DE102013209166A1

DE102013209166A1 - Zentralventil mit einem Steuerkolben zur Steuerung der Ölversorgung für einen Nockenwellenversteller

Info

Publication number: DE102013209166A1
Application number: DE201310209166
Authority: DE
Inventors: Jens Hoppe; Markus Kinscher
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2013-05-17
Filing date: 2013-05-17
Publication date: 2014-11-20
Also published as: WO2014183751A1

Abstract

Es ist ein Zentralventil (2) mit einem Steuerkolben (1) zur Steuerung der Ölversorgung für einen Nockenwellenversteller (4) offenbart. Der Steuerkolben (1) des Zentralventils (2) steuert den Ölaustausch zwischen dem auf einer Nockenwelle (6) befestigten Nockenwellenversteller (4) und einer Brennkraftmaschine (8). Erfindungsgemäß ist ein freies Ende (10) des Zentralventils (2) in der Nockenwelle (6) über ein Sicherungselement (12) gehaltert und der Steuerkolben (1) des Zentralventils (2) in Richtung einer Achse (A) der Nockenwelle (6) auf ein Ende (14) einer Aufnahmebohrung (16) hin in einem Nockenwellenendstück (18) frei beweglich.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Zentralventil eines Nockenwellenverstellers mit einem Steuerkolben. Der Steuerkolben des Zentralventils steuert einen Ölaustausch zwischen dem auf einer Nockenwelle befestigten Nockenwellenversteller und einer Brennkraftmaschine.
Hintergrund der Erfindung
In Brennkraftmaschinen werden zur Betätigung der so genannten Gaswechselventile Nockenwellen eingesetzt. Die Nocken der Nockenwellen liegen für gewöhnlich an Nockenfolgern an. Wird eine Nockenwelle in Drehung versetzt, so wälzen die Nocken auf den Nockenfolgern ab, die wiederum die Gaswechselventile betätigen. Die Winkelverschiebung der Nockenwelle in Bezug auf eine Kurbelwelle, zur Erzielung optimierter Steuerzeiten für verschiedene Drehzahl- und Lastzustände, wird als Nockenwellenverstellung bezeichnet. Eine konstruktive Variante eines Nockwellenverstellers arbeitet beispielsweise nach dem bekannten Schwenkmotorprinzip.
Der Nockwellenversteller ist dabei fest an der Nockenwelle montiert. Ein Zentralventil mit einem Steuerkolben steuert dabei den Austausch von Öl zwischen dem Nockenwellenversteller und dem Ölkreislauf der Brennkraftmaschine. Die Zugangsöffnungen bzw. die Ausgänge des Zentralventils sind in einem Zentralventilgehäuse ausgebildet. In einem Innenraum des Zentralventilgehäuses ist auch der Steuerkolben geführt. Der Steuerkolben ist als ein zylindrischer Körper mit einem Hohlraum ausgebildet. Der Steuerkolben ist über einen Druckstift mit einem Elektromagneten gekoppelt, wobei der Elektromagnet dafür eingerichtet ist, den Steuerkolben axial in dem Zentralventilgehäuse zu bewegen. Dies ist beispielsweise in den deutschen Offenlegungsschriften DE 10 2011 080 421 A1 , DE 10 2010 050 813 A1 und DE 10 2006 027 349 A1 offenbart.
Bei den bekannten Zentralventilanwendungen ist dabei der Steuerkolben durch ein Gewinde an einer Zentralventilschraube direkt in die Nockenwelle geschraubt. Das hat den Nachteil, dass ein zusätzliches Bauteil, nämlich die Zentralventilschraube, verwendet werden muss. Zudem führt die Schraub-Gewinde-Verbindung von Steuerkolben und Nockenwelle zu hydraulischen Verlusten aufgrund einer Spaltleckage zwischen den beiden Bauteilen.
Eine Aufgabe der gegenwärtigen Erfindung ist daher, ein Zentralventil mit einem Steuerkolben zur Ölversorgung eines Nockenwellenverstellers derart zu modifizieren, dass bei Zentralventilanwendungen die Anzahl von Bauteilen, die hydraulischen Verluste und die Produktionskosten reduziert sind.
