DE102013209166A1 - Zentralventil mit einem Steuerkolben zur Steuerung der Ölversorgung für einen Nockenwellenversteller - Google Patents
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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 undDE 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 nach2 ; -
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 Brennkraftmaschine8 gemäß dem Stand der Technik, bei dem zur Betätigung von Gaswechselventilen5 ,7 zwei Nockenwellen6 eingesetzt sind. Dabei weist die Brennkraftmaschine8 einen auf einer Kurbelwelle15 sitzenden Kolben9 in einem Zylinder11 auf. Die Kurbelwelle15 steht in der hier dargestellten Ausführungsform über je einen Zugmitteltrieb13 mit einer Nockenwelle6 (Einlass- bzw. Auslassnockenwelle6 ) in Verbindung, wobei ein erster und ein zweiter Nockenwellenversteller4 für eine Relativdrehung zwischen Kurbelwelle15 und den Nockenwellen6 sorgt. Dabei betätigen Nocken3 der Nockenwellen6 ein oder mehrere Einlassgaswechselventile5 bzw. ein oder mehrere Auslassgaswechselventile7 . Ebenso ist denkbar, nur eine der beiden Nockenwellen6 mit einem Nockenwellenversteller4 auszustatten, oder nur eine Nockenwelle6 vorzusehen, welche mit einem Nockenwellenversteller4 versehen ist. -
2 zeigt einen Längsschnitt einer Nockenwelle6 , mit dem das erfindungsgemäße Zentralventils2 mit einem Steuerkolben1 zur Ölversorgung eines Nockenwellenverstellers4 verbunden ist. Der Steuerkolben1 des Zentralventils2 ist über einen bewegbaren und mit einem Elektromagneten34 gekoppelten Druckstift32 entlang einer Achse A der Nockenwelle6 verschiebbar ist. - Dabei steuert der Steuerkolben
1 des Zentralventils2 einen Ölaustausch zwischen dem auf der Nockenwelle6 befestigten Nockenwellenversteller4 und einer Brennkraftmaschine8 (siehe hierzu1 ). - Erfindungsgemäß ist ein freies Ende
10 des Zentralventils2 in der Nockenwelle6 über ein Sicherungselement12 gehaltert und der Steuerkolben1 des Zentralventils2 in Richtung der Achse A der Nockenwelle6 auf ein Ende14 einer Aufnahmebohrung16 hin in einem Nockenwellenendstück18 frei beweglich. Ferner sieht das erfindungsgemäße Zentralventil2 ein elastisches Rückstellelement20 am Ende14 der Aufnahmebohrung16 vor. Das elastische Rückstellelement20 wirkt dabei in Richtung der Achse A der Nockenwelle6 auf den Steuerkolben1 . - Bei der Erfindung ist der Steuerkolben
1 des Zentralventils2 somit über das Sicherungselement12 und dem elastischen Rückstellelement20 direkt in der Nockenwelle6 bzw. dem Nockenwellenendstück18 verbaut, so dass die bisher im Stand der Technik verwendeten zusätzlichen und aufwendigen Verbindungsmethoden von Nockenwelle6 und Zentralventil2 mit Steuerkolben1 eliminiert sind. Auch können somit keine hydraulischen Verluste mehr zwischen den beiden Bauteilen entstehen. Somit reduziert das erfindungsgemäße Zentralventil2 mit einem Steuerkolben1 zur Ölversorgung des Nockenwellenverstellers4 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 Nockenwelle6 verbunden ist. - Wie bereits einleitend zu
2 beschrieben, ist der Druckstift32 mit dem Elektromagneten34 gekoppelt und derart entlang der Achse A der Nockenwelle6 bewegbar, dass der Steuerkolben1 über den bewegbaren Druckstift32 in einem Zentralventilgehäuse36 des Zentralventils2 entlang der Achse A in Richtung auf das Ende14 der Aufnahmebohrung16 hin verschiebbar und mittels des elastischen Rückstellelements20 , das vorzugsweise eine Feder ist, in Richtung auf das Sicherungselement12 hin zurückführbar ist. - In
3 , einer detaillierten Darstellung des erfindungsgemäßen Zentralventils2 nach2 , ist ersichtlich, dass das elastische Rückstellelement20 als separates Bauteil am Steuerkolben1 befestigt ist. Eine andere Ausführungsform der Erfindung kann aber auch vorsehen, dass das elastische Rückstellelement20 dauerhaft im Steuerkolben1 angebracht ist, d. h. fest im Steuerkolben1 integriert ist. Diese Ausführungsform würde die Montage des erfindungsgemäßen Zentralventils2 zudem noch vereinfachen. - Ferner ist hier gezeigt, dass das Sicherungselement ein Sicherungsring
12 ist. Zudem zeigt3 eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung, bei der zwischen einer äußeren Nockenwelle22 und einem inneren Nockenwellenendstück24 mindestens ein Hohlraum26 ausgebildet ist. Vorzugsweise weist dann mindestens ein Nockenwellenlager28 eine Zufuhröffnung30 für ein Schmiermittel auf, durch die ein Austausch des Schmiermittels über den Hohlraum26 durch den Steuerkolben1 des Zentralventils2 in den Nockenwellenversteller4 erfolgt. -
4 zeigt eine perspektivische Ansicht der Nockenwelle6 . Die Nockenwelle6 ist mit mindestens einem Nockenwellenlager28 gelagert. Im inneren Nockenwellenendstück24 sitzt das Zentralventil2 mit dem Steuerkolben1 . -
5 und6 zeigen jeweils eine vergrößerte Darstellung des erfindungsgemäßen Zentralventils2 nach2 , das in der Aufnahmebohrung16 der Nockenwelle6 angebracht ist. Die hier dargestellten Bezugszeichen sind bereits zu2 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
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- Zitierte Patentliteratur
-
- DE 102011080421 A1 [0003]
- DE 102010050813 A1 [0003]
- DE 102006027349 A1 [0003]
Claims (10)
- 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.
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