DE102010018203A1

DE102010018203A1 - Druckspeicheranordnung für ein Nockenwellenverstellsystem

Info

Publication number: DE102010018203A1
Application number: DE102010018203A
Authority: DE
Inventors: Michael Busse; Mathias Boegershausen
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2010-04-26
Filing date: 2010-04-26
Publication date: 2011-10-27
Also published as: US20130008399A1; EP2564040B1; CN102859129B; WO2011134740A1; US8820282B2; EP2564040A1; CN102859129A

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Druckspeicheranordnung in einer Nockenwelle für ein Nockenwellenverstellsystem einer Brennkraftmaschine mit zumindest einedadurch gekennzeichnet, dass Druckspeicher und Steuerventil zu einer Baueinheit verbunden sind.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Druckspeicheranordnung in einer Nockenwelle für ein Nockenwellenverstellsystem einer Brennkraftmaschine mit zumindest einem Druckspeicher und zumindest einem Steuerventil.
In modernen Brennkraftmaschinen werden Nockenwellenverstellsysteme zur variablen Einstellung der Steuerzeiten von Gaswechselventilen eingesetzt, um die Phasenrelation zwischen Kurbelwelle und Nockenwelle in einem definierten Winkelbereich variabel gestalten zu können. Üblicherweise benötigen hydraulische Nockenwellenverstellsysteme für den Verstellvorgang Energie, die ihnen über ein Druckmittelsystem zur Verfügung gestellt wird. Dabei wird die im Druckmittelsystem zur Verfügung stehende Energie aus dem Produkt aus Druckmitteldruck und Druckmittelvolumenstrom gebildet. Bei einer Verstellung einer oder mehrerer Nockenwellen der Brennkraftmaschine wird mittels zumindest eines Steuerventils, das dem Nockenwellenversteller vorgeschaltet ist, der erforderliche Druckmittelstrom abgezweigt, der in den Nockenwellenversteller strömt. Zugleich gelangt aus dem Nockenwellenversteller ein gleichgroßer Druckmittelstrom zurück in das Druckmittelreservoir des Druckmittelsystems und wird damit dem Druckmittelsystem wieder zugeführt wird. Durch Entnahme des Druckmittelstroms aus dem Druckmittelsystem sinkt als Folge der Druckmitteldruck. Dadurch reduziert sich auch die Energie, die für die Verstellung dem Nockenwellenversteller zur Verfügung steht. Um dies zu verhindern, kann ein Druckspeicher vorgesehen sein, der dem Nockenwellenverstellsystem im Falle eines Absinkens des Druckmitteldrucks zum Ausgleich Druckenergie zur Verfügung stellt.
Ein mit einem Nockenwellenversteller kommunizierender Volumenspeicher ist in einer unter dem Aktenzeichen DE 10 2009 049 459.6 von der Anmelderin bereits angemeldeten aber noch nicht veröffentlichten Patentanmeldung beschrieben. Der Volumenspeicher ist in einem Hohlraum einer Nockenwelle ausgebildet und steht über einen in der Nockenwelle angeordneten Druckmittelkanal mit einem Steuerventil, das zur Versorgung des Nockenwellenverstellers mit Druckmittel dient, in Verbindung. Nachteilig wirkt sich bei dieser Ausgestaltung der Umstand aus, dass Steuerventil und Volumenspeicher separat ausgebildet sind. Dadurch müssen diese Bauteile einzeln jeweils an einer Seite der Nockenwelle montiert und durch einen Druckmittelkanal in der Nockenwelle miteinander verbunden werden. Zudem können im Druckmittelkanal, insbesondere durch Querschnittsverengungen, zusätzliche Einbauten oder Umlenkungen Drosselverluste auftreten, wodurch die Funktion des Druckspeichers beeinträchtigt wird.
