DE4135380A1 - Hydraulische steuereinrichtung - Google Patents

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer hydraulischen Steuereinrichtung zum Verdrehen der Nockenwelle einer Brennkraftmaschine nach der Gattung des Hauptanspruchs. Bei einer derartigen bekannten Steuereinrichtung sind insbesondere die Pumpe und das Magnetventil extern angeordnet, was verhältnismäßig umständlich ist, insbesondere hinsichtlich der notwendigen Druckmittelverbindungen, aber auch einen erheblichen Bauaufwand bedingt (DE-OS 32 47 916).

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße hydraulische Steuereinrichtung mit den kenn­ zeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vor­ teil, daß sie sehr kompakt baut und sehr einfach in eine Brennkraft­ maschine bzw. in deren Motorraum zu installieren ist. Weitere Vor­ teile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der nachfolgenden Be­ schreibung und Zeichnung näher erläutert. Letztere zeigt in Fig. 1 einen Längsschnitt einer hydraulischen Steuereinrichtung zum Ver­ drehen der Nockenwelle einer Brennkraftmaschine, in Fig. 2 einen Schnitt längs II-II nach Fig. 1 und in Fig. 3 eine Prinzipskizze.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

In Fig. 1 ist mit 10A das eine Ende einer Nockenwelle 10 bezeich­ net, welche in einem Nockenwellenlager 11 gelagert ist. Die Nocken­ welle ist angetrieben von einem Antriebszahnrad 12, an welches sich ein Hydraulikgehäuse 13 anschließt. Dieses sowie das Zahnrad 12 und die Nockenwelle 10 sind drehwinkelbeweglich mit Schrauben 14 und Hülsen 15 verbunden, und zwar dadurch, daß die Hülsen 14 in längs­ verlaufenden Schlitzen 12A des Antriebszahnrads 12 mit Spiel ange­ ordnet sind. Es ist nur eine Schraube und nur eine Hülse in Fig. 1 dargestellt. Auf die Schrauben ist weiter unten noch näher einge­ gangen.

Das Antriebszahnrad 12 hat eine Nabe 17, an deren Bohrung eine Schrägverzahnung 18 ausgebildet ist. Mit dieser kämmt eine eben­ solche Verzahnung eines Koppelglieds 19, das einen im Durchmesser reduzierten Fortsatz 20 hat, welcher am Außenumfang eine Geradver­ zahnung 21 aufweist, welche mit einer ebensolchen Verzahnung an einer Hülse 22 in Eingriff steht, die fest in einer mittigen und durchgehenden Längsbohrung 23 der Nockenwelle 10 angeordnet ist. Auf diese Weise entsteht beim Verschieben des Koppelglieds 19 eine relative Verdrehung der Nockenwelle 10 dem Zahnrad 12 gegenüber.

Gegenüber dem Fortsatz 20 ist am Koppelglied 19 konzentrisch ein kurzer Fortsatz 24 ausgebildet. Auf diesen ist ein doppelt wirkender Kolben 25 mit seiner Kolbenstange 26 aufgeschraubt, welche in eine mittige Stufenbohrung 27 des Hydraulikkörpers 13 eintaucht. Im er­ weiterten Teil 27A der Stufenbohrung 27 gleitet der Kolben 25. Er unterteilt die Bohrungsstufe 27A in zwei Druckräume 29 und 30. In die Kolbenstange 26 ist noch ein Einsatz 31 eingeschraubt, zwischen dem und dem Grund des Kolbens 25 ein Druckbegrenzungsventil 33 ange­ ordnet ist. Dieses hat einen membranförmigen Ventilkörper 34, welcher mit einer im Kolben ausgebildeten, mittigen Bohrung 35 zu­ sammenwirkt, die mit einer Querbohrung 36 in Verbindung steht, welche in den Druckraum 30 mündet. Versetzt zur Bohrung 35 durch­ dringt den Kolben 25 eine Längsbohrung 37, die vom Druckraum 29 ebenfalls bis zum Druckbegrenzungsventil 33 reicht. Wenn die Membran 34 an ihrem Sitz anliegt, trennt sie die beiden Bohrungen 35 und 37 voneinander.

