DE102007053688A1

DE102007053688A1 - Steuerventilanordnung für Nockenwellenversteller und mit dieser ausgerüsteter Nockenwellenversteller

Info

Publication number: DE102007053688A1
Application number: DE200710053688
Authority: DE
Inventors: Michael Busse; Joachim Dietz; Andreas Strauss
Original assignee: Schaeffler KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2007-11-10
Filing date: 2007-11-10
Publication date: 2009-05-14

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Steuerventilanordnung für einen Nockenwellenversteller einer Brennkraftmaschine, welche umfasst: ein hydraulisches Steuerventil zur Steuerung von Druckmittelströmen mit einem hohlzylindrischen Ventilgehäuse und einem im Ventilgehäusehohlraum axial verschiebbar aufgenommenen zylindrischen Steuerkolben, wobei das Ventilgehäuse mit wenigstens drei axial beabstandeten radialen Arbeitsanschlüssen, einem radialen Druckmittelanschluss und wenigstens einem Ablaufanschluss versehen ist, die jeweils in den Ventilgehäusehohlraum münden, wobei der Steuerkolben so ausgebildet isein erster Arbeitsanschluss und ein dritter Arbeitsanschluss mit dem Druckmittelanschluss und zugleich ein zweiter Arbeitsanschluss mit dem Ablaufanschluss oder der erste Arbeitsanschluss und der zweite Arbeitsanschluss mit dem Druckmittelanschluss und zugleich der dritte Arbeitsanschluss mit dem Ablaufanschluss fluidleitend verbindbar sind; eine das Ventilgehäuse umgebende Ventilhülse, welche mit einem ersten radialen Hülsenanschluss versehen ist, der über eine erste Druckmittelleitung mit dem ersten Arbeitsanschluss fluidleitend verbunden ist, wobei sich der erste radiale Hülsenanschluss wenigstens teilweise auf axialer Höhe des zweiten Arbeitsanschlusses befindet.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung liegt auf dem technischen Gebiet der Nockenwellenversteller und betrifft eine Steuerventilanordnung für einen Nockenwellenversteller sowie einen mit einer solchen Steuerventilanordnung ausgerüsteten Nockenwellenversteller.
Stand der Technik
In Brennkraftmaschinen werden die Gaswechselventile durch die Nocken einer durch die Kurbelwelle in Drehung versetzten Nockenwelle betätigt. Hierbei hat es sich als zweckmäßig erwiesen, wenn während des Betriebs der Brennkraftmaschine in Abhängigkeit des aktuellen Betriebszustands auf die Steuerzeiten der Gaswechselventile Einfluss genommen wird, was durch eine Änderung der relativen Drehlage zwischen Nocken- und Kurbelwelle erreicht werden kann. Hinlänglich bekannt ist die diesbezügliche Verwendung von Vorrichtungen zur Änderung und Fixierung der relativen Drehlage zwischen Nocken- und Kurbelwelle, welche gemeinhin als "Nockenwellenversteller" bezeichnet werden.
Nockenwellenversteller umfassen ein über ein Antriebsrad mit der Kurbelwelle in Antriebsverbindung stehendes Antriebsteil und ein nockenwellenfestes Abtriebsteil, sowie einen zwischen An- und Abtriebsteil geschalteten beispielsweise hydraulischen Stellantrieb, welcher das Drehmoment der Kurbelwelle vom Antriebsteil auf das Abtriebsteil überträgt und hierbei eine Verstellung oder Fixierung der relativen Drehlage zwischen An- und Abtriebsteil ermöglicht.
Nockenwellenversteller können beispielsweise als hydraulische Rotationskolbenversteller gestaltet sein (auch bekannt unter der Bezeichnung "Flügelzellenversteller"), bei denen das Antriebsteil als Außenrotor ("Stator") und das Abtriebsteil als ein zum Außenrotor konzentrischer und zu diesem drehverstellbaren Innenrotor ("Rotor") ausgebildet sind. Im radialen Zwischenraum zwischen Stator und Rotor sind Druckräume geformt, in die jeweils ein beispielsweise mit dem Rotor verbundenes Dichtelement ragt, wodurch jeder Druckraum in zwei Druckkammern geteilt wird. Durch gezielte Druckbeaufschlagung der jeweils auf einer selben Seite befindlichen Druckkammern, das heißt durch Erzeugen einer Druckdifferenz über den Druckkammern eines jeweiligen Druckraums, kann der Rotor gegen den Stator verdreht werden, wodurch eine Änderung der relativen Drehlage zwischen Nockenwelle und Kurbelwelle bewirkt wird. Andererseits kann eine relative Drehlage fixiert werden.
Um zu verhindern, dass an der Nockenwelle auftretende Wechsel- oder Schleppmomente auf den Stator übertragen werden, kann eine Verriegelungseinrichtung zur drehfesten Verriegelung von Stator und Rotor in einer so genannten Basisposition, in der Stator und Rotor eine gewünschte Drehlage einnehmen, vorgesehen sein. Eine solche Verriegelungseinrichtung umfasst beispielsweise einen in einer Ausnehmung des Rotors aufgenommenen Verriegelungspin, der durch eine Feder in Axialenrichtung aus dem Rotor gedrängt wird und zur Verriegelung in Basisposition in eine vom Stator geformte Verriegelungskulisse greifen kann, wodurch eine formschlüssige mechanische Verbindung zwischen Rotor und Stator geschaffen wird. Der Verriegelungspin wird gewöhnlich hydraulisch entriegelt, indem die Verriegelungskulisse mit Druckmittel gefüllt, der Kolben stirnseitig mit Druck beaufschlagt und entgegen der einwirkenden Federkraft in seine Aufnahme im Rotor zurückgedrängt wird. Zu diesem Zweck sind beispielsweise in einer Seitenfläche des Rotors in die Verriegelungskulisse mündende Druckmittelleitungen vorgesehen, die mit wenigstens einer Druckkammer in Strömungsverbindung stehen. Alternativ kann die Verriegelungskulisse auch separat mit Druckmittel gespeist werden, was den Vorteil hat, dass die Verriegelungskulisse mit einem spezifischen Druck beaufschlagt werden kann.
