DE102005052481A1

DE102005052481A1 - Steuerventil für eine Vorrichtung zur variablen Einstellung der Steuerzeiten von Gaswechselventilen einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102005052481A1
Application number: DE200510052481
Authority: DE
Inventors: Jens Dipl.-Ing. Hoppe; Ali Dipl.-Ing. Bayrakdar
Original assignee: Schaeffler KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2005-11-03
Filing date: 2005-11-03
Publication date: 2007-05-24
Also published as: US7389756B2; US20070095315A1; EP1945917A1; JP2009515090A; EP1945917B1; WO2007051704A1; CN101300408A; ATE440207T1; CN101300408B; DE502006004615D1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Steuerventil (20) für eine Vorrichtung (1) zur variablen Einstellung der Steuerzeiten von Gaswechselventilen (110, 111) einer Brennkraftmaschine (100) mit einem hohl ausgeführten Ventilgehäuse (22), das mindestens einen Zulaufanschluss (P), mindestens einen Ablaufanschluss (T) und mindestens zwei Arbeitsanschlüsse (A, B) aufweist, und mit einem Steuerkolben (35). Um eine höhere Flexibilität bei der Ausgestaltung der Steuerventilkomponenten (22, 35) zu erhalten und die Anbindung des Steuerventils (20) an die Umgebungskonstruktion (3) zu vereinfachen, wird vorgeschlagen, innerhalb des Ventilgehäuses (22) einen hohl ausgeführten Druckmittelleiteinsatz (27) anzuordnen und mindestens einen im Wesentlichen in axialer Richtung verlaufenden Druckmittelkanal (34) auszubilden, wobei der Druckmittelkanal (34) von dem Druckmittelleiteinsatz (27) zumindest teilweise umgriffen wird, wobei der Druckmittelkanal (34) mit mindestens einem der Anschlüsse (A, B, P, T) und über eine Radialöffnung (33b-d) mit dem Inneren des Druckmittelleiteinsatzes (27) kommuniziert und wobei der Steuerkolben (35) innerhalb des Druckmittelleiteinsatzes (27) angeordnet ist.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Steuerventil für eine Vorrichtung zur variablen Einstellung der Steuerzeiten von Gaswechselventilen einer Brennkraftmaschine mit einem hohl ausgeführten Ventilgehäuse, das mindestens einen Zulaufanschluss, mindestens einen Ablaufanschluss und mindestens zwei Arbeitsanschlüsse aufweist, und mit einem Steuerkolben.
In Brennkraftmaschinen werden zur Betätigung der Gaswechselventile Nockenwellen eingesetzt. Nockenwellen sind in der Brennkraftmaschine derart angebracht, dass auf ihnen angebrachte Nocken an Nockenfolgern, beispielsweise Tassenstößeln, Schlepphebeln oder Schwinghebeln, anliegen. Wird eine Nockenwelle in Drehung versetzt, so wälzen die Nocken auf den Nockenfolgern ab, die wiederum die Gaswechselventile betätigen. Durch die Lage und die Form der Nocken sind somit sowohl die Öffnungsdauer als auch die Öffnungsamplitude aber auch die Öffnungs- und Schließzeitpunkte der Gaswechselventile festgelegt.
Moderne Motorkonzepte gehen dahin, den Ventiltrieb variabel auszulegen. Einerseits sollen Ventilhub und Ventilöffnungsdauer variabel gestaltbar sein, bis hin zur kompletten Abschaltung einzelner Zylinder. Dafür sind Konzepte wie schaltbare Nockenfolger oder elektrohydraulische oder elektrische Ventilbetätigungen vorgesehen. Weiterhin hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, während des Betriebs der Brennkraftmaschine Einfluss auf die Öffnungs- und Schließzeiten der Gaswechselventile nehmen zu können. Dabei ist es insbesondere wünschenswert auf die Öffnungs- bzw. Schließzeitpunkte der Einlass- bzw. Auslassventile getrennt Einfluss nehmen zu können, um beispielsweise gezielt eine definierte Ventilüberschneidung einzustellen. Durch die Einstellung der Öffnungs- bzw. Schließzeitpunkte der Gaswechselventile in Abhängigkeit vom aktuellen Kennfeldbereich des Motors, beispielsweise von der aktuellen Drehzahl bzw. der aktuellen Last, können der spezifische Treibstoffverbrauch gesenkt, das Abgasverhalten positiv beeinflusst, der Motorwirkungsgrad, das Maximaldrehmoment und die Maximalleistung erhöht werden.
Die beschriebene Variabilität der Gaswechselventilsteuerzeiten wird durch eine Änderung der relativen Phasenlage der Nockenwelle zur Kurbelwelle erreicht. Dabei steht die Nockenwelle über einen Ketten-, Riemen-, Zahnradtrieb oder gleichwirkende Antriebskonzepte in Antriebsverbindung mit der Kurbelwelle. Zwischen dem von der Kurbelwelle angetriebenen Ketten-, Riemen- oder Zahnradtrieb und der Nockenwelle ist eine Vorrichtung zur variablen Einstellung der Steuerzeiten einer Brennkraftmaschine, im folgenden auch Nockenwellenversteller genannt, angebracht, die das Drehmoment von der Kurbelwelle auf die Nockenwelle überträgt. Dabei ist diese Vorrichtung derart ausgebildet, dass während des Betriebs der Brennkraftmaschine die Phasenlage zwischen Kurbelwelle und Nockenwelle sicher gehalten und, wenn gewünscht, die Nockenwelle in einem gewissen Winkelbereich gegenüber der Kurbelwelle verdreht werden kann.
In Brennkraftmaschinen mit je einer Nockenwelle für die Einlass- und die Auslassventile können diese mit je einem Nockenwellenversteller ausgerüstet wer den. Dadurch können die Öffnungs- und Schließzeitpunkte der Einlass- und Auslassgaswechselventile relativ zueinander verschoben und die Ventilüberschneidungen gezielt eingestellt werden.
Der Sitz moderner Nockenwellenversteller befindet sich meist am antriebsseitigen Ende der Nockenwelle. Der Nockenwellenversteller kann aber auch auf einer Zwischenwelle, einem nicht rotierenden Bauteil oder der Kurbelwelle angeordnet sein. Dieser besteht aus einem von der Kurbelwelle angetriebenen, eine feste Phasenbeziehung zu dieser haltenden Antriebsrad, einem in Antriebsverbindung mit der Nockenwelle stehenden Abtriebselement und einer das Drehmoment vom Antriebsrad auf das Abtriebselement übertragende Stellvorrichtung. Das Antriebsrad kann im Fall eines nicht an der Kurbelwelle angeordneten Nockenwellenverstellers als Ketten-, Riemen- oder Zahnrad ausgeführt sein und wird mittels eines Ketten-, eines Riemen- oder eines Zahnradtriebs von der Kurbelwelle angetrieben. Der Stellmechanismus kann elektrisch, hydraulisch oder pneumatisch betrieben werden.
Zwei bevorzugte Ausführungsformen hydraulisch verstellbarer Nockenwellenversteller stellen die so genannten Axialkolbenversteller und Rotationskolbenversteller dar.
Bei den Axialkolbenverstellern steht das Antriebsrad mit einem Kolben und dieser mit dem Abtriebselement jeweils über Schrägverzahnungen in Verbindung. Der Kolben trennt einen durch das Abtriebselement und das Antriebsrad gebildeten Hohlraum in zwei axial zueinander angeordnete Druckkammern. Wird die eine Druckkammer mit Druckmittel beaufschlagt, während die andere Druckkammer mit einem Tank verbunden wird, so verschiebt sich der Kolben in axialer Richtung. Die axiale Verschiebung des Kolbens wird durch die Schrägverzahnungen in eine relative Verdrehung des Antriebsrades zum Abtriebselement und damit der Nockenwelle zur Kurbelwelle übersetzt.
Eine zweite Ausführungsform hydraulischer Nockenwellenversteller sind die so genannten Rotationskolbenversteller. In diesen ist das Antriebsrad drehfest mit einem Stator verbunden. Der Stator und ein Rotor bzw. Abtriebselement sind konzentrisch zueinander angeordnet, wobei der Rotor kraft-, form- oder stoffschlüssig, beispielsweise mittels eines Presssitzes, einer Schraub- oder Schweißverbindung mit einer Nockenwelle, einer Verlängerung der Nockenwelle oder einer Zwischenwelle verbunden ist. Im Stator sind mehrere, in Umfangsrichtung beabstandete Hohlräume ausgebildet, die sich ausgehend vom Rotor radial nach außen erstrecken. Die Hohlräume sind in axialer Richtung durch Seitendeckel druckdicht begrenzt. In jeden dieser Hohlräume erstreckt sich ein mit dem Rotor verbundener Flügel, der den jeweiligen Hohlraum in zwei Druckkammern teilt. Durch gezieltes Verbinden der einzelnen Druckkammern mit einer Druckmittelpumpe bzw. mit einem Tank kann die Phase der Nockenwelle relativ zur Kurbelwelle verstellt bzw. gehalten werden.
Zur Steuerung des Nockenwellenverstellers erfassen Sensoren die Kenndaten des Motors wie beispielsweise den Lastzustand und die Drehzahl. Diese Daten werden einer elektronischen Kontrolleinheit zugeführt, die nach Vergleich der Daten mit einem Kenndatenfeld der Brennkraftmaschine den Zu- und den Abfluss von Druckmittel zu den verschiedenen Druckkammern steuert.
Um die Phasenlage der Nockenwelle gegenüber der Kurbelwelle zu verstellen wird in hydraulischen Nockenwellenverstellern eine der zwei gegeneinander wirkenden Druckkammern eines Hohlraums mit einer Druckmittelpumpe und die andere mit dem Tank verbunden. Der Zulauf von Druckmittel zur einen Kammer in Verbindung mit dem Ablauf von Druckmittel von der anderen Kammer verschiebt den die Druckkammern trennenden Kolben in axiale Richtung, wodurch in Axialkolbenverstellern über die Schrägverzahnungen die Nockenwelle relativ zur Kurbelwelle verdreht wird. In Rotationskolbenverstellern wird durch die Druckbeaufschlagung der einen Kammer und die Druckentlastung der anderen Kammer eine Verschiebung des Flügels und damit direkt eine Verdrehung der Nockenwelle zur Kurbelwelle bewirkt. Um die Phasenlage zu halten werden beide Druckkammern entweder mit der Druckmittelpumpe verbunden oder sowohl von der Druckmittelpumpe als auch vom Tank getrennt.
Die Steuerung der Druckmittelströme zu bzw. von den Druckkammern erfolgt mittels Steuerventilen, meist mittels eines 4/3-Wegeproportionalventils. Dieses weist ein Ventilgehäuse auf, welches mit je einem Anschluss für die Druckkammern (Arbeitsanschluss) und zumindest zwei Versorgungsanschlüssen versehen ist. Zumindest einer der Versorgungsanschlüsse dient als Zulaufanschluss, über den dem Steuerventil Druckmittel von einer Druckmittelpumpe zugeführt wird. Des Weiteren dient ein weiterer Versorgungsanschluss als Ablaufanschluss, über den das aus den Druckkammern austretende Druckmittel abgeführt wird. Dabei kann beispielsweise vorgesehen sein, dass der Ablaufanschluss mit einem Tank kommuniziert.
Innerhalb des im Wesentlichen hohlzylindrisch ausgeführten Ventilgehäuses ist ein axial verschiebbarer Steuerkolben angeordnet. Der Steuerkolben kann mittels einer elektromagnetischen, pneumatischen oder hydraulischen Stelleinheit, entgegen der Federkraft eines Federelements axial in jede Position zwischen zwei definierte Endstellungen gebracht werden. Der Steuerkolben ist weiterhin mit Steuerabschnitten, die Steuerkanten aufweisen, und Ringnuten versehen, wodurch die Anschlüsse miteinander verbunden oder gegeneinander gesperrt werden können. Durch gezielte Verbindung der Arbeitsanschlüsse mit den Versorgungsanschlüssen können somit die einzelnen Druckkammern oder Gruppen von Druckkammern wahlweise mit der Druckmittelpumpe oder dem Tank verbunden werden. Ebenso kann eine Stellung des Steuerkolbens vorgesehen sein, in der die Druckmittelkammern sowohl von der Druckmittelpumpe als auch vom Druckmitteltank getrennt sind.

