenverschiebung zu einer Frühverstellungsposition
arbeitet;
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9 zeigt
eine Ansicht ähnlich
zu 8, während
einer Phasenverschiebung zu einer Spätverstellungsposition;
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10 zeigt
eine Ansicht ähnlich
zu den 8 und 9, in der das VCT nicht so arbeitet, um
eine Phase entweder zu einer Frühverstellungsposition
oder zu einer Spätverstellungsposition
zu verschieben;
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11 zeigt
eine schematische Ansicht der Ausführungsform eines VCT-Steuersystems der 8–10,
in einem OPA-Modus, während
einer Phasenverschiebung zu einer Frühverstellungsposition arbeitend;
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12 zeigt
eine Ansicht ähnlich
zu 11, während
einer Phasenverschiebung zu einer Spätverstellungsposition; und
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13 zeigt
eine Ansicht ähnlich
zu den 11 und 12, wobei
das VCT nicht so arbeitet, um eine Phase entweder zu einer Frühverstellungsposition
oder zu einer Spätverstellungsposition
zu verschieben.
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Allgemein
ist ein hydraulisches Steuersystem zum Variieren der Phase eines
Drehelements relativ zu einem anderen Drehelement vorgesehen. Insbesondere
schafft die vorliegende Erfindung ein variables Nockenwellen-Zeitsteuersystem
(VCT) mit einem Multi-Mode, das durch, oder entsprechend zu, einem
Motoröl,
unter Druck von einer Pumpe gesetzt, und/oder von einem Motoröl unter
Druckimpulsen, die als eine Folge des Drehmomentpulsierens vorhanden
sind, das in einer sich drehenden Nockenwelle auftritt, angetrieben
wird. Während
die vorliegende Erfindung im Detail unter Bezugnahme auf Brennkraftmotoren
beschrieben wird, ist das VCT-System auch gut in anderen Umgebungen
geeignet, die hydraulische Steuervorrichtungen verwenden. Ähnlich ist
das Fluid-Medium, das hier beschrieben ist, vorzugsweise Motoröl, allerdings
kann irgendein anderes, hydraulisches Standard-Fluid verwendet werden.
Dementsprechend ist die vorliegende Erfindung nicht nur auf Brennkraftmotoren
eingeschränkt.
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Unter
Bezugnahme nun im Detail auf die Figuren ist in 1 eine
VCT-Vorrichtung 10 gemäß der bevorzugten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung dargestellt. Es ist vorgesehen, dass
die VCT-Vorrichtung 10 unter Steuerung eines Motorsteuermoduls
arbeitet, wie dies im Stand der Technik üblich ist. Die VCT-Vorrichtung 10 umfasst
ein Gehäuse 12,
das Zahnradzähne 14,
umfangsmäßig angeordnet
um dessen Umfang herum, besitzt. Das Gehäuse 12 umgibt eine
Nabe 16, um Fluidkammern 24 dazwischen zu definieren.
Die Nabe 16 ist mechanisch mit einer Nockenwelle 26 verbunden,
um zusammen damit drehbar zu sein, allerdings nicht in Bezug dazu
zu oszillieren. Die Nabe 16 steht in einer Fluidverbindung
mit der Nockenwelle 26 über
Kanäle (nicht
dargestellt), wie dies im Stand der Technik üblich ist. Die Nabe 16 umfasst
umfangsmäßig beabstandete
Erhebungen 18, die sich radial nach außen erstrecken, um jede Fluidkammer 24 in
Frühverstellungs-
und Spätverstellungs-Kammern 24A und 24R zu
unterteilen, wie dies in 1A dargestellt
ist. Jede Erhebung 18 umfasst einen Schlitz 20 darin,
um einen Flügel 22 aufzunehmen.
Der Flügel 22 arbeitet mit
der Innenseite des Gehäuses 12 zusammen,
um die Frühverstellungs-
und die Spätverstellungs-Kammern 24A und 24R so
abzudichten, dass sie flüssigkeitsdicht
voneinander getrennt sind.
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Wie
wiederum 1 zeigt, wird die Anordnung,
die die Nockenwelle 26 mit der Nabe 16 und dem
Gehäuse 12 umfasst,
dazu gebracht, sich durch Drehmoment, aufgebracht auf das Gehäuse 12 durch
eine Endloskette (nicht dargestellt), zu drehen, so dass die Kettenradzähne 14 so
eingreifen, dass eine Drehung auf die Endloskette durch eine sich drehende
Nockenwelle (auch nicht dargestellt) aufgebracht wird. Die Verwendung
eines Zahnsteuerriemens, um das Gehäuse 12 anzutreiben,
ist auch vorgesehen. Eine Drehung wird wiederum von dem Gehäuse 12 auf
die Nabe 16 über
ein Fluid in den Fluidkammern 24A und 24R aufgebracht.
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Die
Nabe 16 kann umfangsmäßig in einer Position
in Bezug auf das Gehäuse 12 spät verstellt oder
früh verstellt
werden. Deshalb dreht sich das Gehäuse 12 mit der Nockenwelle 26 und
ist in Bezug auf die Nockenwelle 26 so oszillierbar, um
die Phase der Nockenwelle 26 relativ zu der Kurbelwelle
zu ändern.