Derartige Nockenwellenversteller sind beispielsweise in den Druckschriften DE 20 2005 008 264 U1 , EP 1596040 A2 , DE 10 2005 013 141 A1 und DE 19908934 A1 der Anmelderin beschrieben.
Eine Steuerung des hydraulischen Nockenwellenverstellers erfolgt durch eine Steuereinheit, welche auf Basis von erfassten Kenndaten der Brennkraftmaschine den Zu- und Abfluss von Druckmittel zu bzw. von den Druckkammern steuert. Die Druckmittelströme werden durch ein von der Steuereinheit gesteuertes hydraulisches Steuerventil geregelt.
Derartige hydraulische Steuerventile zur Steuerung der Druckmittelströme für Nockenwellenversteller sind als solche hinlänglich bekannt und beispielsweise in der europäischen Patentanmeldung EP 1596041 A2 , der deutschen Offenlegungsschrift DE 10239207 A1 und der deutschen Offenlegungsschrift DE 10 2004 038 252 A2 der Anmelderin beschrieben.
Ein im Stand der Technik bekanntes hydraulisches Steuerventil in einem hydraulischen Rotationskolbenversteller mit hydraulischer Verriegelungseinrichtung, das eine separate Druckmittelversorgung des Verriegelungspins ermöglicht, wird nun unter Bezugnahme auf 3 näher erläutert.
Demnach umfasst das insgesamt mit der Bezugszahl 101 bezeichnete Steuerventil ein hohlzylindrisches Ventilgehäuse 102, das einen nicht näher dargestellten Gehäusehohlraum mit einer axialen Hohlraumöffnung 103 umgibt. Das Ventilgehäuse 102 ist symmetrisch bezüglich seiner Zylinderachse 104 aufgebaut. Im Ventilgehäusehohlraum ist ein nicht näher dargestellter Steuerkolben axial verschieb bar aufgenommen, an dessen Stirnfläche ein teilweise dargestellter Stößel 105 angreift, der an einem Magnetanker eines Elektromagneten 132 starr befestigt ist. Wenn der Magnetanker bestromt wird, wird der Stößel 105 in axialer Richtung bewegt und verschiebt hierbei den Steuerkolben entgegen der Federkraft einer in 3 nicht dargestellten Druckfeder.
Das Ventilgehäuse 102 ist an seiner Außenumfangsfläche mit fünf axial beabstandeten Ringnuten 107–109 versehen, in die jeweils, gleichmäßig um den Umfang verteilt, in Form von Radialbohrungen ausgebildete Radialöffnungen 111–115 eingearbeitet sind. In dem Steuerventil 101 von 3 dient eine erste Ringnut 106 als ein erster Arbeitsanschluss (Pin), eine zweite Ringnut 107 als ein zweiter Arbeitsanschluss (B), eine dritte Ringnut 108 als ein radialer erster Ablaufanschluss (T₁), eine vierte Ringnut 109 als ein dritter Arbeitsanschluss (A) und eine fünfte Ringnut 110 als Druckmittelanschluss (P). Zudem dient die axiale Hohlraumöffnung 103 des Ventilgehäuses 102 als axialer zweiter Ablaufanschluss (T₂).
Um die Druckmittelströme zu regeln, sind in die Außenumfangsfläche des Steuerkolbens eine Mehrzahl Ringnuten eingearbeitet, die so ausgebildet sind, dass wahlweise, je nach axialer Position des Steuerkolbens, entweder der erste Arbeitsanschluss und der dritte Arbeitsanschluss mit dem Druckmittelanschluss und zugleich der zweite Arbeitsanschluss mit dem radialen ersten Ablaufanschluss (1. Variante) oder aber der erste Arbeitsanschluss und der zweite Arbeitsanschluss mit dem Druckmittelanschluss und zugleich der dritte Arbeitsanschluss mit dem radialen ersten Ablaufanschluss (2. Variante) oder aber der erste Arbeitsanschluss mit dem axialen zweiten Ablaufanschluss und zugleich der zweite Arbeitsanschluss mit dem Druckanschluss und zugleich der dritte Arbeitsanschluss mit dem radialen ersten Ablaufanschluss (3. Variante) oder aber der erste Arbeitsanschluss mit dem axialen zweiten Ablaufanschluss und zugleich der zweite Arbeitsanschluss mit dem radialen ersten Arbeitsanschluss und zugleich der dritte Arbeitsanschluss mit dem Druckanschluss (4. Variante) fluidleitend verbindbar sind.
Aufbau und die Anordnung eines solchen Steuerkolbens zur Steuerung der Druckmittelströme in der beschriebenen Weise sind dem Fachmann geläufig, so dass sich hier eine weltergehende Darstellung und Erläuterung erübrigt.
Das in 3 dargestellte Steuerventil 101 ist als so genanntes Zentralventil in einem Hohlraum 116 einer Nockenwelle 117 aufgenommen. Im axialen Bereich der ersten bis vierten Ringnuten 106–109 sitzt ein in 3 lediglich teilweise dargestellter Rotor 118 der Nockenwelle 117 drehfest auf, welcher zu diesem Zweck mittels einer Schweißnaht 120 mit der Nockenwelle 117 verschweißt ist. Weiterhin ist die Nockenwelle 117 in einer Zylinderkopföffnung 121 des Zylinderkopfes 119 der Brennkraftmaschine drehbar gelagert.
Die ersten bis fünften Ringnuten 106–110 des Ventilgehäuses 102 gehen in radialer Richtung jeweils in erste bis fünfte (in Form von Radialbohrungen ausgebildete) Nockenwelle-Radialöffnungen 122–126 der Nockenwelle 117 über, wobei die ersten bis vierten Nockenwelle-Radialöffnungen 122–125 in radialer Richtung jeweils in Rotor-Druckmittelleitungen 127–130 übergehen. Die fünfte Nockenwelle-Radialöffnung 126 geht in eine im Zylinderkopf 119 geformte Zylinderkopf-Radialöffnung 131 über, welche zu diesem Zweck nockenwellenseitig in eine nicht näher dargestellte Ringnut mündet, da die Nockenwelle 117 während des Betriebs der Brennkraftmaschine innerhalb der Öffnung 121 des Zylinderkopfes 119 gedreht wird.
