DE102009031701A1

DE102009031701A1 - Zentralventil eines Nockenwellenverstellers einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102009031701A1
Application number: DE102009031701A
Authority: DE
Inventors: Ali Bayrakdar; Jens Hoppe
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2009-07-04
Filing date: 2009-07-04
Publication date: 2011-01-05
Also published as: EP2452052B1; CN102472127B; WO2011003682A1; CN102472127A; KR20120032510A; US20120111296A1; EP2452052A1; US8893676B2

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Zentralventil (30) eines Nockenwellenverstellers (11) einer Brennkraftmaschine (1) mit einem Ventilgehäuse (31), einem Steuerkolben (32) und einem Befestigungsflansch (42), wobei das Ventilgehäuse (31) zumindest teilweise innerhalb einer Aufnahme (29) innerhalb des Nockenwellenverstellers (11) angeordnet ist und zumindest einen Zulaufanschluss (P), einen Ablaufanschluss (T) und einen Arbeitsanschluss (A, B) aufweist, wobei der Steuerkolben (32) innerhalb des Ventilgehäuses (31) axial verschiebbar angeordnet ist, wobei die Druckmittelströme zu und von dem Nockenwellenversteller (11) durch geeignete Positionierung des Steuerkolbens (32) innerhalb des Ventilgehäuses (31) gesteuert werden können, wobei der Befestigungsflansch (42) fest mit einer Wandung der Aufnahme (29) verbunden ist und die axiale Position des Ventilgehäuses (31) relativ zu dem Nockenwellenversteller (11) festlegt.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Zentralventil eines Nockenwellenverstellers einer Brennkraftmaschine mit einem Ventilgehäuse, einem Steuerkolben und einem Befestigungsflansch, wobei das Ventilgehäuse zumindest teilweise innerhalb einer Aufnahme innerhalb des Nockenwellenverstellers angeordnet ist und zumindest einen Zulaufanschluss, einen Ablaufanschluss und einen Arbeitsanschluss aufweist, wobei der Steuerkolben innerhalb des Ventilgehäuses axial verschiebbar angeordnet ist, wobei die Druckmittelströme zu und von dem Nockenwellenversteller durch geeignete Positionierung des Steuerkolbens innerhalb des Ventilgehäuses gesteuert werden können, wobei der Befestigungsflansch fest mit einer Wandung der Aufnahme verbunden ist und die axiale Position des Ventilgehäuses relativ zu dem Nockenwellenversteller festlegt.
Hintergrund der Erfindung
In modernen Brennkraftmaschinen werden Nockenwellenversteller eingesetzt, um die Phasenrelation zwischen Kurbelwelle und Nockenwelle in einem definierten Winkelbereich, zwischen einer maximalen Früh- und einer maximalen Spätposition, variabel gestalten zu können. Zu diesem Zweck ist der Nockenwellenversteller in einen Antriebsstrang integriert, über welchen Drehmoment von der Kurbelwelle auf die Nockenwelle übertragen wird. Dieser Antriebsstrang kann beispielsweise als Riemen-, Ketten- oder Zahnradtrieb realisiert sein. Derartige Nockenwellenversteller sind in der Regel als hydraulische Schwenkmotoren, beispielsweise in Flügelzellenbauweise, mit zumindest zwei gegeneinander wirkenden Druckkammern ausgebildet. Dabei wird die Druckmittelzufuhr zu bzw. die Druckmittelabfuhr von den Druckkammern mittels eines hydraulischen Wegeventils, beispielsweise eines Proportionalventils, gesteuert. Dabei sind Ausführungsformen bekannt, in denen das hydraulische Wegeventil in einer zentralen Durchgangsöffnung des Nockenwellenverstellers angeordnet ist und mit diesem rotiert. Derartige Wegeventile werden üblicherweise als Zentralventil bezeichnet.
Ein derartiges Zentralventil ist beispielsweise aus der DE 10 2004 038 160 A1 bekannt. In dieser Ausführungsform wird eine zentrale Durchgangsöffnung des Nockenwellenverstellers von einer hohlen Nockenwelle durchgriffen. Innerhalb der Nockenwelle ist im Bereich des Nockenwellenverstellers das Zentralventil angeordnet. Das Zentralventil besteht aus einem Ventilgehäuse, einem Steuerkolben, einem Federelement und einem Sprengring. Das im Wesentlichen hohlzylindrisch ausgebildete Ventilgehäuse weist an dessen Außenmantelfläche einen Zulaufanschluss, einen Ablaufanschluss und zwei Arbeitsanschlüsse auf. Des Weiteren ist ein axialer Arbeitsanschluss vorgesehen. Der Zulaufanschluss kommuniziert mit einer Druckmittelpumpe der Brennkraftmaschine, die Ablaufanschlüsse kommunizieren mit einem Druckmittelreservoir und die Arbeitsanschlüsse kommunizieren jeweils mit einer Gruppe von Druckkammern des Nockenwellenverstellers. Innerhalb des Ventilgehäuses ist der Steuerkolben axial verschiebbar angeordnet. Dabei kann der Steuerkolben mittels einer elektromagnetischen Stelleinheit gegen die Kraft des Federelements, das sich an dem Steuerkolben und dem Ventilgehäuse abstützt, in jede beliebige Position zwischen zwei Endanschlägen verschoben und dort gehalten werden. Der erste Endanschlag ist durch den Sprengring realisiert, der an dem offenen Ende des Ventilgehäuses angeordnet ist. Der zweite Endanschlag wird durch die Federaufnahme realisiert.