Ein derartiges Steuerventil ist aus der DE 199 44 535 C1 bekannt. Dieses besteht aus einem im Wesentlichen hohlzylindrisch ausgeführten Ventilgehäuse und einem darin axial verschiebbar angeordneten Steuerkolben. An dem Ventilgehäuse sind zwei radiale Arbeitsanschlüsse, ein radialer Zulaufanschluss und ein axialer Ablaufanschluss ausgebildet. Die zwei Arbeitsanschlüsse und der Zulaufanschluss sind als axial zueinander beabstandete Öffnungen in der zylindrischen Mantelfläche des Ventilgehäuses ausgebildet. Dabei liegt der Zulaufanschluss in axialer Richtung zwischen den beiden Arbeitsanschlüssen.

Innerhalb des Ventilgehäuses ist ein Steuerkolben vorgesehen, der mittels einer elektromagnetischen Stelleinheit in axialer Richtung relativ zum Ventilgehäuse verschoben werden kann. An der Außenmantelfläche des Steuerkolbens ist eine Ringnut ausgebildet, über welche, abhängig von der Position des Steuerkolbens zum Ventilgehäuse, selektiv entweder der erste oder der zweite Arbeitsanschluss mit dem Zulaufanschluss verbunden werden kann.

Der Ablaufanschluss kann abhängig von der relativen Stellung des Steuerkolbens innerhalb des Ventilgehäuses über weitere Ringnuten und eine axiale Bohrung innerhalb des Steuerkolbens entweder mit dem ersten oder mit dem zweiten Arbeitsanschluss verbunden werden.

Das Steuerventil ist als Zentralventil ausgeführt, d.h. das Steuerventil ist radial innerhalb des Abtriebselements des Nockenwellenversteilers angeordnet. Dabei ist das Ventilgehäuse einteilig mit einer Zentralschraube ausgebildet, mittels derer das Abtriebselement des Nockenwellenverstellers verdrehfest mit einer Nockenwelle verbunden ist.

Die Lage des Zulaufanschlusses zwischen den Arbeitsanschlüssen erfordert eine aufwändige Ausbildung einer Versorgungsleitung zur Zufuhr von Druckmittel zum Zulaufanschluss des Steuerventils. Diese ist mittels mehrerer im Ventilgehäuse ausgebildeter, ineinander mündender Bohrungen realisiert, welche mit einer Bohrung im Schraubenschaft der Zentralschraube kommunizieren, wobei diese wiederum in die hohl ausgebildete Nockenwelle mündet. Das Innere der Nockenwelle wird über ein Nockenwellelager von einer Druckmittelpumpe mit Druckmittel beaufschlagt.

Die Ausbildung dieser Bohrungen in der Wandung des Ventilgehäuses ist sehr kostenintensiv und fehleranfällig. Neben dem hohen Herstellungsaufwand der dünnen Bohrungen innerhalb des dünnwandigen Ventilgehäuses, was zu einem erheblichen Produktionskostenbeitrag führt, steigt in dieser Ausführungsform der Produktionsausschuss auf Grund von fehlerhaften oder nicht fluchtender Bohrungen. Darüber hinaus leidet die Prozesssicherheit, da die dünnen Bohrer während der Ausbildung der Bohrungen zum Abbrechen neigen, was zu einer weiteren Erhöhung der Ausschussquote und weiter erhöhten Produktionskosten führt.

Zusammenfassung der Erfindung

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde diese geschilderten Nachteile zu vermeiden und somit ein hydraulisches Steuerventil zu schaffen, in dem ohne nennenswerten Mehraufwand verschiedenste Druckmittellogiken zwischen den verschiedenen Anschlüssen realisiert werden können. Im Speziellen soll erreicht werden, dass unabhängig von der axialen Anordnung der Druckmittelanschlüsse am Ventilgehäuse eine einfache und kostengünstige Ausführung eines Zentralventils und der zugehörigen Versorgungsleitungen ermöglicht wird. Dabei soll ein Höchstmaß an Freiheit bei der Ausgestaltung der Druckmittellogiken des Steuerventils erreicht werden, ohne den Bauraumbedarf, dien Herstellungsaufwand oder die Herstellungskosten nennenswert zu erhöhen.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass innerhalb des Ventilgehäuses ein hohl ausgeführter Druckmittelleiteinsatz angeordnet und mindestens ein im Wesentlichen in axialer Richtung verlaufender Druckmittelkanal ausbildet ist, wobei der Druckmittelkanal von dem Druckmittelleiteinsatz zumindest teilweise umgriffen wird, wobei der Druckmittelkanal mit mindestens einem der Anschlüsse und über eine Radialöffnung mit dem Inneren des Druckmittelleiteinsatzes kommuniziert und wobei der Steuerkolben innerhalb des Druckmittelleiteinsatzes angeordnet ist.

In einer vorteilhaften Weiterbildung ist vorgesehen, dass die äußeren Abmessungen des Druckmittelleiteinsatzes den inneren Abmessungen des Ventilgehäuses angepasst sind und dass der Druckmittelkanal an der Grenzfläche zwischen dem Ventilgehäuse und dem Druckmittelleiteinsatz ausgebildet ist.

