DE102007042046A1

DE102007042046A1 - Antriebsmotor mit einem Nockenwellenversteller mit einem elektromagnetischen Hydraulikventil

Info

Publication number: DE102007042046A1
Application number: DE200710042046
Authority: DE
Inventors: Marius Cornea; Andre Selke; Thorsten Fischer
Original assignee: Hydraulik Ring GmbH
Current assignee: Hilite Germany GmbH
Priority date: 2007-09-05
Filing date: 2007-09-05
Publication date: 2009-03-12

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Zylinderkopf (1) mit eingeschraubtem elektromagnetischen Hydraulikventil (6) mit einem Metallblechgehäuse (33), das - einerseits einen Vierkant oder Sechskant (7) für ein Werkzeug und - andererseits ein Gewinde (8) zum Verschrauben mit dem Zylinderkopf (1) aufweist. Dieser Aufbau ermöglicht eine einfache Montage und Demontage des Hydraulikventils (6).

Description

Die Erfindung betrifft gemäß dem einteiligen Patentanspruch 1 einen Antriebsmotor mit einem Nockenwellenversteller mit einem elektromagnetischen Hydraulikventil.
Aus der DE 198 53 670 A1 ist bereits ein elektromagnetisches Hydraulikventil bekannt, welches eine Buchse und einen innerhalb dieser angeordneten Kolben mit Steuerkanten aufweist. Dieses als so genanntes Cartridgeventil ausgeführte Hydraulikventil findet Anwendung bei einem Nockenwellenversteller.
Die EP 1 025 343 B1 beschreibt eine so genannte Ablaufkantensteuerung, bei der auf die beiden in entgegengesetzten Drehrichtungen wirksamen Druckkammern eines Nockenwellenverstellers mittels eines Hydraulikventils ein Druck aufgebracht wird.
Die PCT/EP2007/051768 und die PCT/EP2007/051754 beschreiben eine Bypassleitung zwischen den beiden entgegen gerichteten Druckkammern eines Nockenwellenverstellers, welche den Druck von der zu entlastenden Druckkammer unmittelbar in die zu belastende Druckkammer leitet, so dass es zu einer besonders schnellen Verstellung unter Ausnutzung von Wechselmomenten an der Nockenwelle kommt.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Antriebsmotor mit einer besonders wartungsfreundlichen Nockenwellenverstellung zu schaffen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen von Patentanspruch 1 gelöst.
Gemäß einem Vorteil der Erfindung weist das Hydraulikventil ein kostengünstiges Metallblechgehäuse auf, welches einerseits ein Gewinde und andererseits einen Formschlussangriffsbereich – wie beispielsweise einen Sechskant oder einen Vierkant – trägt. Damit kann die Kraft von einem Werkzeug über den Formschlussangriffsbereich in das Gewinde eingeleitet werden. Ferner kann das Hydraulikventil wartungsfreundlich sowohl bei der Montage als auch im Servicefall montiert und demontiert werden. Wird das Hydraulikventil in einen Bereich des Zylinderkopfes eingeschraubt, so kann das Hydraulikventil montiert oder demontiert werden, ohne den Zylinderkopfdeckel entfernen zu müssen. Um die hohen Drücke am Druckanschluss des Hydraulikventils aufzunehmen, ist das Hydraulikventil in einen massiven Bereich des Zylinderkopfes eingeschraubt. Bei diesem massiven Bereich des Antriebsmotors handelt es sich beispielsweise um ein Gussteil, welches auch die Gaswechselventile trägt. Ferner kann es sich bei dem massiven Bereich um einen Teil der Nockenwellenlagerung handeln, welches beispielsweise als Gussteil oder als ein Schmiedeteil ausgeführt sein kann.
In besonders vorteilhafter Weise ist das Metallblechgehäuse einteilig, so dass die Kraft vom Formschlussangriffsbereich direkt in das Gewinde eingeleitet wird. Jedoch ist auch eine mehrteilige Form des Metallblechgehäuses möglich.