Diese Aufgabe wird durch ein Zentralventil eines Nockenwellenverstellers mit einem Steuerkolben gelöst, das die Merkmale im Anspruch 1 umfasst.
Bei dem erfindungsgemäßen Zentralventil eines Nockenwellenverstellers mit einem Steuerkolben steuert der Steuerkolben des Zentralventils einen Ölaustausch zwischen dem auf einer Nockenwelle befestigten Nockenwellenversteller und einer Brennkraftmaschine.
Erfindungsgemäß ist ein freies Ende des Zentralventils in der Nockenwelle über ein Sicherungselement gehaltert und der Steuerkolben des Zentralventils in Richtung einer Achse der Nockenwelle auf ein Ende einer Aufnahmebohrung hin in einem Nockenwellenendstück frei beweglich.
Insbesondere sieht das erfindungsgemäße Zentralventil ein elastisches Rückstellelement am Ende der Aufnahmebohrung vor. Das elastische Rückstellelement wirkt dabei in Richtung der Achse der Nockenwelle auf den Steuerkolben.
Somit ist das Zentralventil mit dem Steuerkolben in Verbindung mit dem Sicherungselement und dem elastischen Rückstellelement (unbetätigter mechanischer Anschlag des Steuerkolbens) direkt in der Nockenwelle bzw. dem Nockenwellenendstück verbaut. Das bisher aus dem Stand der Technik bekannte Zentralventil wurde zur Verbindung mit der Nockenwelle über Zentralventilschrauben befestigt. Erfindungsgemäß muss das Zentralventil zusammen mit dem Steuerkolben nicht mehr mit der Nockenwelle verschraubt werden. Folglich kann auf Zentralventilschrauben sowie an der Ausbildung eines Gewindes in der Nockenwelle verzichtet werden. Das wiederum führt zu einer Reduzierung der Produktionskosten. Zudem führen die bekannten Schraub-Gewinde-Verbindungen bei Zentralventilanwendungen auch zu hydraulischen Verlusten aufgrund von Spaltleckage zwischen den Bauteilen. Auch dieser Nachteil ist mit der gegenwärtigen Erfindung nun ausgeschlossen.
Eine erste Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass das elastische Rückstellelement als separates Bauteil am Steuerkolben befestigt ist. Eine weitere mögliche Ausführungsform sieht vor, dass das elastische Rückstellelement im Steuerkolben dauerhaft angebracht ist. Ist das elastische Rückstellelement im Steuerkolben dauerhaft angebracht, d. h. fest im Steuerkolben integriert, so lässt sich die Montage des erfindungsgemäßen Zentralventils zudem noch vereinfachen.
Insbesondere ist das Sicherungselement ein Sicherungsring.
Eine weitere Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass zwischen einer äußeren Nockenwelle und einem inneren Nockenwellenendstück mindestens ein Hohlraum ausgebildet ist. Vorzugsweise weist dann mindestens ein Nockenwellenlager eine Zufuhröffnung für ein Schmiermittel auf, durch die ein Austausch des Schmiermittels über den Hohlraum durch den Steuerkolben des Zentralventils in den Nockenwellenversteller erfolgt. Anzumerken ist ferner, dass auch andere Ausbildungen von Hohlräumen bei dem erfindungsgemäßen Zentralventil für die Ölversorgung mittels des Schmiermittels denkbar sind.
Insbesondere ist der Nockenwellenversteller stoffschlüssig mit der Nockenwelle verbunden. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Nockenwellenversteller mit der Nockenwelle verschweißt.
