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Die Erfindung betrifft eine Hydraulikeinheit für eine Brennkraftmaschine mit hydraulisch variablem Gaswechselventiltrieb, umfassend:
- – ein Hydraulikgehäuse,
- – einen Pumpenkolben,
- – einen Nockenfolger, der den Pumpenkolben betätigt,
- – und einen länglichen Haltebügel, der den Nockenfolger verliersicher am Pumpenkolben haltert und mittels einer einzigen Stift- oder Schraubverbindung verdrehsicher am Hydraulikgehäuse befestigt ist.
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Bei elektrohydraulischen Ventiltrieben wird die Variabilität der Steuerzeiten und des Maximalhubs am Gaswechselventil bekanntlich dadurch erzeugt, dass zwischen einem Nocken einer Nockenwelle und dem Gaswechselventil ein sogenanntes hydraulisches Gestänge mit einem Druckraum angeordnet ist, dessen Volumen über ein elektromagnetisches Hydraulikventil stufenlos in einen Druckentlastungsraum abregelbar ist. Je nach abgeregeltem Volumen des Hydraulikmittels wird dann der von der Nockenwelle vorgegebene Nockenhub vollständig, teilweise oder gar nicht in einen Hub des Gaswechselventils umgesetzt.
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Die dazu erforderliche Aktuatorik ist typischerweise zu einer in den Zylinderkopf der Brennkraftmaschine zu montierenden Hydraulikeinheit zusammengefasst, die zwischen der Nockenwelle und den Gaswechselventilen angeordnet ist. Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf den nockenseitigen Teil der Hydraulikeinheit, nämlich die zu Transportzwecken verliersichere Halterung des Nockenfolgers am Pumpenkolben bei (noch) nicht im Zylinderkopf montierter Hydraulikeinheit und folglich fehlender Halterung des Nockenfolgers durch den Nocken.
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Wie es aus der
DE 10 2010 018 209 A1 bekannt ist, erfolgt diese Verliersicherung mittels eines Haltebügels, der das pumpenseitige Ende des dort als Schlepphebel ausgebildeten Nockenfolgers gegen Herabfallen vom Pumpenkolben einerseits und vom Schwenklager des Hydraulikgehäuses andererseits verhindert. Der Haltebügel ist mit lediglich einer Schraube am Hydraulikgehäuse befestigt und gegen Verdrehen um die Schraubenachse dadurch gesichert, dass die beiden Bügellängsseiten von zwei Stegen des Hydraulikgehäuses eingefasst sind.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Hydraulikeinheit der eingangs genannten Art mit verbesserter Anbindung des Haltebügels an das Hydraulikgehäuse anzugeben.
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Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus den Merkmalen des Anspruchs 1. Demnach soll die Stift- oder Schraubverbindung den Haltebügel infolge dessen elastischer Längsdurchbiegung in stabiler Drehposition bezüglich der Stift- oder Schraubenachse gegen das Hydraulikgehäuse verspannen. Die stabile Drehposition des Haltebügels, d.h. das Bestreben des Haltebügels aus einer dazu verdrehten Position stets in die stabile Drehposition zurückzukehren, ergibt sich durch die Kombination der elastischen Längsverformung des Haltebügels mit dessen Auflagerkontakt am Hydraulikgehäuse. Denn der Kontakt des (nicht befestigten) freien Bügelendes auf dem Hydraulikgehäuse ist geometrisch derart, dass jede Verlagerung dieses freien Kontaktpunkts infolge einer Verdrehung des Haltebügels um die Stift- oder Schraubenachse eine Zunahme der Verformungsspannungen bewirken würde.
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Die Verspannung des so befestigten und gegen Verdrehen gesicherten Haltebügels verringert zudem das Risiko, dass während des Betriebs der Brennkraftmaschine das freie Bügelende seitens des Nockenfolgers zu akustisch unerwünschten Schwingungen angeregt wird.
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In einer ersten Ausgestaltung der Erfindung kann der Verbindungsstift ein den Haltebügel durchsetzender und in einer Bohrung des Hydraulikgehäuses eingepresster Bolzen sein. Ein derartiger Einpressbolzen ist typischerweise mit einem trilobularen (dreieckigen) Querschnitt in die Bohrung eines Weichmetallgehäuses, insbesondere aus Aluminium eingepresst und kann je nach Belastung des Pressverbands mit einem Längsrändel und/oder mit Querrillen versehen sein. Der Einpressbolzen ist vorzugsweise ein separates Bauteil. Dennoch ist es ebenfalls denkbar, den Bolzen einstückig am Haltebügel anzuformen.
