DE102013214651A1

DE102013214651A1 - Hydraulikgehäuse einer elektrohydraulischen Ventilsteuerung

Info

Publication number: DE102013214651A1
Application number: DE102013214651.5A
Authority: DE
Inventors: Murat Yakan; Hendrik Thomann; Thomas Kremer; Calin Petru Itoafa; Sandra Schäfer; Andreas Rinnert; Alexandra Okomonski; Robert Seeger; Andre Banck; Sabine Endl
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2012-11-12
Filing date: 2013-07-26
Publication date: 2014-05-15
Also published as: WO2014071936A1; DE202012012656U1

Abstract

Vorgeschlagen ist eine Hydraulikeinheit für eine Brennkraftmaschine mit elektrohydraulischer Ventilsteuerung, umfassend
– ein Hydraulikgehäuse (2) mit einer Aufnahmeöffnung (33),
– eine mit der Aufnahmeöffnung verstemmte Kolbenführung (32) und einen darin längsbeweglich geführten Pumpenkolben (8),
– und einen als Stößel ausgebildeten Nockenfolger zur Übertragung einer Nockenerhebung auf den Pumpenkolben.
Der Stößel soll als Tassenstößel (23, 23’) mit einer Nockenabgriffsfläche und einem Tassenhemd (24) ausgebildet sein, das in einer Stößelführung (25) des Hydraulikgehäuses längsbeweglich geführt ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Hydraulikeinheit für eine Brennkraftmaschine mit elektrohydraulischer Ventilsteuerung. Die Hydraulikeinheit umfasst

– ein Hydraulikgehäuse mit einer Aufnahmeöffnung,
– eine mit der Aufnahmeöffnung verstemmte Kolbenführung und einen darin längsbeweglich geführten Pumpenkolben,
– und einen als Stößel ausgebildeten Nockenfolger zur Übertragung einer Nockenerhebung auf den Pumpenkolben.