Die VCT-Hardware kann, im Gegensatz zu dem VCT 10, als
ein System von irgendeinem Aufbau sein, der ausreichend im Stand
der Technik bekannt ist. Dementsprechend umfassen Beispiele von
ausreichend bekannten VCT-Anordnungsaufbauten solche des gemeinsam übertragenen
US-Patents 5,107,804 (Becker et al.) und des vorstehend angegebenen '725 Patents. Zusätzlich zu
der VCT-Hardware ist eine Oszillations-Steueranordnung erforderlich,
um die VCT-Vorrichtung 10 zu oszillieren und ist nachfolgend
beschrieben.
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Um
das Hardware-Beispiel, dargestellt in 1, zu ergänzen, stellt 2 eine
schematische Darstellung der VCT-Vorrichtung 10 dar, die
kein Teil der vorliegenden Erfindung darstellt. Es ist vorgesehen
und ist ausreichend im Stand der Technik bekannt, dass die VCT-Steuersysteme
Fluidkreise umfassen, die in die Hardware-Komponenten der VCT-Vorrichtung 10 gebohrt
oder in anderer Weise darin bearbeitet oder gebildet sind. Die exakte
Stelle der Kanäle
und Zwischenverbindungen eines solchen Fluidkreises sind nicht für die vorliegende
Erfindung kritisch und sind deshalb nur schematisch dargestellt.
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Strukturell
kann das Steuersystem für
die VCT-Vorrichtung 10 im Hinblick auf Kanäle, Ventile usw.
beschrieben werden. Eine Fluiddruckquelle, wie beispielsweise eine
Motorölpumpe 30,
ist einlaufseitig der Frühverstellungs-
und Spätverstellungs-Kammern 24A und 24R,
die durch die Ausbuchtung 18 getrennt sind, angeordnet
und ist ausströmseitig
damit verbunden. Die Motorölpumpe 30 umfasst
eine Einlass-Seite 30l, die mit einem Sumpf 32 des
Motorölsystems
in Verbindung steht, und umfasst eine gegenüberliegende Auslass-Seite 30O,
die Öl
zu der Frühverstellungs-
und Spätverstellungs-Kammer 24A und 24R zuführt. Der
Sumpf 32 sammelt Öl
von verschiedenen Teilen des Steuersystems, um die Kreise davon
zu vervollständigen.
Ein Ölzuführkanal 34 steht
fluidmäßig mit
der Auslass-Seite 30O der Pumpe in Verbindung und verzweigt
sich in einen Frühverstellungs-Verzweigungskanal 36 und
einen Spätverstellungs-Verzweigungskanal 38.
Die Verzweigungskanäle 36 und 38 umfassen
Zuführabsperrventile 40 und 42 jeweils,
um zu ermöglichen, dass Öl in einer
ausströmseitigen
Richtung von der Pumpe 30 fließt, allerdings einen Ölfluss in
einer einströmseitigen
Richtung zurück
zu der Pumpe 30 hin verhindert. Mit anderen Worten verhindern
die Absperrventile 40 und 42 eine Gegenströmung zurück zu der
Pumpe 30.
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Ausströmseitig
jedes Absperrventils endet jeder Verzweigungskanal 36 und 38 in
einem Frühverstellungs-
oder Spätverstellungs-Ventil 44 oder 46,
jeweils. Vorzugsweise sind die Ventile 44 und 46 impulsbreitenmodulierte
(PWM) Ventile, die eine Zuführöffnung 44S oder 46S in
einer Fluidverbindung mit dem Ölzuführkanal 34 besitzen.
Jedes der Ventile 44 und 46 umfasst auch eine
Steueröffnung 44C oder 46C in
einer Fluidverbindung mit einem Ende eines Frühverstellungs- oder Spätverstellungs-Kammer-Kanals 50 oder 52.
Ein gegenüberliegendes Ende
des Kammer-Kanals 50 oder 52 steht fluidmäßig mit
entweder der Frühverstellungs-
oder der Spätverstellungs-Kammer 24A und 24R in
Verbindung. Jedes Ventil 44 oder 46 umfasst schließlich eine
Ausstoßöffnung 44E oder 46E,
die mit der Steueröffnung 44C oder 46C in
Verbindung setzbar ist, und in Fluidverbindung mit sowohl einem
Impulskanal 54 oder 56 als auch einem Auslasskanal 64 oder 66 steht.
Jeder Impulskanal 54 oder 56 umfasst ein Ende
in Verbindung mit dem Ventil 44 oder 46 und ein gegenüberliegendes Ende
in Verbindung mit entweder der Frühverstellungs- oder der Spätverstellungs-Kammer 24A oder 24R und
mit einem der entsprechenden Kammerkanäle 50 und 52.