In einer weiteren Konkretisierung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Vorrichtung mittels einer Zentralschraube an einer Nockenwelle befestigt ist und das Ventilgehäuse einteilig mit der Zentralschraube ausgebildet ist.

In einer ersten Ausführungsform ist der mindestens eine Druckmittelkanal als Vertiefung an einer Innenmantelfläche des Ventilgehäuses ausgebildet, wobei eine Außenmantelfläche des Druckmittelleiteinsatzes den Druckmittelkanal radial nach innen begrenzt und das Innere des Druckmittelleiteinsatzes über eine an diesem ausgebildete Radialöffnung mit dem Druckmittelkanal kommuniziert.

In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass der mindestens eine Druckmittelkanal als Vertiefung an einer Außenmantelfläche des Druckmittelleiteinsatzes ausgebildet ist, wobei eine Innenmantelfläche des Ventilgehäuses den Druckmittelkanal radial nach außen begrenzt und der Druckmittelkanal über eine am Druckmittelleiteinsatz ausgebildete Radialöffnung mit dessen Inneren kommuniziert.

Dabei ist es vorstellbar den Druckmittelleiteinsatz einstückig und aus Stahl oder Kunststoff auszubilden.

In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Druckmittelleiteinsatz zumindest ein inneres und ein äußeres hülsenförmiges Bauteil umfasst und dass der mindestens eine Druckmittelkanal als Langloch in einer Wandung des äußeren hülsenförmigen Bauteils des Druckmittelleiteinsatzes ausgebildet ist, wobei eine Innenmantelfläche des Ventilgehäuses den Druckmittelkanal radial nach außen und das innere hülsenförmige Bauteil des Druckmittelleiteinsatzes den Druckmittelkanal radial nach innen begrenzt und der Druckmittelkanal über eine an dem inneren hülsenförmigen Bauteil ausgebildete Radialöffnung mit dem Inneren des Druckmittelleiteinsatzes kommuniziert.

Dabei kann vorgesehen sein, das innere hülsenförmige Bauteil separat zum äußeren hülsenförmigen Bauteil herzustellen und mittel einer kraft- oder formschlüssigen Verbindung oder einer Klebeverbindung mit diesem verbunden ist.

Alternativ ist vorgesehen, das äußere hülsenförmige Bauteil als Spritzgussteil herzustellen und das innere hülsenförmige Bauteil als Einlegebauteil auszubil den, das während des Spritzgussprozesses des äußeren hülsenförmigen Bauteils von diesem umspritzt wird.

In einer Konkretisierung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Druckmittelkanal den Zulaufanschluss mit dem Inneren des Druckmittelleiteinsatz verbindet. Dabei kann in einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung innerhalb des Steuerventils stromaufwärts zu dem Druckmittelkanal ein Rückschlagventil und/oder ein Filterelement angeordnet sein.

Weiterhin kann vorgesehen sein, dass das Filterelement und/oder Teile des Rückschlagventils stoffschlüssig mit dem Druckmittelleiteinsatz verbunden sind.

Zusätzlich oder alternativ kann vorgesehen sein, dass das Rückschlagventil einen von einem Federelement mit einer Kraft beaufschlagten Schließkörper aufweist, wobei sich das Federelement an einem einteilig mit dem Druckmittelleiteinsatz ausgebildeten Federlager abstützt. In einer alternativen Ausführungsform weist das Rückschlagventil einen von einem Federelement mit einer Kraft beaufschlagten Schließkörper, ein Federlager und einen Ventilsitz auf, wobei zumindest das Federlager oder der Ventilsitz als zum Druckmittelleiteinsatz separates Bauteil ausgebildet ist.

Ebenso kann ein Kolbendruckfederelement vorgesehen sein, welches den Steuerkolben in einer axialen Richtung mit einer Kraft beaufschlagt, wobei sich dieses an einem einteilig mit dem Druckmittelleiteinsatz ausgebildeten Kolbenfederlager oder an einem separat zum Druckmittelleiteinsatz ausgebildeten Kolbenfederlager abstützt.

In einer Konkretisierung der Erfindung ist vorgesehen, sowohl ein Kolbenfederlager als auch ein einteilig mit diesem ausgebildetes Federlager vorzusehen.

In einer Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, den Druckmittelleiteinsatz ortsfest zum Ventilgehäuse innerhalb des Ventilgehäuses anzuordnen, wobei zu diesem Zweck am Druckmittelleiteinsatz und am Ventilgehäuse formschlüssige Mittel vorgesehen sein können, die zur axialen Fixierung des Druck mittelleiteinsatzes zum Ventilgehäuse und/oder deren ortsfester Fixierung in Umfangsrichtung dienen.

Das erfindungsgemäße Steuerventil zeichnet sich dadurch aus, dass der Steuerkolben nicht direkt an einer Innenmantelfläche des Ventilgehäuses anliegt, sondern dass ein Druckmittelleiteinsatz zwischen diesen Bauteilen angeordnet ist. Das Ventilgehäuse dient in dieser Ausführungsform weiterhin als Anschlusselement des Steuerventils zu den Umgebungskonstruktionen. Es stellt die Verbindung zu den, beispielsweise in einem Abtriebselement eines Nockenwellenverstellers ausgebildeten, Druckmittelleitungen her, die zu den hydraulischen Verbrauchern (Druckkammern) führen. Des Weiteren wird über das Ventilgehäuse die Verbindung zu mindestens einer Versorgungsleitung, wie einer Zu- oder einer Ablaufleitung, hergestellt, die beispielsweise in einer Nockenwelle oder einem Anschlussbauteil ausgebildet sein können.

Der Druckmittelleiteinsatz übt zum einen die Funktion aus, dessen Inneres über mindestens einen im Wesentlichen axial verlaufenden Druckmittelkanal mit mindestens einem der Anschlüsse mit zu verbinden. Des Weiteren erfüllt der Druckmittelleiteinsatz zusammen mit dem Steuerkolben die Steuerfunktion der Druckmittelströme innerhalb des Ventils. Zu diesem Zweck ist der Steuerkolben axial verschiebbar innerhalb des Druckmittelleiteinsatz angeordnet, wobei an dem Steuerkolben Steuerabschnitte ausgebildet sind, deren äußere Abmessungen den Inneren Abmessungen des Druckmittelleiteinsatz angepasst sind. Durch axiales Verschieben des Steuerkolbens relativ zum Druckmittelleiteinsatz können die verschiedenen, mit den einzelnen Anschlüssen kommunizierenden Radialöffnungen verbunden oder voneinander getrennt werden.

Durch die Ausbildung von im Wesentlichen axial verlaufenden Druckmittelkanälen innerhalb des Steuerventils können verschiedenste Druckmittellogiken innerhalb des Steuerventils realisiert werden, wobei weder der Bauraumbedarf noch die Herstellungskosten oder der Herstellungsaufwand negativ beeinflusst werden. Auf diese Weise müssen nicht mehr die Umgebungskonstruktionen dem Ventilgehäuse angepasst werden. Im Gegenteil, mit nur geringem Mehraufwand kann die Lage der Anschlüsse am Ventilgehäuse den Umgebungskonstruktionen angepasst werden. Die aufwändigen Druckmittelleitungen in nerhalb des Abtriebselements oder die im Stand der Technik vorgeschlagenen aufwändigen und fehlerträchtigen Bohrungen werden durch einfach herzustellende Strukturen ersetzt, die an dem Druckmittelleiteinsatz bzw. dem Druckmittelleiteinsatz und dem Ventilgehäuse ausgebildet werden.

Im Falle eines Zentralventils, welches radial innerhalb eines Abtriebselements angeordnet ist, kann durch das erfindungsgemäße Steuerventil beispielsweise die Druckmittelzuleitung erheblich vereinfacht werden. Dabei übernimmt der Druckmittelleiteinsatz die Aufgabe, das dem Zulaufanschluss zugeführte Druckmittel an einer Stelle dem Wirkbereich des Steuerkobens zuzuführen, die axial zwischen den beiden Arbeitsanschlüssen liegt. Anstatt der kostenintensiv und aufwändig zu fertigenden Bohrungen innerhalb des Abtriebselements oder des Ventilgehäuses kann die Leitung des Druckmittels über einfach herzustellende Strukturen des Druckmittelleiteinsatzes erfolgen.