Wie weiter oben bereits dargestellt wurde, können durch das Steuerventil 101 die Druckmittelströme insbesondere so geregelt werden, dass entweder der erste Arbeitsanschluss und der zweite Arbeitsanschluss oder aber der erste Arbeitsanschluss und der dritte Arbeitsanschluss jeweils mit dem Druckmittelanschluss verbunden sind, während der jeweils andere Arbeitsanschluss mit dem radialen ersten Ablaufanschluss verbunden ist. Im erstgenannten Fall werden beispielsweise die in Drehrichtung nachlaufenden Druckkammern B und zugleich die Verriegelungskulisse des Verriegelungspins zu dessen hydraulischer Entriegelung mit Druckmittel gespeist, während die in Drehrichtung vorlaufenden Druckkammern A mit dem radialen ersten Ablaufanschluss verbunden sind, wohingegen im zweitge nannten Fall die Druckkammern A und zugleich die Verriegelungskulisse des Verriegelungspins zu dessen hydraulischer Entriegelung mit Druckmittel gespeist werden, während die Druckkammern B mit dem radialen ersten Ablaufanschluss verbunden sind.
In der in 3 gezeigten Bauform des Steuerventils 101 ist neben den beiden radialen Arbeitsanschlüssen zur Versorgung der beiden Druckkammern A und B noch ein weiterer radialer Arbeitsanschluss zur hydraulischen Entriegelung des Verriegelungspins angeordnet. Der erste Arbeitsanschluss zur separaten hydraulischen Versorgung des Verriegelungspins mit Druckmittel erfordert einen separaten radialen Anschluss im Rotor 118 (realisiert durch die erste Rotor-Druckmittelleitung 127), was in nachteiliger Weise mit einer Vergrößerung der axialen Abmessung des Rotors 118 einhergeht. Hierdurch erhöhen sich der axiale Bauraum und das Gewicht des Rotors, wodurch insbesondere die Fertigungskosten des Nockenwellenverstellers in unerwünschter Weise erhöht werden.
Zusammenfassung der Erfindung
Aufgabe der Erfindung
Demgegenüber besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine Steuerventilanordnung für einen Nockenwellenversteller zur Verfügung zu stellen, durch welche die genannten Nachteile vermieden werden können.
Lösung der Aufgabe
Diese und weitere Aufgaben werden nach dem Vorschlag der Erfindung durch eine Steuerventilanordnung für einen Nockenwellenversteller bzw. einen mit einer solchen Steuerventilanordnung ausgerüsteten Nockenwellenversteller mit den Merkmalen der nebengeordneten Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind durch die Merkmale der Unteransprüche angegeben.
Erfindungsgemäß ist eine Steuerventilanordnung für einen Nockenwellenversteller gezeigt. Die Steuerventilanordnung umfasst ein hydraulisches Steuerventil zur Steuerung von Druckmittelströmen mit einem hohlzylindrischen Ventilgehäuse und einem im Ventilgehäusehohlraum axial verschiebbar aufgenommenen zylindrischen Steuerkolben.
Das Ventilgehäuse ist mit wenigstens drei, axial voneinander beabstandeten (bezogen auf die Längsrichtung des Ventilgehäuses bzw. dessen Axialenrichtung), radialen Arbeitsanschlüssen, einem radialen Druckmittelanschluss und wenigstens einem Ablaufanschluss versehen, wobei diese Anschlüsse jeweils in den Ventilgehäusehohlraum münden. Die radialen Anschlüsse des Ventilgehäuses können jeweils in Form einer Ringnut mit eingearbeiteten Radialöffnungen, die in den Ventilgehäusehohlraum münden, ausgebildet sein.
In dem erfindungsgemäße Steuerventil ist der Steuerkolben so ausgebildet, dass durch dessen Axialverschiebung, je nach axialer Position des Steuerkolbens, entweder der erste Arbeitsanschluss und der dritte Arbeitsanschluss mit dem Druckmittelanschluss und zugleich der zweite Arbeitsanschluss mit dem wenigstens einen Ablaufanschluss oder aber der erste Arbeitsanschluss und der zweite Arbeitsanschluss mit dem Druckmittelanschluss und zugleich der dritte Arbeitsanschluss mit dem wenigstens einen Ablaufanschluss fluidleitend verbunden sind. Insbesondere kann der Steuerkolben so ausgebildet sein, dass zusätzlich zu den genannten Steuermöglichkeiten durch Axialverschiebung des Steuerkolbens der erste Arbeitsanschluss mit dem wenigstens einen Ablaufanschluss und zugleich der zweite Arbeitsanschluss oder der dritte Arbeitsanschluss mit dem Druckmittelanschluss und der jeweils andere Arbeitsanschluss mit dem wenigstens einen Ablaufanschluss fluidleitend verbindbar sind.
Verfügt das Steuerventil über zwei Ablaufanschlüsse, beispielsweise einen radialen ersten Ablaufanschluss und einen axialen zweiten Ablaufanschluss, so kann der Steuerkolben insbesondere so ausgebildet sein, dass durch dessen Axialverschiebung, je nach axialer Position des Steuerkolbens, entweder der erste Arbeitsanschluss und der dritte Arbeitsanschluss mit dem Druckmittelanschluss und zugleich der zweite Arbeitsanschluss mit dem radialen ersten Ablaufanschluss (1. Variante) oder aber der erste Arbeitsanschluss und der zweite Arbeitsanschluss mit dem Druckanschluss und zugleich der dritte Arbeitsanschluss mit dem radialen ersten Ablaufanschluss (2. Variante) oder aber der erste Arbeitsanschluss mit dem axialen zweiten Ablaufanschluss und zugleich der zweite Arbeitsanschluss mit dem Druckanschluss und zugleich der dritte Arbeitsanschluss mit dem radialen ersten Ablaufanschluss (3. Variante) oder aber der erste Arbeitsanschluss mit dem axialen zweiten Ablaufanschluss und zugleich der zweite Arbeitsanschluss mit dem radialen ersten Arbeitsanschluss und zugleich der dritte Arbeitsanschluss mit dem Druckanschluss (4. Variante) fluidleitend verbunden sind.