Abhängig von der Position des Steuerkolbens relativ zu dem Ventilgehäuse wird der von der Druckmittelpumpe zu dem Zulaufanschluss geförderte Druckmittelvolumenstrom zu dem ersten oder zweiten Arbeitsanschluss und damit zu den ersten oder den zweiten Druckkammern geleitet. Gleichzeitig wird das Druckmittel aus den anderen Druckkammern über den anderen Arbeitsanschluss und einen der Ablaufanschlüsse in das Druckmittelreservoir ausgestoßen.
Das Ventilgehäuse weist neben den hydraulischen Anschlüssen einen Befestigungsabschnitt, in der dargestellten Ausführungsform einen Gewindeabschnitt, auf, mittels dem das Zentralventil innerhalb der Nockenwelle fixiert ist. Darüber hinaus ist an dem aus der Nockenwelle hervorstehenden Abschnitt des Ventilgehäuses ein sich in radialer Richtung erstreckender Bund ausgebildet, der die Nockenwelle in radialer Richtung überragt und in axialer Richtung an einem Zylinderkopf der Brennkraftmaschine anliegt. Somit stellt der Bund einen Teil der Axiallagerung der Nockenwelle relativ zu dem Zylinderkopf dar.
Über die Axiallagerstelle und den Befestigungsabschnitt erfolgt ein hoher Krafteintrag in das Ventilgehäuse, das entsprechend stabil ausgeführt sein muss. Üblicherweise wird das gesamte Ventilgehäuse mittels spanender Herstellungsverfahren aus einem Metallrohling hergestellt. Dieses Herstellungsverfahren ist sehr zeitintensiv und hat einen hohen Materialeinsatz zur Folge.
Aufgabe der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde ein Zentralventil eines Nockenwellenverstellers einer Brennkraftmaschine zu schaffen, wobei dessen Herstellungsaufwand gesenkt werden soll.
Lösung der Aufgabe
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Befestigungsflansch und das Ventilgehäuse als zwei separate Bauteile ausgebildet sind.
Das erfindungsgemäße Zentralventil weist zumindest ein Ventilgehäuse, einen Steuerkolben und einen Befestigungsflansch auf. Das Ventilgehäuse ist zumindest teilweise innerhalb einer Aufnahme innerhalb des Nockenwellenverstellers angeordnet, beispielsweise einer zentrischen Durchgangsöffnung des Nockenwellenverstellers. Das Ventilgehäuse, welches beispielsweise im Wesentlichen hohlzylindrisch ausgebildet sein kann, weist zumindest einen Zulaufanschluss, einen Ablaufanschluss und einen Arbeitsanschluss auf, wobei das Ventilgehäuse mit der Wandung der Aufnahme derart zusammenwirkt, dass die Anschlüsse außerhalb des Ventilgehäuses hydraulisch voneinander getrennt sind. Dies kann durch eine direkte Anlage des Ventilgehäuses an der Wandung oder unter Zwischenschaltung einer zusätzlichen Hülse erreicht werden, deren Außenmantelfläche an der Wandung der Aufnahme anliegt und deren innere Mantelfläche an der äußeren Mantelfläche des Ventilgehäuses anliegt.
Die Aufnahme befindet sich in dem von dem Nockenwellenversteller übergriffenen Bereich und kann direkt an dem Nockenwellenversteller oder einem Zwischenbauteil, welches zwischen dem Nockenwellenversteller und dem Ventilgehäuse angeordnet ist, ausgebildet sein. Beispielsweise kann der Nockenwellenversteller von einer Nockenwelle durchgriffen werden, welche im Bereich des Nockenwellenverstellers eine Aufnahme aufweist, in der das Ventilgehäuse angeordnet ist.
Innerhalb des Ventilgehäuses ist der Steuerkolben axialverschiebbar aufgenommen. Dieser kann beispielsweise mittels einer elektromagnetischen Stelleinheit zwischen zwei Endanschlägen positioniert werden. Abhängig von der Position des Steuerkolbens relativ zu dem Ventilgehäuse wird dem Zentralventil zugeführtes Druckmittel entweder zu den ersten oder den zweiten Druckkammern des Nockenwellenverstellers geleitet, wobei gleichzeitig Druckmittel aus den anderen Druckkammern zu einem Druckmittelreservoir geleitet wird.