Ferner sieht die Erfindung vor, dass ein Druckstift mit einem Elektromagneten gekoppelt und derart entlang der Achse der Nockenwelle bewegbar ist, dass der Steuerkolben über den bewegbaren Druckstift in einem Zentralventilgehäuse des Zentralventils entlang der Achse der Nockenwelle in Richtung auf das Ende der Aufnahmebohrung hin verschiebbar und mittels des elastischen Rückstellelements in Richtung auf das Sicherungselement hin zurückführbar ist.
Insbesondere ist das zuvor beschriebene elastische Rückstellelement eine Feder bzw. eine Spiralfeder.
Im Folgenden sollen Ausführungsbeispiele die Erfindung und ihre Vorteile anhand der beigefügten Figuren näher erläutern. Die Größenverhältnisse in den Figuren entsprechen nicht immer den realen Größenverhältnissen, da einige Formen vereinfacht und andere Formen zur besseren Veranschaulichung vergrößert im Verhältnis zu anderen Elementen dargestellt sind. Dabei zeigen:
1 eine schematische Darstellung einer Brennkraftmaschine aus dem Stand der Technik, bei dem zur Betätigung von Gaswechselventile Nockenwellen eingesetzt sind;
2 einen Längsschnitt der Nockenwelle in Verbindung mit dem erfindungsgemäßen Zentralventil mit einem Steuerkolben zur Ölversorgung eines Nockenwellenverstellers;
3 eine detaillierte Darstellung des erfindungsgemäßen Zentralventils nach 2;
4 eine perspektivische Darstellung der Nockenwelle mit dem eingesetzten Zentralventil;
5 eine Schnittansicht des erfindungsgemäßen Zentralventils in der Aufnahmebohrung der Nockenwelle; und
6 einen weiteren Längsschnitt des Zentralventils in der Aufnahmebohrung der Nockenwelle.
Für gleiche oder gleich wirkende Elemente der Erfindung werden identische Bezugszeichen verwendet. Ferner werden der Übersicht halber nur Bezugszeichen in den einzelnen Figuren dargestellt, die für die Beschreibung der jeweiligen Figur erforderlich sind. Die dargestellten Ausführungsformen stellen lediglich Beispiele dar, wie das erfindungsgemäßen Zentralventil mit einem Steuerkolben zur Ölversorgung eines Nockenwellenverstellers ausgestaltet sein kann und stellen somit keine abschließende Begrenzung der Erfindung dar.
1 zeigt eine schematische Darstellung einer Brennkraftmaschine 8 gemäß dem Stand der Technik, bei dem zur Betätigung von Gaswechselventilen 5, 7 zwei Nockenwellen 6 eingesetzt sind. Dabei weist die Brennkraftmaschine 8 einen auf einer Kurbelwelle 15 sitzenden Kolben 9 in einem Zylinder 11 auf. Die Kurbelwelle 15 steht in der hier dargestellten Ausführungsform über je einen Zugmitteltrieb 13 mit einer Nockenwelle 6 (Einlass- bzw. Auslassnockenwelle 6) in Verbindung, wobei ein erster und ein zweiter Nockenwellenversteller 4 für eine Relativdrehung zwischen Kurbelwelle 15 und den Nockenwellen 6 sorgt. Dabei betätigen Nocken 3 der Nockenwellen 6 ein oder mehrere Einlassgaswechselventile 5 bzw. ein oder mehrere Auslassgaswechselventile 7. Ebenso ist denkbar, nur eine der beiden Nockenwellen 6 mit einem Nockenwellenversteller 4 auszustatten, oder nur eine Nockenwelle 6 vorzusehen, welche mit einem Nockenwellenversteller 4 versehen ist.
2 zeigt einen Längsschnitt einer Nockenwelle 6, mit dem das erfindungsgemäße Zentralventils 2 mit einem Steuerkolben 1 zur Ölversorgung eines Nockenwellenverstellers 4 verbunden ist. Der Steuerkolben 1 des Zentralventils 2 ist über einen bewegbaren und mit einem Elektromagneten 34 gekoppelten Druckstift 32 entlang einer Achse A der Nockenwelle 6 verschiebbar ist.
Dabei steuert der Steuerkolben 1 des Zentralventils 2 einen Ölaustausch zwischen dem auf der Nockenwelle 6 befestigten Nockenwellenversteller 4 und einer Brennkraftmaschine 8 (siehe hierzu 1).
