DE102019106465A1 - Actuator of a hydraulically variable gas exchange valve drive of an internal combustion engine - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Aktuator eines hydraulisch variablen Gaswechselventiltriebs einer Brennkraftmaschine. Der Aktuator umfasst ein Aktuatorgehäuse (1) mit einem Hydraulikzylinder (2) und einen darin axialbeweglich geführten Hydraulikkolben (3) zur Betätigung des Gaswechselventils, wobei der Hydraulikzylinder und der Hydraulikkolben gestufte Führungsdurchmesser haben. Der Hydraulikkolben hat ein erstes Kolbenteil (3a) und ein zweites Kolbenteil (3b), die unter Bildung der Durchmesserstufe (8) gegenseitig radial schwimmend gefügt sind.

Figure DE102019106465A1_0000
The invention relates to an actuator of a hydraulically variable gas exchange valve drive of an internal combustion engine. The actuator comprises an actuator housing (1) with a hydraulic cylinder (2) and a hydraulic piston (3) guided axially movably therein for actuating the gas exchange valve, the hydraulic cylinder and the hydraulic piston having stepped guide diameters. The hydraulic piston has a first piston part (3a) and a second piston part (3b), which are joined radially to one another while forming the diameter step (8).
Figure DE102019106465A1_0000

Description

Die Erfindung betrifft einen Aktuator eines hydraulisch variablen Gaswechselventiltriebs einer Brennkraftmaschine. Der Aktuator umfasst ein Aktuatorgehäuse mit einem Hydraulikzylinder und einen darin axialbeweglich geführten Hydraulikkolben zur Betätigung des Gaswechselventils, wobei der Hydraulikzylinder und der Hydraulikkolben gestufte Führungsdurchmesser haben.The invention relates to an actuator of a hydraulically variable gas exchange valve drive of an internal combustion engine. The actuator comprises an actuator housing with a hydraulic cylinder and a hydraulic piston guided axially movable therein for actuating the gas exchange valve, the hydraulic cylinder and the hydraulic piston having stepped guide diameters.

Ein derartiger Aktuator ist aus der jeweils gattungsgemäßen DE 10 2015 207 622 A1 , DE 10 2016 204 329 A1 und DE 10 2016 218 562 B4 bekannt, die sämtlich einen elektrohydraulischen Ventiltrieb zur vollvariablen Betätigung der Gaswechselventile einer Brennkraftmaschine offenbaren. Die Führungsgenauigkeit des Hydraulikkolbens im Hydraulikzylinder ist von entscheidender Bedeutung für die Funktionsfähigkeit der sogenannten hydraulischen Ventilbremse, die bei derartigen Ventiltrieben die von der Nockenwelle entkoppelte Schließgeschwindigkeit der Gaswechselventile auf ein mechanisch und akustisch akzeptables Maß reduziert. Der Führungsspalt zwischen Hydraulikzylinder und Hydraulikkolben beträgt im Hinblick auf die zu vermeidende Leckage aus dem Druckraum der Ventilbremse typischerweise nur wenige Mikrometer, wobei gleichzeitig die Axialbeweglichkeit des Hydraulikkolbens im Hydraulikzylinder nicht beeinträchtigt werden darf. Dementsprechend ist die Durchmesserstufe, die sich durch die unterschiedlich großen Führungsdurchmesser des Hydraulikzylinders und des Hydraulikkolbens ergibt, im Hinblick auf eine konstruktiv stets zu vermeidende Doppelpassung fertigungstechnisch dann besonders ungünstig, wenn der Hydraulikkolben einteilig hergestellt wird.Such an actuator is of the generic type DE 10 2015 207 622 A1 . DE 10 2016 204 329 A1 and DE 10 2016 218 562 B4 All of which disclose an electro-hydraulic valve drive for fully variable actuation of the gas exchange valves of an internal combustion engine. The guidance accuracy of the hydraulic piston in the hydraulic cylinder is of crucial importance for the functionality of the so-called hydraulic valve brake, which reduces the decoupled from the camshaft closing speed of the gas exchange valves to a mechanically and acoustically acceptable level in such valve trains. The guide gap between the hydraulic cylinder and hydraulic piston is in view of the leakage to be avoided from the pressure chamber of the valve brake typically only a few micrometers, at the same time the axial mobility of the hydraulic piston in the hydraulic cylinder must not be affected. Accordingly, the diameter step, which results from the different sized guide diameter of the hydraulic cylinder and the hydraulic piston, in terms of a constructive always to be avoided double fit manufacturing technology then particularly unfavorable when the hydraulic piston is made in one piece.