Jeder Impulskanal 54 und 56 umfasst ein Impulsabsperrventil 58 und 60,
jeweils, unmittelbar einströmseitig
zu der Verbindung mit dem Kammer-Kanal 50 oder 52,
um einen einströmseitigen Ölfluss durch
den Impulskanal 54 oder 56 zu verhindern, oder,
mit anderen Worten, eine Gegenströmung von der Kammer 24A oder 24R zu
dem Ventil 44 oder 46 hin zu verhindern. Jeder
Auslasskanal 64 und 66 umfasst ein Ende in Verbindung
mit der Auslassöffnung 44E oder 46E,
jeweils, des Ventils 44 oder 46, und mit einem
Ausstoßventil 80,
so dass das Auslassventil 80 jeden der Auslasskanäle 64 und 66 abschließt. Demzufolge umfasst
das Auslassventil 80, wie es in 2 dargestellt
ist, einen Kolben 82, der radial innerhalb eines Radialventilkanals 84 innerhalb
der Nabe 16 angeordnet ist.
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Eine
Feder 86 hält
das Ventil 80 in einer geschlossenen Position des Ventils,
so dass ein verbundener Ausstoßkanal 88 durch
das Ventil 80 blockiert ist. Die Federkraft kann entsprechend
einer Berechnung der Drehgeschwindigkeit des Motors ausgewählt werden,
um den erwünschten
Ventilöffnungszustand
einzurichten, wie dies ausreichend bekannt ist. In der Ventilöffnungsposition
stehen das Ausstoßventil 80 und
der verbundene Ausstoßkanal 88 mit
dem Sumpf 32 des Motors entweder über Durchgangswege oder durch
Ablassen herunter durch Zwischenräume zwischen Motorkomponenten in
Verbindung, was mit Anordnungen nach dem Stand der Technik konsistent
ist. Die PWM-Ventile 44 und 46 und das Ausstoßventil 80 werden
vorzugsweise durch eine zentrale Quelle, wie beispielsweise eine
Motorsteuereinheit oder dergleichen, gesteuert, wie dies ausreichend
im Stand der Technik bekannt ist.
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Systematisch
kann das VCT-Steuersystem im Hinblick auf Kreise, definiert durch
den Aufbau, der vorstehend beschrieben ist, beschrieben werden. Das
VCT-Steuersystem
umfasst einen Impulsbetätigungskreis
und einen Druckbetätigungskreis.
Der Impulsbetätigungskreis
ist weiterhin in einen Spätverstellungs-Impulspfad,
einen Frühverstellungs-Impulspfad
und einen Ölkreis
unterteilt. Der Spätverstellungs-Impulspfad umfasst
in einer Fluidverbindung, die Frühverstellungs-Kammer 24A,
den Frühverstellungs-Kammer-Kanal 50,
das Frühverstellungs-PWM-Ventil 44,
den Spätverstellungs-Impulskanal 56 und
die Spätverstellungs-Kammer 24R. Ähnlich umfasst
der Frühverstellungs-Impulspfad,
in Fluidverbindung, die Spätverstellungs-Kammer 24R, den
Spätverstellungs-Kammer-Kanal 52,
das Spätverstellungs-PWM-Ventil 46 und
den Frühverstellungs-Impulskanal 54 und
die Frühverstellungs-Kammer 24A.
Zusätzlich
ist, da das System nicht perfekt gegen einen Ölverlust abgedichtet ist, der Ölkreis notwendig
und ist durch den Ölzuführkanal 34,
das Ventil 44 oder 46, den Kammer-Kanal 50 oder 52 und die
Kammer 24A oder 24R definiert.
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Ähnlich ist
der Druckbetätigungskreis
weiter in einen Druckzuführpfad
und einen Druckausstoßpfad
unterteilt. Der Druckzuführpfad
umfasst, in einer Fluidverbindung den Ölzufürkanal 34, ein Absperrventil 40 oder 42,
ein Ventil 44 oder 46, den Kammer-Kanal 50 oder 52 und
die Kammer 24A oder 24R. Der Druckausstoßpfad umfasst,
in einer Fluidverbindung, die andere Kammer 24A oder 24R,
den anderen Kammer-Kanal 50 oder 52, das andere
Ventil 44 oder 46, den Ausstoßkanal 64 oder 66 und
das Ausstoßventil 80.
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Im
Betrieb oszilliert die VCT-Vorrichtung 10 oder behält eine
Position irgendwo zwischen einer vollständig spät verstellten Position und
einer vollständig
früh verstellten
Position bei. In der vollständig spät verstellten
Position würde
das Volumen der Frühverstellungs-Kammer 24A ungefähr Null
sein, während
das Volumen der Spätverstellungs-Kammer 24R bei
einem Maximum sein würde.
Das Umgekehrte gilt für
die VCT-Vorrichtung 10 in der vollständig früh verstellten Position. Um
irgendeine Position zwischen der vollständig früh verstellten und vollständig spät verstellten
Position beizubehalten, arbeitet die VCT-Vorrichtung 10 der
vorliegenden Erfindung unter einer Steuerung mit geschlossener Schleife.
