DE102019116884A1 - Hydraulic camshaft adjuster for adjusting the timing of gas exchange valves of an internal combustion engine - Google Patents
Hydraulic camshaft adjuster for adjusting the timing of gas exchange valves of an internal combustion engine Download PDFInfo
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Abstract
Ein hydraulischer Nockenwellenversteller (1) zur Verstellung der Steuerzeiten von Gaswechselventilen eines Verbrennungsmotors weist einen von einer Kurbelwelle angetriebenen Eine Steuerung der Druckmittelversorgung von Druckräumen erfolgt über ein zentrisch in der Rotornabe (4) angeordnetes Zentralventil (24). Um den konstruktiven Aufbau des mit einem Zentralventil und einer Druckübersetzung versehenen hydraulischen Nockenwellenverstellers zu vereinfachen, sollen Steueröffnungen bzw. -kanten (39, 40) eines Ventilgehäuses (45) des Zentralventils (24) und eines in diesem verschiebbar geführten Steuerschiebers (37) derart zusammenwirken, dass das Zentralventil (24) für eine Betätigung des Nockenwellenverstellers (1) in Richtung „früh“ bei ausreichendem Druck der Druckmittelzufuhr eine Schaltstellung einnimmt, in der es die Druckmittelzufuhr ausschließlich mit der ersten Gruppe (A) von Druckräumen verbindet, während ein Arbeitsanschluss (Druckmittelpfad ATP) der Arbeitskammer gesperrt und ein Arbeitsanschluss einer zweiten Gruppe (B) von Druckräumen über den Rücklauf (T) mit dem Tank verbunden ist.A hydraulic camshaft adjuster (1) for adjusting the timing of gas exchange valves of an internal combustion engine has a crankshaft-driven control of the pressure medium supply to pressure chambers via a central valve (24) arranged centrally in the rotor hub (4). In order to simplify the construction of the hydraulic camshaft adjuster, which is provided with a central valve and a pressure booster, control openings or edges (39, 40) of a valve housing (45) of the central valve (24) and a control slide (37) slidably guided in it should interact in this way that the central valve (24) for actuation of the camshaft adjuster (1) in the "early" direction assumes a switching position when the pressure of the pressure medium supply is sufficient, in which it connects the pressure medium supply exclusively to the first group (A) of pressure chambers, while a working connection ( Pressure medium path ATP) of the working chamber is blocked and a working connection of a second group (B) of pressure chambers is connected to the tank via the return (T).
Description
Gebiet der ErfindungField of invention
Die Erfindung betrifft einen hydraulischen Nockenwellenversteller zur Verstellung der Steuerzeiten von Gaswechselventilen eines Verbrennungsmotors mit einem von einer Kurbelwelle angetriebenen Stator und einem gegenüber diesem verdrehbaren, mit einer Nockenwelle verbundenen Rotor, wobei von dem Stator aus radial verlaufende Stege und vom Rotor ausgehende, in einer Rotornabe angeordnete Flügel gemeinsam Druckräume bilden, von denen durch Druckbeaufschlagung eine erste Gruppe von Druckräumen eine Verstellung der Nockenwelle in Richtung „früh“ bewirken, der Reibungs- und Schleppmomente der Nockenwelle entgegenwirken, und eine zweite Gruppe von Druckräumen eine Verstellung der Nockenwelle in Richtung „spät“ bewirken, wobei der Nockenwellenversteller eine Steuerung der Druckmittelversorgung der Druckräume über ein zentrisch in der Rotornabe angeordnetes, als 5/4-Wegeventil ausgebildetes Zentralventil und in der Richtung „früh“ eine zusätzliche, über das Zentralventil zuschaltbare Druckübersetzungseinrichtung aufweist, mit welcher zumindest eine weitere Arbeitskammer zuschaltbar ist, und wobei das Zentralventil für eine Verstellung in Richtung „früh“ bei einem minimalen Druck der Druckmittelzufuhr eine Schaltstellung einnimmt, in der dieses die Druckmittelzufuhr mit der ersten Gruppe von Druckräumen sowie der zumindest einen weiteren Arbeitskammer verbindet, während die