Ein Aktuator mit einem zweiteiligen Hydraulikkolben, jedoch nicht gestuftem Führungsdurchmesser ist aus der DE 10 2014 201 910 A1 bekannt.An actuator with a two-piece hydraulic piston, but not stepped guide diameter is out of DE 10 2014 201 910 A1 known.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Aktuator der eingangs genannten Art konstruktiv zu vereinfachen.The present invention has for its object to simplify constructively an actuator of the type mentioned.

Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus den Merkmalen des Anspruchs 1. Demnach hat der Hydraulikkolben ein erstes Kolbenteil und ein zweites Kolbenteil, die unter Bildung der Durchmesserstufe gegenseitig radial schwimmend gefügt sind. Unter dieser Fügeverbindung ist zu verstehen, dass sich die Kolbenteile innerhalb ihres gegenseitigen Radialspiels radial zueinander bewegen können und dennoch axiale Zugkräfte von einem Kolbenteil auf das andere Kolbenteil übertragen werden können. Die Übertragbarkeit der axialen Zugkräfte ist ein wesentliches Funktionskriterium, um ein betriebliches Separieren der beiden Kolbenteile infolge unterschiedlich hoher Druckbeaufschlagung auszuschließen. Das gegenseitige Radialspiel entspricht dem Lagerspiel der radial schwimmenden Lagerung im Fügeverband und ist so zu bemessen, dass sich die unterschiedlich großen Führungsdurchmesser der Kolbenteile in den beiden Führungsdurchmessern des Hydraulikzylinders - kraftarm und folglich klemmfrei - ausrichten können. Hierdurch wird nicht nur die fertigungstechnisch ungünstige Doppelpassung vermieden, sondern sogar eine die Herstellkosten mindernde Aufweitung der Koaxialitätstoleranz der beiden Führungsdurchmesser im Hydraulikzylinder ermöglicht.The solution to this problem arises from the features of claim 1. Accordingly, the hydraulic piston has a first piston part and a second piston part, which are mutually joined radially floating to form the diameter step. Under this joint connection is to be understood that the piston parts can move radially to each other within their mutual radial clearance and yet axial tensile forces can be transmitted from one piston part to the other piston part. The transferability of the axial tensile forces is an essential functional criterion to preclude operational separation of the two piston parts due to different levels of pressurization. The mutual radial clearance corresponds to the bearing clearance of the radially floating bearing in the joint assembly and is to be dimensioned so that the different sizes guide diameter of the piston parts in the two guide diameters of the hydraulic cylinder - low-force and consequently jam-free - can align. As a result, not only the production engineering unfavorable double fit is avoided, but even allows a manufacturing costs reducing expansion of Koaxialitätstoleranz the two guide diameter in the hydraulic cylinder.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.Advantageous developments of the invention are the subject of the dependent claims.