Erfindungsgemäß ist ein freies Ende 10 des Zentralventils 2 in der Nockenwelle 6 über ein Sicherungselement 12 gehaltert und der Steuerkolben 1 des Zentralventils 2 in Richtung der Achse A der Nockenwelle 6 auf ein Ende 14 einer Aufnahmebohrung 16 hin in einem Nockenwellenendstück 18 frei beweglich. Ferner sieht das erfindungsgemäße Zentralventil 2 ein elastisches Rückstellelement 20 am Ende 14 der Aufnahmebohrung 16 vor. Das elastische Rückstellelement 20 wirkt dabei in Richtung der Achse A der Nockenwelle 6 auf den Steuerkolben 1.
Bei der Erfindung ist der Steuerkolben 1 des Zentralventils 2 somit über das Sicherungselement 12 und dem elastischen Rückstellelement 20 direkt in der Nockenwelle 6 bzw. dem Nockenwellenendstück 18 verbaut, so dass die bisher im Stand der Technik verwendeten zusätzlichen und aufwendigen Verbindungsmethoden von Nockenwelle 6 und Zentralventil 2 mit Steuerkolben 1 eliminiert sind. Auch können somit keine hydraulischen Verluste mehr zwischen den beiden Bauteilen entstehen. Somit reduziert das erfindungsgemäße Zentralventil 2 mit einem Steuerkolben 1 zur Ölversorgung des Nockenwellenverstellers 4 die Anzahl von Bauteilen, die hydraulischen Verluste und die Produktionskosten.
Insbesondere sieht die Erfindung vor, dass der Nockenwellenversteller 4 stoffschlüssig, wie beispielsweise durch einen Schweißvorgang, mit der Nockenwelle 6 verbunden ist.
Wie bereits einleitend zu 2 beschrieben, ist der Druckstift 32 mit dem Elektromagneten 34 gekoppelt und derart entlang der Achse A der Nockenwelle 6 bewegbar, dass der Steuerkolben 1 über den bewegbaren Druckstift 32 in einem Zentralventilgehäuse 36 des Zentralventils 2 entlang der Achse A in Richtung auf das Ende 14 der Aufnahmebohrung 16 hin verschiebbar und mittels des elastischen Rückstellelements 20, das vorzugsweise eine Feder ist, in Richtung auf das Sicherungselement 12 hin zurückführbar ist.
In 3, einer detaillierten Darstellung des erfindungsgemäßen Zentralventils 2 nach 2, ist ersichtlich, dass das elastische Rückstellelement 20 als separates Bauteil am Steuerkolben 1 befestigt ist. Eine andere Ausführungsform der Erfindung kann aber auch vorsehen, dass das elastische Rückstellelement 20 dauerhaft im Steuerkolben 1 angebracht ist, d. h. fest im Steuerkolben 1 integriert ist. Diese Ausführungsform würde die Montage des erfindungsgemäßen Zentralventils 2 zudem noch vereinfachen.
Ferner ist hier gezeigt, dass das Sicherungselement ein Sicherungsring 12 ist. Zudem zeigt 3 eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung, bei der zwischen einer äußeren Nockenwelle 22 und einem inneren Nockenwellenendstück 24 mindestens ein Hohlraum 26 ausgebildet ist. Vorzugsweise weist dann mindestens ein Nockenwellenlager 28 eine Zufuhröffnung 30 für ein Schmiermittel auf, durch die ein Austausch des Schmiermittels über den Hohlraum 26 durch den Steuerkolben 1 des Zentralventils 2 in den Nockenwellenversteller 4 erfolgt.
4 zeigt eine perspektivische Ansicht der Nockenwelle 6. Die Nockenwelle 6 ist mit mindestens einem Nockenwellenlager 28 gelagert. Im inneren Nockenwellenendstück 24 sitzt das Zentralventil 2 mit dem Steuerkolben 1.
5 und 6 zeigen jeweils eine vergrößerte Darstellung des erfindungsgemäßen Zentralventils 2 nach 2, das in der Aufnahmebohrung 16 der Nockenwelle 6 angebracht ist. Die hier dargestellten Bezugszeichen sind bereits zu 2 beschrieben, so dass auf eine erneute Beschreibung verzichtet wird.
Bezugszeichenliste