Das Ventil kann als Cartridgeventil, als direktlaufendes Ventil oder als Pilotventil ausgeführt sein. Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung ist das Cartridgeventil. Bei einem solchen in der DE 198 53 670 A1 gezeigten Cartridgeventil ist eine Buchse mit Öffnungen vorgesehen, innerhalb derer ein Kolben mit Steuerkanten längsverschieblich geführt ist. Diese Buchse ist direkt oder indirekt mit dem Metallblechgehäuse verbunden. Infolge toleranzbedingter Fluchtungsabweichungen zwischen dem Gewinde und der Längsachse einer die Buchse aufnehmenden Aufnahmebohrung wird eine radiale Kraft in die Buchse eingeleitet, welche bestrebt ist, die Buchse gegen das Metallblechgehäuse zu verkippen. Dies kann bei geringen Passungsspiel zwischen der Buchse und dem Kolben zum Klemmen des Kolbens führen. In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist demzufolge ein geringes axiales und radiales Spiel an der Verbindung zwischen der Buchse und dem Metallblechgehäuse vorgesehen, welches eine begrenzte Kippeligkeit zwischen der Buchse und dem Metallblechgehäuse ermöglicht. Insbesondere das axiale Spiel wird dabei minimal gehalten, so dass die Funktion des Hydraulikventils nicht gefährdet ist.
Das Hydraulikventil kann in einen Lagerdeckel der Nockenwelle, oder ein anderes im Inneren des Zylinderkopfes befindendes Teil, eingeschraubt werden. Die Abdichtung gegenüber dem Zylinderkopfdeckel erfolgt über eine am Metallblechgehäuse anliegende Dichtung.
Dadurch, dass das Hydraulikventil erfindungsgemäß von außen in den Zylinderkopf oder in ein anderes Motoranbauteil direkt eingeschraubt werden kann, bietet die Erfindung insbesondere bei beengten Bauraumverhältnissen Vorteile.
Eine Anordnung des Hydraulikventils ohne Bauraumbedarf in der Höhe hat den Vorteil, dass Anforderungen an den passiven Fußgängerschutz erfüllt werden, da ausreichend Freiraum zwischen dem Zylinderkopfdeckel und der Motorhaube zur Verfügung steht. So kann das Hydraulikventil beispielsweise in Einbaulage waagerecht ausgerichtet sein. Es kann jedoch auch senkrecht, im Winkel oder einer beliebigen anderen Lage ausgerichtet sein.
Weitere Vorteile der Erfindung gehen aus den weiteren Patentansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung vor.
Die Erfindung ist nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Dabei zeigen
1 in einer geschnittenen Ansicht einen Teilbereich eines Antriebsmotors im Bereich des Zylinderkopfes, wobei dieser Bereich ein Hydraulikventil umfasst,
2 das Hydraulikventil aus 1 als Einzelteil,
3 ein Detail III aus 2 in einer geschnittenen Ansicht, wobei dieses Detail ein Metallblechgehäuse umfasst,
4 das Metallblechgehäuse aus 2 und 3 als Einzelteil,
5 das Metallblechgehäuse aus 4 in einem perspektivischen Schnitt, nachdem ein Gehäusekragen radial nach innen verstemmt wurde,
6 den Gehäusekragen gemäß 5 in einem Detail,
7 das fertig montierte Hydraulikventil und
8 ein Detail aus 1 in einem Eintrittsbereich des Hydraulikventils in den Zylinderkopf.
1 zeigt in einer geschnittenen Ansicht einen Teilbereich eines Antriebsmotors im Bereich des Zylinderkopfes 1. Dieser Zylinderkopf 1 weist ein aus massivem Gussmetall bestehendes Zylinderkopfhauptgehäuse 2 auf, dass die nicht näher dargestellten Gaswechselventile aufnimmt. Ferner umfasst der Zylinderkopf 1 ein ebenfalls aus massivem Metall bestehendes Nockenwellenlager 3. Dieses Nockenwellenlager 3 wird ständig mit Öl zur Schmierung und zur Kühlung versorgt. Der Austritt von Öl wird mittels eines Zylinderkopfdeckels 4 verhindert, der mittels einer nicht näher dargestellten Dichtung gegenüber dem Zylinderkopfhauptgehäuse 2 abgedichtet ist. Der Zylinderkopfdeckel 4 weist ein Öffnung 5 auf, durch die ein elektromagnetisches Hydraulikventil 6 mit Spiel eingesteckt ist. Das Hydraulikventil 6 weist