Im Hydraulikkörper 13 ist in Höhe der Kolbenstange 26 eine Radial­ kolbenpumpe 38 angeordnet mit mehreren radial verlaufende Sack­ bohrungen 39, in denen Kolben 40 gleiten, die sich mit ihren außen­ liegenden Kuppen am Innenring 41A eines Kugellagers 41 anlegen. Das Kugellager 41 ist mit seinem Außenring 41B im Zylinderkopfdeckel 42 der Brennkraftmaschine gelagert. Das Kugellager 41 ist exzentrisch zur Längsachse der Kolben 25 angeordnet, so daß diese bei Drehung des Hydraulikkörpers 13 eine Hubbewegung ausführen. Die Anzahl der Sackbohrungen 39 entspricht der Anzahl der Schrauben 14, und sie be­ finden sich in derselben Ebene.

Wie die Fig. 2 zeigt, führt vom Grund jeder Sackbohrung 39 eine kurze, quer verlaufende Bohrung 44 zu einer im Durchmesser viel größeren Bohrung 45, in welcher ein Einsatz 46 angeordnet ist, der ein Auslaßventil 47 aufnimmt. Dieses hat einen kugeligen Ventil­ körper 48, der sich auf einen konischen Ventilsitz 49 unter der Kraft einer Druckfeder 50 legt, an welchem die Bohrung 44 mündet. Von einer Stelle neben der Bohrung 44 geht im Einsatz eine parallel verlaufende Bohrung 51 aus, in welche eine Bohrung 52 mün­ det, die zu einem Ringspalt 53 führt, welcher mit dem Druckraum 30 in Verbindung steht. Daraus ist zu erkennen, daß dann, wenn sich der Ventilkörper 48 von seinem Sitz abgehoben hat, Verbindung besteht von der Kolbenbohrung 39 bzw. deren Verdrängungsraum zum Druckraum 30.

Oberhalb des Grundes der Sackbohrung 39 mündet eine eine Drossel 56 aufnehmende Schrägbohrung 55, die bis zur Schraube 14 führt. Die Schraube 14 hat eine durchgehende Querbohrung 56, welche jedoch ver­ schlossen ist. Von der Querbohrung 56A geht eine die Schraube weit­ gehend durchdringende Längsbohrung 57 aus, welche in den Grund der die Schraube aufnehmenden Bohrung 58 mündet. Von dort verläuft eine Schrägbohrung 59 zu einer Ringnut 60 am Außenumfang der Hülse 22. In die Ringnut mündet eine am Außenumfang der Hülse verlaufende Längs­ nut 61, die Verbindung hat zu einer in der Nockenwelle verlaufenden Schrägbohrung 62, diese wieder zu einer Querbohrung 63 im Lager 11. Die Bohrung 63 steht über eine Leitung mit einer Vorförderpumpe 64 in Verbindung, die aus einem Druckmittelreservoir ansaugt - siehe auch Fig. 3. Daraus ist zu erkennen, daß die die Kolben 40 aufnehmende Sackbohrung 39 über die zuletzt geschilderten Verbindungen mit dem Reservoir in Verbindung steht, das heißt die Schrägbohrung 55 bildet die Saugbohrung für die Radialkolbenpumpe, während die Drossel 56 eine Saugdrossel für eine Druckmittelrestrik­ tion bei hohen Drehzahlen bildet.

Der Hydraulikkörper 13 ist durch ein zweiteiliges Ventilgehäuse 66 eines Elektromagnetventils 70 verschlossen, das eine von außen aus­ gehende Querbohrung 67 aufweist, die an einem Ventilsitz 68 für einen kugeligen Ventilkörper 61 mündet. Der Ventilkörper 69 steuert eine mittige Bohrung 71, von welcher bei abgehobenem Ventilkörper eine Verbindung besteht vom Druckraum 29 zur Bohrung 67. Auf den Ventilkörper 69 vermag ein Stift 73 einzuwirken, welcher im Anker 74 eines Elektromagneten 75 fest angeordnet ist. Der Stift 73 durch­ dringt gleitend eine Längsbohrung 76 in der Ventilplatte 66.

Auf die Konstruktion des Elektromagneten ist nur kurz eingegangen. Er weist eine Spule 77 auf, die in einem Deckel 78 angeordnet ist, welcher eine Bohrung 79 im Zylinderkopfdeckel 42 verschließt, in welche auch der Hydraulikkörper 13 mit seinem Endteil eindringt. Der Stift 73 besteht aus nicht magnetischem Werkstoff, der Magnetkern 80 aus weichmagnetischem Werkstoff. Der Magnetkern 80 ist durch seine besondere Ausbildung so gemacht, daß man ein Proportional-Druckbe­ grenzungsventil erhält.