zweite Gruppe von Druckräumen über einen Rücklauf mit einem Tank verbunden ist.The invention relates to a hydraulic camshaft adjuster for adjusting the control times of gas exchange valves of an internal combustion engine with a stator driven by a crankshaft and a rotor that is rotatable with respect to this and connected to a camshaft Vane jointly form pressure chambers, of which a first group of pressure chambers effect an adjustment of the camshaft in the "advance" direction, which counteract the friction and drag torques of the camshaft, and a second group of pressure chambers effect an adjustment of the camshaft in the "retarded" direction , whereby the camshaft adjuster controls the pressure medium supply to the pressure chambers via a central valve arranged centrally in the rotor hub and designed as a 5/4-way valve and in the "early" direction an additional pressure transducer that can be switched on via the central valve has etting device with which at least one further working chamber can be switched on, and wherein the central valve for an adjustment in the "early" direction at a minimum pressure of the pressure medium supply assumes a switching position in which this pressure medium supply with the first group of pressure chambers and the at least one further The working chamber connects, while the second group of pressure chambers is connected to a tank via a return line.
Stand der TechnikState of the art
Mit hydraulischen Nockenwellenverstellern, über die eine Phasenverstellung zwischen Kurbelwelle und Nockenwelle eines Verbrennungsmotors vorgenommen wird, lassen sich die Steuerzeiten der über die Nockenwelle betätigten Gaswechselventile und somit der Ladungswechsel verändern, um diese an den jeweiligen Lastzustand des Verbrennungsmotors anzupassen. Daraus resultieren ein Leistungs- und Drehmomentgewinn sowie Kraftstoffeinsparungen, also insgesamt eine Effizienzsteigerung des Verbrennungsmotors. Aus dem Stand der Technik sind hydraulische Nockenwellenversteller bekannt, die nach dem Prinzip eines Schwenkmotors funktionieren und mehrere auf einer Rotornabe eines mit der Nockenwelle verbundenen Rotors angeordnete Flügel aufweisen.With hydraulic camshaft adjusters, which adjust the phase between the crankshaft and camshaft of an internal combustion engine, the control times of the gas exchange valves actuated via the camshaft and thus the gas exchange can be changed in order to adapt them to the respective load condition of the internal combustion engine. This results in a gain in power and torque as well as fuel savings, i.e. an overall increase in the efficiency of the internal combustion engine. Hydraulic camshaft adjusters are known from the prior art, which function on the principle of a swivel motor and have several vanes arranged on a rotor hub of a rotor connected to the camshaft.
Der Stator ist mit einem Ketten- oder Zahnriemenrad eines von der Kurbelwelle angetriebenen Zugmitteltriebes versehen. Zwischen dem Stator und dem Rotor werden mittels der radial verlaufenden Flügel und vom Stator aus radial verlaufender Stege zwei unterschiedliche Gruppen von Druckräumen gebildet. Je nach Beaufschlagung der Druckräume mit einem hydraulischen Druckmittel kann die Lage des Rotors gegenüber dem Stator und damit auch die Drehlage der Nockenwelle gegenüber der Kurbelwelle in Richtung „früh“ oder „spät“ verstellt werden.The stator is provided with a chain or toothed belt wheel of a traction mechanism driven by the crankshaft. Two different groups of pressure chambers are formed between the stator and the rotor by means of the radially extending vanes and webs extending radially from the stator. Depending on the application of a hydraulic pressure medium to the pressure chambers, the position of the rotor in relation to the stator and thus also the rotational position of the camshaft in relation to the crankshaft can be adjusted in the "early" or "late" direction.
