DE102008029577A1

DE102008029577A1 - Frei drehbares hydraulisches Schwenkelement

Info

Publication number: DE102008029577A1
Application number: DE102008029577A
Authority: DE
Inventors: Florin Canton Bugescu; Lutz Rochester Hills Kirbach; James Clarkston Westbrook
Original assignee: Schaeffler KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2007-07-30
Filing date: 2008-06-21
Publication date: 2009-02-05
Also published as: US20090031969A1

Abstract

Das frei drehbare hydraulische Schwenkelement für einen Verbrennungsmotor hat vier Öleinlässe, die in Fluidverbindung mit dem Spieleinstellelement im Inneren des Schwenkelements sowie in Fluidverbindung mit dem Ölkanal stehen, indem vier oder mehr gleichbeabstandete Öleinlässe im äußeren Gehäuse des Zylinderkopfs verwendet werden und gleichzeitig noch eine Fluidverbindung darin besteht. Die verwendeten vier oder mehr Öleinlässe befinden sich in der gleichen radialen Ebene des äußeren zylindrischen Gehäuses des Schwenkelements.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Diese Erfindung betrifft Verbrennungsmotoren und insbesondere hydraulische Schwenkelemente, wie beispielsweise Spieleinsteller, die im Ventiltrieb eines Verbrennungsmotors verwendet werden.
STAND DER TECHNIK
Hydraulische Schwenkelemente, wie beispielsweise Spieleinsteller und schaltbare hydraulische Schwenkelemente, erfordern Hydraulikfluid, wie beispielsweise Öl, für den Normalbetrieb. Im Falle des schaltbaren Elements wird Hydraulikfluid außerdem zum Koppeln und Entkoppeln des hydraulischen Spieleinstellers vom Gehäuse benötigt.
In Motoren mit oben liegender Nockenwelle wird das Hydraulikfluid dem hydraulischen Schwenkelement typischerweise mittels eines Ölkanals zugeführt. Im Fall eines schaltbaren hydraulischen Schwenkelements gibt es zwei Ölkanäle, einen für den Spieleinsteller und einen für die Kopplungselemente des schaftbaren Elements, um die Kopplungselemente koppeln und entkoppeln zu können.
Um eine Fluidverbindung zwischen dem Schwenkelement und den Ölkanälen bereitzustellen, sind in der Vergangenheit zwei Lösungen angewendet worden. Eine Lösung besteht darin, Ölnuten im äußeren Gehäuse der Schwenkelemente vorzusehen. Diese Ölnuten lassen es zu, dass sich das Schwenkelement innerhalb der Bohrung der Zylinderköpfe frei drehen kann, während Hydraulikfluid aus dem Ölkanal dem Öleinlass des Schwenkelements zugeführt wird. 1 zeigt ein typisches Schwenkelement 10 mit einem äußeren Gehäuse 11 mit drei Ölnuten 12, 14 und 16, um den Öleinlässen 18, 20 und 22 Öl zuzuführen. Es versteht sich, dass sich durch das Ausbilden der Ölnuten 12, 14 und 16 die Dicke des äußeren Gehäuses 11 und damit die Gesamtfestigkeit des äußeren Gehäuses 11 verringert.
Die zweite Lösung zum Bereitstellen einer Ölverbindung zwischen den Ölkanälen des Zylinderkopfs und dem Schwenkelement besteht darin, eine Ausrichtungsvorrichtung im äußeren Gehäuse des Schwenkelements vorzusehen. Eine solche Ausrichtungsvorrichtung besteht typischerweise aus einem Loch oder einer axialen Nut im äußeren Gehäuse des Schwenkelements sowie aus einem entsprechenden Loch oder einer äußeren Nut in der Bohrung des Zylinderkopfs, in der das Schwenkelement montiert ist. Ein Keil oder Stift überbrückt die zwei Nuten oder Löcher, um so die Ausrichtung des Schwenkelements in der Bohrung des Zylinders aufrechtzuerhalten und eine Drehung zu verhindern. Durch Aufrechterhalten dieser Orientierung wird eine einwandfreie Ausrichtung zwischen den Einlässen im äußeren Gehäuse des Schwenkelements und dem Ölkanal sichergestellt. Eines der im Zusammenhang mit einem solchen Ausrichtungsmechanismus auftretenden Probleme besteht darin, dass ein zusätzlicher Arbeitsaufwand erforderlich ist, um die zwei Löcher/Nuten auszubilden und das Keilelement einzusetzen sowie das Schwenkelement im Zylinderkopf auszurichten.
AUFGABEN DER ERFINDUNG
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die Ausführung nach dem Stand der Technik zu vereinfachen sowie die Ölnuten im äußeren Gehäuse des Schwenkelements und die Ausrichtungsvorrichtung entbehrlich zu machen, gleichzeitig aber ein freies Drehen des Schwenkelements in der Bohrung des Zylinderkopfs sowie eine Fluidverbindung zwischen den Einlässen des Schwenkelements und den Ölkanälen zu ermöglichen.