Diese Druckmittelkanäle können beispielsweise an der Grenzfläche zwischen dem Druckmittelleiteinsatz und dem Ventilgehäuse ausgebildet werden. Zu diesem Zweck sind Vertiefungen oder axiale Nuten am Druckmittelleiteinsatz oder dem Ventilgehäuse vorgesehen, die einerseits mit einem der Anschlüsse und andererseits über geeignete Radialöffnungen mit dem Inneren des Druckmittelleiteinsatz kommunizieren. Die an dem Druckmittelleiteinsatz ausgebildeten Vertiefungen können kostenneutral während des Herstellungsprozesses des Druckmittelleiteinsatz in diesen eingebracht werden. Dies kann bei einer Kunststoffausführung des Druckmittelleiteinsatz beispielsweise dadurch erreicht werden, dass die Druckmittelkanäle bereits in der Spritzgussform Berücksichtigung finden. Ebenso denkbar sind Druckmittelleiteinsätze bestehend aus Stahl oder einem anderen Metall, beispielsweise Aluminium. Denkbar in diesem Zusammenhang wäre eine spanende Formgebung oder eine Herstellung in einem geeigneten Metall-Spritzgussverfahren. Ebenso denkbar ist die Ausbildung des Druckmittelleiteinsatz aus einem Stahlblech mittels eines spanlosen Umformverfahrens, wie beispielsweise eines Tiefziehverfahrens, wobei in diesem Fall die Druckmittelkanäle wiederum kostenneutral während des Formgebungsprozesses ausgebildet werden können.

Neben der Ausführungsform in der der Zulaufanschluss über die Druckmittelkanäle mit dem Inneren des Druckmittelleiteinsatzes kommuniziert, können auch andere Öllogiken realisiert werden, wie beispielsweise eine Verbindung des Inneren des Druckmittelleiteinsatzes mit dem Ablaufanschluss oder einem oder mehrerer der Arbeitsanschlüsse. Wichtig ist in diesem Zusammenhang nur, dass sichergestellt ist, dass die Druckmittelkanäie ausschließlich mit den vorgesehenen Anschlüssen kommunizieren, wobei des Druckmittel an den anderen Anschlüssen, die in dem axialen Bereich der Druckmittelkanäle liegen, vorbeigeleitet wird, ohne dass eine direkte Verbindung zu diesen besteht.

Neben einer einteiligen Ausführung des Druckmittelleiteinsatzes sind auch mehrteilige Ausführungsformen denkbar. Beispielsweise könnten ein inneres und ein äußeres Bauteil vorgesehen sein, wobei das innere Bauteil innerhalb des äußeren Bauteils angeordnet ist. Die Druckmittelkanäle sind in dem äußeren Bauteil ausgebildet, während das innere Bauteil diese gegenüber dem Inneren des Druckmittelleiteinsatzes abgrenzt und die Radialöffnung zum Einleiten des Druckmittels in das Innere des Druckmittelleiteinsatzes trägt. In diesem Fall kann das innere Bauteil beispielsweise eine spanlos hergestellte Stahlhülse und das äußere Bauteil aus Kunststoff mittels eines Spritzgussverfahrens gefertigt sein. Dabei fungiert die Stahlhülse als Einlegeteil, welches während des Herstellungsprozesses des äußeren Bauteils mit diesem umspritzt wird. Ebenso denkbar sind andere Werkstoffpaarungen und kraft-, form- oder stoffschlüssige Verbindungen oder Klebeverbindungen.

Innerhalb des Steuerventils können Filterelemente oder Rückschlagventile angeordnet sein. Diese können separat zu den Komponenten des Steuerventils ausgebildet und mit einer oder mehrer Komponenten stoffschlüssig verbunden, oder als Einlegeteil konzipiert sein. Ebenso denkbar sind Ausführungsformen, in denen zumindest Teile des Rückschlagventils oder des Filterelements einteilig mit Komponenten des Steuerventils ausgebildet sind. Beispielsweise kann es vorgesehen sein im Falle eines Druckmittelleiteinsatzes oder eines inneren Bauteils aus Stahlblech, ein Federlager des Rückschlagventils einteilig mit der jeweiligen Komponente auszuführen, wodurch eine weitere Kostenreduktion erreicht werden kann.