Zusammenfassung der Erfindung
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Druckspeicheranordnung der vorgenannten Art hinsichtlich ihres Aufbaues zu vereinfachen und kostengünstig zu gestalten. Die Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Es wird eine Druckspeicheranordnung vorgeschlagen, bei der Druckspeicher und Steuerventil zu einer Baueinheit verbunden sind. Als eine Baueinheit ist die Druckspeicheranordnung einfach herstellbar und auf einfache Weise in der Nockenwelle an einer Seite montierbar. Eine solche Baueinheit verbessert zugleich die Funktion des Druckspeichers, insbesondere können durch die unmittelbare Anbindung des Druckspeichers an das Steuerventil Drosselverluste zwischen diesem und dem Druckspeicher vermieden werden.
Eine Baueinheit aus Druckspeicher und Steuerventil zur Anordnung in der Nockenwelle lässt sich auf besonders einfache Weise erreichen, wenn Druckspeicher und Steuerventil an Endabschnitten ihrer Gehäuse ineinandergesteckt sind und einen Pressverband bilden. Denkbar sind auch andere kraftschlüssige und/oder formschlüssige und/oder stoffschlüssige Verbindungen der Gehäuse.
Es ist vorteilhaft, wenn Steuerventil und Druckspeicher an ihren ineinandergesteckten Gehäuseendabschnitten mit eingezogenem Durchmesser ausgeführt sind. Auf diese Weise entsteht im montierten Zustand der Baueinheit in einem Hohlraum der Nockenwelle ein radialer Ringspalt gegenüber der Innenwand der Nockenwelle. Dabei kann die Druckmittelversorgung der Baueinheit unmittelbar an den Gehäuseendabschnitten erfolgen. Bevorzugt sind hierzu an den Gehäuseendabschnitten im Bereich des Ringspalts mehrere radial fluchtende Öffnungen vorgesehen, die über den Ringspalt mit einem Druckmittelzulaufanschluss an der Nockenwelle kommunizieren.
Vorzugsweise ist der Gehäuseendabschnitt des Steuerventils in den Endabschnitt des Gehäuses des Druckspeichers axial eingesteckt und derart verlängert ausgeführt, dass dieser zugleich an seinem stirnseitigen Ende im Gehäuse des Druckspeichers einen Endanschlag für einen in diesem axial verschiebbaren Kolben bildet.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und aus den Zeichnungen, in denen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung vereinfacht dargestellt ist. Es zeigen:
1 einen Längsschnitt einer erfindungsgemäßen Druckspeicheranordnung in einer Nockenwelle,
2 eine vergrößerte Darstellung der Einzelheit Z aus 1.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Druckspeicheranordnung für ein nicht dargestelltes hydraulisches Nockenwellenverstellsystem einer Brennkraftmaschine. Die Druckspeicheranordnung ist in einer Nockenwelle der Brennkraftmaschine angeordnet und besteht aus einem Druckspeicher und einem Steuerventil, die als eine Baueinheit ausgebildet sind. Die Nockenwelle ist beidseitig axial offen, beispielsweise als Hohlwelle ausgeführt. In ihrem Inneren weist die Nockenwelle zur Aufnahme der Baueinheit einen zylindrischen Hohlraum auf, der in zwei Abschnitten mit unterschiedlichen Durchmessern jeweils als axiale Zentralbohrung ausgeführt ist. An dem dem Nockenwellenverstellsystem zugewandten Endbereich der Nockenwelle ist in einem ersten Abschnitt des Hohlraums das als ein Zentralventil ausgeführte Steuerventil angeordnet. Das Steuerventil ist dem Nockenwellenverstellsystem vorgeschaltet und besteht aus einer Zentralventilbaugruppe 6, die ein im Wesentlichen zylindrisches Gehäuse aufweist. An den ersten Abschnitt des Hohlraums schließt sich an einer Ringstufe 7 ein gegenüber diesem mit geringfügig reduziertem Durchmesser ausgeführter zweiter Abschnitt an, in dem der Druckspeicher angeordnet ist, der aus einer Druckspeicherbaugruppe 8 besteht. Diese umfasst ein im Wesentlichen hohlzylindrisches Gehäuse, einen Kolben 5 und eine Druckfeder 9. Der Kolben 5 trennt im Innenraum des Gehäuses einen dem Steuerventil axial zugewandten und über dieses mit dem Nockenwellenverstellsystem in Druckmittelverbindung stehenden Druckraum von einem drucklosen Komplementärraum, in dem die Druckfeder 9 aufgenommen ist. Der Kolben 5 ist topfartig ausgebildet, im Gehäuse axial verschiebbar angeordnet und wird an dessen Innenwand geführt. Sowohl das Gehäuse als auch der Kolben 5 sind in Blech ausführbar und spanlos, insbesondere durch Tiefziehen, herstellbar.
