DE102021108361A1

DE102021108361A1 - Hydraulikeinheit für eine elektrohydraulische Gaswechselventilsteuerung

Info

Publication number: DE102021108361A1
Application number: DE102021108361.3A
Authority: DE
Inventors: Sandra Hofmann; Marius Mock
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2021-04-01
Filing date: 2021-04-01
Publication date: 2022-10-06

Abstract

Vorgeschlagen ist eine Hydraulikeinheit (1) für eine elektrohydraulische Gaswechselventilsteuerung einer Brennkraftmaschine, umfassend ein Hydraulikgehäuse (2) und einen darin angeordneten Druckspeicher (26', 26'', 26''') mit:- einem Zylinder (27);- einem im Zylinder geführten Kolben (12), der einen volumenveränderlichen Druckentlastungsraum (11) begrenzt;- einem am Zylinder befestigten Federteller (28', 28'', 28''');- und einer zwischen dem Federteller und dem Kolben eingespannten Druckfeder (29), die den Kolben in Richtung des Druckentlastungsraums kraftbeaufschlagt.Der Federteller soll mittels einer Schnappverbindung am Zylinder befestigt sein, wobei der Federteller radial elastisch verformbare Zungen (36) hat, die hinter einem axialen Hinterschnitt des Zylinders verschnappt sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Hydraulikeinheit für eine elektrohydraulische Gaswechselventilsteuerung einer Brennkraftmaschine, umfassend ein Hydraulikgehäuse und einen darin angeordneten Druckspeicher mit:

- einem Zylinder;
- einem im Zylinder geführten Kolben, der einen volumenveränderlichen Druckentlastungsraum begrenzt;
- einem am Zylinder befestigten Federteller;
- und einer zwischen dem Federteller und dem Kolben eingespannten Druckfeder, die den Kolben in Richtung des Druckentlastungsraums kraftbeaufschlagt.

Brennkraftmaschinen mit elektrohydraulischer Gaswechselventilsteuerung, die eine vollvariabel einstellbare Übertragung einer Nockenerhebung auf das Gaswechselventil mittels eines hydraulischen Gestänges ermöglicht, sind seit vielen Jahren beim Automobilhersteller FIAT unter der Bezeichnung ‚Multiair‘ in Großserie. Das hydraulische Gestänge umfasst einen nockenseitigen Geberkolben und einen ventilseitigen Nehmerkolben, die einen dazwischen verlaufenden Druckraum begrenzen, einen Druckentlastungsraum mit einem Druckspeicher und ein den Druckraum mit dem Druckentlastungsraum verbindendes Hydraulikventil. In Abhängigkeit des Öffnungszeitpunkts und der Öffnungsdauer des Hydraulikventils wird das - bei Vernachlässigung von Leckagen - proportional zum Nockenhub vom Geberkolben verdrängte Hydraulikvolumen in ein erstes, den Nehmerkolben beaufschlagendes Teilvolumen und in ein zweites, in den Druckentlastungsraum einschließlich Druckspeicher abströmendes Teilvolumen aufgesplittet. Hierdurch lassen sich nicht nur die Steuerzeiten, sondern auch die Hubhöhe des Gaswechselventils vollvariabel einstellen.
Der Druckspeicher ist typischerweise ein federbelasteter Kolbendruckspeicher mit einem Zylinder, einem darin geführten Kolben und einer Druckfeder, die zwischen dem Kolben einerseits und einem am Zylinder befestigten Federteller andererseits eingespannt ist. Die Befestigung des Federtellers erfolgt über einen Sicherungsring, der in einer Umlaufnut der Zylinderinnenwand eingelegt ist und einen Anschlag für den ansonsten im Zylinder frei verschiebbaren Federteller bildet.
Die DE 103 58 847 A1 offenbart einen Kolbendruckspeicher für ein Kfz-Antiblockiersystem. In diesem Anwendungsfall wird der Federteller typischerweise durch plastische Materialumformung der Zylinderbohrung am Zylinder befestigt.
Aufgabe der Erfindung ist es, den Druckspeicher einer Hydraulikeinheit der eingangs genannten Art konstruktiv zu vereinfachen.
Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich dadurch, dass der Federteller mittels einer Schnappverbindung am Zylinder befestigt ist, wobei der Federteller radial elastisch verformbare Zungen hat, die hinter einem axialen Hinterschnitt des Zylinders verschnappt sind.
Zunächst bewirkt die erfindungsgemäße Substitution des Sicherungsrings durch die Schnappverbindung mit dem Entfall dieses Bauteils eine unmittelbare Kosteneinsparung. Darüber hinaus gestaltet sich das Einschnappen des Federtellers erheblich einfacher als die bisherige Montage des Sprengrings, dessen hohe Radialkraft zu schnellem Verschleiß des spitz auszuformenden Montagewerkzeugs führt.
Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und aus den Zeichnungen, die drei Ausführungsbeispiele der Erfindung zeigen. Deren Erläuterung geht vom Stand der Technik gemäß den 1 bis 4 aus. Sofern nicht anders erwähnt, sind dabei gleiche oder funktionsgleiche Merkmale oder Bauteile mit gleichen Bezugszahlen versehen. Es zeigen:

1 eine bekannte Hydraulikeinheit einer elektrohydraulischen Gaswechselventilsteuerung 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 das erste Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Druckspeichers und dessen Federteller im Längsschnitt bzw. in zwei Ansichten;
6 das zweite Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Druckspeichers und dessen Federteller im Längsschnitt bzw. in zwei Ansichten;
7 das dritte Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Druckspeichers und dessen Federteller im Längsschnitt bzw. in zwei Ansichten.

1 zeigt die Gesamtansicht einer bekannten Hydraulikeinheit 1, die für den Einbau in einen Zylinderkopf einer Reihenvierzylinder-Brennkraftmaschine mit elektrohydraulischer Steuerung der Gaswechselventile 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 3 gegenüberliegenden Längsseite des Hydraulikgehäuses 2 befinden sich elektromagnetische Hydraulikventile 4.
Ein Querschnitt durch eine der baugleichen Gebereinheiten 3 ist in 2 dargestellt. Die Gebereinheit 3 umfasst als Nockenfolger einen auf einem starren Abstützelement 5 gelenkig gelagerten Schlepphebel 6 mit einer nadelgelagerten Rolle 7 als Nockenabgriff, einen federbelasteten Geberkolben 8 und eine im Hydraulikgehäuse 2 eingeschraubte Kolbenführung 25, in der der Geberkolben 8 axialbeweglich geführt ist. Die Nockenerhebung wird gehäuseaußenseitig auf den Geberkolben 8 übertragen, der gehäuseinnenseitig einen volumenveränderlichen Druckraum 9 begrenzt. Das Hydraulikgehäuse 2 ist durch einen damit verschraubten Gehäusedeckel 10 verschlossen. Ein in das Hydraulikgehäuse 2 eingeschraubter Sensor 13 dient zur Erfassung der Hydraulikmitteltemperatur.
Bei geöffnetem Hydraulikventil 4 ist der Druckraum 9 mit einem volumenveränderlichen Druckentlastungsraum 11 verbunden, der von einem Kolben 12 eines Druckspeichers 26 begrenzt ist. Der Kolben 12 ist in einem Zylinder 27 des Druckspeichers 26 axialbeweglich geführt, wobei dessen Hub dem in den Druckentlastungsraum abströmenden Hydraulikmittelteilvolumen entspricht. Die Kraft einer zwischen dem Kolben 12 und einem Federteller 28 eingespannten Druckfeder 29 beaufschlagt den Kolben 12 in Richtung des Druckentlastungsraums 11. Die Befestigung des Federtellers 28 am Zylinder 27 erfolgt mittels eines Sicherungsrings 30, der in eine Ringnut 31 am Bohrungsanfang eingelegt ist und als Axialanschlag für den Federteller 28 dient. Der Kolben 12 wird im druckentlasteten Zustand von einem Dichtring 32 umschlossen, der in eine Ringnut 33 am Bohrungsende eingelegt ist und Hydraulikmittelleckage aus dem Druckentlastungsraum 11 in die Umgebung der Hydraulikeinheit verhindert. Vorliegend ist der Zylinder 27 durch eine Bohrung des Hydraulikgehäuses 2 gebildet.
In 3 ist eine Nehmereinheit 14 zur Betätigung eines der - hier mit gestrichelter Linie angedeuteten - Gaswechselventile 23 erkennbar. Die Nehmereinheit 14 steht mit dem Geberkolben 8 der Gebereinheit 3 über Kanäle 15 gemäß 2 und 16 in hydraulischer Wirkverbindung und umfasst eine zylindrische Kolbenführung 17, die in einer Aufnahmeöffnung 34 des Hydraulikgehäuses 2 eingeschraubt ist, einen in einer Führungsbohrung 24 der Kolbenführung 17 axialbeweglich geführten Nehmerkolben 18, der gehäuseinnenseitig den Druckraum 9 begrenzt und gehäuseaußenseitig das Gaswechselventil 23 betätigt, ein hydraulisches Ventilspielausgleichselement 19, das betrieblich zwischen dem Nehmerkolben 18 und dem Gaswechselventil 23 eingespannt ist, 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 23, während bei geöffnetem Hydraulikventil 4 ein schnelles Abströmen von Hydraulikmittel aus dem Druckraum 9 in den Druckentlastungsraum 11 und in den sich dabei aufladenden Druckspeicher 26 erfolgt.
Die Trennung des Druckraums 9 vom Druckentlastungsraum 11 durch das Hydraulikventil 4 geht aus dem in 4 dargestellten Querschnitt entlang des Hydraulikventils 4 hervor. Die Kanäle 15 und 16 sind über eine am Hydraulikventil 4 verlaufende Ringnut 21 hydraulisch miteinander verbunden, so dass die Ringnut 21 ebenso wie die Kanäle 15 und 16 Bestandteil des Druckraums 9 sind. Im geöffneten Zustand lässt das Hydraulikventil 4 ein Überströmen von Hydraulikmittel aus dem Druckraum 9 in den Druckentlastungsraum 11 und zurück über eine den Druckentlastungsraum 11 mit der Ringnut 21 verbindende Bohrung 22 zu.
5 zeigt das erste Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Druckspeichers 26' im Längsschnitt, und die 5a und 5b zeigen den Federteller 28' des Druckspeichers 26' in Seitenansicht bzw. in Draufsicht. Gegenüber dem bekannten Druckspeicher 26 gemäß 2 ist der Druckspeicher 26' mit einer den Zylinder 27 bildenden Hülse 35' zu einer Baueinheit vormontiert, die im Hydraulikgehäuse der Hydraulikeinheit befestigt wird. Die Befestigung erfolgt durch Einpressen der Hülse 35' in eine Bohrung im Hydraulikgehäuse. Der die Druckfeder 29 abstützende und innen zentrierende Federteller 28' ist - wie der Kolben 12 - ein Blechformteil, das mittels einer Schnappverbindung an der Hülse 35' befestigt ist. Der Federteller 28' hat zu diesem Zweck radial elastisch verformbare Zungen 36, die umfänglich durch Schlitze 37 gebildet und voneinander getrennt sind und hinter einem axialen Hinterschnitt der Hülse 35' verschnappt sind. Der axiale Hinterschnitt ist vorliegend durch eine an der Innenwand der Hülse 35' verlaufende Ringnut 38 gebildet, an deren äußerer Nutwand 39 die Zungen 36 stirnseitig abgestützt sind. Das unter radial einwärtiger Verformung der Zungen 36 erfolgende Einführen des Federtellers 28' in die Hülse 35' wird durch eine zentrierende Einführfase 40 an der Hülse 35' erleichtert. Das Entlüften des Druckspeichers 26' erfolgt über Querbohrungen 41 in der Hülse 35' und über die Schlitze 37.
Die 6 zeigen das zweite Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Druckspeichers 26". Dieser unterscheidet sich von dem Druckspeicher 26' im Wesentlichen durch die Formgebung des Federtellers 28", der hier die Druckfeder 29 außen zentriert und gegenüber der Hülse 35" axial hervorsteht.
Beim dritten Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Druckspeichers 26''' gemäß den 7 ist der Federteller 28''' am Außenumfang der Hülse 35''' verschnappt, wobei dessen elastisch verformbare Zungen 36 hinter einem radial auswärtigen Bund 42 als axialem Hinterschnitt der Hülse 35''' verschnappt sind.
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 10358847 A1 [0004]