Die Kolbenteile können mittels eines Federmittels gefügt sein, das die Kolbenteile entweder nur radial oder sowohl radial als auch axial gegeneinander verspannt. Das Federmittel ist vorzugsweise ein Polygonring, der umfänglich abwechselnd in eine erste Umfangsnut im ersten Kolbenteil und eine zweite Umfangsnut im zweiten Kolbenteil eingreift. Die optionale axiale Verspannung kann dadurch erzeugt werden, dass der Polygonring eine axiale Wellenform hat. Diese wird infolge des Eingriffs in den Umfangsnuten axial so gestaucht, dass die resultierende Axialkraft das eine Kolbenteil gegen das andere Kolbenteil drückt.The piston parts can be joined by means of a spring means, which braces the piston parts either only radially or both radially and axially against each other. The spring means is preferably a polygon ring which circumferentially alternately engages in a first circumferential groove in the first piston part and a second circumferential groove in the second piston part. The optional axial strain can be created by having the polygon ring in an axial waveform. This is axially compressed as a result of the engagement in the circumferential grooves, that the resulting axial force presses the one piston part against the other piston part.

Weitere Merkmale und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und den Zeichnungen, in denen ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Aktuators eines elektrohydraulischen Ventiltriebs zur vollvariablen Betätigung der Gaswechselventile einer Brennkraftmaschine dargestellt ist. Es zeigen:

  • 1 den Aktuator im Längsschnitt durch den Hydraulikzylinder;
  • 2 das Detail X gemäß 1;
  • 3 das als Polygonring ausgeführte Federmittel in Draufsicht;
  • 4 den Schnitt I-I gemäß 3;
  • 5 den Schnitt II-II gemäß 3.
Further features and embodiments of the invention will become apparent from the following description and the drawings, in which an embodiment of an actuator according to the invention of an electro-hydraulic valve train for fully variable actuation of the gas exchange valves of an internal combustion engine is shown. Show it:
  • 1 the actuator in longitudinal section through the hydraulic cylinder;
  • 2 the detail X according to 1 ;
  • 3 the executed as a polygonal spring means in plan view;
  • 4 the cut II according to 3 ;
  • 5 the cut II-II according to 3 ,

Der in 1 dargestellte Längsschnitt verläuft durch eine sogenannte Nehmer- oder Bremseneinheit des Aktuators. Dieser umfasst ein Aktuatorgehäuse 1 mit einem Hydraulikzylinder 2 und einen darin axialbeweglich geführten Hydraulikkolben 3, dessen eines Ende gemeinsam mit einer hydraulischen Ventilbremse 4 einen im Querschnitt kreisförmigen ersten Druckraum 5 begrenzt und in dessen anderes Ende ein hydraulisches Ventilspielausgleichselement 6 aufgenommen ist. Der Hydraulikzylinder 2 ist vorliegend eine im Aktuatorgehäuse 1 eingeschraubte und demgegenüber abgedichtete Hülse.The in 1 shown longitudinal section passes through a so-called slave or brake unit of the actuator. This includes an actuator housing 1 with a hydraulic cylinder 2 and a hydraulic piston guided axially movably therein 3 one end of which is in common with a hydraulic valve brake 4 a circular in cross-section first pressure chamber 5 limited and in the other end of a hydraulic valve clearance compensation element 6 is included. The hydraulic cylinder 2 is present in the actuator housing 1 screwed in and sealed against the sleeve.