Am Außenumfang des Ventilkörpers 13 ist noch ein Sensorring 81 an­ geordnet, der gleichzeitig das Kugellager 41 gegen Verschieben sichert. Der Sensorring 81 ermittelt die Drehzahl der Nockenwelle und signalisiert sie an ein elektronisches Steuergerät, welches das Magnetventil 75 nach bestimmten Kriterien steuert.

Die Fig. 3 zeigt die oben beschriebene Einrichtung in schematischer Darstellung. Zu erkennen sind die Pumpe 38, der Stellzylinder 25, 27, die Kolbenstange 26, das Druckbegrenzungsventil 33 und das Proportional-Druckbegrenzungsventil 75.

Wenn das Proportional-Druckbegrenzungsventil 75 stromlos ist, be­ wegen sich Anker 74 samt Stift 73 durch den Druck im Druckraum 29 nach links, so daß der Ventilkörper 69 den Durchgang vom Druckraum 29 über die Bohrungen 71 und 67 zur Umgebung beispielsweise dem Druckmittelreservoir freigibt.

Wenn das Antriebszahnrad 12 samt Nockenwelle 10 und Zylinderkörper 13 rotiert, führen die Kolben 40 eine Hubbewegung aus und saugen über die Schrägbohrungen 55 und die oben beschriebene Verbindung Druckmittel aus dem Druckmittelreservoir an. Beim Einwärtshub wird das Druckmittel über die Auslaßventile 47 in den Ringspalt 53 sowie in den Druckraum 30 verdrängt. Nun wird der Kolben 25 durch den in diesem Druckraum herrschenden Druck nach links verschoben, worauf das Koppelglied 19 mit seinen Verzahnungen der Nockenwelle 10 eine Relativverdrehung gegenüber dem Antriebszahnrad 12 erteilt. Sie nimmt nun eine erste Stellung ein. Das für die Ansaugung durch die Kolben 40 notwendige Druckmittel wird über die Vorförderpumpe 64 zugeführt.

Bei erregtem Elektromagnet 75 wird der Ventilkörper 69 durch Anker 74 und Stößel 73 auf seinen Ventilsitz 68 gedrückt. Dadurch wird der Ablauf des Druckmittels aus dem Druckraum 29 verhindert. Nun baut sich im Druckraum 30 durch das weiterhin geförderte Druckmittel ein bestimmter Druck auf - zum Beispiel 30 bar -, worauf sich das Druck­ begrenzungsventil 33 durch Abheben der Membran 34 von ihrem Ventil­ sitz öffnet. Nun kann Druckmittel über die Bohrung 35 und die Längs­ bohrung 37 in den Druckraum 29 eindringen, wo sich nun ebenfalls der Druck erhöht, bis er denselben Wert erreicht hat wie im Druckraum 30. Da jedoch die freie Kolbenfläche wesentlich größer ist als die Ringkolbenfläche, bewegt sich der Kolben 25 nach rechts. Durch das Koppelglied 19 bzw. seine Verzahnungen wird nun der Nockenwelle 10 eine neue relative Winkellage gegenüber dem Antriebszahnrad 12 er­ teilt. Möglich ist dies, da die Hülsen 15 in ihren Längsschlitzen des Antriebszahnrads nach beiden Seiten hin beweglich sind, bezogen auf den Umfang des Antriebszahnrads. Die Saugdrossel 56 begrenzt den Zustrom zu den Kolbenbohrungen 39.

Durch Teilbestromung des Proportional-Druckbegrenzungsventils 75 können Zwischenstellungen des Koppelglieds 19 und damit der Nocken­ welle 10 erreicht werden. Dabei sind die nach rechts wirkenden Hydraulikkräfte im Gleichgewicht mit der nach links wirkenden Kraft, die sich aus dem angetriebenen Kettenrad 12 über die Verzahnung am Koppelglied ergibt.

Es sei nochmals kurz auf den Elektromagneten 75 eingegangen. Bei Drehung von Nockenwelle 10 und Anker 74 in dem erregten Elektro­ magneten werden in dem Anker Wirbelströme induziert, die wiederum ein der Drehung entgegengesetztes Moment auf den Anker ausüben. Die Aufhängung des Ankers 74 an dem Stift 73 und die Kraftweiterleitung auf den Ventilkörper 69 lassen eine Drehung von Anker und Magnetkern zu. Der sich drehende Stift 73 hat bei axialer Bewegung fast keine Reibkraft. Dadurch wird das Proportional-Druckbegrenzungsventil hysteresearm, wodurch sich der Druck im Druckraum 29 sehr genau einstellen läßt.