Mittels des Befestigungsflansches, der drehfest und in axialer Richtung unverschiebbar mit einer Wandung der Aufnahme verbunden ist, wird die axiale Position des Ventilgehäuses innerhalb der Aufnahme festgelegt. Der Befestigungsflansch kann form-, stoff- oder kraftschlüssig, beispielsweise mittels einer Schweiß-, Löt-, Klebe- oder Schraubverbindung, mittels eines Presssitzes oder einer Verstemmung, fest mit der Wandung der Aufnahme verbunden werden.
Durch die separate Ausbildung des Befestigungsflanschs ist der während des Betriebs der Brennkraftmaschine belastete Bereich des Zentralventils von dem ansonsten unbelasteten Ventilgehäuse, welches lediglich zur Steuerung der Druckmittelströme zu und von dem Nockenwellenversteller dient, getrennt. Somit muss lediglich der belastete Befestigungsflansch massiv ausgebildet werden, während das Ventilgehäuse mittels kostengünstiger und schneller Verfahren hergestellt werden kann. Denkbar sind beispielsweise Ventilgehäuse, die als Blechbauteil ausgebildet und beispielsweise mittels eines spanlosen Umformverfahrens, beispielsweise eines Tiefziehverfahrens, hergestellt sind. Durch die Trennung des Befestigungsflanschs von dem Ventilgehäuse sinkt die Komplexität des massiven Befestigungsflansches, so dass dieser mittels einfacherer Fertigungsverfahren hergestellt werden kann als das aus dem Stand der Technik bekannte Ventilgehäuse. Denkbar sind beispielsweise Fließpressverfahren oder dergleichen. Somit wird die Herstellung des Zentralventils, insbesondere des Ventilgehäuses und der Befestigungskomponente erheblich vereinfacht und deren Herstellungskosten gesenkt. Darüber hinaus sinkt der Materialeinsatz.
In einer Konkretisierung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Ventilgehäuse form-, stoff- oder kraftschlüssig mit dem Befestigungsflansch verbunden ist. Das Ventilgehäuse kann beispielsweise mittels einer Schweiß-, Löt-, Klebe- oder Schraubverbindung, mittels eines Presssitzes oder einer Verstemmung mit dem Befestigungsflansch verbunden sein. Somit kann eine Baugruppe vorgefertigt werden, die als Ganzes verbaut werden kann.
Alternativ kann das Ventilgehäuse einerseits an einem Anschlag der Aufnahme und andererseits an dem Befestigungsflansch anliegen. In dieser Ausführungsform wird zunächst das Ventilgehäuse in die Aufnahme eingelegt und anschließend der Befestigungsflansch fest mit der Wandung der Aufnahme verbunden. Dabei wird das Ventilgehäuse mittels des Befestigungsflanschs gegen die Aufnahme gedrückt, wodurch dessen axiale Position innerhalb der Aufnahme fixiert ist.
In einer Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Befestigungsflansch einen Bund aufweist, der außerhalb des Nockenwellenverstellers angeordnet ist und in zumindest einer axialen Richtung an einem zylinderkopffesten Bauteil der Brennkraftmaschine anliegt. Das zylinderkopffeste Bauteil kann beispielsweise der Zylinderkopf, der Zylinderkopfdeckel oder ein fest mit dem Zylinderkopf verbundenes Bauteil sein. Somit ist die Axiallagerfunktion der Nockenwelle bzw. des Nockenwellenverstellers in das erfindungsgemäße Zentralventil integrierbar.
Vorteilhafterweise kann das Ventilgehäuse als im Wesentlichen rohrförmiges Blechbauteil ausgebildet sein. Das Blechbauteil kann direkt an der Wandung der Aufnahme zu Anlage kommen, so dass die hydraulischen Anschlüsse des Ventilgehäuses außerhalb des Ventilgehäuses hydraulisch voneinander getrennt sind. Alternativ kann das rohrförmige Blechbauteil von einer Adapterhülse, beispielsweise einer Kunststoffhülse, umgeben sein, deren Außenmantelfläche an einer Wandung der Aufnahme anliegt. Somit wird das Ventilgehäuse durch das rohrförmige Bauteil und die Adapterhülse gebildet. Die Adapterhülse kann fest mit dem Befestigungsflansch oder dem rohrförmigen Blechbauteil oder mit beiden verbunden sein. Dies kann beispielsweise mittels einer Klebeverbindung, einer Clips- oder Bördelverbindung realisiert sein. Im Falle einer Kunststoffhülse kann diese direkt auf das rohrförmige Bauteil aufgespritzt werden. In diesem Fall dient das rohrförmige Blechbauteil als Lager- und Gleitfläche für den Steuerkolben. Die Wandstärke des rohrförmigen Bauteil kann gering ausgeführt und der Abstand zu der Wandung der Aufnahme mittels einer leichten Kunststoffhülse überbrückt werden. Dadurch sinkt das Gewicht des mit dem Nockenwellenversteller rotierenden Ventilgehäuses. Darüber hinaus wird durch die geringe Wandstärke des rohrförmigen Bauteils dessen Herstellung erleichtert. Die Adapterhülse kann fest mit dem Befestigungsflansch oder dem rohrförmigen Blechbauteil oder mit beiden verbunden sein.