Mit anderen Worten kommuniziert, wie dies ausreichend bekannt ist,
das VCT-System mit Positionsrückführsensoren,
die die relative Position der Nockenwelle überwachen. Die Positionsrückführung wird
durch das VCT-System beim weiteren Steuern der Phase der VCT-Vorrichtung 10 verwendet.
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In 2 ist
die VCT-Vorrichtung 10 so dargestellt, dass sie eine Position
auf dem halben Wege zwischen der vollständig früh verstellten und vollständig spät verstellten
Position beibehält.
Um dieses Ergebnis zu erreichen, wird der Druckbetätigungskreis aktiviert,
um Öl zu
sowohl der Frühverstellungs-
als auch der Spätverstellungs-Kammer 24A und 24R gleichzeitig
zuzuführen.
Dementsprechend fließt Öl von der
Pumpe 30 über
den Ölzuführungskanal 34 in jede Ölzuführungsverzweigung 36 und 38 hinein. Das Öl fährt fort,
durch jedes Absperrventil 40 und 42 und in die
Zuführöffnung 44S oder 46S jedes
Ventils 44 oder 46 zu fließen. Jedes Ventil 44 oder 46 ist
in einer die Ausstoßöffnung verschließenden Position positioniert,
um Öl aus
der Steueröffnung 44C und 46C heraus
und durch den Kammer-Kanal 50 oder 52 in die jeweilige
Kammer 24A oder 24R zu richten. Die Impulsabsperrventile 48 und 60 verbleiben
gegen deren Sitze unter einem Fluiddruck von dem Kammer-Kanal 50 oder 52 verschlossen.
Demzufolge erfährt
jede Kammer 24A oder 24R denselben Fluiddruck
von der Pumpe 30 über
eine jeweilige Verzweigung des Steuersystems. Hierbei erreicht kein Fluiddruck
von der Pumpe 30 die Ausstoßkanäle 64 oder 66.
Dementsprechend kann das Ausstoßventil 80 verschlossen
bleiben, oder kann offen sein, da der Zustand des Ausstoßventils 80 keinen
wesentlichen Effekt in diesem Zustand des Steuersystems haben wird.
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3 stellt
das Steuersystem in einem früh verstellten
Zustand unter einer Nockendrehmomentbetätigung dar. Eine Nockendrehmomentbetätigung arbeitet
in Abhängigkeit
von reaktiven Nockenwellendrehmomenten, wie dies zuvor in dem Abschnitt
zum Hintergrund vorstehend beschrieben ist. Hierbei verbleibt das
Frühverstellungsventil 44 in
der den Auslass verschließenden
Position, während
das Spätverstellungsventil 46 zu
einer eine Quelle verschließenden
Position bewegt ist. Das Ausstoßventil 180 nimmt
eine geschlossene Position an. Dementsprechend wirkt jeder Drehmomentimpuls
der VCT-Vorrichtung 10 in der Frühverstellungsrichtung so, um augenblicklich
das Öl
in der Spätverstellungs-Kammer 24R zu
komprimieren. Diese Kompression verursacht, dass das Öl in der
Spätverstellungs-Kammer 24R davon
in den Frühverstellungs-Impulspfad
entweicht: über
den Spätverstellungs-Kammer-Kanal 52 in
die Steueröffnung 46C des
Frühverstellungs-Ventils 46 hinein
und aus der Ausstoßöffnung 46E heraus, über den
Frühverstellungs-Impulskanal 54,
hinter das Absperrventil 58 und in die Frühverstellungs-Kammer 24A hinein.
Das Absperrventil 60 verhindert, dass pulsierendes Öl das Frühverstellungs-Ventil 44 umgeht.
Ausgleichsöl
fließt
von der Pumpe 30 bis zu dem Frühverstellungs-Ventil 44 und in
die Frühverstellungs-Kammer 24A hinein.
Das Zuführabsperrventil 40 verhindert,
dass Öl
unter einem Pulsieren zurück
zu der Pumpe 30 läuft.
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Das
Ausstoßventil 180 der 3 wird
durch einen Motoröldruck
betätigt
und umfasst einen federvorbelasteten Kolben 182, der vorzugsweise
axial innerhalb eines axialen Kanals 184 innerhalb der
Nabe 16 angeordnet ist. Eine Feder 86 trägt das Ventil 180 in
einer das Ventil schließenden
Position, so dass ein kombinierter Aus stoßkanal 88 durch das
Ventil 180 blockiert ist. Wie dargestellt ist, ist der
Motoröldruck nicht
ausreichend, um das Ventil 180 für einen OPA-Betrieb zu verschieben.