Ein hydraulischer Nockenwellenversteller zur Verstellung der Steuerzeiten von Gaswechselventilen eines Verbrennungsmotors der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Gattung ist aus der
Dadurch kann der Öldurchsatz durch den hydraulischen Nockenwellenversteller reduziert werden, wodurch der Energiebedarf sinkt. Auf diese Weise kann der mechanische Wirkungsgrad des dem Nockenwellenversteller zugeordneten Verbrennungsmotors erhöht werden. Die Druckübersetzung soll eine zusätzliche Verstellkraft in genau einer Wirkrichtung erzeugen, wobei die genau eine Wirkrichtung der Druckübersetzung entgegen der Wirkrichtung der Schleppmomente der Nockenwelle orientiert sein soll. Durch die auf den Rotor wirkenden Schleppmomente der Nockenwelle benötigt eine Verstellung des Rotors in Richtung „früh“ nämlich ein deutlich höheres Verstellmoment als eine Verstellung des Rotors in Richtung „spät“, bei dem die Verdrehung durch die Schleppmomente unterstützt wird. Ferner soll die Druckübersetzung dann wirksam sein, wenn das Öldrucksystem des Verbrennungsmotors ein geringes Druckniveau aufweist.As a result, the oil throughput through the hydraulic camshaft adjuster can be reduced, which reduces the energy requirement. In this way, the mechanical efficiency of the internal combustion engine assigned to the camshaft adjuster can be increased. The pressure intensification is intended to generate an additional adjusting force in exactly one effective direction, with the precisely one effective direction of the pressure intensification being oriented against the effective direction of the drag torques of the camshaft. Due to the drag torques of the camshaft acting on the rotor, an adjustment of the rotor in the “early” direction requires a significantly higher adjustment torque than an adjustment of the rotor in the “retarded” direction, in which the rotation is supported by the drag torque. Furthermore, the pressure intensification should be effective when the oil pressure system of the internal combustion engine has a low pressure level.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, den konstruktiven Aufbau des mit einem Zentralventil und einer Druckübersetzung versehenen hydraulischen Nockenwellenverstellers zu vereinfachen.The object of the present invention is to simplify the structural design of the hydraulic camshaft adjuster provided with a central valve and a pressure transmission.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des unabhängigen Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den von diesem abhängigen Patentansprüchen wiedergegeben, welche jeweils für sich genommen oder in verschiedenen Kombinationen miteinander einen Aspekt der Erfindung darstellen können.This object is achieved by the features of the characterizing part of
Danach geht die Erfindung aus von einem hydraulischen Nockenwellenversteller zur Verstellung der Steuerzeiten von Gaswechselventilen eines Verbrennungsmotors mit einem von einer Kurbelwelle angetriebenen Stator und einem gegenüber diesem verdrehbaren, mit einer Nockenwelle verbundenen Rotor. Dabei gehen von dem Stator radial verlaufende Stege und vom Rotor in einer Rotornabe angeordnete Flügel aus, die gemeinsam Druckräume bilden. Durch eine Druckbeaufschlagung einer ersten Gruppe von Druckräumen wird eine Verstellung des Rotors in Richtung „früh“ bewirkt, wobei im Betrieb des Verbrennungsmotors der Verstellung der Nockenwelle in Richtung „früh“ Reibungs- und Schleppmomente der Nockenwelle entgegenwirken. Eine Druckbeaufschlagung einer zweiten Gruppe von Druckräumen bewirkt eine Verstellung des Rotors in Richtung „spät“. Der Nockenwellenversteller weist eine Steuerung der Druckmittelversorgung der Druckräume über ein zentrisch in der Rotornabe angeordnetes, als 5/4-Wegeventil ausgebildetes Zentralventil und in der Verstellrichtung „früh“ eine zusätzliche, über das Zentralventil schaltbare Druckübersetzungseinrichtung auf, mit welcher zumindest eine weitere Arbeitskammer zuschaltbar ist. Dabei nimmt das Zentralventil für eine Verstellung in Richtung „früh“ bei einem minimalen Druck der Druckmittelzufuhr eine Schaltstellung ein, in der dieses die Druckmittelzufuhr mit der ersten Gruppe von Druckräumen sowie der zumindest einen weiteren Arbeitskammer verbindet, während die zweite Gruppe von Druckräumen über einen Rücklauf mit einem Tank verbunden ist.According to this, the invention is based on a hydraulic camshaft adjuster for adjusting the control times