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Alternativ kann der Verbindungsstift ein vom Hydraulikgehäuse vorspringender Haken sein, an dem der Haltebügel mit einer Ausnehmung eingehängt ist. Der Haken kann entweder mit dem Hydraulikgehäuse gefügt oder daran angeformt, insbesondere angegossen oder angeschmiedet sein.
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Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und aus den Zeichnungen, in denen Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt sind. Es zeigen:
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1 eine schematische Darstellung eines bekannten hydraulisch variablen Gaswechselventiltriebs;
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2 einen Abschnitt einer Hydraulikeinheit mit erfindungsgemäßer Befestigung des Haltebügels in perspektivischer Darstellung;
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3 eine Schnittdarstellung der Hydraulikeinheit gemäß 2;
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4 den Haltebügel gemäß 2 in perspektivischer Einzelteildarstellung;
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5 in schematischer Schnittdarstellung den ungespannten Haltebügel gemäß 4 vor dem Fügen eines Einpressbolzens;
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6 in schematischer Schnittdarstellung den gespannten Haltebügel gemäß 4 vor dem Fügen des Einpressbolzens;
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7 in schematischer Schnittdarstellung den gespannten Haltebügel gemäß 4 nach dem Fügen des Einpressbolzens;
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8 einen Haltebügel mit alternativer Hakenbefestigung in perspektivischer Einzelteildarstellung;
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9 in schematischer perspektivischer Darstellung ein Hydraulikgehäuse mit Befestigungshaken für den Haltebügel gemäß 8;
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10 den am Hydraulikgehäuse befestigten Haltebügel gemäß den 8 und 9 in Vorderansicht auf den Befestigungshaken;
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11 den am Hydraulikgehäuse befestigten Haltebügel gemäß den 8 und 9 in Seitenansicht;
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12 einen Haltebügel mit nicht erfindungsgemäßer Befestigung in perspektivischer Einzelteildarstellung;
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13 in schematischer perspektivischer Darstellung ein Hydraulikgehäuse zur Befestigung des Haltebügels gemäß 12;
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14 den am Hydraulikgehäuse befestigten Haltebügel gemäß den 12 und 13 in Schnittdarstellung.
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In 1 ist der prinzipielle Aufbau eines hydraulisch variablen Gaswechselventiltriebs schematisch offenbart. Dargestellt ist ein für das Verständnis der Erfindung wesentlicher Ausschnitt eines Zylinderkopfs 1 einer Brennkraftmaschine mit einem Nocken 2 einer Nockenwelle und einem in Schließrichtung durch Federkraft beaufschlagten Gaswechselventil 3. Die Variabilität des Ventiltriebs wird mittels einer zwischen dem Nocken 2 und dem Gaswechselventil 3 angeordneten Hydraulikeinheit 4 erzeugt, die folgende Komponenten umfasst:
- – ein Hydraulikgehäuse 5,
- – einen vom Nocken 2 unmittelbar angetriebenen Pumpenkolben 6,
- – einen das Gaswechselventil 3 betätigenden Nehmerkolben 7,
- – ein Hydraulikventil 8, hier in Form eines elektromagnetischen, stromlos geöffneten 2-2-Wege-Schaltventils,
- – einen im Übertragungssinn des Nockenhubs auf das Gaswechselventil 3 zwischen dem Pumpenkolben 6 und dem Nehmerkolben 7 verlaufenden Hochdruckraum 9, aus dem bei geöffnetem Hydraulikventil 8 Hydraulikmittel in einen Mitteldruckraum 10 abströmen kann,
- – einen an den Mitteldruckraum 10 angeschlossenen Druckspeicher 11 mit einem federkraftbeaufschlagten Ausgleichskolben 12,
- – ein in Richtung des Mitteldruckraums 10 öffnendes Rückschlagventil 13, über das die Hydraulikeinheit 4 an den Hydraulikmittelkreislauf der Brennkraftmaschine angeschlossen ist,
- – und einen als Hydraulikmittelreservoir dienenden Niederdruckraum 14, der sich geodätisch über dem Mitteldruckraum 10 und dem Hochdruckraum 9 befindet und über eine Drosselstelle 15 in einer den Niederdruckraum 14 vom Mitteldruckraum 10 separierenden Trennwand 16 mit dem Mitteldruckraum 10 verbunden ist.