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4 stellt
das Spiegelbild der 3 dar, wobei sich das Steuersystem
in einem Spätverstellungs-Zustand
unter einer Nockendrehmomentbetätigung
befindet. Hierbei verbleibt das Spätverstellungs-Ventil 46 in
der den Auslass verschließenden Position,
während
das Frühverstellungs-Kammerventil 44 zu
einer die Quelle verschließenden
Position bewegt ist. Dementsprechend wirkt jedes Drehmoment-Pulsieren der VCT-Vorrichtung 10 in
die Spätverstellungs-Richtung,
um augenblicklich Öl
in jeder Frühverstellungs-Kammer 24A zu
komprimieren. Diese Kompression bewirkt, dass Öl in der Frühverstellungs-Kammer 24A davon
in den Spätverstellungs-Impulspfad über den
Frühverstellungs-Kammer-Kanal 50 hinein,
in die Steueröffnung 44C des Ventils 46 und
aus der Ausstoßöffnung 44E des
Ventils 44 heraus, über
den Spätverstellungs-Impulskanal 56,
hinter das Absperrventil 60 und in die Spätverstellungs-Kammer 24R hinein,
abfließt.
Das Absperrventil 58 verhindert, dass pulsierendes Öl den Impulspfad
umgeht. Ausgleichsöl
fließt
von der Pumpe 30 nach oben durch das Spätverstellungs-Ventil 46 und
in die Spätverstellungs-Kammer 24R hinein.
Das Zuführabsperrventil 42 verhindert,
dass Öl,
das sich unter einem Pulsieren befindet, zurück zu der Pumpe 30 entweicht.
Das Ausstoßventil 180 der 4 ist dasselbe
wie dasjenige, das in 3 dargestellt ist.
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5 stellt
das Steuersystem in einem Frühverstellungs-Zustand
unter einer Öldruckbetätigung dar.
Eine Öldruckbetätigung arbeitet
in Abhängigkeit einer
verfügbaren,
hydraulischen Energie des Motors, wie dies zuvor in dem Abschnitt
zum Hintergrund vorstehend beschrieben ist. Hierbei fließt Öl unter
Druck von der Pumpe 30 durch den Druckbetätigungskreis.
Genauer gesagt fließt Öl durch
das Absperrventil 40, in die Zuführöffnung 44S des Ventils 44 hinein
und aus der Steueröffnung 44C davon
heraus, über
den Frühverstellungs-Kammer-Kanal 50 und
in die Frühverstellungs-Kammer 24A hinein. Gleichzeitig
fließt Öl aus der
Spätverstellungs-Kammer 24R, über den
Spätverstellungs-Impulskanal 52, in
die Steueröffnung 46C des
Ventils 46 hinein und aus der Ausstoßöffnung 46E davon,
durch den Ausstoßkanal 66,
durch das Ausstoßventil 180 heraus und
in den Sumpf 32 hinein, um über die Pumpe 30 recycled
zu werden.
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Das
Ausstoßventil 180 der 5 ist
dasselbe wie dasjenige der 3 und 4 und
wird als eine Umschalteinrichtung verwendet, um eine Öldruckbetätigung der
VCT-Vorrichtung 10 hervorzurufen. Hierbei wird das Ausstoßventil 180 unter
einem Fluiddruck von der Motorölpumpe 30 unter
höheren Motorgeschwindigkeiten
dann geöffnet,
wenn das CTA seine Effektivität
verliert. Das Ausstoßventil 180 öffnet sich,
wenn ausreichender Motoröldruck
auf das Ventil 180 einwirkt, um eine vorbestimmte Federkraft
zu überwinden.
Ein Ausstoßbetätigungskanal 190 setzt
fluidmäßig eine
Ausstoßventilkammer 192 mit
dem Ölzuführkanal 34 in
Verbindung. Dementsprechend fließt Öl konstant zu dem Ausstoßventil 180,
wirkt allerdings nur dahingehend, das Ventil 180 unter
einen minimalen Öldruck
in Korrelation zu einer vorbestimmten Motorgeschwindigkeit zu öffnen, die ausreichend
ist, um den minimalen Öldruck
zu erzeugen. Deshalb wird die Federkraft entsprechend einer Berechnung
des Öldrucks
des Motors, wie er gegen die Federkraft ausbalanciert ist, ausgewählt, um
den erwünschten
Ventilöffnungszustand
einzurichten. Wie dargestellt ist, stehen in der Ventilöffnungsposition
das Ausstoßventil 180 und
ein kombinierter Ausstoßkanal 188 mit
dem Sumpf 32 des Motors entweder über Durchgangswege oder durch
Ablassen und über
Bauteile des Motors, entsprechend den Design-Anordnungen, die ausreichend
im Stand der Technik bekannt sind, in Verbindung.
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6 stellt
das Spiegelbild der 5 dar, wobei sich das Steuersystem
in einem Spätverstellungs-Zustand
unter einer Öldruckbetätigung befindet. Öl fließt unter
Druck von der Pumpe 30 über
den Druckbetätigungskreis. Öl fließt über das
Absperrventil 42, in die Zuführöffnung 46S des Spätverstellungs-Ventils 46 aus
der Steueröffnung 46C davon heraus, über den
Spätverstellungs-Kammer-Kanal 52 und
in die Spätverstellungs-Kammer 24R hinein. Gleichzeitig
fließt Öl aus der
Frühverstellungs-Kammer 24A heraus, über den
Frühverstellungs-Kammer-Kanal 50 in
die Steueröffnung 44C des
Frühverstellungs-Ventils 44 hinein
und aus der Ausstoßöffnung 44E davon
heraus, durch den Ausstoßkanal 64, durch
das Ausstoßventil 180 und
in den Sumpf 32 hinein, um recycelt zu werden.