Diese und andere Aufgaben der vorliegenden Erfindung werden durch die nachstehende Beschreibung verdeutlicht.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die Aufgaben der vorliegenden Erfindung werden dadurch erfüllt, dass vier oder mehr Ölöffnungen im äußeren zylindrischen Gehäuse des hydraulischen Schwenkelements vorgesehen sind, wobei die Öffnungen in der gleichen radialen Ebene des Gehäuses liegen und radial um das Gehäuse herum beabstandet sind, so dass mindestens eine der Ölöffnungen immer in Fluidverbindung mit dem entsprechenden Ölkanal steht. Die mehreren Ölöffnungen können für den Öleinlass für den hydraulischen Spieleinsteller, den Öleinlass des Kopplungselements und die Ölauslässe vorgesehen werden.
Die vorliegende Erfindung lässt sich, allgemein ausgedrückt, als ein frei drehbares hydraulisches Schwenkelement für einen Verbrennungsmotor definieren, wobei das Element in einer Bohrung des Zylinderkopfs montiert ist, um eine Spieleinstellung für einen Ventiltrieb des Motors sowie einen ersten Ölkanal bereitzustellen, um dem Element Hydraulikfluid zuzuführen, wobei der Ölkanal in Fluidverbindung mit der Bohrung steht, wobei das Element folgendes umfasst:
ein äußeres zylindrisches Gehäuse, das in der Bohrung frei drehbar ist, wobei das Gehäuse eine darin ausgebildete Blindbohrung aufweist;
ein in der Blindbohrung montiertes hydraulisches Kolbenelement zur Spieleinstellung des Ventiltriebs, wobei das Kolbenelement einen Kolbenkopf für einen Kontakt mit einem Fingerstößel des Ventiltriebs beinhaltet, wobei sich der Kolbenkopf durch das offene Ende der Blindbohrung erstreckt; und vier oder mehr erste Öleinlässe im äußeren Gehäuse, wobei die ersten Öleinlässe in Fluidverbindung mit dem hydraulischen Kolbenelement in der Blindbohrung stehen, wobei jeder der ersten Öleinlässe die gleiche radiale Ebene halbiert und die ersten Öleinlässe radial um das äußere Gehäuse herum positioniert sind, so dass, wenn sich das Element frei in der Bohrung dreht, mindestens einer der ersten Öleinlässe in Fluidverbindung mit dem ersten Ölkanal steht.
Die ersten Öleinlässe sind vorzugsweise mit gleichen radialen Distanzen um das äußere Gehäuse herum beabstandet. Anders ausgedrückt: Die ersten Öleinlässe sind um das äußere Gehäuse herum äquidistant vorgesehen.
Es wird ebenfalls bevorzugt, dass jeder der Öleinlässe kreisförmig ausgebildet ist und der Mittelpunkt eines jeden dieser Kreise in der gleichen radialen Ebene liegt. Diese radiale Ebene verläuft vorzugsweise senkrecht zur Achse des äußeren zylindrischen Gehäuses.
Das äußere Gehäuse hat vorzugsweise vier oder mehr Ölauslässe, durch die Hydraulikfluid aus der Blindbohrung des äußeren zylindrischen Gehäuses austreten kann. Diese Auslässe sind vorzugsweise radial um das äußere Gehäuse herum positioniert, so dass sich das äußere Gehäuse frei drehen kann und mindestens einer der Auslässe in Fluidverbindung mit einem Auslass im Motorzylinderkopf steht.
Wenn das Schwenkelement schaltbar ist, hat die Bohrung im Zylinderkopf einen zweiten Ölkanal, der in einer anderen radialen Ebene als der erste Ölkanal positioniert ist, um das erforderliche Öl für den Kopplungsmechanismus des Schwenkelements bereitzustellen. Bei einem schaltbaren Schwenkelement umfasst das Schwenkelement weiterhin Folgendes:
einen in der Blindbohrung unterhalb des hydraulischen Kolbenelements positionierten Kopplungsmechanismus, um den Kolbenkopf mit dem Gehäuse zu koppeln und vom Gehäuse zu entkoppeln;
eine in der Blindbohrung unterhalb des Kopplungsmechanismus positionierte Totgangfeder; und
vier oder mehr zweite Öleinlässe im Gehäuse, wobei die zweiten Öleinlässe in Fluidverbindung mit dem Kopplungsmechanismus stehen und für eine Fluidverbindung mit dem zweiten Ölkanal positioniert sind, wobei jeder der zweiten Öleinlässe die gleiche radiale Ebene halbiert und die zweiten Öleinlässe radial um das Gehäuse herum positioniert sind, so dass, wenn sich das Element frei in der Bohrung dreht, mindestens einer der zweiten Öleinlässe in Fluidverbindung mit dem zweiten Ölkanal steht.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine perspektivische Ansicht eines mit Ölnuten versehenen hydraulischen Schwenkelements nach dem Stand der Technik;