Der Hydraulikkolben 3 ist mit einem ersten Kolbenteil 3a und einem - in axialer Reihenschaltung - damit gefügten zweiten Kolbenteil 3b zweiteilig und im Durchmesser gestuft ausgeführt, wobei der Führungsdurchmesser des ersten Kolbenteils 3a kleiner als der Führungsdurchmesser des zweiten Kolbenteils 3b ist. Der Führungsdurchmesser des Hydraulikzylinders 2 hat eine damit korrespondierende Durchmesserstufe 7, die gemeinsam mit der Durchmesserstufe 8 des Hydraulikkolbens 3 einen im Querschnitt kreisringförmigen, zweiten Druckraum 9 begrenzt (s.a. 2). Die beiden Druckräume 5 und 9 sind im Hinblick auf eine zusätzliche Hubvariabilität des vom Hydraulikkolben 3 betätigten Gaswechselventils (nicht dargestellt) unabhängig voneinander ansteuerbar. Zur diesbezüglichen Funktionsweise sei auf die eingangs genannten Druckschriften mit jeweils gestuftem Führungsdurchmesser des Hydraulikkolbens verwiesen. The hydraulic piston 3 is with a first piston part 3a and a second piston part joined thereto in axial series connection 3b designed in two parts and stepped in diameter, wherein the guide diameter of the first piston part 3a smaller than the guide diameter of the second piston part 3b is. The guide diameter of the hydraulic cylinder 2 has a corresponding diameter step 7 , in common with the diameter step 8th of the hydraulic piston 3 a cross-sectionally annular, second pressure chamber 9 limited (sa 2 ). The two pressure chambers 5 and 9 are in terms of additional stroke variability of the hydraulic piston 3 actuated gas exchange valve (not shown) independently controllable. For the relevant mode of operation, reference is made to the documents cited at the beginning, each with a stepped guide diameter of the hydraulic piston.

Die Durchmesserstufe 8 des Hydraulikkolbens 3 wird durch das Fügen der beiden Kolbenteile 3a und 3b gebildet, wobei das Kolbenteil 3a mit Radialspiel in einer Senkung 10 des Kolbenteils 3b und folglich radial schwimmend dazu eingesetzt ist. Das Radialspiel zwischen den beiden Kolbenteilen 3a und 3b ist in den 4 und 5 deutlich erkennbar und unter Berücksichtigung der für das Kolbenführungsspiel relevanten Bauteiltoleranzen so bemessen, dass sich die beiden Kolbenteile 3a und 3b - trotz der gestuften Führungsdurchmesser - querkraftfrei im gestuften Führungsdurchmesser des Hydraulikzylinders 2 ausrichten können und damit leichtgängig geführt sind.The diameter step 8th of the hydraulic piston 3 is by joining the two piston parts 3a and 3b formed, with the piston part 3a with radial play in a cut 10 of the piston part 3b and consequently used radially floating. The radial play between the two piston parts 3a and 3b is in the 4 and 5 clearly recognizable and dimensioned taking into account the component tolerances relevant to the piston guide clearance so that the two piston parts 3a and 3b - Despite the stepped guide diameter - free of lateral forces in the stepped guide diameter of the hydraulic cylinder 2 can align and are thus easily managed.

Wie es aus in den 2 bis 4 in jeweils vergrößerter Darstellung hervorgeht, sind die beiden Kolbenteile 3a und 3b mittels eines Federmittels gefügt, das vorliegend als polygonförmiger Sprengring, kurz Polygonring 11 ausgeführt ist. Im gefügten Zustand der Kolbenteile 3a und 3b greift der Polygonring 11 umfänglich abwechselnd in eine erste Umfangsnut 12 im ersten Kolbenteil 3a und in eine zweite Umfangsnut 13 im zweiten Kolbenteil 3b ein, so dass die beiden Kolbenteile 3a und 3b zum einen axial aneinander gehalten und zum anderen radial gegeneinander verspannt sind. Die erste Umfangsnut 12 und der Polygonring 11 sind zwecks freigängigen Fügens so bemessen, dass der Polygonring 11 beim Einsetzen des ersten Kolbenteils 3a in die Senkung 10 ausreichend weit in die erste Umfangsnut 12 ausweichen kann.How it looks in the 2 to 4 shown in an enlarged view, the two piston parts 3a and 3b joined by means of a spring means, the present as a polygonal snap ring, short polygon ring 11 is executed. In the assembled state of the piston parts 3a and 3b engages the polygon ring 11 circumferentially alternately in a first circumferential groove 12 in the first part of the piston 3a and in a second circumferential groove 13 in the second piston part 3b one, leaving the two piston parts 3a and 3b held on the one hand axially against each other and are clamped to each other radially against each other. The first circumferential groove 12 and the polygon ring 11 are sized to allow free joining, so that the polygon ring 11 when inserting the first piston part 3a in the sink 10 sufficiently far in the first circumferential groove 12 can dodge.