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6 stellt
auch das Ausstoßventil 180 alternativ
durch einen Motoröldruck,
gesteuert durch ein Solenoid-Ventil 194, dar. Hierbei wird
das Ausstoßventil 180 ähnlich zu
dem Ausstoßventil 180 der 5 betätigt, mit
der Ausnahme, dass das Solenoid-Ventil 194 eine Betätigung steuert.
Dementsprechend kann eine viel schwäche re Federkraft ausgewählt werden,
so dass sich das Ausstoßventil 180 unter
relativ niedriger Motorgeschwindigkeit und Öldruck öffnen wird, allerdings nur
dann, wenn das Solenoid-Ventil 194 offen ist. Dies wird
einen viel breiteren Bereich einer Motorgeschwindigkeit zulassen, über den
sich das Ausstoßventil 180 öffnen kann. Wiederum
ist eine Anordnung der Hardware, wie beispielsweise des Solenoidventils 194,
nicht für
die vorliegende Erfindung kritisch und wird entsprechend den Techniken,
die bereits im Stand der Technik bekannt sind, vorgenommen.
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7 stellt
eine Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung dar, die eine rein mechanische Ventilbetätigungsanordnung
anstelle der elektromechanischen Ventilanordnung der 2 bis 6 verwendet.
Eine VCT-Vorrichtung 110 ist so dargestellt, dass sie eine
Position auf halbem Wege zwischen der vollständig früh verstellten und der vollständig spät verstellten
Position beibehält.
Um dieses Ergebnis zu erreichen, wird der Druckbetätigungskreis
so aktiviert, um Öl
sowohl zu der Frühverstellungs-
als auch der Spätverstellungs-Kammer 124A und 124R gleichzeitig
zuzuführen.
Dementsprechend fließt Öl von einer
Pumpe 130 durch einen Ölzuführkanal 134 in
eine Ölzuführverzweigung 136 hinein.
Das Öl
läuft durch
ein Absperrventil 140 weiter und in eine Zuführöffnung 145S eines
Steuerventils 145 hinein.
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Das
Steuerventil 145 ist in einer geschlossenen Position der
Ausstoßöffnung positioniert,
um Öl durch
Impulskanäle 154 und 156 in
die jeweiligen Kammern 124A und 124R hineinzurichten.
Die Impulsabsperrventile 158 und 160 öffnen sich
unter einem Fluiddruck von der Ölzuführverzweigung 136. Demzufolge
erfährt
jede Kammer 124A oder 124R denselben Fluiddruck
von der Pumpe 130 über
jede jeweilige Verzweigung des Steuersystems. Hierbei erreicht kein
Fluiddruck von der Pumpe 130 einen Ausstoßkanal 165,
da ein Ausstoßabsperrventil 170 eine
Strömung
in den Ausstoßkanal 165 hinein
blockiert, und das Steuerventil 145 blockiert eine Strömung von
den Kammer-Kanälen 150 und 152.
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Um
zu einem CTA-Modus weiterzugehen, verschiebt sich das Steuerventil 145 nach
links, um einen Spätverstellungs-Kammer-Kanal 152 zu
dem Ausstoßkanal 165 hin
zu öffnen,
der durch ein Ausstoßventil 180 nahe
einer Spätverstellungs-Ausstoßöffnung 145R blockiert
ist. Dementsprechend läuft ein Ölpulsieren
von der Spätverstellungs-Kammer 124R an
dem Spätverstellungs-Absperrventil 160 leer,
fließt
durch den Spätverstellungs-Kammer-Kanal 152 um
das Steuerventil 145 auf der rechten Seite herum, läuft gegen
das Steuerventil 145 in dem Frühverstellungs-Kammer-Kanal 150 auf
der linken Seite, fließt
durch das Ausstoß-Absperrventil 170 um das
Steuerventil 145 herum in den Frühverstellungs-Impulskanal 154 hinein,
hinter das Frühverstellungs-Absperrventil 158 und
in die Frühverstellungs-Kammer 124A hinein.
Hierbei kann das Öl
der Quelle alleine ausreichend oder kann nicht ausreichend sein,
um eine Phase der VCT-Vorrichtung 110 zu ändern, und
deshalb wird das Öl,
das sich unter einem Pulsieren befindet, dazu verwendet, eine Phase der
VCT-Vorrichtung 110 zu ändern. Um
zu einem OPA-Modus früh
zu verstellen, verschiebt sich das Steuerventil nach links, um den
Spätverstellungs-Kammer-Kanal 152 zu
dem Ausstoßkanal 165 hin
zu öffnen,
der zu einem Sumpf 132 offen sein würde.