Hintergrund der Erfindung
Brennkraftmaschinen mit elektrohydraulischer Ventilsteuerung, bei der die wesentlichen, für die hydraulische Übertragung von geberseitigen Nockenerhebungen auf die nehmerseitigen Gaswechselventile erforderlichen Komponenten in einer vormontierten und am Zylinderkopf befestigten Hydraulikeinheit angeordnet sind, gehören zum Stand der Technik und sind beim Automobilhersteller FIAT unter der Bezeichnung `Multiair´ in Großserie. Wesentlicher Bestandteil der Hydraulikeinheit ist ein Hydraulikgehäuse, wie es unter anderem aus der DE 10 2006 008 676 A1 hervorgeht. Die den geberseitigen Pumpenkolben lagernde Kolbenführung ist dort in das Hydraulikgehäuse eingeschraubt.
Alternativ zu dieser Schraubbefestigung soll gemäß DE 10 2011 075 894 A1 die Kolbenführung mit dem Hydraulikgehäuse mittels einer Reibschweißverbindung gefügt werden.
In der DE 10 2010 021 394 A1 ist es vorgeschlagen, die Kolbenführung und das Hydraulikgehäuse mittels plastischer Materialumformung zu fügen. Dabei wird die aus relativ festem Stahlwerkstoff bestehende Kolbenführung in die Aufnahmeöffnung des aus relativ weichem Aluminiumwerkstoff bestehenden Hydraulikgehäuses eingepresst, und das lokal deutliche Übermaß der Kolbenführung bewirkt ein Werkstofffließen des Hydraulikgehäuses in äußere Ringnuten der Kolbenführung. Diese nicht zerstörungsfrei lösbare Formschlussverbindung ist aus der Literatur auch als Selbstverstemmung bekannt. In der genannten Druckschrift wird der Fügeprozess hingegen als Clinchen bezeichnet, vermutlich in Anlehnung an das unter diesem Begriff üblicherweise zu verstehende Durchsetzfügen von Blechwerkstücken.
Aus der letzteren Druckschrift ist es zudem bekannt, dass die Übertragung der Nockenerhebung auf den Pumpenkolben sowohl mittels eines Kipp- oder Schlepphebels als auch mittels eines Stößels erfolgen kann.
Aufgabe der Erfindung
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Hydraulikeinheit der vorgenannten Art mit einem Stößel als Nockenfolger konstruktiv weiterzuentwickeln.
Zusammenfassung der Erfindung
Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich dadurch, dass der Stößel als Tassenstößel mit einer Nockenabgriffsfläche und einem Tassenhemd ausgebildet ist, das in einer Stößelführung des Hydraulikgehäuses längsbeweglich geführt ist.
Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und aus den Zeichnungen, in denen zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt sind. Sofern nicht anders erwähnt, sind dabei gleiche oder funktionsgleiche Merkmale oder Bauteile mit gleichen Bezugszahlen versehen. Es zeigen:
1 eine bekannte Hydraulikeinheit einer elektrohydraulischen Ventilsteuerung in perspektivischer Darstellung;
2 einen Querschnitt durch die Hydraulikeinheit entlang einer darin montierten Gebereinheit;
3 einen Querschnitt durch die Hydraulikeinheit entlang einer darin montierten Nehmereinheit;
4 einen Querschnitt durch die Hydraulikeinheit entlang eines darin montierten Hydraulikventils;
5 den Querschnitt gemäß 2 mit dem ersten Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Gebereinheit;
6 den Querschnitt gemäß 2 mit dem zweiten Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Gebereinheit;
7 die Verstemmung zwischen dem Hydraulikgehäuse und der Kolbenführung in vergrößerter Darstellung.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt die Gesamtansicht einer bekannten Hydraulikeinheit 1, die für den Einbau in einen Zylinderkopf einer Reihenvierzylinder-Brennkraftmaschine mit elektrohydraulischer Ventilsteuerung fertig vormontiert ist. In einem an den Ölkreislauf der Brennkraftmaschine angeschlossenen Hydraulikgehäuse 2 sind von den Nocken einer nicht dargestellten Nockenwelle angetriebene Gebereinheiten 3 aufgenommen. Auf der den Gebereinheiten gegenüberliegenden Längsseite des Hydraulikgehäuses sind elektromagnetische Hydraulikventile 4 erkennbar.
Ein Querschnitt durch eine der baugleichen Gebereinheiten 3 ist in 2 dargestellt. Die Gebereinheit umfasst als Nockenfolger einen auf einem starren Abstützelement 5 gelenkig gelagerten Schlepphebel 6 mit einer nadelgelagerten Rolle 7 als Nockenabgriffsfläche und einen federbelasteten Pumpenkolben 8, auf den die Nockenerhebung übertragen wird und der einen volumenveränderlichen Druckraum 9 begrenzt. Um die im Druckraum auftretenden Hydraulikmitteldrücke im Bereich von 200 bar zuzüglich Druckspitzen infolge der Druckpulsationen werkstofftechnisch zu beherrschen, ist das durch einen damit verschraubten Gehäusedeckel 10 verschlossene Hydraulikgehäuse 2 als druckdichtes Aluminiumschmiedeteil ausgeführt. Bei geöffnetem Hydraulikventil 4 ist der Druckraum mit einem Druckentlastungsraum 11 verbunden, der seinerseits von einem federkraftbeaufschlagten Kolben 12 eines Druckspeichers begrenzt ist. Ein in das Hydraulikgehäuse eingeschraubter Sensor 13 dient zur Erfassung der Hydraulikmitteltemperatur.