– einerseits einen Formschlussangriffsbereich 7 für ein Werkzeug und
– andererseits ein Außengewinde 8

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3 zeigt dabei in einem Schnitt ein Detail III aus 2, welches das Hydraulikventil 6 als Einzelteil darstellt. Innerhalb der Buchse 11 ist der teilweise ebenfalls in 3 ersichtliche Kolben 30 in der Längsbohrung 28 geführt. Der Kolben 30 weist mehrere Steuerkanten auf, wie diese beispielsweise aus der DE 198 53 670 A1 bekannt sind. Mit diesen Steuerkanten ist ein von der in 1 ersichtlichen mittigen Querbohrung 13 kommender Hydraulikdruck auf

– die Querbohrung 12 oder
– die Querbohrung 14 oder
– gemäß einer in der EP 1 025 343 B1 beschriebenen Ablaufkantensteuerung zu unterschiedlichen Anteilen auf beide Querbohrungen 12 und 14

3 zeigt ferner einen Teilbereich eines elektromagnetischen Aktors des Hydraulikventils 6. Dieser Aktor umfasst unter anderem einen Anker 31, welcher innerhalb eines Polkerns 32 linear verschieblich geführt ist und am Kolben 30 anliegt, so dass der Kolben 30 je nach Bestromung einer Spule verschiedene Stellungen zur Verteilung des Hydraulikdrucks auf die Ringkanäle 18, 19, 20 einnehmen kann. Der Aktor ist umgeben und gehalten von einem Metallblechgehäuse 33, welches mittels einer Dichtung 34 gegenüber dem Polkern 32 abgedichtet ist. In das Metallblechgehäuse 33 ist ferner das besagte Außengewinde 8 eingearbeitet. Am Ende läuft das Metallblechgehäuse 33 zu einer radial nach innen gerichteten Bördelung 35 aus, welche mit Spiel in eine umlaufende Außennut 36 der Buchse 11 eingreift und damit die Buchse 11 kippelig aufnimmt. Mittels dieser Kippeligkeit werden Fluchtungsfehler zwischen dem Außengewinde 8 bzw. dem Innengewinde 10 und der Aufnahmebohrung 9 ausgeglichen.
Wie in 1 ersichtlich ist, weist das Hydraulikventil 6 an einem aus dem Zylinderkopfdeckel heraus ragenden Ende einen Gehäusekragen 37 auf, der eine Sechskant-Form hat. Diese Sechskant-Form bildet somit den besagten Formschlussangriffsbereich 7 für einen Sechskantschlüssel. Mit diesem nicht näher dargestellten Sechskantschlüssel kann das Hydraulikventil 6 in das Innengewinde 10 eingeschraubt und zum Austausch des Hydraulikventils 6 gegebenenfalls auch aus diesem herausgeschraubt werden. Der Gehäusekragen 37 mit Sechskant-Form ist dabei detailliert in 4 ersichtlich.
Um die innerhalb des Metallblechgehäuses 33 angeordnete elektrische Spule des Aktors zu fixieren bzw. deren Kräfte abzustützen, wird das Metallblechgehäuse 33 gemäß 4 nach dem Einsetzen der Spule am Gehäusekragen 37 radial nach innen verstemmt. Die dabei entstehenden Verstemmungen 38 sind in 5 dargestellt, welche das Metallblechgehäuse 33 in einem perspektivischen Schnitt zeigt. 6 zeigt eine dieser Verstemmungen 38 am Gehäusekragen 37 in einem Detail.