Der erste Arbeitsanschluss des Steuerventils ist beispielsweise zur Verbindung mit einer Verriegelungsvorrichtung zum Zwecke einer hydraulischen Entriegelung eines zur drehfesten Verriegelung von An- und Abtriebsteil eines Nockenwellenverstellers in einer wählbaren Verriegelungsposition angeordneten Verriegelungspins vorgesehen. Der zweite Arbeitsanschluss kann zur Verbindung mit den auf einer gleichen Seite befindlichen Druckkammern (beispielsweise Druckkammern B) der Druckräume des hydraulischen Nockenwellenverstellers vorgesehen sein. Der dritte Arbeitsanschluss kann zur Verbindung mit den jeweils auf der anderen Seite befindlichen Druckkammern (beispielsweise Druckkammern A) der Druckräume des hydraulischen Nockenwellenverstellers vorgesehen sein. Der wenigstens eine Ablaufanschluss ist zur Verbindung mit einem Druckmitteltank vorgesehen. Der Druckmittelanschluss ist zur Verbindung mit einer Druckmittelpumpe zum Zuführen von Druckmittel zum Steuerventil bzw. Nockenwellenversteller vorgesehen.
Die Steuerventilanordnung umfasst weiterhin eine das Ventilgehäuse wenigstens auf einem Teil ihrer axialen Länge umgebende Ventilhülse. Die Ventilhülse ist mit einem an der Außenumfangsfläche der Ventilhülse mündenden ersten radialen Hülsenanschluss versehen, der über eine erste Druckmittelleitung mit dem ersten Arbeitsanschluss des Ventilgehäuses strömungstechnisch (fluidleitend) verbunden ist. Hierbei ist der erste Hülsenanschluss so angeordnet, dass er sich wenigstens teilweise, insbesondere vollständig, auf einer gleichen axialen Höhe (bezogen auf die Ventillängsrichtung bzw. Zylinderachse) wie der zweite Arbeitsanschluss des Ventilgehäuses befindet. Mit dem Ausdruck "axiale Höhe" soll hier und im Weiteren ein in axialer Richtung bemessener Abstand von einem wählbaren Bezugspunkt, der sich beispielsweise auf einer Stirnseite des Ventilgehäuses befindet, verstanden sein. Eine gleiche axiale Höhe bezeichnet demnach einen gleichen axialen Abstand vom Bezugspunkt, wohingegen eine verschiedene axiale Höhe einen verschiedenen Abstand vom Referenzpunkt angibt.
Durch die gewählte Bauweise, bei der sich der erste radiale Hülsenanschlusses wenigstens teilweise auf einer selben axialen Höhe wie der zweite Arbeitsanschlusses des Ventilgehäuses befindet, wird in vorteilhafter Weise ermöglicht, dass ein radialer Druckmittelanschluss des Abtriebteils (Rotor) für den ersten Arbeitsanschluss wenigstens teilweise auf einer selben axialen Höhe wie ein radialer Druckmittelanschluss des Rotors für den zweiten Arbeitsanschluss geformt werden kann, so dass die gesamte axiale Abmessung des Rotors gegenüber der gesamten axialen Abmessung eines Rotors einer herkömmlichen Steuerventilanordnung vermindert werden kann. Hierdurch kann in vorteilhafter Weise axialer Bauraum für den Rotor eingespart werden, der Rotor kann in axialer Richtung kleiner bemessen und damit leichter ausgeführt werden, wodurch Fertigungskosten eingespart werden können.
Gemäß vorteilhafter Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Steuerventilanordnung kann die Ventilhülse mit einem mit dem zweiten Arbeitsanschluss strömungstechnisch verbundenen zweiten radialen Hülsenanschluss, der sich wenigstens teilweise auf axialer Höhe des zweiten Arbeitsanschlusses befindet, und/oder mit einem mit dem dritten Arbeitsanschluss strömungstechnisch verbundenen dritten radialen Hülsenanschluss, der sich wenigstens teilweise auf axialer Höhe des dritten Arbeitsanschlusses befindet, und/oder mit einem mit dem Ablaufanschluss strömungstechnisch verbundenen vierten radialen Hülsenanschluss, der sich wenigstens teilweise auf axialer Höhe des Ablaufanschlusses befindet, und/oder mit einem mit dem Druckanschluss strömungstechnisch verbundenen fünften radialen Hülsenanschluss, der sich wenigstens teilweise auf axialer Höhe des Druckanschlusses befindet, versehen sein. Diese Ausgestaltungen der erfin dungsgemäßen Steuerventilanordnung ermöglichen eine besonders kompakte Bauweise der Steuerventilanordnung.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Steuerventilanordnung, bei welcher das Ventilgehäuse mit einem radialen ersten Ablaufanschluss und zusätzlich mit einem axialen zweiten Ablaufanschluss versehen ist, ist die Ventilhülse mit einer zweiten Druckmittelleitung versehen, die dazu dient, den radialen ersten Ablaufanschluss mit dem axialen zweiten Ablaufanschluss fluidleitend miteinander zu verbinden. In dieser Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Steuerventilanordnung ist lediglich ein Druckmitteltank für die beiden Ablaufanschlüsse vorzusehen, wodurch eine technische und bauliche Vereinfachung des Nockenwellenverstellers erreicht wird.