In 3 ist eine Nehmereinheit 14 zur Betätigung eines der Gaswechselventile der Brennkraftmaschine erkennbar, welche mit dem Pumpenkolben 8 der Gebereinheit 3 über Kanäle 15 gemäß 2 und 16 gemäß 3 in hydraulischer Wirkverbindung steht. Die Nehmereinheit umfasst ein in das Hydraulikgehäuse 2 eingeschraubtes Nehmergehäuse 17, einen darin längsbeweglich gelagerten und den Druckraum 9 begrenzenden Nehmerkolben 18, ein zwischen dem Nehmerkolben und dem Gaswechselventil eingespanntes hydraulisches Ventilspielausgleichselement 19 sowie eine hydraulische Ventilbremse 20. Diese gewährleistet ein definiertes Abbremsen und sanftes Schließen des während der Hubphase von der zugehörigen Nockenerhebung hydraulisch entkoppelten und durch dessen Ventilfeder in Schließrichtung beaufschlagten Gaswechselventils, während bei geöffnetem Hydraulikventil 4 ein schnelles Abströmen von Hydraulikmittel aus dem Druckraum in den Druckentlastungsraum 11 (s. 2) erfolgt.
Die Trennung des Druckraums 9 vom Druckentlastungsraum 11 durch das Hydraulikventil 4 geht aus dem in 4 dargestellten Querschnitt entlang des Hydraulikventils hervor. Die Kanäle 15 (s. 2) und 16 (s. 3) sind über eine am Hydraulikventil verlaufende Ringnut 21 hydraulisch miteinander verbunden, so dass die Ringnut ebenso wie die Kanäle 15 und 16 Bestandteil des Druckraums (s. 2) sind. Im geöffneten Zustand lässt das Hydraulikventil ein Überströmen von Hydraulikmittel aus dem Druckraum in den Druckentlastungsraum und zurück über eine den Druckentlastungsraum mit der Ringnut verbindende Bohrung 22 zu.
Gegenüber dem bekannten Rollenschlepphebel 6 gemäß 2 ist nun der Nockenfolger erfindungsgemäß als Tassenstößel 23 oder 23’ gemäß den 5 bzw. 6 ausgebildet und mit einem Tassenhemd 24 in einer Stößelführung 25 des Hydraulikgehäuses 2 längsbeweglich geführt.
Bei dem Tassenstößel 23 mit Gleitabgriff geht das Tassenhemd 24 von einem Tassenboden 26 aus, dessen Außenseite die Nockenabgriffsfläche bildet und dessen Innenseite einen Boden 27 des Pumpenkolbens 8 betätigt. Zum Druckausgleich des Stößelinneren ist der Tassenboden 26 von zwei Öffnungen 28 durchsetzt. Alternativ zu dem dargestellten ebenen Tassenboden kann dieser auch zylindrisch zum Nocken hin gewölbt sein, um die Auswanderung des Nockenkontaktpunkts und mithin den Stößeldurchmesser reduzieren zu können. Anders als dargestellt, wäre der Tassenstößel in diesem Fall gegen Verdrehen in der Stößelführung 25 zu sichern.
Bei dem Tassenstößel 23’ ist die Nockenabgriffsfläche eine reibungsarm nadelgelagerte (alternativ: gleitgelagerte) Nockenrolle 7, die im Tassenhemd 24 achsgelagert ist. Die Betätigung des Pumpenkolbens 8 erfolgt durch einen Zwischenboden 29 mit einem das Tassenhemd 24 radial überragenden Vorsprung 30, der den Tassenstößel in einer Längsnut 31 der Stößelführung 25 gegen Verdrehen sichert.
Bei der bekannten Gebereinheit in 2 ist der Pumpenkolben 8 in einer in das Hydraulikgehäuse 2 eingeschraubten Kolbenführung 32 längsbeweglich gelagert. Um die damit verbundenen Nachteile und Risiken dieser Befestigungsart hinsichtlich des hohen Herstell- und Montageaufwands bzw. eines vorzeitigen Lösens der Schraubverbindung zu umgehen, ist diese durch die in den 5 bis 7 dargestellte Selbstverstemmung der Kolbenführung im Hydraulikgehäuse ersetzt. Bei diesem an sich bekannten Fügeverfahren bestehen die beiden zu fügenden Partner aus Werkstoffen unterschiedlicher Festigkeit, nämlich die Kolbenführung aus Stahl und das Hydraulikgehäuse aus Aluminium. Wie es aus der vergrößerten Darstellung in 7 deutlich wird, weist das Hydraulikgehäuse eine im Durchmesser gestufte Aufnahmeöffnung 33 für die ebenfalls im Durchmesser gestufte Kolbenführung auf. Dabei überlappen sich die Durchmesser vor dem Fügeprozess lokal so stark, dass beim Einpressen der Kolbenführung in die Aufnahmeöffnung der relativ weiche Werkstoff des Hydraulikgehäuses in äußere Ringnuten 34 und 35 der Kolbenführung fließt und diese unlösbar formschlüssig im Hydraulikgehäuse befestigt.
Wie ferner in den 5 und 6 erkennbar, steht jeweils die Kolbenführung 32 gegenüber der Aufnahmeöffnung 33 hervor und begrenzt gemeinsam mit der Stößelführung 25 einen Ringraum 36, in den das der Nockenerhebung folgende Tassenhemd 24 eintaucht. Die den Pumpenkolben 8 belastende Rückstellfeder 37 ist innerhalb des Pumpenkolbens und der Kolbenführung angeordnet und stützt sich einerseits am offenen Boden 38 der Kolbenführung und andererseits am geschlossenen Boden 27 des Pumpenkolbens ab. Durch diese Anordnung und durch die gegenüber 2 entgegengerichtete Orientierung der offenen Seite des hohlzylindrischen Pumpenkolbens zum Druckraum 9 hin kann die Federlänge zugunsten einer verbesserten Federkennlinie maximiert werden.
Als auswärtige Hubbegrenzung des Pumpenkolbens 8 gegenüber der Kolbenführung 32 dient ein Sicherungsring 39, gegen den eine Durchmesserstufe 40 des Pumpenkolbens anläuft (siehe 7), wenn dieser nicht mittels des Tassenstößels 23 oder 23’ vom Nocken abgestützt ist. Ebenfalls vorgesehen, aber nicht dargestellt, ist eine Transporthalterung, die den Tassenstößel bei nicht abstützendem Nocken gegen Herausfallen aus der Stößelführung 25 sichert.
Bezugszeichenliste