7 zeigt den fertig verstemmten Gehäusekragen 37 mit zuvor eingesetzter Spule. Diese Spule ist dabei in ein Kunststoffteil 39 eingespritzt, welches einteilig mit dem Anschlussstecker 40 ausgeführt ist. Die elektrischen Kontakte 41a, 41b von der Spule zum Anschlussstecker 40 sind dabei ebenfalls in das Kunststoffteil 39 eingespritzt. Die drei Verstemmungen 38 greifen dabei über einen vollzylindrischen Teil des Kunststoffteils 39 und sind umfangsmäßig gleichmäßig verteilt.
8 zeigt ein Detail aus 1 in einem Eintrittsbereich des Hydraulikventils 6 in den Zylinderkopf. Die Öffnung 5 im Zylinderkopfdeckel 4 weist dabei einen Dichtring 42 gegenüber dem Hydraulikventil 6 auf. Dieser Dichtring 42 liegt einerseits am Zylinderkopfdeckel 4 an und wird mittels eines Halteblechs 43 gehalten. Dieses Halteblech 43 kann an den Zylinderkopfdeckel 4 angeschweißt oder auch angeschraubt sein.
Der Dichtring 42 ist dabei mit dessen Außenbereich in das Halteblech 43 eingesetzt und weist auf der Innenseite drei radial nach innen gerichtete Dichtlippen 44, 45, 46 auf, die umfangsmäßig an der Mantelfläche des Metallblechgehäuses 33 anliegen. Mittels dieses Dichtringes 42 wird sichergestellt, dass weder Öl nach außen dringen kann noch Schmutz eindringen kann.
In 2 sind noch Siebe 47, 48, 49 ersichtlich, welche derart in die Ringkammern 18, 19, 20 eingesetzt sind, dass zwischen dem Hydraulikventil 6 und den Querbohrungen 12, 13, 14 grobe Schmutzpartikel abgehalten werden. Damit wird das Hydraulikventil 6 und insbesondere dessen elektromagnetischer Aktor vor Schmutz geschützt. Diese Siebe 47, 48, 49 sind ringförmige Lochbleche gemäß DE 10144289 B4 und sind im radialen Außenbereich der Ringkammern 18, 19, 20 angeordnet. Dabei sind die Lochbleche funktionsmäßig zwischen
den besagten Querbohrungen 12, 13, 14 im Nockenwellenlager 3 bzw. im Zylinderkopf und
den Öffnungen 25, 26, 27 im Grund der Ringkammern 18, 19, 20 angeordnet.
Mit dem Hydraulikventil 6 wird die Winkelstellung eines Antriebsrades – insbesondere eines von der Kurbelwelle über ein Getriebe angetriebenen Zahnrades – zu einer in dem Nockenwellenlager 3 gelagerten Nockenwelle eingestellt. Dazu ist zwischen dem Antriebsrad und der Nockenwelle ein Nockenwellenversteller – insbesondere ein Flügelzellennockenwellenversteller – angeordnet. Dessen entgegengerichtete Druckkammern erhalten über das Hydraulikventil 6 Druck von den Steuerkanälen A und B. Dazu wird der Druck des Öldruckanschlusses P vom Hydraulikventil 6 auf die beiden Steuerkanäle A, B verteilt bzw. nur ein Steuerkanal A oder B beaufschlagt. Dies ist beispielsweise in der PCT/EP2007/051768 und der PCT/EP2007/051754 dargestellt.
Das besagte Antriebsrad muss nicht ein Zahnrad für eine Kette sein. Beispielsweise kann es sich auch um ein Riemenrad für einen Zahnriemen handeln.
Der Hydraulikkreis ist im dargestellten Ausführungsbeispiel ein gemeinsamer Kreislauf mit dem Motoröl, weshalb das Ausführungsbeispiel auf Öl verweist. Bei getrennten Kreisläufen ist auch ein beliebiges anderes Hydraulikfluid möglich.
Anstelle der drei umfangsmäßig verteilten Verstemmungen 38 kann auch nur eine oder eine andere Anzahl von Verstemmungen vorgesehen sein.