Zusätzlich kann zwischen dem rohrförmigen Blechbauteil und der Adapterhülse im Bereich zumindest einer der Anschlüsse ein Filtergewebe angeordnet sein. Somit wird das Eindringen von Schutzpartikeln in das Zentralventil verhindert, wodurch ein Verklemmen des Steuerkolbens verhindert und Verschleiß verringert wird. Darüber hinaus ist das Filtergewebe verliersicher und ortsfest in dem Ventilgehäuse des Zentralventils aufgenommen.
In einer Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass an dem Befestigungsflansch und/oder an dem Ventilgehäuse ein Endanschlag für den Steuerkolben ausgebildet ist. Aufgrund der geringeren Komplexität des Befestigungsflanschs und des Ventilgehäuses können während deren Herstellungsverfahren die Endanschläge ohne zusätzlichen Aufwand ausgebildet werden. Somit werden keine zusätzlichen Bauteile benötigt, die diese Funktion erfüllen.
In einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass an dem Ventilgehäuse eine Federaufnahme für ein Federelement, welches sich an dem Steuerkolben und der Federaufnahme abstützt, ausgebildet ist. Die Federaufnahme ist an dem Ventilgehäuse, beispielsweise dem rohrförmigen Blechbauteil oder der Adapterhülse ausgebildet. Somit wird auch für diese Funktionalität kein zusätzliches Bauteil benötigt.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und aus den Zeichnungen in denen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung vereinfacht dargestellt ist. Es zeigen:
1 nur sehr schematisch eine Brennkraftmaschine,
2 einen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes Zentralventil,
3 einen Längsschnitt durch einen an einer Nockenwelle befestigten Nockenwellenversteller mit einem Zentralventil nach dem Stand der Technik,
4 einen Querschnitt durch die Vorrichtung aus 3 entlang der Linie IV-IV.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
In 1 ist eine Brennkraftmaschine 1 skizziert, wobei ein auf einer Kurbelwelle 2 sitzender Kolben 3 in einem Zylinder 4 angedeutet ist. Die Kurbelwelle 2 steht in der dargestellten Ausführungsform über je einen Zugmitteltrieb 5 mit einer Einlassnockenwelle 6 bzw. Auslassnockenwelle 7 in Verbindung, wobei ein erster und ein zweiter Nockenwellenversteller 11 für eine Relativdrehung zwischen Kurbelwelle 2 und den Nockenwellen 6, 7 sorgen können. Nocken 8 der Nockenwellen 6, 7 betätigen ein oder mehrere Einlassgaswechselventile 9 bzw. ein oder mehrere Auslassgaswechselventile 10. Ebenso kann vorgesehen sein, nur eine der Nockenwellen 6, 7 mit einem Nockenwellenversteller 11 auszustatten, oder nur eine Nockenwelle 6, 7 vorzusehen, welche mit einem Nockenwellenversteller 11 versehen ist.
Die 3 zeigt einen an einer Nockenwelle 6, 7 befestigten Nockenwellenversteller 11 im Längsschnitt, wie in der DE 10 2004 038 160 A1 offenbart. 4 zeigt einen Querschnitt durch den Nockenwellenversteller 11 entlang der Linie IV-IV in 3. Der Nockenwellenversteller 11 weist ein Antriebselement 12 und ein Abtriebselement 13 auf. An den axialen Seitenflächen des Antriebselements 12 ist jeweils ein Seitendeckel 14 angeordnet. Die Seitendeckel 14 sind drehfest mit dem Antriebselement 12 verbunden. Ausgehend von einer Umfangswand 19 des Antriebselements 12 erstrecken sich fünf Vorsprünge 20 radial nach innen. In der dargestellten Ausführungsform sind die Vorsprünge 20 einteilig mit der Umfangswand 19 ausgebildet. Das Antriebselement 12 ist mittels radial innen liegender Umfangswände der Vorsprünge 20 relativ zu dem Abtriebselement 13 drehbar zu diesem angeordnet.