Die Steuerventil und Druckspeicher sind koaxial in der Nockenwelle angeordnet und an ihren Gehäusen zu einer Baueinheit verbunden. Hierzu sind die einander axial zugewandten hohlzylindrischen Endabschnitte 1, 2 ihrer Gehäuse ineinandergesteckt und bilden einen Pressverband. Denkbar sind auch andere kraftschlüssige und/oder formschlüssige und/oder stoffschlüssige Verbindungen wie z. B. Schraubenverbindungen, Klebeverbindungen oder Verbindungen durch Bördeln. Auf diese Weise bilden Steuerventil und Druckspeicher eine Druckspeicher-Zentralventil-Baueinheit, die als ein Bauteil zur Montage an dem dem Nockenwellenverstellsystem zugewandten offenen Ende der Nockenwelle in den Hohlraum einfach eingeschoben werden kann.
Im Gehäuse des Druckspeichers wird der Kolben 5 an seiner dem Druckraum zugewandten geschlossenen axialen Seite über den Endabschnitt 2 mit Druckmittel beaufschlagt und steht zugleich an seiner vom Druckraum abgewandten axialen Seite mit der als Schraubendruckfeder ausgeführten Druckfeder 9 in Wirkverbindung. Bei Anstieg des Druckmitteldrucks im Nockenwellenverstellsystem strömt Druckmittel über die ineinandergesteckten Endabschnitte 1, 2 in den Druckraum und verschiebt den Kolben 5 entgegen der Federkraft der Schraubendruckfeder axial im Gehäuse des Druckspeichers. Beim Absinken des Druckmitteldrucks expandiert die komprimierte Schraubendruckfeder und stellt dabei die gespeicherte Federenergie und das im Druckraum gespeicherte Druckmittel dem Nockenwellenverstellsystem zur Verfügung. Hierbei stehen Steuerventil und Druckspeicher an ihren ineinandergesteckten hohlzylindrischen Endabschnitten 1, 2 ihrer Gehäuse in unmittelbarer Druckmittelverbindung.
Die Druckmittelleckage am Kolben 5 im Gehäuse des Druckspeichers kann am vom Nockenwellenverstellsystem abgewandten offenen Ende der Nockenwelle über eine Ablaufverbindung zu einem Druckmittelreservoir, beispielsweise dem Motoröltank der Brennkraftmaschine, abgeführt und zugleich das Gehäuse federseitig be- und entlüftet werden.
Die Schraubendruckfeder ist im Gehäuse des Druckspeichers koaxial angeordnet und greift mit ihrem dem Kolben 5 zugewandten Federendabschnitt in dessen federseitig offenes Ende ein. Der Federendabschnitt liegt dabei an der geschlossenen axialen Seite des Kolbens 5 innen an. An dem vom Kolben 5 abgewandten Federendabschnitt ist die Schraubendruckfeder an einer in das Gehäuse integrierten Federabstützung 10 axial abgestützt. Die Schraubendruckfeder wird bei einer Bewegung des Kolbens 5 an der Innenwand des Gehäuses und an der Innenwand des Kolbens 5 geführt. Zur Begrenzung der Bewegung des Kolbens 5 in gespanntem Zustand der Schraubendruckfeder ist ein in das Gehäuse integrierter axialer Anschlag 11 vorgesehen. 1 zeigt den Kolben 5 in der Position am Anschlag 11 mit gespannter Schraubendruckfeder.