Der Formschlussangriffsbereich muss nicht mit einem Sechskant oder einen Vierkant ausgebildet sein. Es sind auch spezielle Formen möglich. Beispielsweise können als Werkzeug spezielle Gabelschlüssel oder ein Werkzeugschlüssel für ein Keilwellenprofil vorgesehen sein, um das Hydraulikventil ein- oder auszuschrauben. Der Formschlussangriffsbereich am Hydraulikventil weist in diesem Fall eine zum Werkzeug korrespondiere Form auf.
Das massive Metall des Nockenwellenlagers kann sowohl ein Gussmetall als auch ein Schmiedestahl sein.
Hingegen kann der Zylinderkopfdeckel aus Metallblech oder Kunststoff sein, um ein geringes Gewicht und niedrige Herstellungskosten zu verwirklichen. Ebenso ist es möglich, den Zylinderkopfdeckel aus einem dünnwandigen Leichtmetalldruckguss zu fertigen.
Das Hydraulikventil muss nicht mit dem Nockenwellenlager verschraubt sein. Es kann mit einem beliebigen anderen massiven Teil des Zylinderkopfes verschraubt sein. So kann das Ventil beispielsweise auch mit dem massiven Zylinderkopfhauptgehäuse direkt verschraubt sein.
Die Dichtung des Hydraulikventils gegenüber dem Zylinderkopfdeckel kann auch am Hydraulikventil angeordnet sein, so dass bei jedem Wechsel des Hydraulikventils auch eine neue Dichtung Einsatz findet. Beispielsweise kann die Dichtung als Dichtring in einer Aufnahmenut oder an einem Absatz des Metallblechgehäuses angeordnet sein. Der Dichtring muss nicht drei Dichtlippen aufweisen. Es ist auch nur eine Dichtlippe oder eine beliebige andere Anzahl von Dichtlippen möglich.
Das Ventil kann als Cartridgeventil, als direktlaufendes Ventil oder als Pilotventil ausgeführt sein.
Die Dichtrippen 21, 22, 23 zum Abdichten der Ringkammern 18, 19, 20 gegeneinander können auch mit umlaufenden Ringnuten versehen sein, die jeweils einen O-Ring aufnehmen. Damit lässt sich eine besonders druckbelastbare Dichtung gegenüber der Innenwand 24 herstellen, so dass besonders hohe Drücke für die Nockenwellenverstellung verwirklicht werden können.
Der Nockenwellenversteller kann mit axial wirksamen Kolben oder als Flügelzellennockenwellenversteller ausgeführt sein.
Im Hydraulikventil kann eine Bypassleitung vorgesehen sein, die einen Hydraulikdruck unmittelbar von einer zu entlastenden Druckkammer in die zu belastende Druckkammer des Nockenwellenversteller leitet, wie dies beispielsweise in der PCT/EP2007/051768 und der PCT/EP2007/051754 dargestellt ist.
Bei den beschriebenen Ausführungsformen handelt es sich nur um beispielhafte Ausgestaltungen. Eine Kombination der beschriebenen Merkmale für unterschiedliche Ausführungsformen ist ebenfalls möglich. Weitere, insbesondere nicht beschriebene Merkmale der zur Erfindung gehörenden Vorrichtungsteile, sind den in den Zeichnungen dargestellten Geometrien der Vorrichtungsteile zu entnehmen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 19853670 A1 [0002, 0009, 0025]
- EP 1025343 B1 [0003, 0025]
- EP 2007/051768 [0004, 0033, 0045]
- EP 2007/051754 [0004, 0033, 0045]
- DE 10144289 B4 [0032]