Das Abtriebselement 13 ist in Form eines Flügelrades ausgebildet und weist ein im Wesentlichen zylindrisch ausgeführtes Nabenelement 17 auf, von dessen äußerer zylindrischer Mantelfläche sich in der dargestellten Ausführungsform fünf Flügel 18 in radialer Richtung nach außen erstrecken. Die Flügel 18 sind separat zum Abtriebselement 13 ausgebildet und in Flügelnuten in der äußeren Mantelfläche des Nabenelements 17 angeordnet.
Über ein Kettenrad 21, das drehfest mit dem Antriebselement 12 verbunden ist, kann mittels eines nicht dargestellten Kettentriebs Drehmoment von der Kurbelwelle 2 auf das Antriebselement 12 übertragen werden. Eine zentrale Durchgangsöffnung 22 des Abtriebselements 13 wird von der Nockenwelle 6, 7 durchgriffen, wobei diese kraftschlüssig mit dem Abtriebselement 13 verbunden ist. Die Nockenwelle 6, 7 ist in der dargestellten Ausführungsform als Hohlwelle ausgebildet und innerhalb eines Nockenwellenradiallagers 15 eines Zylinderkopfes 16 drehbar gelagert.
Innerhalb des Nockenwellenverstellers 11 ist zwischen jeweils zwei in Umfangsrichtung benachbarten Vorsprüngen 20 ein Druckraum 23 ausgebildet. Jeder der Druckräume 23 wird in Umfangsrichtung von gegenüberliegenden, im Wesentlichen radial verlaufenden Begrenzungswänden 24 benachbarter Vorsprünge 20, in axialer Richtung von den Seitendeckeln 14, radial nach innen von dem Nabenelement 17 und radial nach außen von der Umfangswand 19 begrenzt. In jeden der Druckräume 23 ragt ein Flügel 18, wobei die Flügel 18 derart ausgebildet sind, dass diese sowohl an den Seitendeckeln 14, als auch an der Umfangswand 19 anliegen. Jeder Flügel 18 teilt somit den jeweiligen Druckraum 23 in zwei gegeneinander wirkende Druckkammern 25, 26.
Das Abtriebselement 13 ist in einem definierten Winkelbreich drehbar zu dem Antriebselement 12 angeordnet. Der Winkelbereich wird in einer Drehrichtung des Abtriebselements 13 dadurch begrenzt, dass die Flügel 18 an je einer korrespondierenden Begrenzungswand 24 (Frühanschlag 27) der Druckräume 23 zum Anliegen kommen. Analog wird der Winkelbereich in der anderen Drehrichtung dadurch begrenzt, dass die Flügel 18 an den anderen Begrenzungswänden 24 der Druckräume 23, die als Spätanschlag 28 dienen, zum Anliegen kommen.
Durch Druckbeaufschlagung einer Gruppe von Druckkammern 25, 26 und Druckentlastung der anderen Gruppe kann die Phasenlage des Antriebselements 12 zum Abtriebselement 13 (und damit die Phasenlage der Nockenwelle 6, 7 zur Kurbelwelle 2) variiert werden. Durch Druckbeaufschlagung beider Gruppen von Druckkammern 25, 26 kann die Phasenlage konstant gehalten werden.
In einer Aufnahme 29 der Nockenwelle 6, 7 ist ein Zentralventil 30 angeordnet. Das Zentralventil 30 weist ein Ventilgehäuse 31 und einen Steuerkolben 32 auf. Das Ventilgehäuse 31 ist im Wesentlichen hohlzylindrisch ausgebildet, wobei an dessen zylindrischer Mantelfläche ein Zulaufanschluss P, ein Ablaufanschluss T und zwei Arbeitsanschlüsse A, B, in Form von Ringnuten 47, die mittels radialer Öffnungen 48 mit dem Inneren des Ventilgehäuses 31 kommunizieren, ausgebildet sind. Darüber hinaus ist ein axialer Ablaufanschluss T, in Form einer Axialöffnung, vorgesehen.
Der Zulaufanschluss P kommuniziert über einen in dem Zylinderkopf 16 ausgebildeten Druckmittelkanal 33 mit einer nicht dargestellten Druckmittelpumpe. Die Ablaufanschlüsse T kommunizieren mit einem ebenfalls nicht dargestellten Druckmittelreservoir. Der erste Arbeitsanschluss A kommuniziert mit den ersten Druckkammern 25, der zweite Arbeitsanschluss B mit den zweiten Druckkammern 26.
Während des Betriebs der Brennkraftmaschine 1 gelangt Druckmittel über den Zulaufanschluss P in das Innere des Ventilgehäuses 31 und über Kolbenöffnungen 34 in das Innere des Steuerkolbens 32. Abhängig von der Stellung des Steuerkolbens 32 relativ zu dem Ventilgehäuse 31 gelangt das Druckmittel zu dem ersten oder zweiten Arbeitsanschluss A, B und somit zu den jeweiligen Druckkammern 25, 26. Gleichzeitig wird Druckmittel von den anderen Druckkammern 25, 26 über den anderen Arbeitsanschluss A, B und den jeweiligen Ablaufanschluss T zu dem Druckmittelreservoir abgeleitet.