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Der Niederdruckraum 14 ist mit einem in den Zylinderkopf 1 mündenden Überlauf 17 versehen. Dieser dient nicht nur der Entlüftung des Niederdruckraums 14, sondern auch der Kühlung der Hydraulikeinheit 4, indem aufgeheiztes Hydraulikmittel via Niederdruckraum 14 in den Zylinderkopf 1 entweichen und mithin in den gekühlten Hydraulikmittelkreislauf der Brennkraftmaschine zurückgeführt werden kann.
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Die an sich bekannte Funktionsweise des hydraulischen Gaswechselventiltriebs lässt sich dahingehend zusammenfassen, dass der Hochdruckraum 9 zwischen dem Pumpenkolben 6 und dem Nehmerkolben 7 als hydraulisches Gestänge wirkt, wobei das – bei Vernachlässigung von Leckagen – proportional zum Hub des Nockens 2 vom Pumpenkolben 6 verdrängte Hydraulikvolumen in Abhängigkeit des Öffnungszeitpunkts und der Öffnungsdauer des Hydraulikventils 8 in ein erstes, den Nehmerkolben 7 beaufschlagendes Teilvolumen und in ein zweites, in den Mitteldruckraum 10 einschließlich Druckspeicher 11 abströmendes Teilvolumen aufgeteilt wird. Hierdurch sind die Hubübertragung des Pumpenkolbens 6 auf den Nehmerkolben 7 und mithin nicht nur die Steuerzeiten, sondern auch die Hubhöhe des Gaswechselventils 3 vollvariabel einstellbar.
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Bei der erfindungsgemäßen Hydraulikeinheit 4 gemäß den 2 und 3 werden die Pumpenkolben 6 jeweils mittels eines Nockenfolgers 18 betätigt. Dieser ist als Schlepphebel ausgebildet, der mittels eines Gelenkkopfs 19 schwenkbeweglich auf dem Hydraulikgehäuse 5 gelagert und mit einer Rolle 20 als Nockenabgriff versehen ist. Wenn, wie in den Figuren dargestellt, die Hydraulikeinheit 4 nicht im Zylinderkopf 1 montiert ist, wird ein Herabfallen des Schlepphebels 18 vom Pumpenkolben 6 und vom Gelenkkopf 19 und folglich auch ein Herausfallen des zum Nocken 2 hin federbelasteten Pumpenkolbens 6 aus dessen Kolbenbohrung 21 durch einen länglichen Haltebügel 22 verhindert, der sich auf dem Hydraulikgehäuse 5 in Längsrichtung des Pumpenkolbens 6 erstreckt. Der Haltebügel ist mit einem Ende am Hydraulikgehäuse 5 befestigt und umgreift mit seinem freien Bügelende 23 das pumpenseitige Ende des Schlepphebels 18.
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Die Befestigung des als Blechumformteil hergestellten Haltebügels 22 erfolgt mittels einer einzigen Stiftverbindung 24 und in diesem ersten Ausführungsbeispiel mittels nur eines Einpressbolzens als Verbindungsstift 25, der gemäß 4 eine Bolzenöffnung 26 des Haltebügels 22 durchsetzt und dessen trilobularer Bolzenschaft in einer Gehäusebohrung 27 (siehe 5) des aus Aluminium geschmiedeten Hydraulikgehäuses 5 eingepresst ist. Wie weiter unten anhand der 4 bis 7 erläutert, erzwingt die Stiftverbindung 24, dass der Haltebügel 22 mit elastischer Längsdurchbiegung auf dem Hydraulikgehäuse 5 aufliegt und dabei in stabiler Drehposition bezüglich der Stiftachse 28 gegen das Hydraulikgehäuse 5 verspannt ist. Wie bereits eingangs erläutert, ist unter dem Begriff 'stabiler Drehposition' zu verstehen, dass jede Verdrehung des Haltebügels 22 aus dieser Drehposition heraus zu einer weiteren Verformung mit entsprechend höheren Bauteilspannungen führen würde. Eine Voraussetzung hierfür ist die Geometrie des Haltebügels 22 und dessen Auflage am Hydraulikgehäuse 5, die jeweils im Bereich der Stiftverbindung 24 zum Pumpenkolben 6 hin abgewinkelt sind. Dabei befindet sich der Schnittpunkt des Lots 29 von dem freien Auflagerkontaktpunkt 30 auf die Stiftachse 28 nicht im axialen Bereich der Bolzenöffnung 26, so dass jede Verdrehung des Haltebügels 22 aus dieser Position heraus den Abstand des Auflagerkontaktpunkts 30 zur Stiftachse 28 vergrößern und dementsprechend den Haltebügel 22 weiter verformen würde.