Claims

Antriebsmotor mit einem Nockenwellenversteller mit einem elektromagnetischen Hydraulikventil (6), welches ein Metallblechgehäuse (33) für einen elektromagnetischen Aktor aufweist, das – einerseits einen Formschlussangriffsbereich (7) für ein Werkzeug und – andererseits ein Gewinde (8) zum Verschrauben des Hydraulikventils (6) mit einem massiven Guss- oder Schmiedegehäuseteil des Antriebsmotors aufweist.
Antriebsmotor nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Hydraulikventil (6) als Cartridgeventil mit einer Buchse (11) ausgeführt ist, welche voneinander getrennten Öffnungen (25, 26, 27) aufweist, innerhalb derer ein Kolben (30) vom elektromagnetischen Aktor verschieblich angeordnet ist, so dass der hydraulische Druck je nach Stellung des Kolbens (30) zu verschiedenen Anteilen auf die Öffnungen (25, 26, 27) leitbar ist.
Antriebsmotor nach Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die voneinander getrennten Öffnungen (25, 26, 27) mittels bewegungsfest an der Buchse (11) angeordneten umlaufenden Dichtrippen (21, 22, 23) voneinander getrennt sind.
Antriebsmotor nach Patentanspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die voneinander getrennten Öffnungen (25, 26, 27) in – einen Steuerkanal (A) zur Druckbeaufschlagung zumindest einer in eine Drehrichtung wirksamen Druckkammer des Nockenwelleverstellers – einen Steuerkanal (B) zur Druckbeaufschlagung zumindest einer in eine entgegengesetzte Drehrichtung wirksamen Druckkammer des Nockenwelleverstellers und – einen Öldruckanschluss (P) zur Druckversorgung der beiden Steuerkanäle (A, B) führen.
Antriebsmotor nach Patentanspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Hydraulikventil (6) als Hydraulikfluid Motoröl verwendet, wobei zumindest ein Sieb (47, 48, 49) im Hydraulikkreislauf vorgesehen ist.
Antriebsmotor nach Patentanspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtrippen (21, 22, 23) drei Ringkammern (18, 19, 20) voneinander trennen, in welche jeweils ein Sieb (47 bzw. 48 bzw. 49) eingesetzt ist.
Antriebsmotor nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Hydraulikventil (6) durch einen Zylinderkopfdeckel (4) gesteckt ist, wobei eine Dichtung des Hydraulikventils (6) gegenüber dem Zylinderkopfdeckel (4) vorgesehen ist.
Antriebsmotor nach Patentanspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtung ein Dichtring (42) ist, welcher in einer Aufnahme des Zylinderkopfdeckels (4) eingesetzt ist und einen Innenraum des Antriebsmotors abdichtet, indem zumindest eine Dichtlippe (44, 45, 46) umfangsmäßig an einer Mantelfläche des Metallblechgehäuses (33) anliegt.
Antriebsmotor nach Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein geringes axiales und radiales Spiel an der Verbindung zwischen der Buchse (11) und dem Metallblechgehäuse (33) vorgesehen ist, welches eine begrenzte Kippeligkeit zwischen der Buchse (11) und dem Metallblechgehäuse (33) ermöglicht.
Antriebsmotor nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Hydraulikventil (6) in eine Aufnahmebohrung (9) eingesetzt ist, an deren einem Ende ein Innengewinde (10) für die Verschraubung mit dem Hydraulikventil (6) und an deren anderem Ende ein Austrittskanal für den Tankabfluss (T) vorgesehen ist.
Antriebsmotor nach Patentanspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtung ein Dichtring ist, welcher an einer Aufnahme des Metallblechgehäuses aufgenommen ist und einen Innenraum des Antriebsmotors abdichtet, indem zumindest eine Dichtlippe umfangsmäßig an einer Bohrung des Zylinderkopfdeckels anliegt.