Die axiale Position des Steuerkolbens 32 kann mittels einer elektromagnetischen Stelleinheit 35 zwischen zwei Endanschlägen 36, 37 beliebig eingestellt werden. Der erste Endanschlag 36 ist mittels eines Sprengrings realisiert, welcher an der offenen Seite des Ventilgehäuses 31 angeordnet ist. Dabei wirkt auf den Steuerkolben 32 einerseits eine nicht dargestellte Stößelstange der Stelleinheit 35 und andererseits ein Federelement 38, das sich an einer Federaufnahme 39 des Ventilgehäuses 31 abstützt, die gleichzeitig den zweiten Endanschlag 37 bildet.
Das Ventilgehäuse 31 ist drehfest und unverschiebbar in der Nockenwelle 6, 7 befestigt. Zu diesem Zweck ist an dem Ventilgehäuse 31 ein Gewindeabschnitt 41 ausgebildet, mittels dem dieses mit der Nockenwelle 6, 7 verschraubt ist.
Das Ventilgehäuse 31 weist an dessen aus der Nockenwelle 6, 7 herausragendem Ende einen sich in radialer Richtung erstreckenden Bund 40 auf. Der Bund 40 liegt in axialer Richtung an dem Zylinderkopf 16 an, so dass eine axiale Bewegung der Nockenwelle 6, 7 in der 3 nach rechts verhindert wird. Darüber hinaus liegt das Abtriebselement 13 ebenfalls an dem Zylinderkopf 16 an, so dass eine axiale Bewegung der Nockenwelle 6, 7 in der 3 nach links verhindert wird. Somit bildet der Bund 40 einen Teil der Axiallagerung der Nockenwelle 6, 7 in dem Zylinderkopf 16.
In dieser aus dem Stand der Technik bekannten Ausführungsform übernimmt das Ventilgehäuse 31 die Funktion der Druckmittelverteilung auf die Druckkammern 25, 26 und die Axiallagerung der Nockenwelle 6, 7. Darüber hinaus erfolgt die Befestigung des Zentralventils 30 innerhalb der Aufnahme 29 ebenfalls über das Ventilgehäuse 31. Auf Grund der Axiallager- und der Befestigungsfunktion ist das Ventilgehäuse 31 mit einer erhöhten Festigkeit auszubilden. Üblicherweise wird dieses spanend, beispielsweise durch Drehen, aus einem massiven Metallrohling hergestellt. Auf Grund des Bundes 40 und des Gewindeabschnittes 41 muss während der Herstellung des Ventilgehäuses 31 viel Material von dem Rohling abgetragen werden, woraus hohe Materialkosten und gering die Taktzeiten folgen.
2 zeigt beispielhaft eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Zentralventils 30, das diese Nachteile nicht aufweist. Im Unterschied zu dem aus dem Stand der Technik bekannten Zentralventil 30 sind die Axiallager- und Befestigungsfunktionalitäten von dem Ventilgehäuse 31 getrennt und in einen Befestigungsflansch 42 integriert. Somit muss lediglich der Befestigungsflansch 42 eine hohe Festigkeit aufweisen und beispielsweise als Drehteil ausgebildet sein. Ebenso denkbar sind beispielsweise spanend nachbearbeitete Metallspritzguss-, Sinter-, Tiefzieh- oder Fließpressteile. Der Befestigungsflansch 42 weist den zur Axiallagerung der Nockenwelle 6, 7 benötigten Bund 40 und einen Befestigungsabschnitt 43 auf. Mittels des Befestigungsabschnittes 43 wird die feste Verbindung zwischen der Nockenwelle 6, 7 und dem Zentralventil 30 hergestellt. In der dargestellten Ausführungsform ist an dem Befestigungsabschnitt 43 ein Gewindeabschnitt 41 ausgebildet. Ebenso denkbar sind Formschlusselemente oder eine Fläche mittels derer ein Presssitz mit der Nockenwelle 6, 7 realisiert werden kann.