Die Erfindung erstreckt sich weiterhin auf einen hydraulischen Nockenwellenversteller einer Brennkraftmaschine, welcher ein Antriebsteil, das mit einer Kurbelwelle in Antriebsverbindung bringbar ist, und ein Abtriebsteil, welches mit mindestens einer Nockenwelle in Abtriebsverbindung bringbar ist und von dem Antriebsteil über einen hydraulischen Stellantrieb angetrieben wird, umfasst. Der hydraulische Stellantrieb umfasst mindestens einen Druckraum, der durch ein Dichtelement in ein Paar gegeneinander arbeitender hydraulischer Druckkammern geteilt wird. Zudem kann eine hydraulisch entriegelbare Verriegelungseinrichtung vorgesehen sein, durch welche An- und Abtriebsteil in einer Verriegelungsposition mechanisch verriegelbar sind. Der erfindungsgemäße Nockenwellenversteller umfasst eine wie oben beschriebene Steuerventilanordnung, wobei der zweite Arbeitsanschluss mit der einen Druckkammer und der dritte Arbeitsanschluss mit der anderen Druckkammer des wenigstens einen Druckraums fluidleitend verbunden ist. Ist eine hydraulische Verriegelungseinrichtung zur drehfesten Verriegelung von An- und Abtriebsteil angeordnet, so kann der erste Arbeitsanschluss mit der Verriegelungseinrichtung fluidleitend verbunden sein.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Nockenwellenverstellers sind das Antriebs- oder Abtriebsteil als Außenrotor und das entsprechend andere Teil als ein konzentrisch und drehbar verstellbar zum Außenrotor angeord neter Innenrotor ausgebildet. Hierbei ist es vorteilhaft, wenn der Innenrotor der Nockenwelle drehfest aufsitzt und die Steuerventilanordnung in einem Hohlraum der Nockenwelle aufgenommen ist, so dass das Steuerventil ein Zentralventil ist.
Die Erfindung erstreckt sich weiterhin auf eine Brennkraftmaschine mit einem wie oben beschriebenen Nockenwellenversteller.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird nun anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert, wobei Bezug auf die beigefügten Zeichnungen genommen wird. Gleiche bzw. gleich wirkende Elemente sind in den Zeichnungen mit gleichen Bezugszahlen bezeichnet.
Es zeigen:
1 eine Axialschnittansicht einer Steuerventilanordnung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
2 eine Axialschnittansicht einer Steuerventilanordnung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
3 eine Axialschnittansicht einer herkömmlichen Steuerventilanordnung.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
3, welche eine im Stand der Technik bekannte Steuerventilanordnung zeigt, wurde bereits in der Beschreibungseinleitung ausführlich erläutert, so dass sich hier eine weitere Beschreibung erübrigt.
Es wird nun Bezug auf 1 genommen, worin in einer Axialschnittansicht eine Steuerventilanordnung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt ist. Die Steuerventilanordnung ist in einen Nockenwellenversteller eingebaut, der in Form eines hydraulischen Rotationskolbenverstellers mit hydrau lisch entriegelbarer Verriegelungsvorrichtung zur drehfesten Verriegelung von Rotor und Stator in einer wählbaren Basisposition mittels eines Verriegelungspins ausgebildet ist.
Die Steuerventilanordnung umfasst ein Steuerventil 1 mit einem hohlzylindrischen Ventilgehäuse 2, das einen nicht näher dargestellten Gehäusehohlraum mit einer axialen Hohlraumöffnung 3 umgibt und symmetrisch bezüglich seiner Zylinderachse 4 aufgebaut ist.
Im Ventilgehäusehohlraum ist ein nicht näher dargestellter Steuerkolben axial verschiebbar aufgenommen. Wie im Zusammenhang mit 3 bereits eingehend erläutert wurde, kann der Steuerkolben in herkömmlicher Weise durch einen an seiner Stirnfläche angreifenden Stößel 45, der von einem Magnetanker eines Elektromagneten 44 bewegt werden kann, entgegen der Federkraft einer Druckfeder axial verschoben werden.
An seiner Außenumfangsfläche 30 ist das Ventilgehäuse 2 mit fünf, bezogen auf die Zylinderachse 4, axial voneinander beabstandeten Ringnuten versehen, nämlich eine erste Ringnut 6, eine zweite Ringnut 7, eine dritte Ringnut 8, eine vierte Ringnut 9 und eine fünfte Ringnut 10. In die erste Ringnut 6 sind, gleichmäßig um den Umfang verteilt, als Radialbohrungen ausgebildete erste Ventilgehäuse-Radialöffnungen 11 eingearbeitet, die jeweils in den Ventilgehäusehohlraum münden. In entsprechender Weise sind in die zweite Ringnut 7 als Radialbohrungen ausgebildete zweite Ventilgehäuse-Radialöffnungen 12, in die dritte Ringnut 8 als Radialbohrungen ausgebildete dritte Ventilgehäuse-Radialöffnungen 13, in die vierte Ringnut 9 als Radialbohrungen ausgebildete vierte Ventilgehäuse-Radialöffnungen 14 und in die fünfte Ringnut 11 als Radialbohrungen ausgebildete fünfte Ventilgehäuse-Radialöffnungen 15 eingearbeitet, die jeweils in den Ventilgehäusehohlraum münden.
In dem Steuerventil 1 von 1 dient die erste Ringnut 6 mit den ersten Ventilgehäuse-Radialöffnungen 11 als ein erster Arbeitsanschluss, welcher mit der Verdegelungsvorrichtung zur hydraulischen Entriegelung des Verriegelungspins in strö mungstechnischer Verbindung steht. In 1 ist dies durch die Angabe "Pin" gekennzeichnet.
Die zweite Ringnut 7 mit den zweiten Ventilgehäuse-Radialöffnungen 12 dient als ein zweiter Arbeitsanschluss, welcher mit den (in Drehrichtung des Rotors 18 nachlaufenden) Arbeitskammern B in Strömungsverbindung steht. In 1 ist dies durch die Angabe "B" gekennzeichnet.
Die dritte Ringnut 8 mit den dritten Ventilgehäuse-Radialöffnungen 13 dient als radialer erster Ablaufanschluss, welcher mit einem Druckmitteltank in Strömungsverbindung steht. In 1 ist dies durch die Angabe "T₁" gekennzeichnet.
Die vierte Ringnut 9 mit den vierten Ventilgehäuse-Radialöffnungen 14 dient als ein dritter Arbeitsanschluss, welcher mit den (in Drehrichtung des Rotors 18 vorauslaufenden) Arbeitskammern A in Strömungsverbindung steht. In 1 ist dies durch die Angabe "A" gekennzeichnet.