2 ist eine perspektivische Ansicht des hydraulischen Schwenkelements der vorliegenden Erfindung;
3 ist eine axiale Querschnittsansicht des hydraulischen Schwenkelements von 2; und
4 ist eine radiale Querschnittsansicht eines hydraulischen Schwenkelements mit dem Verriegelungsmechanismus der vorliegenden Erfindung.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
2 zeigt eine perspektivische Ansicht des hydraulischen Schwenkelements 30 gemäß der vorliegenden Erfindung mit dem äußeren zylindrischen Gehäuse 32 und dem Kolbenkopf 34, der sich von einem hydraulischen Spieleinsteller 36, einem hydraulischen Kolbenelement, aus erstreckt. Die ersten Öleinlässe 38 sind im äußeren Gehäuse 32 dargestellt. In 2 sind nur zwei der vier bevorzugten ersten Öleinlässe dargestellt. Ebenfalls dargestellt in 2 sind die zweiten Öleinlässe 40. 2 zeigt lediglich zwei der vier bevorzugten zweiten Öleinlässe. Schließlich sind in 2 noch die Ölauslässe 42 dargestellt. Von den bevorzugten vier Ölauslässen sind nur zwei dargestellt.
3 zeigt einen axialen Querschnitt des hydraulischen Schwenkelements von 2. Wie ersichtlich, steht der erste Öleinlass 38 in Fluidverbindung mit dem ersten Innenraum 44. Der erste Innenraum 44 umgibt die Basis des hydraulischen Spieleinstellers 36 vollständig. Der erste Innenraum 44 steht auch in Fluidverbindung mit der Durchführung 46, und die Durchführung 46 steht in Fluidverbindung mit dem zweiten Innenraum 48 des hydraulischen Spieleinstellers 36. Somit kann der hydraulische Spieleinsteller 36 durch den ersten Öleinlass 38 mit Hydraulikfluid versorgt werden.
Der Kopplungsmechanismus 50 ist ein herkömmlicher Kopplungsmechanismus für einen schaltbaren Spieleinsteller und umfasst den Kolben 52 und den Kolben 54 mit der dazwischen positionierten Feder 56. Die Feder 56 verschiebt die Kolben 52 und 54 aus einem Verriegelungseingriff mit dem äußeren zylindrischen Gehäuse 32 heraus und in diesen hinein. Die Totgangfeder 58 wird verwendet, wenn den zweiten Öleinlässen 40 Hydraulikfluid zugeführt wird. Das den zweiten Öleinlässen 40 zugeführte Öl bewirkt, dass die Kolben 52 und 54 die Feder 56 zusammendrücken, wodurch das Kopplungselement 50 vom äußeren Gehäuse 32 entriegelt und dadurch das Schwenkelement 30 entkoppelt wird.
4 ist ein radialer Querschnitt durch den Kopplungsmechanismus 50. Wie aus 4 ersichtlich, steht der Ölkanal 60 in Fluidverbindung mit den zweiten Öleinlässen 40. Wenn Öl durch die zweiten Öleinlässe 40 strömt, gelangt es in die Durchführung 62. Die Durchführung 62 umgibt die Kolben 52 und 54, wie aus 3 ersichtlich. Das durch die Durchführung 62 strömende Öl kann die Kolben 52 und 54 zurück in das Gehäuse drücken, wodurch der hydraulische Spieleinsteller 36 vom äußeren zylindrischen Gehäuse 32 entriegelt wird. Es sei darauf hingewiesen, dass die Kolben 52 und 54 auch dann zusammengedrückt werden können, wenn sie nicht zu den zweiten Öleinlässen 40 ausgerichtet sind. Wie ersichtlich, befindet sich der Ölkanal 60 im Motorblock 64, und ein Abschnitt der Außenseite des äußeren zylindrischen Gehäuses 32 liegt im Ölkanal 60. Eine ähnliche Anordnung, wie in 4 gezeigt, ist vorgesehen, um die ersten Öleinlässe 38 mit Öl zu versorgen.
Wie aus den Figuren ersichtlich, weist das drehbare hydraulische Schwenkelement der vorliegenden Erfindung keine Ölnuten in der Außenfläche des äußeren Gehäuses auf. Dadurch wird das äußere Gehäuse verstärkt, und die Außenabmessungen des äußeren Gehäuses können insgesamt reduziert werden. Durch die Reduzierung der Außenabmessungen des äußeren Gehäuses, d. h. indem das äußere Gehäuse dünner ausgeführt werden kann, ergibt sich eine Gewichtsverringerung, die sich auf den Wirkungsgrad des Motors auswirkt. Dadurch ist es ebenfalls möglich, den Innendurchmesser der Bohrung im Zylinderkopf zu reduzieren, was hinsichtlich der Bohrung des Schwenkelements einen großen Unterschied bewirken kann, da die Bohrung des Schwenkelements im Zylinderkopf typischerweise sehr nahe an den Ventilfedern und Zündkerzen liegt. Durch Reduzierung des Außendurchmessers vergrößert sich der Abstand zu den Ventilfedern und Zündkerzen.
Da vier oder mehr Öleinlässe/Ölauslässe vorgesehen sind, benötigt das Schwenkelement außerdem kein Antirotationsmerkmal. Somit erfordert das Schwenkelement keine Ausrichtung im Zylinderkopf.