1: Hydraulikeinheit
2: Hydraulikgehäuse
3: Gebereinheit
4: Hydraulikventil
5: Abstützelement
6: Schlepphebel
7: Rolle
8: Pumpenkolben
9: Druckraum
10: Gehäusedeckel
11: Druckentlastungsraum
12: Druckspeicherkolben
13: Temperatursensor
14: Nehmereinheit
15: Kanal
16: Kanal
17: Nehmergehäuse
18: Nehmerkolben
19: Ventilspielausgleichselement
20: Ventilbremse
21: Ringnut
22: Bohrung
23: Tassenstößel
24: Tassenhemd
25: Stößelführung
26: Tassenboden
27: Boden des Pumpenkolbens
28: Öffnung im Tassenboden
29: Zwischenboden
30: Vorsprung am Zwischenboden
31: Längsnut der Stößelführung
32: Kolbenführung
33: Aufnahmeöffnung
34: Ringnut
35: Ringnut
36: Ringraum
37: Rückstellfeder
38: Boden der Kolbenführung
39: Sicherungsring
40: Durchmesserstufe

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 102006008676 A1 [0002]
DE 102011075894 A1 [0003]
DE 102010021394 A1 [0004]

Claims

Hydraulikeinheit für eine Brennkraftmaschine mit elektrohydraulischer Ventilsteuerung, umfassend – ein Hydraulikgehäuse (2) mit einer Aufnahmeöffnung (33), – eine mit der Aufnahmeöffnung (33) verstemmte Kolbenführung (32) und einen darin längsbeweglich geführten Pumpenkolben (8), – und einen als Stößel ausgebildeten Nockenfolger zur Übertragung einer Nockenerhebung auf den Pumpenkolben (8), dadurch gekennzeichnet, dass der Stößel als Tassenstößel (23, 23’) mit einer Nockenabgriffsfläche und einem Tassenhemd (24) ausgebildet ist, das in einer Stößelführung (25) des Hydraulikgehäuses (2) längsbeweglich geführt ist.
Hydraulikeinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Tassenhemd (24) von einem als Nockengleitabgriff dienenden Tassenboden (26) ausgeht.
Hydraulikeinheit nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Tassenboden (26) von einer oder mehreren Öffnungen (28) durchsetzt ist.
Hydraulikeinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Nockenabgriffsfläche als im Tassenhemd (24) achsgelagerte Nockenrolle (7) ausgebildet ist.
Hydraulikeinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolbenführung (32) gegenüber der Aufnahmeöffnung (33) hervorsteht und gemeinsam mit der Stößelführung (25) einen Ringraum (36) begrenzt, in den das der Nockenerhebung folgende Tassenhemd (24) eintaucht.