Die fünfte Ringnut 10 mit den fünften Ventilgehäuse-Radialöffnungen 15 dient als Druckmittelanschluss, welcher mit einer Druckmittelpumpe zur Versorgung des Nockenwellenverstellers mit Druckmittel in Strömungsverbindung steht. In 1 ist dies durch die Angabe "P" gekennzeichnet.
Die axiale Hohlraumöffnung 3 des Ventilgehäuses 2 dient als axialer zweiter Ablaufanschluss, welcher mit einem Druckmitteltank, beispielsweise mit demselben Druckmitteltank wie der radiale erste Ablaufanschluss T₁, in Strömungsverbindung steht. In 1 ist dies durch die Angabe "T₂" gekennzeichnet.
Der innerhalb des Ventilgehäuses 2 axial verschiebbar aufgenommene Steuerkolben, welcher in 1 nicht näher dargestellt ist, ist in Form eines Hohlkolbens ausgebildet. Um die Druckmittelströme zu regeln, sind im Außenumfang des Steuerkolbens eine Mehrzahl Ringnuten und diese begrenzende Steuerkanten eingearbeitet, die, falls erforderlich, mit in den Kolbenhohlraum mündenden Radialöffnungen versehen sein können. Die Ringnuten des Steuerkolbens sind hierbei so angeordnet, dass wahlweise, je nach axialer Position des Steuerkolbens, entweder
der erste Arbeitsanschluss Pin und der dritte Arbeitsanschluss A mit dem Druckmittelanschluss P und zugleich der zweite Arbeitsanschluss B mit dem radialen ersten Ablaufanschluss T₁ oder aber der erste Arbeitsanschluss Pin und der zweite Arbeitsanschluss B mit dem Druckmittelanschluss P und zugleich der dritte Arbeitsanschluss A mit dem radialen ersten Ablaufanschluss T₁ oder aber der erste Arbeitsanschluss Pin mit dem axialen zweiten Ablaufanschluss T₂ und zugleich der zweite Arbeitsanschluss B mit dem Druckanschluss P und zugleich der dritte Arbeitsanschluss A mit dem radialen ersten Ablaufanschluss T₁ oder aber der erste Arbeitsanschluss Pin mit dem axialen zweiten Ablaufanschluss T₂ und zugleich der zweite Arbeitsanschluss B mit dem radialen ersten Arbeitsanschluss T₁ und zugleich der dritte Arbeitsanschluss A mit dem Druckanschluss P fluidleitend verbunden sind.
Die konkrete Ausführung und Anordnung des Steuerkolbens ist dem Fachmann bekannt beziehungsweise kann im Rahmen des fachmännischen Könnens realisiert werden, so dass hier nicht näher darauf eingegangen werden muss.
Das Steuerventil 1 ist mit seiner Außenumfangsfläche 49 passgenau in einen Hohlraum 19 einer hohlzylindrischen Ventilhülse 5 eingesetzt, welche ihrerseits mit ihrer Außenumfangsfläche 21 in einen Hohlraum 16 einer Nockenwelle 17 drehfest eingepasst ist. Das in 1 dargestellte Steuerventil 1 ist somit als ein innerhalb der Nockenwelle 17 angeordnetes Zentralventil geformt.
Der Rotor 18 des hydraulischen Nockenwellenverstellers sitzt einer Außenumfangsfläche 20 der Nockenwelle 17 auf und ist mittels einer Schweißnaht 46 drehfest mit der Nockenwelle 17 verbunden. Die Nockenwelle 17 ist innerhalb einer Öffnung 47 des Zylinderkopfes 43 (bzw. eines zylinderkopffesten Bauteils) drehbar gelagert.
Unter Zwischenschaltung jeweiliger strömungstechnischer Verbindungen der Ventilhülse 5 sind die Ringnuten 6–10 des Ventilgehäuses 2 jeweils mit in Form von Radialbohrungen ausgebildeten Radialöffnungen der Nockenwelle 17 verbunden. So weist die Ventilhülse 5 eine in einen ersten radialen Hülsenanschluss 36 mündende erste Hülse-Druckmittelleitung 31 auf, welche die erste Ringnut 6 mit einer ersten Nockenwelle-Radialöffnung 22 strömungstechnisch verbindet. Die Ventilhülse 5 weist weiterhin eine in einen zweiten radialen Hülsenanschluss 37 mündende erste Ventilhülse-Radialöffnung 32 auf, welche die zweite Ringnut 7 mit einer zweiten Nockenwelle-Radialöffnung 23 strömungstechnisch verbindet. Weiterhin weist die Ventilhülse 5 eine in einen dritten radialen Hülsenanschluss 40 mündende zweite Ventilhülse-Radialöffnung 33 auf, welche die dritte Ringnut 8 mit einer dritten Nockenwelle-Radialöffnung 24 strömungstechnisch verbindet. Zudem weist die Ventilhülse 5 eine in einen vierten radialen Hülsenanschluss 41 mündende dritte Ventilhülse-Radialöffnung 34 auf, welche die vierte Ringnut 9 mit einer vierten Nockenwelle-Radialöffnung 25 strömungstechnisch verbindet. Darüber hinaus weist die Ventilhülse 5 eine in einen fünften radialen Hülsenanschluss 42 mündende vierte Ventilhülse-Radialöffnung 35 auf, welche die fünfte Ringnut 10 mit einer fünften Nockenwelle-Radialöffnung 26 strömungstechnisch verbindet.
Gleichermaßen ist der Rotor 18 mit einer Mehrzahl Druckmittelleitungen versehen, nämlich eine erste Rotor-Druckmittelleitung 27, die mit der ersten Nockenwelle-Radialöffnung 22 strömungstechnisch verbunden ist und in axialer Richtung mündet, eine in Form einer Radialbohrung ausgebildete zweite Rotor-Druckmittelleitung 28, die mit der zweiten Nockenwelle-Radialöffnung 23 strömungstechnisch verbunden ist, eine dritte Rotor-Druckmittelleitung 29, die mit der dritten Nockenwelle-Radialöffnung 24 strömungstechnisch verbunden ist und in axialer Richtung mündet, sowie eine in Form einer Radialbohrung ausgebildete vierte Rotor-Druckmittelleitung 30, die mit der vierten Nockenwelle-Radialöffnung 25 strömungstechnisch verbunden ist.