Da in dieser Ausführungsform auf das Ventilgehäuse 31 keine hohen Belastungen wirken, kann dieses als kostengünstiges Blechbauteil, beispielsweise als Tiefziehbauteil, ausgebildet sein. Somit sinken der Materialeinsatz und die Herstellungszeit bei der Herstellung des Zentralventils 30. In der dargestellten Ausführungsform ist das Ventilgehäuse 31 als rohrförmiges Blechteil ausgebildet, wobei dessen zylindrische Mantelfläche vier Gruppen von Gehäuseöffnungen 46 aufweist, über die Druckmittel zwischen dem Inneren und dem Außenraum des rohrförmigen Blechbauteils ausgetauscht werden kann. Die Gehäuseöffnungen 46 einer Gruppe sind in Umfangsrichtung beabstandet zueinander an dem rohrförmigen Bauteil ausgebildet. Die Gruppen sind axial zueinander versetzt angeordnet. Jede Gruppe von Gehäuseöffnungen 46 bildet einen der radialen Druckmittelanschlüsse A, B, P, T.
In der dargestellten Ausführungsform ist das Ventilgehäuse 31 in den Befestigungsflansch 42 eingesteckt und kraftschlüssig, mittels eines Presssitzes, mit diesem verbunden. Ebenso denkbar sind alternativ oder zusätzlich form- oder stoffschlüssige Verbindungsmethoden, beispielsweise Schraub-, Verstemm-, Schweiß-, Löt- oder Klebeverbindungen.
Das Ventilgehäuse 31 weist an der Außenmantelfläche des rohrförmigen Blechbauteils ist eine Adapterhülse 44 auf, die in dem montierten Zustand des Zentralventils 30 druckmitteldicht an der Wandung der Aufnahme 29 anliegt. Die Adapterhülse 44 ist in der dargestellten Ausführungsform als Kunststoffhülse ausgebildet und sowohl mit dem Ventilgehäuse 31 als auch mit dem Befestigungsflansch 42 fest verbunden. Die Adapterhülse 44 kann beispielsweise direkt auf das Ventilgehäuse 31 aufgespritzt oder separat gefertigt und an dem Ventilgehäuse 31 mittels einer Klebeverbindung befestigt sein. Die Verbindung mit dem Befestigungsflansch 42 ist mittels einer Verbördelung im Bereich des Gewindeabschnitts 41 des Befestigungsflansches 42 realisiert. Ebenso denkbar sind Rast- oder Clipsverbindungen.
An der Außenmantelfläche der Adapterhülse 44 sind vier axial zueinander versetzte Ringnuten 47 ausgebildet, in deren Nutgründen Öffnungen 48 vorgesehen sind. Die Öffnungen 48 fluchten mit den Gehäuseöffnungen 46, so dass Druckmittel zwischen dem Inneren und dem Äußeren des Ventilgehäuses 31 ausgetauscht werden kann.
Zwischen der Adapterhülse 44 und dem Ventilgehäuse 31 ist ein Filterelement 45 in Form eines Filtergewebes vorgesehen, welches sich in axialer Richtung entlang der radialen Arbeitsanschlüsse A, B, P, T erstreckt und den Eintritt von Schmutzpartikeln in das Ventilgehäuse 31 verhindert.
Innerhalb des Ventilgehäuses 31 ist der Steuerkolben 32 und das Federelement 38 angeordnet. Der Steuerkolben 32 ist axialverschiebbar zwischen dem an dem Befestigungsflansch 42 ausgebildeten ersten Endanschlag 36 und dem durch die Federaufnahme 39 ausgebildeten zweiten Endanschlag 37 angeordnet. Das Federelement 38 stützt sich einerseits an dem Federlager 39 und andererseits an dem Steuerkolben 32 ab.
Während der Herstellung des Zentralventils 30 wird zunächst das rohrförmige Bauteil fest mit dem Befestigungsflansch 42 verbunden und der Steuerkolben 32 und das Federelement 38 innerhalb des Ventilgehäuses 31 positioniert. Anschließend wird das Ventilgehäuse 31 dadurch komplettiert, dass die Adapterhülse 44 auf das rohrförmige Bauteil aufgespritzt oder eine separat gefertigte Adapterhülse 44 an dem rohrförmigen Bauteil und/oder dem Befestigungsflansch 42 befestigt wird. Zur Montage des Zentralventils 30 in der Aufnahme 29 wird dieses mittels des Gewindeabschnittes 41 in der Nockenwelle 6, 7 verschraubt. Dabei kommt das Ventilgehäuse 31 in Anlage an einen Anschlag 49 (3), der in der Nockenwelle 6, 7 ausgebildet ist.
Ebenso denkbar sind Ausführungsformen, in denen auf die Adapterhülse 44 verzichtet wird und das rohrförmige Bauteil direkt an der Wandung der Aufnahme 29 zur Anlage kommt.
Darüber hinaus sind auch Ausführungsformen denkbar, in denen das Zentralventil 30 mittels des Befestigungsabschnittes 43 direkt mit der zentralen Durchgangsöffnung 22 des Abtriebselements 13 verbunden ist. In diesem Fall durchgreift die Nockenwelle 6, 7 die zentrale Durchgangsöffnung 22 zumindest nicht vollständig und der Befestigungsabschnitt 43 liegt direkt an der Wandung der zentralen Durchgangsöffnung 22 an, die in diesem Fall als Aufnahme 29 dient.