of gas exchange valves of an internal combustion engine with a stator driven by a crankshaft and a rotor connected to a camshaft that can be rotated relative to this. In this case, radially extending webs go from the stator and vanes arranged in a rotor hub from the rotor, which together form pressure spaces. By applying pressure to a first group of pressure chambers, an adjustment of the rotor in the “advance” direction is effected, with friction and drag torques of the camshaft counteracting the adjustment of the camshaft in the “advance” direction during operation of the internal combustion engine. Applying pressure to a second group of pressure chambers causes the rotor to be adjusted in the “late” direction. The camshaft adjuster has a control of the pressure medium supply to the pressure chambers via a central valve arranged centrally in the rotor hub, designed as a 5/4-way valve and in the adjustment direction "early" an additional pressure booster device that can be switched via the central valve, with which at least one further working chamber can be switched on . The central valve assumes a switching position for an adjustment in the "early" direction at a minimum pressure of the pressure medium supply, in which it connects the pressure medium supply with the first group of pressure chambers and the at least one further working chamber, while the second group of pressure chambers is via a return connected to a tank.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass Steueröffnungen bzw. -kanten eines Ventilgehäuses des Zentralventils und eines in diesem verschiebbar geführter Steuerschiebers derart zusammenwirken, dass das Zentralventil für eine Betätigung des Nockenwellenverstellers in Richtung „früh“ bei ausreichendem Druck der Druckmittelzufuhr eine Schaltstellung einnimmt, in der es die Druckmittelzufuhr ausschließlich mit der ersten Gruppe von Druckräumen verbindet, während ein Arbeitsanschluss der Arbeitskammer gesperrt und ein Arbeitsanschluss der zweiten Gruppe von Druckräumen über den Rücklauf mit dem Tank verbunden ist. Damit kann ein einfacherer konstruktiver Aufbau mit einer optimalen Gestaltung des Zentralventils realisiert werden.According to the invention it is provided that control openings or edges of a valve housing of the central valve and a control slide displaceably guided in this cooperate in such a way that the central valve assumes a switching position for actuating the camshaft adjuster in the "early" direction when there is sufficient pressure of the pressure medium supply Pressure medium supply connects exclusively to the first group of pressure chambers, while a working connection of the working chamber is blocked and a working connection of the second group of pressure chambers is connected to the tank via the return. A simpler structural design with an optimal design of the central valve can thus be implemented.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung soll eine in der Rotornabe vorgesehene Aufnahmebohrung für das Zentralventil Ringnuten aufweisen, die jeweils mit der ersten Gruppe von Druckräumen, der zweiten Gruppe von Druckräumen sowie mit der zumindest einen Arbeitskammer verbunden sind, wobei das Ventilgehäuse aus einer Arbeitsanschlüsse aufweisenden äußeren Hülse und einer inneren in diese eingesetzten Hülse besteht, und wobei zwischen einer Innenmantelfläche der äußeren Hülse und einer Außenmantelfläche ein hohlzylindrisches Führungselement verläuft, das Steuerräume bildet.In a further embodiment of the invention, a receiving bore provided in the rotor hub for the central valve should have annular grooves, which are each connected to the first group of pressure chambers, the second group of pressure chambers and the at least one working chamber, the valve housing being made up of an outer sleeve having working connections and an inner sleeve inserted therein, and wherein a hollow cylindrical guide element extends between an inner jacket surface of the outer sleeve and an outer jacket surface, which guide element forms control spaces.
Weiterhin soll der Steuerschieber als mit Steuerkanten versehener Hohlkolben ausgebildet sein, der, seinem mit einem Aktuator zusammenwirkenden Ende benachbart, mit einer radialen Rücklaufbohrung versehen ist.Furthermore, the control slide should be designed as a hollow piston provided with control edges, which, adjacent to its end that interacts with an actuator, is provided with a radial return bore.