Da in Umfangsrichtung des Steuerventils abwechselnd Druckmittelkanäle und Radialöffnungen angeordnet sind, zwischen denen keine direkte Verbindung bestehen soll, muss die Montage des Druckmittelleiteinsatz in dem Ventilgehäuse in einer bestimmten Orientierung der Bauteile zueinander erfolgen. Um die orientierte Montage zu erleichtern und Fehlmontagen auszuschließen wird vorgeschlagen an dem Druckmittelleiteinsatz und dem Ventilgehäuse formschlüssige Elemente im Sinne einer Nut-Feder Verbindung vorzusehen, wodurch der Druckmittelleiteinsatz nur in einer Orientierung in das Ventilgehäuse eingebracht werden kann. Diese Nut-Feder Verbindungen wirken während des Betriebs der Brennkraftmaschine zusätzlich als Verdrehsicherung.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und aus den Zeichnungen, in denen Ausführungsbeispiele der Erfindung vereinfacht dargestellt sind. Es zeigen:
1 nur sehr schematisch eine Brennkraftmaschine,
2a einen Längsschnitt durch eine Vorrichtung zur variablen Einstellung der Steuerzeiten einer Brennkraftmaschine mit einem erfindungsgemäßen Steuerventil,
2b einen Querschnitt durch die Vorrichtung aus 2a, ohne Steuerventil, entlang der Linie IIB-IIB,
3 einen Längsschnitt durch eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Steuerventils entlang der Linie III-III aus in 2b,
3a den Druckmittelfeiteinsatz aus 3 in einer perspektivischen Darstellung,
4 einen Längsschnitt durch eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Steuerventils,
5 einen Längsschnitt durch eine dritte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Steuerventils,
5a einen Längsschnitt durch den Druckmittelleiteinsatz aus 5.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
In 1 ist eine Brennkraftmaschine 100 skizziert, wobei ein auf einer Kurbelwelle 101 sitzender Kolben 102 in einem Zylinder 103 angedeutet ist. Die Kurbelwelle 101 steht in der dargestellten Ausführungsform über je einen Zugmitteltrieb 104 bzw. 105 mit einer Einlassnockenwelle 106 bzw. Auslassnockenwelle 107 in Verbindung, wobei eine erste und eine zweite Vorrichtung 1 für eine Relativdrehung zwischen Kurbelwelle 101 und Nockenwellen 106, 107 sorgen können. Nocken 108, 109 der Nockenwellen 106, 107 betätigen ein Einlassgaswechselventil 110 bzw. ein Auslassgaswechselventil 111. Ebenso kann vorgesehen sein nur eine der Nockenwellen 106, 107 mit einer Vorrichtung 1 auszustatten, oder nur eine Nockenwelle 106, 107 vorzusehen, welche mit einer Vorrichtung 1 versehen ist.
Die 2a, 2b zeigen eine erste Ausführungsform einer Vorrichtung 1 zur variablen Einstellung der Steuerzeiten von Gaswechselventilen 110, 111 einer Brennkraftmaschine 100.
Eine Stellvorrichtung 1a besteht im Wesentlichen aus einem Antriebsrad 5, einem Stator 2 und einem konzentrisch dazu angeordneten Abtriebselement 3. Das Abtriebselement 3 besteht aus einer Radnabe 4, an deren Außenumfang fünf Flügel 6 ausgebildet sind, welche sich radial nach außen erstrecken. Weiterhin ist die Stellvorrichtung 1a mit einer Zentralbohrung 4b versehen, in die im montierten Zustand der Vorrichtung 1 eine Nockenwelle 3a, in der Darstellung der 2a, von links, eingreift. Im montierten Zustand der Vorrichtung 1 kann diese, beispielsweise mittels einer kraft-, reib-, form-, oder stoffschlüssigen Verbindung oder mittels Befestigungsmitteln, drehfest mit der Nockenwelle 3a verbunden werden. In der dargestellten Ausführungsform ist die Vorrichtung 1 mittels einer Zentralschraube 17 mit der Nockenwelle 3a drehfest verbunden. Der Stator 2 ist als dünnwandiges Blechteil ausgebildet, wobei dieser aus inneren Umfangswänden 7 und äußeren Umfangswänden 8 besteht, welche über Seitenwände 9 miteinander verbunden sind. Die inneren und die äußeren Umfangswände 7, 8 erstrecken sich im Wesentlichen in Umfangsrichtung. Über die inneren Umfangswände 7, welche an einer zylindrischen Umfangswand des Abtriebselements 3 anliegen, ist der Stator 2 drehbar auf dem Abtriebselement 3 gelagert. Ausgehend von den inneren Umfangswänden 7 erstrecken sich die Seitenwände 9 im Wesentlichen in radialer Richtung nach außen und gehen in die äußeren Umfangswände 8 über. Durch diesen Aufbau sind mehrere, in der dargestellten Ausführungsform fünf, Druckräume 10 ausgebildet, welche in axialer Richtung von dem Antriebsrad 5 und einer Dichtscheibe 12 druckdicht abgeschlossen werden.
Die Flügel 6 sind derart an der Außenmantelfläche des Abtriebselements 3 angeordnet, dass sich in jeden Druckraum 10 genau ein Flügel 6 erstreckt. Dabei liegen die Flügel 6 in radialer Richtung an den äußeren Umfangswänden 8 des Stators 2 an. Die Breite der Flügel 6 ist derart ausgeführt, dass diese in axialer Richtung an dem Antriebsrad 5 und der Dichtscheibe 12 anliegen. Dadurch teilt jeder Flügel 6 einen Druckraum 10 in zwei gegeneinander wirkende Druckkammern 14, 15.
Der Stator 2 und das Abtriebselement 3 sind innerhalb eines topfförmigen Gehäuses 11 angeordnet, welches diese Bauteile durch das Zusammenwirken mit dem Antriebsrad 5 druckmitteldicht kapselt. Zu diesem Zweck ist das offene Ende des Gehäuses 11 öldicht mit dem Antriebsrad 5 verbunden. Die Verbindung zwischen dem Antriebsrad 5 und dem Gehäuse 11 kann mittels eines abdichtenden Fügeverfahrens oder durch den Einsatz eines Dichtmittels reali siert werden. In der dargestellten Ausführungsform ist eine in Umfangsrichtung umlaufende Schweißverbindung 16a vorgesehen.
An einem Boden 13 des Gehäuses 11 ist eine konzentrisch zur Zentralbohrung 4b angeordnete Öffnung 16 vorgesehen. Eine Zentralschraube 17 durchgreift die Öffnung 16 und die Zentralbohrung 4b, wobei ein mit einem Gewinde versehener Teil der Zentralschraube 17 in eine mit einem Innengewinde versehene Aufnahme 18 der Nockenwelle 3a eingreift. Die Zentralschraube 17 ist weiterhin auf der nockenwellenabgewandten Seite der Vorrichtung 1 mit einem gestuften Bereich 19a ausgebildet, über den sich die Zentralschraube 17 im montiertem Zustand über einen separat gefertigten Anschraubbund 19 entweder direkt oder indirekt an dem Abtriebselement 3 abstützt und somit dieses drehfest mit der Nockenwelle 3a verbindet. Der Vorteil eines separat gefertigten Anschraubbundes 19 liegt in dem geringeren Herstellungsaufwand und den geringeren Herstellungskosten. Die Zentralschraube 17, die gleichzeitig als Ventilgehäuse 22 eines Steuerventils 20 ausgebildet ist, wird üblicherweise durch einen Drehprozess hergestellt. Aus Festigkeitsgründen muss der Bund mit einem bestimmten minimalen Außendurchmesser ausgebildet sein. Durch die Verwendung eines separaten Anschraubbundes 19 kann der minimale Außendurchmesser des gestuften Bereichs 19a deutlich kleiner ausgebildet sein, wodurch der Herstellungsaufwand und damit die Herstellungskosten signifikant gesenkt werden können.
Der Bereich der Zentralschraube 17, der innerhalb des Abtriebselements 3 angeordnet ist, ist als Steuerventil 20 ausgebildet. Dieser Bereich der Zentralschraube 17 erstreckt sich innerhalb der Zentralbohrung 4b, die als Ventilaufnahme 4a wirkt.
In 3 ist die Zentralschraube 17 in einer vergrößerten Form dargestellt. Diese ist mit einer sacklochartigen Aufnahme 21 versehen, deren Öffnung am nockenwellenabgewandten axialen Ende der Zentralschraube 17 angeordnet ist. Die dadurch entstandene zylinderförmige Mantelfläche des Steuerventils 20 erfüllt die Funktion eines Ventilgehäuses 22. Dabei ist der Außendurchmesser des Ventilgehäuses 22 dem Innendurchmesser des Abtriebselements 3 angepasst.
Das Steuerventil 20 ist mit vier Anschlüssen A, B, P, T versehen, wobei drei der Anschlüsse A, B, P als radiale Öffnungen in der zylinderförmigen Mantelfläche des Ventilgehäuses 22 ausgebildet sind. Der Zulaufanschluss P ist derart an dem Ventilgehäuse 22 ausgebildet, dass dieser im montierten Zustand des Steuerventils 20 innerhalb der Aufnahme 18 der Nockenwelle 3a angeordnet ist. Die Aufnahme 18 der Nockenwelle 3a ist derart ausgebildet, dass zwischen der Zentralschraube 17 und einer Innenmantelfläche der Aufnahme 18 ein Ringkanal 24 ausgebildet ist, welcher nockenwellenendseitig von der Zentralschraube 17 verschlossen ist. Der Ringkanal 24 kommuniziert einerseits mit dem Zulaufanschluss P und andererseits über Radialbohrungen 25, die im Bereich eines Nockenwellenlagers 26 an der Nockenwelle 3a ausgebildet sind, mit einer nicht dargestellten Druckmittelpumpe.
Der Zulaufanschluss P und die Arbeitsanschlüsse A, B sind zueinander axial versetzt angeordnet, wobei der Zulaufanschluss P auf der nockenwellenzugewandten Seite der Arbeitsanschlüsse A, B angeordnet ist. Daraus resultiert der Vorteil, dass auf aufwändige Druckmittelleitungen innerhalb des Abtriebselements 3 oder des Ventilgehäuses 22, wie im Stand der Technik offenbart, verzichtet werden kann, die das Druckmittel an einem der Arbeitsanschlüsse A, B in axialer Richtung vorbeileiten, ohne direkt mit diesem zu kommunizieren. Die Leitung des Druckmittel erfolgt, wie noch zu beschreiben ist, mittels eines Druckmittelleiteinsatzes 27 innerhalb des Steuerventils 20.
Die Arbeitsanschlüsse A, B kommunizieren, wie in 2a dargestellt, mit Ringkanälen 3b, die an der Zentralbohrung 4b des Abtriebselements 3 ausgebildet sind und über Druckmittelleitungen 3c mit den Druckkammern 14, 15 kommunizieren.
Innerhalb des Ventilgehäuses 22 ist ein im Wesentlichen hohlzylindrisch ausgeführter Druckmittelleiteinsatz 27 angeordnet, wobei der Außendurchmesser des Druckmittelleiteinsatzes 27 dem Innendurchmesser des Ventilgehäuses 22 angepasst ist. Der Druckmittelleiteinsatz 27 liegt einenends an einer am Ventil gehäuse 22 ausgebildeten Schulter 28 an und ist anderenends mittels eines Sicherungsrings 29 axial innerhalb des Ventilgehäuses 22 positioniert. Die nockenwellenseitige axiale Öffnung des Druckmittelleiteinsatzes 27 steht in direkter Verbindung mit dem Zulaufanschluss P, wobei wie in 3 dargestellt, zwischen dem Zulaufanschluss P und dem Druckmittelleiteinsatz 27 ein Filterelement 27a (in diesem Fall ein Ringfilterelement) und/oder ein Rückschlagventil 27b angeordnet sein kann. Mittels des Filterelements 27a, wird verhindert, dass mit dem in das Steuerventil 20 eintretenden Druckmittel Schmutzpartikel in das Steuerventil 20 gelangen, wodurch sowohl das Steuerventil 20 als auch die Vorrichtung 1 wirkungsvoll vor Funktionsstörungen geschützt werden. Die Implementierung des Rückschlagventils 27b verbessert in verschiedenen Betriebspunkten einer Brennkraftmaschine 100 die Funktion der Vorrichtung 1 erheblich. Das Ansprechverhalten und die Verstellgeschwindigkeit der Vorrichtung 1 können erhöht und ein Leerlaufen der Vorrichtung 1 während der Betriebspausen der Brennkraftmaschine 100 vermieden werden.
Innerhalb des Druckmittelleiteinsatzes 27 ist ein Federlager 30 angeordnet, welches die axiale Bohrung des Druckmittelleiteinsatzes 27 in axialer Richtung druckdicht verschließt und an dem sich ein Federelement 31 abstützt, welches einen Schließkörper 32 des Rückschlagventils 27b mit einer Axialkraft beaufschlagt.
In axialer Richtung zwischen dem der Nockenwelle 3a zugewandten Endes des Druckmittelleiteinsatzes 27 und dem Federlager 30 sind in der zylinderförmigen Mantelfläche des Druckmittelleiteinsatzes 27 erste Radialöffnungen 33a vorgesehen. Jede der ersten Radialöffnungen 33a mündet in einen Druckmittelkanal 34, welcher als an der Außenmantelfläche des Druckmittelleiteinsatzes 27 ausgebildete, sich in axialer Richtung erstreckende Vertiefung ausgeführt ist. Jeder Druckmittelkanal 34 mündet an der von der Nockenwelle 3a abgewandten Seite des Federlagers 30 über je eine zweite Radialöffnung 33b in das Innere des Druckmittelleiteinsatzes 27.
Des Weiteren sind dritte und vierte Radialöffnungen 33c, 33d an dem Druckmittelleiteinsatz 27 ausgebildet, die mit jeweils einem der Arbeitsanschlüsse A, B kommunizieren. Dabei ist vorgesehen, dass die dritten und vierten Radialöff nungen 33c, 33d relativ zu den ersten Radialöffnungen 33a, den zweiten Radialöffnungen 33b und den Druckmittelkanälen 34 in Umfangsrichtung versetzt zueinander angeordnet sind (3a). Die dritten und vierten Radialöffnungen 33c, 33d können entweder direkt, oder über weitere an dem Druckmittelleiteinsatz 27 ausgebildete, im Wesentlichen axial verlaufende zweite Druckmittelkanäle 34 mit den Arbeitsanschlüsse A, B kommunizieren. Dadurch ist es möglich die Arbeitsanschlüsse A, B versetzt zu den dritten und vierten Radialöffnungen 33c, 33d anzuordnen, wobei weitere Freiheitsgrade bei der Auslegung des Ventilgehäuses 22 vorhanden sind.
Innerhalb des Druckmittelleiteinsatzes 27 ist ein im Wesentlichen hohlzylindrisch ausgeführter Steuerkolben 35 axial verschiebbar angeordnet. Der Steuerkolben 35 wird nockenwellenseitig mittels eines Kolbendruckfederelements 36 mit einer axialen Kraft beaufschlagt, wobei sich das Kolbendruckfederelement 36 an einem Kolbenfederlager 30, welches einteilig mit dem Federlager 30 ausgebildet ist, und dem Steuerkolben 35 abstützt.