In 2 ist die Druckspeicheranordnung in einem vergrößerten Ausschnitt (Einzelheit Z aus 1) an dem dem Nockenwellenverstellsystem zugewandten Endbereich der Nockenwelle dargestellt. Im ersten Abschnitt des Hohlraums ist die Zentralventilbaugruppe 6 aufgenommen. Diese umfasst das Gehäuse, eine Zwischenhülse und einen in diese aufgenommenen Steuerkolben sowie ein in das Steuerventil integriertes Plattenrückschlagventil 12. Über Arbeitsanschlüsse A, B kommuniziert das Steuerventil mit dem Nockenwellenverstellsystem. Der im Gehäuse axial beweglich angeordnete Steuerkolben ist über einen durch gestrichelte Linien schematisch angedeuteten Zentralmagneten ansteuerbar. An dem dem offenen Ende der Nockenwelle zugewandten Endabschnitt des Steuerkolbens ist ein Ablaufanschluss T ausgebildet, über den Druckmittel aus dem Nockenwellenverstellsystem in ein nicht dargestelltes Druckmittelreservoir abfließen kann.
Das Plattenrückschlagventil 12 dient der Vermeidung einer Rückströmung in Richtung des Druckmittelzulaufanschlusses P und ist in den dem Druckspeicher zugewandten Endbereich des Steuerventils in einem separat ausgeführten Gehäuseteil integriert. Dieses ist an der Außenseite des Gehäuses des Steuerventils in einer ringförmigen radialen Nut formschlüssig aufsteckbar ausgebildet und an seiner dem Druckspeicher zugewandten Seite durch den mit eingezogenem Durchmesser abgesetzten hohlzylindrischen Endabschnitt 1 axial verlängert ausgeführt. Zur Verbindung mit dem Steuerventil ist der diesem zugewandte hohlzylindrische Endabschnitt 2 des Gehäuses des Druckspeichers im Durchmesser eingezogen und in einer Presspassung auf den Endabschnitt 1 axial aufgepresst. Dabei ist der Endabschnitt 1 derart axial verlängert ausgeführt, dass er an seinem stirnseitigen Ende im Gehäuse des Druckspeichers, etwa auf Höhe des durch den eingezogenen Endabschnitt 2 gebildeten Absatzes am Gehäuse, in entspanntem Zustand der Schraubendruckfeder einen Endanschlag für den Kolben 5 bildet.
An den jeweils an den Gehäusen mit eingezogenem Durchmesser abgesetzten Gehäuseendabschnitte 1, 2 entsteht im Hohlraum der Nockenwelle ein radialer Ringspalt zur Innenwand der Nockenwelle. Im Bereich des Ringspalts ist an der Nockenwelle der Druckmittelzulaufanschluss P vorgesehen, der über ein nicht dargestelltes Druckmittelsystem, beispielsweise den Motorölkreislauf der Brennkraftmaschine, mit einer Druckmittelpumpe in Verbindung steht. Der Druckmittelzulaufanschluss P weist mehrere über den Umfang verteilte radiale Durchgangsbohrungen an der Nockenwelle auf. Diese korrespondieren radial innen über den Ringspalt mit mehreren zur Druckmittelversorgung der Baueinheit jeweils an den ineinandergesteckten Endabschnitten 1, 2 der Gehäuse über den Umfang verteilt angeordneten Öffnungen 3, 4, die als radiale Durchgangsbohrungen ausgeführt sind. Die Öffnungen 3 am Endabschnitt 1 und die Öffnungen 4 am Endabschnitt 2 sind jeweils radial fluchtend angeordnet.