Außerdem soll das hohlzylindrische Führungselement aus Kunststoff bestehen, der sowohl die innere Hülse an ihrer Außenmantel umschließt als auch diese an ihrem von einem Aktuator abgewandten Ende in Form eines Stopfens verschließt, wobei sich an dem Stopfen eine mit dem Steuerschieber zusammenwirkende Ventilfeder abstützt.In addition, the hollow cylindrical guide element should be made of plastic, which both encloses the inner sleeve on its outer shell and closes it at its end facing away from an actuator in the form of a plug, a valve spring cooperating with the control slide being supported on the plug.
Die Erfindung ist nicht auf die angegebene Kombination der Merkmale des unabhängigen Patenanspruches 1 und den von diesem abhängigen Patentansprüchen beschränkt. Es ergeben sich darüber hinaus weitere Möglichkeiten, einzelne Merkmale, insbesondere dann, wenn sie sich aus den Patentansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele oder unmittelbar aus den Figuren ergeben, miteinander zu kombinieren. Außerdem soll die Bezugnahme der Patentansprüche auf die Figuren durch die Verwendung von Bezugszeichen den Schutzumfang der Patentansprüche auf keinen Fall auf die dargestellten Ausgestaltungsbeispiele beschränken.The invention is not limited to the specified combination of the features of
FigurenlisteFigure list
Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnungen verwiesen, in denen ein Ausführungsbeispiel vereinfacht dargestellt ist. Es zeigen:
-
1 als perspektivische Ansicht eine Schnittdarstellung eines hydraulischen Nockenwellenverstellers, -
2 einen Längsschnitt durch den Nockenwellenversteller und eine Seitenansicht eines mit diesem zusammenwirkenden Aktuators, -
3 als Teilansicht einen unter 90° vorgenommenen Längsschnitt durch den Nockenwellenversteller im Bereich eines Zentralventils, das sich in einer Schaltstellung für eine Verstellung nach „spät“ befindet, -
3a die Schaltstellung nach3 mit einem Längsschnitt durch das Zentralventil unter 135°, -
3b als Hydraulikschema das Zentralventil in seiner Schaltstellung gemäß den3 und3a , -
4 als Teilansicht einen unter 90° vorgenommenen Längsschnitt durch den Nockenwellenversteller im Bereich eines Zentralventils, das sich in einer Schaltstellung für eine Verstellung nach „früh“ bei ausreichendem Systemdruck befindet, -
4a dieSchaltstellung nach 4 mit einem Längsschnitt durch das Zentralventil unter 135°, -
4b als Hydraulikschema das Zentralventil in seiner Schaltstellung gemäßden 4 und4a , -
5 als Teilansicht einen unter 90° vorgenommenen Längsschnitt durch den Nockenwellenversteller im Bereich eines Zentralventils, das sich in einer Schaltstellung für eine Verstellung nach „früh“ bei minimalem Systemdruck und erforderlicher Druckübersetzung befindet, -
5a dieSchaltstellung nach 5 mit einem Längsschnitt durch das Zentralventil unter 135°, -
5a als Hydraulikschema das Zentralventil in seiner Schaltstellung gemäßden 5 und5a .
-
1 as a perspective view a sectional view of a hydraulic camshaft adjuster, -
2 a longitudinal section through the camshaft adjuster and a side view of an actuator interacting with it, -
3 a partial view of a longitudinal section made at 90 ° through the camshaft adjuster in the area of a central valve, which is in a switching position for an adjustment to "late", -
3a the switch position after3 with a longitudinal section through the central valve at 135 °, -
3b the central valve in its switching position according to the hydraulic diagram3 and3a , -
4th a partial view of a longitudinal section made at 90 ° through the camshaft adjuster in the area of a central valve, which is in a switching position for an adjustment after "early" when there is sufficient system pressure, -
4a the switch position after4th with a longitudinal section through the central valve at 135 °, -
4b the central valve in its switching position according to the hydraulic diagram4th and4a , -
5 a partial view of a longitudinal section made at 90 ° through the camshaft adjuster in the area of a central valve, which is in a switching position for an adjustment to "early" with minimum system pressure and required pressure intensification, -
5a the switch position after5 with a longitudinal section through the central valve at 135 °, -
5a the central valve in its switching position according to the hydraulic diagram5 and5a .