Wie in 2a zu erkennen ist, ist an der von der Nockenwelle 3a abgewandten Seite des Steuerventils 20 eine elektrische Stelleinheit 37 ausgebildet, die über eine Stößelstange 38 den Steuerkolben 35 gegen die Kraft des Kolbendruckfederelements 36 in axialer Richtung verschieben kann.
Der Steuerkolben 35 ist als im Wesentlichen hohlzylindrisches Bauteil ausgeführt, wobei an dessen Außenmantelfläche zwei Steuerabschnitte 39 größeren Außendurchmessers ausgebildet sind, welche durch eine Ringnut 40 voneinander getrennt sind. Dabei ist vorgesehen, dass die zweiten Radialöffnungen 33b im Bereich der Ringnut 40 in das Innere des Druckmittelleiteinsatzes 27 münden. Der Außendurchmesser der Steuerabschnitte 39 ist dem Innendurchmesser des Druckmittelleiteinsatzes 27 angepasst, wodurch über die zweiten Radialöffnungen 33b in die Ringnut 40 geleitetes Druckmittel, abhängig von der relativen Stellung des Steuerkolbens 35 zum Druckmittelleiteinsatz 27, zu den dritten oder den vierten Radialöffnungen 33c, 33d und damit zu den Arbeitsanschlüsse A, B gelangen kann.
Das Innere des Steuerkolbens 35 kommuniziert nockenwellenseitig über eine axiale Öffnung 41 mit dem Inneren des Druckmittelleiteinsatzes 27 und andererseits über radiale Öffnungen 41 mit dem Äußeren der Zentralschraube 17.
Im Folgenden wird auf die Funktionsweise des Steuerventils 20 eingegangen. Über das Nockenwellenlager 26 und die Radialbohrungen 25 kann von einer nicht dargestellten Druckmittelpumpe gefördertes Druckmittel in den Ringkanal 24 gelangen. Von dort tritt das Druckmittel über den Zulaufanschluss P in das Innere des Ventilgehäuses 22 ein, durchtritt das Filterelement 27a und gelangt unter Zurückdrängung des Schließkörpers 32 in die axiale Bohrung des Druckmittelleiteinsatzes 27. Anschließend wird das Druckmittel über die erste Radialöffnung 33a, den Druckmittelkanal 34 und die zweite Radialöffnung 33b in die Ringnut 40 des Steuerkolbens 35 geleitet. Abhängig von der Stellung des Steuerkolbens 35 gelangt das Druckmittel nun über die dritten oder vierten Radialöffnungen 33c, 33d entweder zum ersten oder zum zweiten Arbeitsanschluss A, B und von dort zu den jeweiligen Druckkammern 14, 15 der Vorrichtung 1. Von den Druckkammern 14,15 zurückströmendes Druckmittel tritt über den jeweiligen Arbeitsanschluss A, B und die korrespondierende Radialöffnung 33c, 33d in das Innere des Druckmittelleiteinsatzes 27 ein. Über den Arbeitsanschluss A eintretendes Druckmittel wird über das Innere des Steuerkolbens 35 und die Radialöffnungen 41 zu einem nicht dargestellten Druckmittelreservoir der Brennkraftmaschine 100 geleitet. Über den Arbeitsanschluss B eintretendes Druckmittel gelangt direkt an dem von der Nockenwelle 3a abgewandten Steuerabschnitt 39 vorbei zu dem Druckmittelreservoir.
Der Druckmittelleiteinsatz 27 kann wie in der in 3 dargestellten Ausführungsform einteilig beispielsweise aus einem geeigneten Stahl, Aluminium oder Kunststoff hergestellt sein. Dabei kann beispielsweise vorgesehen sein den Druckmittelleiteinsatz 27 mittels eines spanlosen Formgebungsverfahrens oder mittels eines Spritzgussverfahres herzustellen.
In der dargestellten Ausführungsform ist das Federlager 30 als separates Bauteil ausgebildet, welches nachträglich in der Bohrung des Druckmittelleiteinsat zes 27 befestigt wird. Dabei ist es beispielsweise denkbar das Federlager 30 als spanloses Umformteil auszubilden und kraft- oder stoffschlüssig mit dem Druckmittelleiteinsatz 27 zu verbinden. Alternativ dazu kann das Federlager 30 während des Spritzgussprozesses in den Druckmittelleiteinsatz 27 eingegossen werden. Ebenso denkbar ist eine einteilige Ausbildung des Federlagers 30 mit dem Druckmittelleiteinsatz 27.
Da weder der Druckmittelleiteinsatz 27 noch das Ventilgehäuse 22 bezüglich einer Längsachse des Steuerventils 20 rotationssymmetrisch ausgebildet sind, sind vorteilhafterweise Mittel zur Verdrehsicherung der beiden Bauteile gegeneinander vorgesehen. Dies kann beispielsweise mittels einer Feder-Nut Verbindung 43 realisiert werden. Die Feder-Nut Verbindung 43 dient gleichzeitig als Montagehilfe, und stell sicher, dass der Druckmittelleiteinsatz 27 nur in einer, der korrekten, Orientierung innerhalb des Ventilgehäuses 22 montiert werden kann.
Das Rückschlagventil 27b bzw. das Filterelement 27a können separat zum Druckmittelleiteinsatz 27 oder einteilig mit diesem ausgebildet sein. Im Falle einer separaten Ausbildung wird vorgeschlagen das Filterelement 27a bzw. das Rückschlagventil 27b mittels einer stoffschlüssigen Verbindung, wie beispielsweise Ultraschallschweißen, mit dem Druckmittelleiteinsatz 27 zu verbinden.
4 zeigt eine weitere erfindungsgemäße Ausführungsform eines Steuerventils 20, wobei diese in weiten Teilen identisch zu der in 3 dargestellten Ausführungsform ist. Im Unterschied zur ersten Ausführungsform sind in dieser Ausführungsform die Druckmittelkanäle 34 als Vertiefungen oder Langnuten an der Innenmantelfläche des Ventilgehäuses 22 ausgebildet. An dem Druckmittelleiteinsatz 27 sind lediglich die Radialöffnungen 33a–33d ausgebildet.
In 5 ist eine weitere erfindungsgemäße Ausführungsform eines Steuerventils 20 dargestellt, wobei der Druckmittelleiteinsatz 27 in diesem Fall zweiteilig, in Form eines inneren und eines äußeren hülsenförmigen Bauteils 44, 45 ausgebildet ist. Sowohl das innere als auch das äußere hülsenförmige Bauteil 44, 45 weisen die zueinander ausgerichteten dritten Radialöffnungen 33c auf. Die vierten Radialöffnungen 33d sind nur in dem inneren hülsenförmigen Bauteil 44 ausgebildet und münden in zweite Druckmittelkanal 34, die an dem äußeren hülsenförmigen Bauteil 45 ausgeformt sind. Die ersten Radialöffnungen 33a sind ausschließlich im äußeren hülsenförmigen Bauteil 45 und die zweiten Radialöffnungen 33b sind ausschließlich im inneren hülsenförmigen Bauteil 44 ausgebildet. Sowohl die ersten, als auch die zweiten Radialöffnungen 33b münden in die Druckmittelkanäle 34. Diese sind in diesem Fall als Langlöcher 46 ausgeführt, welche an der Mantelfläche des äußeren hülsenförmigen Bauteils 45 ausgebildet sind. Die Druckmittelkanäle 34 werden radial nach außen durch die Innenmantelfläche des Ventilgehäuses 22 und radial nach innen durch das innere hülsenförmige Bauteil 44 begrenzt.
5a zeigt den Druckmittelleiteinsatz 27 der in 5 dargestellten Ausführungsform eines Steuerventils 20 in einer vergrößerten Schnittdarstellung, wobei die Schnittebene von der in 5 abweicht. Das Federlager 30 kann in dieser Ausführungsform sowohl als separates Bauteil, wie in 5 dargestellt, oder, wie in 5a dargestellt einteilig mit dem inneren hülsenförmigen Bauteil 44 ausgebildet sein. Die einteilige Ausführungsform kann beispielsweise mittels eines spanlosen Umformprozesses aus einem geeigneten Stahlblechrohling hergestellt werden.
In der in 5a dargestellten Ausführungsform eines Druckmittelleiteinsatzes 27 ist das Filterelement 27a separat zu diesem ausgebildet, wobei ein Rahmen 47 des Filterelements 27a mittels einer stoffschlüssigen Verbindung mit dem Druckmittelleiteinsatz 27 verbunden ist. In der dargestellten Ausführungsform wirkt der Rahmen 47 des Filterelements 27a als Ventilsitz für einen nicht dargestellten Schließkörper 32.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist das äußere hülsenförmige Bauteil 45 als Kunststoffspritzgussteil hergestellt, wobei das aus einem Stahlblech gefertigte innere hülsenförmige Bauteil 44 während des Spritzgussprozesses des äußeren hülsenförmigen Bauteils 45 von diesem umspritzt wird.
Ebenso denkbar sind verschiedene andere Werkstoffpaarungen, wobei kraftstoff- oder formschlüssige Verbindungen zwischen den beiden hülsenförmigen Bauteilen 44, 45 in Frage kommen.
Durch die Verwendung des vorgeschlagenen Druckmittelleiteinsatzes 27 zwischen dem Ventilgehäuse 22 und dem Steuerkolben 35 eines Steuerventils 20 und die Ausbildung von im Wesentlichen axial verlaufenden Druckmittelkanälen 34 innerhalb des Steuerventils 20 mit Hilfe des Druckmittelleiteinsatzes 27 lassen sich praktisch beliebige Öllogiken zwischen Anschlüssen A, B, P, T realisieren, ohne den axialen Bauraumbedarf, den Herstellungsaufwand und die Herstellungskosten des Steuerventils 20 nennenswert zu erhöhen. Die benötigten Druckmittelkanäle 34 können während des Formgebungsprozesses des Druckmittelleiteinsatzes 27 kostenneutral in diesen eingebracht werden. Neben der in den Ausführungsbeispielen gezeigten Ausführungsformen wäre es beispielsweise ebenso denkbar, dass die Druckmittelkanäle 34 den Ablaufanschluss T mit dem Inneren des Druckmittelleiteinsatzes 27 verbinden, während Druckmittel über einen axialen Zulaufanschluss P innerhalb des Steuerkolben 35 entweder zum Arbeitsanschluss A oder dem Arbeitsanschluss B geleitet werden kann.
Zusätzlich zu der Verbindung des Arbeitsanschlusses P mit dem Inneren des Druckmittelleiteinsatzes 27 über erste Druckmittelkanäle 34 können ebenso, wie beispielsweise in den 3 und 3a dargestellt, die Arbeitsanschlüsse A, B über zweite Druckmittelkanäle 34 und die dritten bzw. vierten Radialöffnungen 33c, 33d mit dem Inneren des Druckmittelleiteinsatzes 27 kommunizieren.
Durch die Ausbildung der Druckmittelkanäle 34 an einer Grenzfläche zwischen dem Druckmittelleiteinsatz 27 und dem Ventilgehäuse 22 kann der Herstellungsaufwand des Druckmittelleiteinsatzes 27 weiter verringert werden. Weiterhin können zur Fertigung des Druckmittelleiteinsatzes 27 weitere Werkstoffe, wie beispielsweise Stahlbleche verwendet werden.
Die Verwendung der einfach auszubildenden und günstig herzustellenden Druckmittelkanäle 34 an der Grenzfläche zwischen dem Druckmittelleiteinsatz 27 und dem Ventilgehäuse 22 ermöglicht die Darstellung verschiedenster Öllogiken. Gleichzeitig werden die Freiheitsgrade bei der Konzipierung der einzelnen Komponenten der Steuerventile 20, wie beispielsweise des Ventilgehäuses 22 signifikant erhöht.
Anstatt der sonst üblichen aufwändigen konstruktiven Maßnahmen in den Umgebungskonstruktionen des Steuerventils 20 oder im Steuerventil 20 selbst, um den Zulaufanschluss P, der in der Regel zwischen den beiden Arbeitsanschlüssen A und B angeordnet ist, mit der Druckmittelpumpe zu verbinden, wird in diesem Ausführungsbeispiel der Volumenstrom mittels eines kostengünstig herzustellenden Druckmittelleiteinsatzes 27 innerhalb des Steuerventils 20 geleitet.
Speziell im Falle von Zentralventilen hat dies den Vorteil, dass die bewährte interne Ausführungsform eines Steuerventils 20 beibehalten werden kann, wobei aufwändige und kostenintensive Druckmittelführungen innerhalb des Abtriebselements 3 der Vorrichtung 1 oder einer Nockenwelle 3a oder dem Ventilgehäuse 22 des Steuerventils 20 entfallen können.
Die in dem Druckmittelleiteinsatz 27 ausgebildeten Druckmittelkanäle 34 erlauben es die Anschlüsse A, B, P, T nahezu beliebig an dem Ventilgehäuse 22 anzuordnen. Das Ventilgehäuse 22 kann also der Umgebungskonstruktion angepasst werden und nicht umgekehrt.
Weiterhin kann durch die Integration von weiteren Funktionalitäten in den Druckmittelleiteinsatz 27, wie beispielsweise Filterelemente 27a oder Rückschlagventile 27b, die Performance des Steuerventils 20 und damit Vorrichtung 1, die durch das Steuerventil 20 angesteuert wird, erhöht werden. Dabei werden die Kosten und der Montageaufwand durch die Integration der Zusatzfunktionen kaum erhöht.
Bei entsprechender Auslegung des Druckmittelleiteinsatzes 27 und der Ventilaufnahme 4a wäre es ebenso eine Ausführungsform ohne Ventilgehäuse 22 denkbar. In diesem Fall würden die Druckmittelkanäle 34 an einer Grenzfläche zwischen dem Druckmittelleiteinsatz 27 und der Umgebungskonstruktion, beispielsweise dem Abtriebselement 3, einer Nockenwelle 3a, die in das Abtriebselement 3 eingreift oder einer an einem Zylinderkopf oder einem Zylinderkopfdeckel ausgebildeten Ventilaufnahme, ausgebildet. Im Falle eines Zentralventils müsste sichergestellt werden, dass das Steuerventil 20 mit allen Druckmittelleitungen 3c aller Druckkammern kommuniziert. Dies könnte beispielsweise dadurch gelöst werden, dass pro Druckmittelleitung 3c entweder eine dritte oder vierte Radialöffnung 33c, 33d am Druckmittelleiteinsatz 27 ausgebildet ist, wobei diese Radialöffnungen 33c, 33d an den Öffnungen der Druckmittelleitungen 3c auszurichten wären. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, nur einen Druckmittelkanal 34 auszubilden, der den Zulaufanschluss P mit dem Inneren des Druckmittelleiteinsatzes 27 verbindet. An der restlichen Umfangsfläche des Druckmittelieiteinsatzes 27 können in diesem Fall zwei axial zueinander versetzt angeordnete Umfangsnuten vorgesehen sein, die jeweils einerseits mit den dritten oder vierten Radialöffnungen 33c, 33d und andererseits mit den Druckmittelleitungen 3c der ersten oder zweitem Druckkammern 14, 15 kommunizieren.