Claims (6)

1. Hydraulische Steuereinrichtung zum Verdrehen der Nockenwelle (10) einer Brennkraftmaschine mittels eines durch Druckkraft längsver­ schieblichen Koppelglieds (19), das an einer ersten Stelle an seinem Außenumfang eine Verzahnung (21) aufweist, die mit einer ebensolchen Verzahnung am Innenumfang der Nockenwelle (12) in Eingriff steht und das mit einem Ende in einem von der Brennkraftmaschine ange­ triebenen, hohlzylindrischen Kettenrad (12) gelagert ist, das eine mittige Bohrung aufweist, die an ihrem Innenumfang eine Verzahnung (21) hat, welche mit einer ebensolchen Verzahnung an einer zweiten Stelle am Außenumfangs des Koppelglieds (19) in Eingriff steht wobei eine der Verzahnungspaarungen eine Schrägverzahnung ist, die andere eine Geradverzahnung und wobei im Koppelglied ein von Druckmittel beaufschlagter Kolben (25) angeordnet ist, das von einer Pumpe gefördert und über ein Elektromagnetventil (75) zur Druckbe­ aufschlagung des Kolbens zugeleitet wird, wobei durch Verschieben des Koppelgliedes eine relative Verdrehung der Nockenwelle (10) gegenüber dem Kettenrad (12) erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß an das erweiterte Endteil (10A) der Nockenwelle (10), an dem auch das Antriebszahnrad (12) sitzt, ein Hydraulikkörper (13) angeflanscht ist, in dem eine in mehreren radialen Bohrungen (39) gleitende Kolben (40) aufnehmende Radialkolbenpumpe (38) angeordnet ist, deren außenliegende Kuppen am Innenumfang (41A) eines Kugellagers (41) gleiten, das exzentrisch gegenüber der Achse der Nockenwelle (10) angeordnet ist, und daß vom jeweiligen Verdichtungsraum der Kolbenbohrungen (39) über an diese angeschlossene Auslaßventile (47) Druckmittelver­ bindungen (52, 53) zu einem im Hydraulikkörper (13) gelegenen Zylin­ derraum (27A) führen, in dem ein doppelt wirkender Kolben (25) ange­ ordnet ist, der ein Druckbegrenzungsventil (33) aufweist, über welches eine Kanalverbindung (35, 37) herstellbar ist von einem einerseits des Kolbens (25) liegenden ringförmigen Druckraum (30) zu einem andererseits des Kolbens liegenden großen Druckraum (29) und daß der doppeltwirkende Kolben (25) stets am Koppelglied (19) an­ liegt.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der den doppelt wirkenden Kolben (25) aufnehmende Zylinderraum (27A) durch ein Ventilgehäuse (79) abgeschlossen ist, in dem das den Druckraum (29) steuernde elektromagnetisch betätigte Ventil (70) angeordnet ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das elektromagnetisch betätigbare Ventil (70) einen auf seinen Ventil­ körper (69) einwirkenden Stößel (73) aufweist, welcher in einem Anker (74) des Elektromagneten (75) fest angeordnet ist, dessen Magnetflußführung (80) als Platte ausgebildet ist.

4. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Nockenwelle (10), das Antriebszahnrad (12) und der Hydraulik­ körper (13) durch Schrauben (14) verbunden sind, die Druckmittel­ kanäle (56, 57) aufweisen, welche einerseits über Kanäle (59, 62, 63) mit dem Druckmittelreservoir in Verbindung stehen, andererseits über mit jeweils einer Saugdrossel (56) versehene Kanäle (55), welche zu den Kolbenbohrungen (39) führen.

5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß an die Druckseite jeder Kolbenbohrung (39) ein Auslaß­ ventil (47) angeschlossen ist, von dem Verbindung herstellbar ist zum Druckraum (30) am doppelt wirkenden Kolben (25).

6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schrauben (14) durch Hülsen (15) dringen, welche in im Antriebszahn­ rad (12) ausgebildeten bogenförmigen Schlitzen (12A) angeordnet sind.