Ausführliche Beschreibung der ZeichnungDetailed description of the drawing
In der
Der Nockenversteller
Der Rotor
In der
Wie auch den nachfolgend noch erläuterten
Die Aufnahmebohrung
Der Steuerschieber
Die
Nach den
Schließlich zeigen die
BezugszeichenlisteList of reference symbols
- 11
- hydraulischer Nockenwellenverstellerhydraulic camshaft adjuster
- 22
- Statorstator
- 33
- Rotorrotor
- 44th
- RotornabeRotor hub
- 55
- Flügelwing
- 66th
- Flügelwing
- 77th
- Flügelwing
- 88th
- Stegweb
- 99
- Stegweb
- 1010
- Stegweb
- 1111
- RingraumAnnulus
- 1212
- Arbeitsraumworking space
- 1313
- Arbeitsraumworking space
- 1414th
- Arbeitsraumworking space
- 1515th
- DruckraumPrinting room
- 1616
- DruckraumPrinting room
- 1717th
- DruckraumPrinting room
- 1818th
- DruckraumPrinting room
- 1919th
- DruckraumPrinting room
- 2020th
- DruckraumPrinting room
- 2121st
- DruckmittelspeicherPressure fluid reservoir
- 2222nd
-
Rückschlagventil in
23a Check valve in23a - 2323
- DruckübersetzungseinrichtungPressure booster
- 23a23a
- DruckübersetzungsflügelPressure intensifier vane
- 23b23b
- DruckübersetzungsraumPressure booster room
- 2424
- ZentralventilCentral valve
- 2525th
-
Lagerstelle von
30 Deposit of30th - 2626th
-
Ölversorgungskanal von
30 Oil supply channel from30th - 2828
- AntriebsverzahnungDrive toothing
- 2929
- AktuatorActuator
- 3030th
- Nockenwellecamshaft
- 3131
- zentrische Aufnahmebohrungcentric mounting hole
- 3232
-
Druckraum von
23 Print room from23 - 3333
- Rückschlagventilcheck valve
- 3434
- ArbeitskammerLabor Chamber
- 3535
- Rückschlagventilcheck valve
- 3636
- Rückschlagventilcheck valve
- 3737
- SteuerschieberControl spool
- 3838
- innere Hülseinner sleeve
- 3939
-
Steuerkante von
37 Control edge of37 - 4040
-
Steuerkante von
37 Control edge of37 - 4141
-
Steuerraum von
37 Control room from37 - 4242
- hohlzylindrisches Führungselementhollow cylindrical guide element
- 42a42a
-
Steuerraum in
42 Control room in42 - 42b42b
-
Steuerraum in
42 Control room in42 - 4343
- StopfenPlug
- 4444
- VentilfederValve spring
- 4545
- VentilgehäuseValve body
- 45a45a
- SicherungsringLocking ring
- 4646
- RingnutRing groove
- 4747
- RingnutRing groove
- 4848
- RingnutRing groove
- 4949
-
Innenraum von
37 Interior of37 - 5050
-
radiale Bohrung von
37 radial bore of37 - 5151
- DruckmittelpumpePressure medium pump
- 5252
- Rückschlagventil check valve
- AA.
-
Gruppe erster Druckräume
15 ,16 und17 Group of first printing rooms15th ,16 and17th - BB.
-
Gruppe zweiter Druckräume
18 ,19 und20 Group of second pressure rooms18th ,19th and20th - ATP A TP
-
Druckmittelpfad für
23 Fluid path for23 - PP
- DruckmittelzufuhrPressure medium supply
- TT
- Rücklauf zum TankReturn to the tank
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited
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