Der axiale Zusammenhalt der Kolbenteile 3a und 3b ist im Hinblick auf die Übertragung einer axialen Zugkraft vom Kolbenteil 3b auf das Kolbenteil 3a so dimensioniert, dass sich die beiden Kolbenteile 3a und 3b bei unterschiedlicher Druckbeaufschlagung der beiden Druckräume 5 und 9 axial nicht oder nicht wesentlich voneinander separieren. Der Polygonring 11 hat optional eine axiale Wellenform, die im gefügten Zustand der Kolbenteile 3a und 3b axial elastisch verformt ist, wobei die Reaktionskraft der Verformung die diagonal gegenüberliegenden Nutwände 14 und 15 axial voneinander weg drückt und folglich die beiden Kolbenteile 3a und 3b am Grund der Senkung 10 in axiale Anlage gegeneinander verspannt.The axial cohesion of the piston parts 3a and 3b is with respect to the transmission of an axial tensile force from the piston part 3b on the piston part 3a dimensioned so that the two piston parts 3a and 3b at different pressurization of the two pressure chambers 5 and 9 not axially or not significantly separate from each other. The polygon ring 11 Optionally has an axial waveform, which in the joined state of the piston parts 3a and 3b axially elastically deformed, wherein the reaction force of the deformation of the diagonally opposite groove walls 14 and 15 axially pushing away from each other and consequently the two piston parts 3a and 3b at the bottom of the sinking 10 braced against each other in axial contact.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

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  • DE 102016218562 B4 [0002]DE 102016218562 B4 [0002]
  • DE 102014201910 A1 [0003]DE 102014201910 A1 [0003]

Claims (4)

Aktuator eines hydraulisch variablen Gaswechselventiltriebs einer Brennkraftmaschine, umfassend ein Aktuatorgehäuse (1) mit einem Hydraulikzylinder (2) und einen darin axialbeweglich geführten Hydraulikkolben (3) zur Betätigung des Gaswechselventils, wobei der Hydraulikzylinder (1) und der Hydraulikkolben (3) gestufte Führungsdurchmesser haben, dadurch gekennzeichnet, dass der Hydraulikkolben (3) ein erstes Kolbenteil (3a) und ein zweites Kolbenteil (3b) hat, die unter Bildung der Durchmesserstufe (8) gegenseitig radial schwimmend gefügt sind.Actuator of a hydraulically variable gas exchange valve drive of an internal combustion engine, comprising an actuator housing (1) with a hydraulic cylinder (2) and an axially movable hydraulic piston (3) for actuating the gas exchange valve, wherein the hydraulic cylinder (1) and the hydraulic piston (3) have stepped guide diameter, characterized in that the hydraulic piston (3) has a first piston part (3a) and a second piston part (3b), which are joined to form the diameter step (8) mutually radially floating. Aktuator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolbenteile (3a, 3b) mittels eines Federmittels gefügt sind, das die Kolbenteile (3a, 3b) radial gegeneinander verspannt.Actuator after Claim 1 , characterized in that the piston parts (3a, 3b) are joined by means of a spring means, which braces the piston parts (3a, 3b) radially against each other. Aktuator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Federmittel die Kolbenteile (3a, 3b) axial gegeneinander verspannt.Actuator after Claim 2 , characterized in that the spring means the piston parts (3a, 3b) axially braced against each other. Aktuator nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Federmittel ein Polygonring (11) ist, der umfänglich abwechselnd in eine erste Umfangsnut (12) im ersten Kolbenteil (3a) und eine zweite Umfangsnut (13) im zweiten Kolbenteil (3b) eingreift.Actuator after Claim 2 or 3 , characterized in that the spring means is a polygonal ring (11) which engages circumferentially alternately in a first circumferential groove (12) in the first piston part (3a) and a second circumferential groove (13) in the second piston part (3b).
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