1: Vorrichtung
1a: Stellvorrichtung
2: Stator
3: Abtriebselement
3a: Nockenwelle
3b: Ringkanal
3c: Druckmittelleitung
4: Radnabe
4a: Ventilaufnahme
4b: Zentralbohrung
5: Antriebsrad
6: Flügel
7: innere Umfangswand
8: äußere Umfangswand
9: Seitenwand
10: Druckraum
11: Gehäuse
12: Dichtscheibe
13: Boden
14: erste Druckkammer
15: zweite Druckkammer
16: Öffnung
16a: Schweißverbindung
17: Zentralschraube
18: Aufnahme
19: Anschraubbund
19a: gestufter Bereich
20: Steuerventil
21: Aufnahme
22: Ventilgehäuse
24: Ringkanal
25: Radialbohrung
26: Nockenwellenlager
27: Druckmittelleiteinsatz
27a: Filterelement
27b: Rückschlagventil
28: Schulter
29: Sicherungsring
30: Federlager
31: Federelement
32: Schließkörper
33a: erste Radialöffnung
33b: zweite Radialöffnung
33c: dritte Radialöffnung
33d: vierte Radialöffnung
34: Druckmittelkanal
35: Steuerkolben
36: Kolbendruckfederelement
37: Stelleinheit
38: Stößelstange
39: Steuerabschnitt
40: Ringnut
41: Öffnung
43: Feder-Nut-Verbindung
44: inneres hülsenförmiges Bauteil
45: äußeres hülsenförmiges Bauteil
46: Langloch
47: Rahmen
100: Brennkraftmaschine
101: Kurbelwelle
102: Kolben
103: Zylinder
104: Zugmitteltrieb
105: Zugmitteltrieb
106: Einlassnockenwelle
107: Auslassnockenwelle
108: Nocken
109: Nocken
110: Einlassgaswechselventil
111: Auslassgaswechselventil
A: Arbeitsanschluss
B: Arbeitsanschluss
P: Zulaufanschluss
T: Ablaufanschluss