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Die 4 und 5 zeigen den unverformten Haltebügel 22 als Einzelteil bzw. in ungespannter Auflage auf dem Hydraulikgehäuse 5. Die Abwinklungen des Haltebügels 22 und des Hydraulikgehäuses 5 sind so bemessen, dass der Haltebügel 22 in einem Abschnitt zwischen dem freien Auflagerkontaktpunkt 30 und der Bolzenöffnung 26 vom Hydraulikgehäuse 5 absteht, wobei die Bolzenöffnung 26 in dieser ungespannten Auflage nicht mit der Gehäusebohrung 27 fluchtet. Wie in 6 durch den Pfeil angedeutet, wird diese Fluchtung durch Andrücken des abstehenden Bügelabschnitts an das Hydraulikgehäuse 5 hergestellt. Der sich dabei unter elastischer Aufspreizung längs durchbiegende Haltebügel 22 wird anschließend durch Fügen des Einpressbolzens 25 am Hydraulikgehäuse 5 befestigt – siehe 7. Als alternative Stiftverbindung ist auch eine Verschraubung möglich.
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Die 8 bis 11 zeigen ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einer Stiftverbindung 24' in Form einer Hakenbefestigung des Haltebügels 22'. Der Verbindungsstift 25' ist in diesem Fall ein einteilig am Hydraulikgehäuse 5' angeformter Haken, an dem der Haltebügel 22' mit einer Ausnehmung 26' eingehängt ist. Die Winkelgeometrien des Haltebügels 22' und des Hydraulikgehäuses 5' sowie das elastische Andrücken des im ungespannten Zustand vom Hydraulikgehäuse 5' abstehenden Haltebügels 22' entsprechen den vorstehenden Ausführungen zum ersten Ausführungsbeispiel, so dass der Haltebügel 22' ebenfalls in stabiler Drehposition gegen das Hydraulikgehäuse 5' verspannt ist.
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In den 12 bis 14 ist eine weitere Befestigung eines Haltebügels 22'' dargestellt. Diese Ausführung ist jedoch nicht erfindungsgemäß, da das Lot vom freien Auflagerkontaktpunkt 30 auf die Stiftachse 28 durch den axialen Bereich der Bolzenöffnung 26'' verläuft. Anders als in der eingangs zitierten Druckschrift erfolgt die Verdrehsicherung des Haltebügels 22'' dabei nicht durch seitliches Einfassen des Haltebügels zwischen Gehäusestegen, sondern im Bereich der Auflage mittels einer Mulde 31, in die ein am Haltebügel 22'' angeformter oder ausgestellter Vorsprung 32 eingreift. Die Stiftverbindung 24'' umfasst wie beim ersten Ausführungsbeispiel einen Einpressbolzen 25''.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Zylinderkopf
- 2
- Nocken
- 3
- Gaswechselventil
- 4
- Hydraulikeinheit
- 5
- Hydraulikgehäuse
- 6
- Pumpenkolben
- 7
- Nehmerkolben
- 8
- Hydraulikventil
- 9
- Hochdruckraum
- 10
- Mitteldruckraum
- 11
- Druckspeicher
- 12
- Ausgleichskolben
- 13
- Rückschlagventil
- 14
- Niederdruckraum
- 15
- Drosselstelle
- 16
- Trennwand
- 17
- Überlauf
- 18
- Nockenfolger / Schlepphebel
- 19
- Gelenkkopf
- 20
- Rolle
- 21
- Kolbenbohrung
- 22
- Haltebügel
- 23
- Bügelende
- 24
- Stiftverbindung
- 25
- Verbindungsstift
- 26
- Bolzenöffnung / Ausnehmung
- 27
- Gehäusebohrung
- 28
- Stiftachse
- 29
- Lot
- 30
- Auflagerkontaktpunkt
- 31
- Mulde
- 32
- Vorsprung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102010018209 A1 [0004]