1: Steuerkolben
2: Zentralventil
3: Nocke
4: Nockenwellenversteller
5: Einlassgaswechselventil
6: Nockenwelle
7: Auslassgaswechselventil
8: Brennkraftmaschine
9: Kolben
10: freies Ende des Zentralventils
11: Zylinder
12: Sicherungselement
13: Zugmitteltrieb
14: Ende der Aufnahmebohrung
15: Kurbelwelle
16: Aufnahmebohrung
18: Nockenwellenendstück
20: elastisches Rückstellelement
22: äußere Nockenwelle
24: inneres Nockenwellenendstück
26: Hohlraum
28: Nockenwellenlager
30: Zuführöffnung
32: Druckstift
34: Elektromagnet
36: Zentralventilgehäuse
A: Achse

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102011080421 A1 [0003]
DE 102010050813 A1 [0003]
DE 102006027349 A1 [0003]

Claims

Zentralventil (2) eines Nockenwellenverstellers (4) mit einem Steuerkolben (1), wobei der Steuerkolben (1) des Zentralventils (2) einen Ölaustausch zwischen dem auf einer Nockenwelle (6) befestigten Nockenwellenversteller (4) und einer Brennkraftmaschine (8) steuert, dadurch gekennzeichnet, dass ein freies Ende (10) des Zentralventils (2) in der Nockenwelle (6) über ein Sicherungselement (12) gehaltert ist und der Steuerkolben (1) des Zentralventils (2) in Richtung einer Achse (A) der Nockenwelle (6) auf ein Ende (14) einer Aufnahmebohrung (16) hin in einem Nockenwellenendstück (18) frei beweglich ist.
Zentralventil (2) nach Anspruch 1, wobei ein elastisches Rückstellelement (20) am Ende (14) der Aufnahmebohrung (16) vorgesehen ist, das in Richtung der Achse (A) der Nockenwelle (6) auf den Steuerkolben (1) wirkt.
Zentralventil (2) nach Anspruch 2, wobei das elastische Rückstellelement (20) als separates Bauteil am Steuerkolben (1) befestigt oder im Steuerkolben (1) dauerhaft angebracht ist.
Zentralventil (2) nach Anspruch 1, wobei das Sicherungselement ein Sicherungsring (12) ist.
Zentralventil (2) nach Anspruch 1, wobei zwischen einer äußeren Nockenwelle (22) und einem inneren Nockenwellenendstück (24) mindestens ein Hohlraum (26) ausgebildet ist.
Zentralventil (2) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei mindestens ein Nockenwellenlager (28) eine Zufuhröffnung (30) für ein Schmiermittel aufweist, durch die ein Austausch des Schmiermittel über den Hohlraum (26) durch den Steuerkolben (1) des Zentralventils (2) in den Nockenwellenversteller (4) erfolgt.
Zentralventil (2) nach Anspruch 1 oder 6, wobei der Nockenwellenversteller (4) stoffschlüssig mit der Nockenwelle (6) verbunden ist.
Zentralventil (2) nach Anspruch 7, wobei der Nockenwellenversteller (4) mit der Nockenwelle (6) verschweißt ist.
Zentralventil (2) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei ein Druckstift (32) mit einem Elektromagneten (34) gekoppelt und derart entlang der Achse (A) der Nockenwelle (6) bewegbar ist, dass der Steuerkolben (1) über den bewegbaren Druckstift (32) in einem Zentralventilgehäuse (36) des Zentralventils (2) entlang der Achse (A) in Richtung auf das Ende (14) der Aufnahmebohrung (16) hin verschiebbar und mittels des elastischen Rückstellelements (20) in Richtung auf das Sicherungselement (12) hin zurückführbar ist.
Zentralventil (2) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das elastische Rückstellelement eine Feder (20) ist.