10: Schwenkelement, Stand der Technik
11: Äußeres Gehäuse
12: Ölnut
14: Ölnut
16: Einlass
18: Einlass
20: Einlass
22: Auslass
30: Schwenkelement
32: äußeres zylindrisches Gehäuse
34: Kolbenkopf
36: hydraulischer Spieleinsteller
38: erste Öleinlässe
40: zweite Öleinlässe
42: Ölauslässe
44: erster Innenraum
46: Durchführung
48: zweiter Innenraum
50: Kopplungsmechanismus
52: Kolben
54: Kolben
56: Feder
58: Totgangfeder
60: Ölkanal
62: Durchführung
64: Motorblock

Claims

Frei drehbares hydraulisches Schwenkelement für einen Verbrennungsmotor, wobei das Element in einer Bohrung des Motors montiert ist, um eine Spieleinstellung für einen Ventiltrieb des Motors sowie einen ersten Ölkanal bereitzustellen, um das Element, das in Fluidverbindung mit der Bohrung des Motors steht, mit Hydraulikfluid zu versorgen, wobei das Element Folgendes umfasst: ein äußeres zylindrisches Gehäuse, das in der Bohrung des Motors frei drehbar ist, wobei das Gehäuse eine darin ausgebildete Blindbohrung aufweist; ein in der Blindbohrung montiertes hydraulisches Kolbenelement für eine Spieleinstellung am Ventiltrieb, wobei das Kolbenelement einen Kolbenkopf für einen Kontakt mit einem Fingerstößel des Ventiltriebs beinhaltet, wobei sich der Kolbenkopf durch das offene Ende der Blindbohrung erstreckt; und vier oder mehr erste Öleinlässe im äußeren Gehäuse, wobei die ersten Öleinlässe in Fluidverbindung mit den hydraulischen Kolbenteilen in der Blindbohrung stehen, wobei jeder der ersten Öleinlässe die gleiche radiale Ebene halbiert, und wobei die ersten Öleinlässe radial um das äußere Gehäuse herum positioniert sind, so dass, wenn sich das Element in der Bohrung frei dreht, mindestens einer der ersten Öleinlässe in Fluidverbindung mit dem ersten Ölkanal steht.
Element nach Anspruch 1, bei dem die ersten Öleinlässe um das äußere Gehäuse herum mit gleichen radialen Distanzen beabstandet sind.
Element nach Anspruch 1, bei dem jeder der ersten Öleinlässe kreisförmig ausgebildet ist und sich der Mittelpunkt eines jeden Kreises eines jeden der Einlässe in der gleichen radialen Ebene befindet.
Element nach Anspruch 1, bei dem das Gehäuse vier oder mehr Ölauslässe hat, damit Hydraulikfluid aus dem Element austreten kann.
Element nach Anspruch 1, bei dem die Bohrung einen zweiten Ölkanal hat, der in einer anderen radialen Ebene als der erste Ölkanal positioniert ist, wobei das Element weiterhin Folgendes umfasst: einen in der Blindbohrung unterhalb des hydraulischen Kolbenelements positionierten Kopplungsmechanismus, um den Kolbenkopf mit dem Gehäuse zu koppeln und davon zu entkoppeln; eine in der Blindbohrung unterhalb des Mechanismus positionierte Totgangfeder; und vier oder mehr zweite Öleinlässe im Gehäuse, wobei die zweiten Öleinlässe in Fluidverbindung mit dem Kopplungsmechanismus sowie in Fluidverbindung mit dem zweiten Ölkanal stehen, wobei jeder der zweiten Öleinlässe die gleiche radiale Ebene halbiert, und wobei die zweiten Öleinlässe radial um das Gehäuse herum positioniert sind, so dass, wenn sich das Element in der Bohrung frei dreht, mindestens einer der zweiten Öleinlässe in Fluidverbindung mit dem zweiten Ölkanal steht.