Claims

Hydraulikeinheit (1) für eine elektrohydraulische Gaswechselventilsteuerung einer Brennkraftmaschine, umfassend ein Hydraulikgehäuse (2) und einen darin angeordneten Druckspeicher (26', 26'', 26''') mit: - einem Zylinder (27); - einem im Zylinder (27) geführten Kolben (12), der einen volumenveränderlichen Druckentlastungsraum (11) begrenzt; - einem am Zylinder (27) befestigten Federteller (28', 28'', 28'''); - und einer zwischen dem Federteller (28', 28'', 28''') und dem Kolben (12) eingespannten Druckfeder (29), die den Kolben (12) in Richtung des Druckentlastungsraums (11) kraftbeaufschlagt, dadurch gekennzeichnet, dass der Federteller (28', 28'', 28''') mittels einer Schnappverbindung am Zylinder (27) befestigt ist, wobei der Federteller (28', 28'', 28''') radial elastisch verformbare Zungen (36) hat, die hinter einem axialen Hinterschnitt des Zylinders (27) verschnappt sind.
Hydraulikeinheit (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Zylinder (27) durch eine Bohrung im Hydraulikgehäuse (2) gebildet ist.
Hydraulikeinheit (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Zylinder (27) durch eine im Hydraulikgehäuse (2) befestigte Hülse (35', 35'', 35''') gebildet ist.
Hydraulikeinheit (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckspeicher (26', 26'', 26''') eine vormontierte Baueinheit ist, wobei die Hülse (35', 35'', 35''') im Hydraulikgehäuse (2) eingepresst ist.
Hydraulikeinheit (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der axiale Hinterschnitt durch eine Ringnut (38) gebildet ist.
Hydraulikeinheit (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Ringnut (38) an der Innenwand des Zylinders (27) verläuft.