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Um
in einem CTA-Modus spät
zu verstellen, verschiebt sich das Steuerventil 145 nach
rechts, um einen Frühverstellungs-Kammer-Kanal 150 zu
dem Ausstoßkanal 165 hin
zu öffnen,
der durch das Ausstoßventil 180 nahe
einer Frühverstellungs-Ausstoßöffnung 145A blockiert
ist. Dementsprechend läuft ein Ölpulsieren
von der Frühverstellungs-Kammer 124A zu
dem Frühverstellungs-Absperrventil 158, fließt durch
den Frühverstellungs-Kammer-Kanal 150 um
das Steuerventil 145 auf der linken Seite herum, läuft gegen
das Steuerventil 145 in dem Spätverstellungs-Kammer-Kanal 152 auf
der rechten Seite, fließt durch
das Ausstoßabsperrventil 170 um
das Steuerventil 145 herum in den Spätverstellungs-Impulskanal 156 hinter
das Spätverstellungs-Absperrventil 160 und
in die Spätverstellungs-Kammer 124R hinein.
Um in einen OPA-Modus spät
zu verstellen, verschiebt sich das Steuerventil nach rechts, um
den Frühverstellungs-Kammer-Kanal 150 zu
dem Ausstoßkanal 165 hin
zu öffnen,
der zu dem Sumpf 132 hin offen sein würde. Die Verschiebung des Steuerventils 145 nach
links oder nach rechts von der Position in 7 aus kann
kontrolliert in irgendeiner geeigneten Art und Weise betätigt werden,
zum Beispiel über
einen Solenoid mit variabler Kraft (nicht dargestellt).
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Die 8–13 stellen
ein alternatives System dar, das kein Teil der vorliegenden Erfindung bildet,
indem die Änderung
von einem CTA-Modus (8–10) zu
einem OPA-Modus (11–13) auf
eine Position eines zentrifugal betätigten und deshalb sich radial
erstreckenden Steuerventils 288 anspricht. Das Ventil 288 bewegt sich
innerhalb eines Ventilkörpers 280 hin
und her, der dahingehend angesehen werden kann, dass er sich radial
innerhalb einer sich drehenden Nockenwelle 226 erstreckt.
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Unter
niedrigen Drehgeschwindigkeiten der Nockenwelle 226 wird
das Ventil 288 radial nach innen vorgespannt, nach links
in den 8–13, und
zwar durch eine Feder 286, und in der Position des Ventils 288 in
den 8–10 wird Öl nicht
in der Lage sein, durch das Ventil 288 zu einer Ausstoßleitung 232 zu
fließen,
die zu einem Motorölsumpf führt. In
dieser Position des Ventils 288 wird Öl entweder von einer Spätverstellungs-Kammer 224R einer
Fluidkammer 224 in einem Gehäuse 212 zu einer Frühverstellungs-Kammer 224A der
Kammer 224 (8) fließen oder Öl wird von der Frühverstellungs-Kammer 224A zu
der Spätverstellungs-Kammer 224R (9)
fließen,
oder kein Öl
wird zwischen der Frühverstellungs-Kammer 224A und
der Spätverstellungs-Kammer 224R fließen (10)
und zwar in Abhängigkeit
von der Position des Spulenelements 290, das innerhalb
eines Ventilkörpers 292 hin und
her gleitet. In dieser Hinsicht besitzt das Spulenelement 290 beabstandete
Zungen bzw. Vorsprünge 290A, 290B,
die so angepasst sind, um eine Strömung in die Kammern 224A, 224R über Leitungen 254, 256,
jeweils, hinein und heraus zu blockieren (10) oder
um eine Strömung
aus der Kammer 224R heraus in die Kammer 224A (8) über den Ventilkörper 232 zu
ermöglichen,
oder um eine Strömung
aus der Kammer 224A heraus in die Kammer 224R (9) über den
Ventilkörper 292 zu
ermöglichen,
und zwar in Abhängigkeit
von der axialen Position der Spule 290 innerhalb des Ventilkörpers 292.
In dieser Hinsicht ist die Spule 290 elastisch zu der Position
in 8 hin vorgespannt, eine deren Endpositionen, und
zwar durch eine Feder 294, die innerhalb der Nockenwelle 226 positioniert
ist, wobei die Feder 294 auf ein Ende der Spule 290 einwirkt.
Die Spule 290 wird auch zu den Positionen der 9 und 10 durch
einen Solenoid 296 mit variabler Kraft gedrückt, der
auf ein gegenüberliegendes
Ende der Spule 290 einwirkt, wobei der Solenoid 296 in
seinem Betrieb durch eine elektronische Motorsteuereinheit 298,
in einer bekannten Art und Weise, gesteuert wird.
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Eine
Kontrolle eines Ölflusses
in die Kammern 224A, 224R in einem OPA-Modus der Ausführungsform
der 8–13 hinein
oder heraus ist in den 11, 12 dargestellt,
wobei die Strömung aus
der Kammer 224R heraus und in die Kammer 224A hinein
in 11 erfolgt, oder dort wird keine Strömung in
irgendeine der Kammern 224A oder 224R hinein oder
von dort heraus vorliegen, und zwar in 13, mit
Ausnahme einer gewissen Leckage von nachlaufendem Öl über die
Spule 290, und zwar in Abhängigkeit von der axialen Position
der Spule 290 innerhalb des Ventilkörpers.