Die fünfte Nockenwelle-Radialöffnung 26 ist über eine im Zylinderkopf 43 geformte Zylinderkopf-Radialöffnung 48 mit einer Druckmittelpumpe strömungstechnisch verbunden, was in 1 nicht näher dargestellt ist.
In der Steuerventilanordnung von 1 sind die erste Ventilhülse-Radialöffnung 32, die zweite Nockenwelle-Radialöffnung 23 und die zweite Rotor-Druckmittelleitung 28 jeweils in radialer Verlängerung zur zweiten Ringnut 7 angeordnet. Die zweite Ventilhülse-Radialöffnung 33, die dritte Nockenwelle-Radialöffnung 24 und (in ihrem radialen Abschnitt) die dritte Rotor-Druckmittelleitung 29 sind jeweils in radialer Verlängerung zur dritten Ringnut 8 angeordnet. Die vierte Nockenwelle-Radialöffnung 25, die dritte Ventilhülse-Radialöffnung 34, und die vierte Rotor-Druckmittelleitung 30 verlängern die vierte Ringnut 9 in radialer Richtung. Gleichermaßen verlängern die Zylinderkopf-Radialöffnung 48, die fünfte Nockenwelle-Radialöffnung 26 und die vierte Ventilhülse-Radialöffnung 35 die fünfte Ringnut 10 in radialer Richtung.
Die erste Ventilhülse-Druckmittelleitung 31 erstreckt sich in Axialenrichtung in Richtung auf den zweiten Arbeitsanschluss des Steuerventils 1 und mündet im ersten radialen Hülsenanschluss 36 in etwa auf einer selben axialen Höhe wie der zweite Arbeitsanschluss. Im gezeigten Ausführungsbeispiel liegt der erste radiale Hülsenanschluss 36 dem zweiten radialen Hülsenanschluss 37 in etwa diametral gegenüber. Wie in 1 dargestellt ist, ist es hierdurch ermöglicht, dass der Rotor 18 die Nockenwelle 17 lediglich im Bereich der zweiten bis vierten Ringnut 7–9 umgibt, so dass eine axiale Rotorbreite 38 geringer als im Stand der Technik ausgeführt werden kann.
Es wird nun Bezug auf 2 genommen, worin eine Axialschnittansicht einer Steuerventilanordnung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt ist. Um unnötige Wiederholungen zu vermeiden, werden lediglich die Unterschiede zur der in 1 gezeigten Ausführungsform erläutert und ansonsten auf die oben zu 1 gemachten Ausführungen in vollem Umfang Bezug genommen.
In dieser Ausführungsform der erfindungsgemäßen Steuerventilanordnung ist die Ventilhülse 5 mit einer zweiten Ventilhülse-Druckmittelleitung 39 versehen, die den radialen ersten Ablaufanschluss T₁ mit dem axialen zweiten Ablaufanschluss T₂ zu einem gemeinsamen Ablaufanschluss T strömungstechnisch miteinander verbindet, wie durch den Pfeil angegeben ist. Hierdurch ist lediglich eine einzige strömungstechnische Verbindung des Steuerventils mit einem Druckmitteltank erforderlich, was eine einfachere Konstruktion des Nockenwellenverstellers erlaubt.

1: Steuerventil
2: Ventilgehäuse
3: Hohlraumöffnung
4: Zylinderachse
5: Ventilhülse
6: erste Ringnut
7: zweite Ringnut
8: dritte Ringnut
9: vierte Ringnut
10: fünfte Ringnut
11: erste Ventilgehäuse-Radialöffnung
12: zweite Ventilgehäuse-Radialöffnung
13: dritte Ventilgehäuse-Radialöffnung
14: vierte Ventilgehäuse-Radialöffnung
15: fünfte Ventilgehäuse-Radialöffnung
16: Nockenwellenhohlraum
17: Nockenwelle
18: Rotor
19: Hülsenhohlraum
20: Nockenwellen-Außenumfangsfläche
21: Ventilhülse-Außenumfangsfläche
22: erste Nockenwelle-Radialöffnung
23: zweite Nockenwelle-Radialöffnung
24: dritte Nockenwelle-Radialöffnung
25: vierte Nockenwelle-Radialöffnung
26: fünfte Nockenwelle-Radialöffnung
27: erste Rotor-Druckmittelleitung
28: zweite Rotor-Druckmittelleitung
29: dritte Rotor-Druckmittelleitung
30: vierte Rotor-Druckmittelleitung
31: erste Ventilhülse-Druckmittelleitung
32: erste Ventilhülse-Radialöffnung
33: zweite Ventilhülse-Radialöffnung
34: dritte Ventilhülse-Radialöffnung
35: vierte Ventilhülse-Radialöffnung
36: erster radialer Hülsenanschluss
37: zweiter radialer Hülsenanschluss
38: axiale Rotorbreite
39: zweite Ventilhülse-Druckmittelleitung
40: dritter radialer Hülsenanschluss
41: vierter radialer Hülsenanschluss
42: fünfter radialer Hülsenanschluss
43: Zylinderkopf
44: Elektromagnet
45: Stößel
46: Schweißnaht
47: Öffnung
48: Zylinderkopf-Radialöffnung
49: Ventilgehäuse-Außenumfangsfläche
101: Steuerventil
102: Ventilgehäuse
103: Hohlraumöffnung
104: Zylinderachse
105: Stößel
106: erste Ringnut
107: zweite Ringnut
108: dritte Ringnut
109: vierte Ringnut
110: fünfte Ringnut
111: erste Ventilgehäuse-Radialöffnung
112: zweite Ventilgehäuse-Radialöffnung
113: dritte Ventilgehäuse-Radialöffnung
114: vierte Ventilgehäuse-Radialöffnung
115: fünfte Ventilgehäuse-Radialöffnung
116: Hohlraum
117: Nockenwelle
118: Rotor
119: Zylinderkopf
120: Schweißnaht
121: Zylinderkopföffnung
122: erste Nockenwelle-Radialöffnung
123: zweite Nockenwelle-Radialöffnung
124: dritte Nockenwelle-Radialöffnung
125: vierte Nockenwelle-Radialöffnung
126: fünfte Nockenwelle-Radialöffnung
127: erste Rotor-Druckmittelleitung
128: zweite Rotor-Druckmittelleitung
129: dritte Rotor-Druckmittelleitung
130: vierte Rotor-Druckmittelleitung
131: Zylinderkopf-Radialöffnung
132: Elektromagnet