Der mit eingezogenem Durchmesser abgesetzte Endabschnitt 1 bildet am Gehäuse des Steuerventils einen Ringabsatz 13, der im montierten Zustand an der Ringstufe 7 an der Innenwand der Nockenwelle im Hohlraum anliegt. Zur Montage können das Steuerventil und der Druckspeicher als eine Bau- und Montageeinheit an dem dem Nockenwellenverstellsystem zugewandten offenen Ende der Nockenwelle eingeschoben werden, bis der Ringabsatz 13 an der Ringstufe 7 anschlägt. Dadurch ist die Baueinheit zugleich im montierten Zustand an der Ringstufe 7 druckspeicherseitig in der Nockenwelle axial gesichert. Ventilseitig erfolgt die axiale Positionssicherung der Baueinheit mittels eines Sicherungsrings 14, der in einer Ringnut an der Innenwand im ersten Hohlraum der Nockenwelle an der vom Druckspeicher axial abgewandten Seite des Gehäuses angeordnet ist. Hierbei liegt das Gehäuse am Sicherungsring 14 stirnseitig axial an.
Im ersten Hohlraum der Nockenwelle bilden das Gehäuse des Steuerventils und die Innenwand der Nockenwelle eine zylindrische Spielpassung. Auf diese Weise können Steuerventil und Druckspeicher als eine Baueinheit in der Nockenwelle am Gehäuse des Steuerventils zentriert werden. Dabei ist das Gehäuse des Druckspeichers im zweiten Abschnitt des Hohlraums mit einem radialen Ringspalt zur Innenwand der Nockenwelle angeordnet. Hierdurch können Fertigungstoleranzen am Außendurchmesser des Gehäuses des Druckspeichers ausgeglichen bzw. die Anforderungen an die Fertigungstoleranzen des zweiten Abschnitts des Hohlraums in der Nockenwelle, niedriger angesetzt werden. Zur Führung des Gehäuses im Hohlraum können dabei dieses und die Innenwand der Nockenwelle abschnittweise eine Spielpassung bilden. Hierzu kann beispielsweise am vom Steuerventil abgewandten Endbereich des Gehäuses eine geringfügige Gehäuseaufweitung vorgesehen sein.
Bezugszeichenliste

1: Endabschnitt
2: Endabschnitt
3: Öffnung
4: Öffnung
5: Kolben
6: Zentralventilbaugruppe
7: Ringstufe
8: Druckspeicherbaugruppe
9: Druckfeder
10: Federabstützung
11: Anschlag
12: Plattenrückschlagventil
13: Ringabsatz
14: Sicherungsring
A: Arbeitsanschluss
B: Arbeitsanschluss
P: Druckmittelzulaufanschluss

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102009049459 [0003]

Claims

Druckspeicheranordnung in einer Nockenwelle für ein Nockenwellenverstellsystem einer Brennkraftmaschine mit zumindest einem Druckspeicher und zumindest einem Steuerventil, dadurch gekennzeichnet, dass Druckspeicher und Steuerventil zu einer Baueinheit verbunden sind.
Druckspeicheranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Druckspeicher und Steuerventil an Endabschnitten (1, 2) ihrer Gehäuse ineinandergesteckt sind und einen Pressverband bilden
Druckspeicheranordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass Steuerventil und Druckspeicher an den ineinandergesteckten Endabschnitten (1, 2) ihrer Gehäuse jeweils mit reduziertem Durchmesser ausgeführt sind und die Endabschnitte (1, 2) zur Druckmittelversorgung der Baueinheit jeweils mehrere am Umfang verteilte radial fluchtende Öffnungen (3, 4) aufweisen.
Druckspeicheranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Endabschnitt (1) des Gehäuses des Steuerventils in den Endabschnitt (2) des Gehäuses des Druckspeichers axial eingesteckt und derart verlängert ausgeführt ist, dass sein stirnseitiges Ende einen Endanschlag für einen im Gehäuse des Druckspeichers axial verschiebbaren Kolben (5) bildet.