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In 11 ist
der Vorsprung 290B so positioniert, um eine Strömung aus
der Kammer 224R heraus über
die Leitung 256 und den Ventilkörper 292 zu ermöglichen,
allerdings führt
diese Strömung
nun in die Auslassleitung 232 hinein, und zwar aufgrund
der Position des Ventils 280 innerhalb des Ventilkörpers 280.
Zu derselben Zeit wird Motoröl
in die Kammer 224A von einer Quelle 230 über eine
Leitung 234, den Ventilkörper 292 und die Leitung 254 fließen, wobei
der Vorsprung 290A so positioniert ist, um die Leitung 254 zu
einem Einlauf zu öffnen.
In der Position der Spule 290 in 12 wird Öl von der
Quelle 230 über
die Leitung 234, den Ventilkörper 292 und die Leitung 256 in
die Kammer 224R hineinfließen; gleichzeitig wird Öl aus der
Kammer 224A heraus über
die Leitung 254, den Ventilkörper 292 und den Ventilkörper 280 in
die Ausstoßleitung 232 hineinfließen.
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In 12 ist
der Vorsprung 290B so positioniert, um eine Strömung von
der Quelle 230 über
den Ventilkörper
und die Leitung 256 in die Kammer 224R hinein
zu ermöglichen,
und der Vorsprung 290A ist so positioniert, um eine Strömung aus
der Kammer 224A heraus über
die Leitung 254, den Ventilkörper 292 und den Ventilkörper 288 in
die Ausstoßleitung 232,
eine Leitung 266 mit Verzweigungen 266A, 266B,
die sich zwischen dem Ventilkörper 288 und dem
Ventilkörper 292 erstrecken,
um eine Strömung entweder
von der Kammer 224R zu dem Ventilkörper 288 über die
Verzweigungsleitung 266B und die Leitung 266 (11)
zu ermöglichen,
oder von der Kammer 224A zu dem Ventilkörper 288 über die
Verzweigungsleitung 266A und die Leitung 266 (12) zu
ermöglichen,
zu erreichen. In jedem Fall ist der Vorsprung 290A so positioniert,
um einen Ölfluss durch
den Ventilkörper 292 in
die Verzweigungsleitung 266A in dem Betriebszustand der 11 zu
blockieren, und der Vorsprung 290B befindet sich in einer
Position, um einen Ölfluss
von dem Ventilkörper 292 in
die Verzweigungsleitung 266B in dem Betriebszustand der 12 zu
blockieren.
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Eine
Bewegung der Spule 290 in dem Ventilkörper 292 in dem OPA-Betriebsmodus der 11–13 hin
und her ist dieselbe wie in dem Betrieb des CTA-Modus der 8–10,
nämlich unter
einer variablen Kraft, die auf ein Ende der Spule 290 durch
den Solenoid 296 mit variabler Kraft aufgebracht wird,
die einer Kraft ent gegengesetzt wird, die auf ein gegenüberliegendes
Ende der Spule 290 durch die Feder 294 aufgebracht
wird. In ähnlicher Weise
wird die Kraft, aufgebracht auf die Spule 290, über den
Solenoid 296, durch die Motorölsteuereinheit 298 gesteuert.
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In
dem Betriebszustand der 13 wird
kein Ölfluss
in die Kammer 224R hinein oder von dort heraus vorliegen,
da der Vorsprung 290B der Spule 290 so positioniert
ist, um eine Strömung
durch die Leitung 256 zu blockieren. In ähnlicher
Weise wird, in diesem Betriebszustand, kein Öl in die Kammer 224A hinein
oder herausfließen,
da der Vorsprung 290A der Spule 290 so positioniert
ist, um eine Strömung durch
die Leitung 254 zu blockieren. In jedem Fall sollte verständlich werden,
dass der Solenoid 296 mit einer bestimmten Schwankung in
den Zuständen
der 10 oder der 13 der
Ausführungsform
der 8–13 betrieben
werden kann, um eine gewisse, kleine Strömung von nachlaufendem Öl in die Kammern 224A, 224R hineinzulassen,
um irgendeinen Ölverlust
durch Leckage davon zu ersetzen.
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Aus
dem Vorstehenden kann ersichtlich werden, dass ein wesentlicher
Vorteil der vorliegenden Erfindung derjenige ist, dass die Nockenwelle
in Bezug auf eine Motorkurbelwelle zuverlässig über den gesamten Geschwindigkeitsbereich
irgendeines Motors früh
verstellt oder spät
verstellt werden kann, ungeachtet irgendeines Fehlens einer ausreichenden Ölpumpenkapazität oder ohne
ein ausreichendes Pulsieren in der Nockenwelle.
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Ein
zusätzlicher
Vorteil ist derjenige, dass das VCT der vorliegenden Erfindung kostengünstige Modifikationen
in Bezug auf die Steuersysteme in der bereits bekannten VCT-Hardware,
die Ölkanäle dort hindurch
besitzt, einsetzt.