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DE 202005008264 U1 [0006]
- EP 1596040 A2 [0006]
- DE 102005013141 A1 [0006]
- DE 19908934 A1 [0006]
- EP 1596041 A2 [0008]
- DE 10239207 A1 [0008]
- DE 102004038252 A2 [0008]

Claims

Steuerventilanordnung für einen Nockenwellenversteller einer Brennkraftmaschine, welche umfasst: – ein hydraulisches Steuerventil (1) zur Steuerung von Druckmittelströmen mit einem hohlzylindrischen Ventilgehäuse (2) und einem im Ventilgehäusehohlraum axial verschiebbar aufgenommenen zylindrischen Steuerkolben, wobei das Ventilgehäuse (2) mit wenigstens drei axial beabstandeten radialen Arbeitsanschlüssen (6–9), einem radialen Druckmittelanschluss (10) und wenigstens einem Ablaufanschluss (3, 9) versehen ist, die jeweils in den Ventilgehäusehohlraum münden, wobei der Steuerkolben so ausgebildet ist, dass durch Axialverschiebung des Steuerkolbens ein erster Arbeitsanschluss (6) und ein dritter Arbeitsanschluss (8) mit dem Druckmittelanschluss (10) und zugleich ein zweiter Arbeitsanschluss (7) mit dem Ablaufanschluss (3, 9) oder der erste Arbeitsanschluss (6) und der zweite Arbeitsanschluss (7) mit dem Druckmittelanschluss (10) und zugleich der dritte Arbeitsanschluss (8) mit dem Ablaufanschluss (3, 9) fluidleitend verbindbar sind, – eine das Ventilgehäuse (2) umgebende Ventilhülse (5), welche mit einem ersten radialen Hülsenanschluss (36) versehen ist, der über eine erste Druckmittelleitung (31) mit dem ersten Arbeitsanschluss (6) fluidleitend verbunden ist, wobei sich der erste radiale Hülsenanschluss (36) wenigstens teilweise auf axialer Höhe des zweiten Arbeitsanschlusses (7) befindet.
Steuerventilanordnung nach Anspruch 1, bei welcher die Ventilhülse (5) mit einem mit dem zweiten Arbeitsanschluss (7) fluidleitend verbundenen zweiten radialen Hülsenanschluss (37) versehen ist, der sich wenigstens teilweise auf axialer Höhe des zweiten Arbeitsanschlusses (7) befindet.
Steuerventilanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 2, bei welcher die Ventilhülse (5) mit einem mit dem dritten Arbeitsanschluss (8) verbundenen dritten radialen Hülsenanschluss (40) versehen ist, der sich wenigstens teilweise auf axialer Höhe des dritten Arbeitsanschlusses (8) befindet.
Steuerventilanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei welcher die Ventilhülse (5) mit einem mit dem Druckanschluss (10) verbundenen vierten radialen Hülsenanschluss (41) versehen ist, der sich wenigstens teilweise auf axialer Höhe des Druckanschlusses (10) befindet.
Steuerventilanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei welcher der wenigstens eine Ablaufanschluss als radialer erster Ablaufanschluss (9) ausgebildet ist, wobei die Ventilhülse (5) mit einem mit dem radialen ersten Ablaufanschluss (9) verbundenen fünften radialen Hülsenanschluss (42) versehen ist, der sich wenigstens teilweise auf axialer Höhe des radialen ersten Ablaufanschlusses (9) befindet.
Steuerventilanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei welcher das Ventilgehäuse (5) mit einem radialen ersten Ablaufanschluss (9) und einem axialen zweiten Ablaufanschluss (3) versehen ist, wobei die Ventilhülse (5) mit einer zweiten Druckmittelleitung (39) versehen ist, die den radialen ersten Ablaufanschluss (9) mit dem axialen zweiten Ablaufanschluss (3) fluidleitend miteinander verbindet.
Nockenwellenversteller, welcher umfasst: – ein Antriebsteil, welches mit einer Kurbelwelle in Antriebsverbindung bringbar ist, – ein Abtriebsteil (18), welches mit mindestens einer Nockenwelle (17) in Abtriebsverbindung bringbar ist und von dem Antriebsteil über einen hydraulischen Stellantrieb angetrieben wird, wobei der Stellantrieb mindestens einen Druckraum umfasst, der durch ein Dichtelement in ein Paar gegeneinander arbeitender hydraulischer Druckkammern geteilt wird, – eine Steuerventilanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7 zur Steuerung der Druckmittelströme der Druckkammern, wobei der zweite und dritte Arbeitsanschluss (7, 8) jeweils mit einer der beiden Druckkammern fluidleitend verbunden sind.
Nockenwellenversteller nach Anspruch 7, welcher mit einer hydraulisch entriegelbaren Verriegelungseinrichtung zur Verriegelung von An- und Abtriebsteil in einer wählbaren Verriegelungsposition versehen sind, wobei der erste Arbeitsanschluss (6) mit der Verriegelungseinrichtung fluidleitend verbunden ist.
Nockenwellenversteller nach einem der Ansprüche 8 bis 8, bei welcher Antriebs- oder Abtriebsteil als Außenrotor und das entsprechend andere Teil als ein konzentrisch und drehbar verstellbar zum Außenrotor angeordneter Innenrotor (18) ausgebildet sind.
Nockenwellenversteller nach Anspruch 9, bei welcher der Innenrotor (18) der Nockenwelle (17) drehfest aufsitzt und die Steuerventilanordnung in einem Hohlraum (16) der Nockenwelle aufgenommen ist.
Brennkraftmaschine mit einem Nockenwellenversteller nach einem der Ansprüche 7 bis 10.