Claims

Steuerventil (20) für eine Vorrichtung (1) zur variablen Einstellung der Steuerzeiten von Gaswechselventilen (110, 111) einer Brennkraftmaschine (100) mit – einem hohl ausgeführten Ventilgehäuse (22), – das mindestens einen Zulaufanschluss (P), mindestens einen Ablaufanschluss (T) und mindestens zwei Arbeitsanschlüsse (A, B) aufweist, und – mit einem Steuerkolben (30), dadurch gekennzeichnet, dass – innerhalb des Ventilgehäuses (22) ein hohl ausgeführter Druckmittelleiteinsatz (27) angeordnet und mindestens ein, im Wesentlichen in axialer Richtung verlaufender Druckmittelkanal (34) ausbildet ist, – wobei der Druckmittelkanal (34) von dem Druckmittelleiteinsatz (27) zumindest teilweise umgriffen wird, – wobei der Druckmittelkanal (34) mit mindestens einem der Anschlüsse (A, B, P, T) und über eine Radialöffnung (33b–d) mit dem Inneren des Druckmittelleiteinsatzes (27) kommuniziert und – wobei der Steuerkolben (35) innerhalb des Druckmittelleiteinsatzes (27) angeordnet ist.
Steuerventil (20) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die äußeren Abmessungen des Druckmittelleiteinsatzes (27) den inneren Abmessungen des Ventilgehäuses (22) angepasst sind und dass der Druckmittelkanal (34) an der Grenzfläche zwischen dem Ventilgehäuse (22) und dem Druckmittelleiteinsatz (27) ausgebildet ist.
Steuerventil (20) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1) mittels einer Zentralschraube (17) an einer Nockenwelle (3a) befestigt ist und das Ventilgehäuse (22) einteilig mit der Zentralschraube (17) ausgebildet ist.
Steuerventil (20) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Druckmittelkanal (34) als Vertiefung an einer Innenmantelfläche des Ventilgehäuses (22) ausgebildet ist, wobei eine Außenmantelfläche des Druckmittelleiteinsatzes (27) den Druckmittelkanal (34) radial nach innen begrenzt und das Innere des Druckmittelleiteinsatzes (27) über eine an diesem ausgebildete Radialöffnung (33b–d) mit dem Druckmittelkanal (34) kommuniziert.
Steuerventil (20) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Druckmittelkanal (34) als Vertiefung an einer Außenmantelfläche des Druckmittelleiteinsatzes (27) ausgebildet ist, wobei eine Innenmantelfläche des Ventilgehäuses (22) den Druckmittelkanal (34) radial nach außen begrenzt und der Druckmittelkanal (34) über eine am Druckmittelleiteinsatz (27) ausgebildete Radialöffnung (3b–d) mit dessen Inneren kommuniziert.
Steuerventil (20) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckmittelleiteinsatz (207) zumindest ein inneres und ein äußeres hülsenförmiges Bauteil (44, 45) umfasst und dass der mindestens eine Druckmittelkanal (34) als Langloch in einer Wandung des äußeren hülsenförmigen Bauteils (45) des Druckmittelleiteinsatzes (27) ausgebildet ist, wobei eine Innenmantelfläche des Ventilgehäuses (22) den Druckmittelkanal (34) radial nach außen und das innere hülsenförmige Bauteil (44) des Druckmittelleiteinsatzes (27) den Druckmittelkanal (34) radial nach innen begrenzt und der Druckmittelkanal (34) über eine an dem inneren hülsenförmigen Bauteil (44) ausgebildete Radialöffnung (33b–d) mit dem Inneren des Druckmittelleiteinsatzes (27) kommuniziert.
Steuerventil (20) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckmittelleiteinsatz (27) einstückig und aus Stahl ausgebildet ist.
Steuerventil (20) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckmittelleiteinsatz (27) einstückig und aus Kunststoff ausgebildet ist.
Steuerventil (20) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das innere hülsenförmige Bauteil (44) separat zum äußeren hülsenförmigen Bauteil (45) hergestellt und mittel einer kraft- oder formschlüssigen Verbindung oder einer Klebeverbindung mit diesem verbunden ist.
Steuerventil (20) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das äußere hülsenförmige Bauteil (45) als Spritzgussteil hergestellt und das innere hülsenförmige Bauteil (44) als Einlegebauteil ausgebildet ist, das während des Spritzgussprozesses des äußeren hülsenförmigen Bauteils (45) von diesem umspritzt wird.
Steuerventil (20) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckmittelkanal (34) den Zulaufanschluss (P) mit dem Inneren des Druckmittelleiteinsatz (27) verbindet.
Steuerventil (20) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb des Steuerventils (20) stromaufwärts zu dem Druckmittelkanal (34) ein Rückschlagventil (27b) angeordnet ist.
Steuerventil (20) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb des Steuerventils (20} stromaufwärts zu dem Druckmittelkanal (34) ein Filterelement (27a) angeordnet ist.
Steuerventil (20) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Rückschlagventil (27b) einen von einem Federelement (31) mit einer Kraft beaufschlagten Schließkörper (32) aufweist, wobei sich das Federelement (31) an einem einteilig mit dem Druckmittelleiteinsatz (27) ausgebildeten Federlager (30) abstützt.
Steuerventil (20) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Rückschlagventil (27b) einen von einem Federelement (31) mit einer Kraft beaufschlagten Schließkörper (32), ein Federlager (30) und einen Ventilsitz aufweist, wobei zumindest das Federlager (30) oder der Ventilsitz als zum Druckmittelleiteinsatz separates Bauteil ausgebildet ist.
Steuerventil (20) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kolbendruckfederelement (36) vorgesehen ist, welches den Steuerkolben (35) in einer axialen Richtung mit einer Kraft beaufschlagt, wobei sich dieses an einem einteilig mit dem Druckmittelleiteinsatz (27) ausgebildeten Kolbenfederlager (30) abstützt.
Steuerventil (20) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kolbendruckfederelement (36) vorgesehen ist, welches den Steuerkolben (35) in einer axialen Richtung mit einer Kraft beaufschlagt, wobei sich dieses an einem separat zum Druckmittelleiteinsatz (27) ausgebildeten Kolbenfederlager (30) abstützt.
Steuerventil (20) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl ein Kolbenfederlager (30) als auch ein einteilig mit diesem ausgebildetes Federlager (30) vorgesehen ist.
Steuerventil (20) nach einem der Ansprüche 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Filterelement (27a) und/oder Teile des Rückschlagventils (27b) stoffschlüssig mit dem Druckmittelleiteinsatz (27) verbunden sind.
Steuerventil (20) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckmittelleiteinsatz (27) ortsfest zum Ventilgehäuse (22) innerhalb des Ventilgehäuses (22) angeordnet ist.
Steuerventil (20) nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass am Druckmittelleiteinsatz (27) und am Ventilgehäuse (22) formschlüssige Mittel (43) vorgesehen sind, die zur axialen Fixierung des Druckmittelleiteinsatzes (27) zum Ventilgehäuse (22) und/oder deren ortsfester Fixierung in Umfangsrichtung dienen.