Bezugszeichenliste

1: Brennkraftmaschine
2: Kurbelwelle
3: Kolben
4: Zylinder
5: Zugmitteltrieb
6: Einlassnockenwelle
7: Auslassnockenwelle
8: Nocken
9: Einlassgaswechselventil
10: Auslassgaswechselventil
11: Nockenwellenversteller
12: Antriebselement
13: Abtriebselement
14: Seitendeckel
15: Nockenwellenradiallager
16: Zylinderkopf
17: Nabenelement
18: Flügel
19: Umfangswand
20: Vorsprung
21: Kettenrad
22: zentrale Durchgangsöffnung
23: Druckraum
24: Begrenzungswand
25: erste Druckkammer
26: zweite Druckkammer
27: Frühanschlag
28: Spätanschlag
29: Aufnahme
30: Zentralventil
31: Ventilgehäuse
32: Steuerkolben
33: Druckmittelkanal
34: Kolbenöffnung
35: Stelleinheit
36: Endanschlag
37: Endanschlag
38: Federelement
39: Federaufnahme
40: Bund
41: Gewindeabschnitt
42: Befestigungsflansch
43: Befestigungsabschnitt
44: Adapterhülse
45: Filterelement
46: Gehäuseöffnung
47: Ringnut
48: Öffnung
49: Anschlag
A: erster Arbeitsanschluss
B: zweiter Arbeitsanschluss
P: Zulaufanschluss
T: Ablaufanschluss

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 102004038160 A1 [0003, 0027]

Claims

Zentralventil (30) eines Nockenwellenverstellers (11) einer Brennkraftmaschine (1) mit einem Ventilgehäuse (31), einem Steuerkolben (32) und einem Befestigungsflansch (42), – wobei das Ventilgehäuse (31) zumindest teilweise innerhalb einer Aufnahme (29) innerhalb des Nockenwellenverstellers (11) angeordnet ist und zumindest einen Zulaufanschluss (P), einen Ablaufanschluss (T) und einen Arbeitsanschluss (A, B) aufweist, – wobei der Steuerkolben (32) innerhalb des Ventilgehäuses (31) axial verschiebbar angeordnet ist, – wobei die Druckmittelströme zu und von dem Nockenwellenversteller (11) durch geeignete Positionierung des Steuerkolbens (32) innerhalb des Ventilgehäuses (31) gesteuert werden können, – wobei der Befestigungsflansch (42) fest mit einer Wandung der Aufnahme (29) verbunden ist und die axiale Position des Ventilgehäuses (31) relativ zu dem Nockenwellenversteller (11) festlegt, – dadurch gekennzeichnet, dass der Befestigungsflansch (42) und das Ventilgehäuse (31) als zwei separate Bauteile ausgebildet sind.
Zentralventil (30) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilgehäuse (31) form-, stoff- oder kraftschlüssig mit dem Befestigungsflansch (42) verbunden ist.
Zentralventil (30) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilgehäuse (31) einerseits an einem Anschlag (49) der Aufnahme (29) und andererseits an dem Befestigungsflansch (42) anliegt.
Zentralventil (30) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Befestigungsflansch (42) einen Bund (40) aufweist, der außerhalb des Nockenwellenverstellers (11) angeordnet ist und in zumindest einer axialen Richtung an einem zylinderkopffesten Bauteil (16) der Brennkraftmaschine (1) anliegt.
Zentralventil (30) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilgehäuse (31) als im Wesentlichen rohrförmiges Blechbauteil ausgebildet ist.
Zentralventil (30) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das rohrförmige Blechbauteil mit einer Adapterhülse (44) versehen ist, die das rohrförmige Bauteil umgibt und deren Außenmantelfläche an einer Wandung der Aufnahme (29) anliegt.
Zentralventil (30) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Adapterhülse (44) fest mit dem Befestigungsflansch (42) oder dem rohrförmigen Blechbauteil verbunden ist.
Zentralventil (30) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das zwischen dem rohrförmigen Blechbauteil und der Adapterhülse (44) im Bereich zumindest einer der Anschlüsse (A, B, P, T) ein Filtergewebe (45) angeordnet ist.
Zentralventil (30) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das an dem Befestigungsflansch (42) ein Endanschlag (36) für den Steuerkolben (32) ausgebildet ist.
Zentralventil (30) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das an dem Ventilgehäuse (31) ein Endanschlag (37) für den Steuerkolben (32) ausgebildet ist.
Zentralventil (30) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Ventilgehäuse (31) eine Federaufnahme (39) für ein Federelement (38), welches sich an dem Steuerkolben (32) und der Federaufnahme (39) abstützt, ausgebildet ist.