DE10300974A1 - Proportionalmagnetventil einer Nockenwellenverstelleinrichtung für Kraftfahrzeuge - Google Patents
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Abstract
Nockenwellenverstelleinrichtungen dienen dazu, den Kraftstoffbedarf eines Verbrennungsmotors an seine jeweils abzugebende Leistung anzupassen. Die Einrichtung hat einen Versteller mit einem Verstellelement, das durch ein Druckmedium verstellt wird. Die Betätigung des Verstellers erfolgt über das Proportionalmagnetventil. DOLLAR A Der Druckanschluß des Proportionalmagnetventils ist über den Leckagedurchtritt ständig mit dem Arbeitsanschluß verbunden. Dadurch wird im System auftretende Leckage zuverlässig kompensiert. Über den Leckagedurchtritt wird der Arbeitsanschluß auch dann mit Druckmedium versorgt, wenn er geschlossen ist. DOLLAR A Das Proportionalmagnetventil ist für Nockenwellenverstelleinrichtungen von Kraftfahrzeugen vorgesehen.
Description
- Die Erfindung betrifft ein Proportionalmagnetventil einer Nockenwellenverstelleinrichtung für Kraftfahrzeuge nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
- Mit Nockenwellenverstelleinrichtungen wird der Kraftstoffbedarf eines Verbrennungsmotors an seine jeweils abzugebende Leistung angepaßt. Hierbei wird der Hub der Einlaßventile so verstellt, daß die für die abzugebende Leistung erforderliche Kraftstoffmenge in den Verbrennungsraum eingespritzt wird. Um den Ventilhub zu verändern, wird die Nockenwelle relativ zur Kurbelwelle verdreht. Hierfür ist ein Versteller vorgesehen, der mit einem Hydrozylinder vergleichbar ist. Als Druckmittel dient das Hydrauliköl des Verbrennungsmotors. Als Druckölquelle wird der Schmierölkreislauf des Verbrennungsmotors herangezogen. Die Betätigung des Verstellers erfolgt über das Proportionalmagnetventil.
- Es sind im wesentlichen zwei verschiedene Arten von Verstellern im Einsatz, nämlich Versteller mit Schrägverzahnung und Drehflügelversteller. Das Druckmedium wird vom Proportionalmagnetventil über einen Drehübertrager dem Versteller zugeführt. Die Drehübertrager weisen mehr oder weniger Leckage auf. Problematisch hierbei ist, daß diese Leckage zwischen den beiden Arbeitsanschlüssen unterschiedlich groß ist.
- Die Versteller mit Schrägverzahnung weisen größere interne Reibungskräfte auf als die Drehflügelversteller. Andererseits ist jedoch eine gewisse Reibung besser für die Schwingungsdämpfung. Die Proportionalmagnetventile der bekannten Nockenwellenverstelleinrichtungen müssen ein hydraulisches Einspannen des Verstellelementes gewährleisten. Bei Verstellern mit Schrägverzahnung ist das Verstellelement ein Kolben, während bei Drehflügelversteller ein Rotor mit radial abstehenden Flügeln als Verstellelement vorgesehen ist. Bei Verstellern mit Schrägverzahnung reicht eine Ablaufsteuerung zum hydraulischen Einspannen des Kolbens aus. Drehflügelversteller, kombiniert mit dem Drehübertrager, haben eine relativ große Leckage, was dazu führt, daß das Verstellelement nicht optimal eingespannt ist. Problematisch ist ferner, daß bei fehlendem Öldruck in einer der Druckkammern des Verstellers der Verriegelungsmechanismus nicht mehr entriegelt wird.
- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das gattungsgemäße Proportionalmagnetventil so auszubilden, daß das Verstellerelement optimal eingespannt ist und der Verriegelungsmechanismus des Verstellers jederzeit entriegelt wird.
- Diese Aufgabe wird beim gattungsgemäßen Proportionalmagnetventil erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1 gesichert.
- Beim erfindungsgemäßen Proportionalmagnetventil wird durch den Leckagedurchtritt sichergestellt, daß im System auftretende Leckage zuverlässig kompensiert wird. Über diesen Leckagedurchtritt wird der Arbeitsanschluß stets mit dem Druckmedium versorgt, auch dann, wenn dieser Arbeitsanschluß geschlossen ist. Dadurch wird ständig ein gewisser Druckmediumstrom erreicht, der ventilexterne Systemleckagen kompensiert. Dadurch ist sichergestellt, daß der Kolben bzw. Rotor einwandfrei hydraulisch eingespannt ist und daß der Ver riegelungsmechanismus in einer der Kammern des Verstellers zuverlässig entriegelt wird.
- Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung.
- Die Erfindung wird nachstehend anhand zweier in den Zeichnungen dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen
-
1 im Axialschnitt eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Ventils mit axialem Druckanschluß, -
2 im Axialschnitt eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Ventils mit radialem Druckanschluß. - Das Ventil ist Teil einer Nockenwellenverstellung, mit der eine variable Ventilsteuerung bei Verbrennungsmotoren durch eine kontinuierliche Verdrehung der Nockenwelle relativ zur Kurbelwelle ermöglicht wird. Die Relativbewegung zwischen der Nockenwelle und der Kurbelwelle erfolgt in bekannter Weise durch einen Versteller, der nach Art eines Hydrozylinders arbeitet. Druckölquelle ist der Schmierölkreislauf des Motors. Der Versteller wird über das Ventil betätigt, das ein Proportionalmagnetventil ist. Das Ventil hat ein Ventilgehäuse
1 , das an ein Gehäuse2 eines Elektromagnetteiles3 angeschlossen ist. Im Ausführungsbeispiel hat das Ventilgehäuse1 mit Abstand von seinem einen Ende einen radial nach außen gerichteten Flansch4 , mit dem es an einer Stirnseite des Gehäuses2 anliegt. Die Verbindung zwischen dem Ventilgehäuse1 und dem Elektromagnetteil-Gehäuse2 erfolgt in herkömmlicher Weise, beispielsweise durch einen Bördelungsvorgang, bei dem ein Teil des Gehäuses2 um den Flansch4 des Ventilgehäuses1 gebördelt wird. - Im Ventilgehäuse
1 ist ein Hohlkolben5 verschiebbar gelagert, der an seinem dem Elektromagnetteil3 zugewandten Ende mit einem geschlossenen Boden6 versehen ist. An seiner Außenseite liegt ein Stößel7 des Elektromagnetteiles3 an. Der Hohlkolben5 kann vom Stößel7 gegen die Kraft wenigstens einer Schraubendruckfeder8 axial verschoben werden. Die Druckfeder8 ragt in den Hohlkolben5 und stützt sich mit einem Ende an einer radial nach innen gerichteten Schulterfläche9 in der Innenwand des Hohlkolbens5 ab. Das andere Ende der Druckfeder8 liegt an einem in das Ventilgehäuse1 eingesetzten Sicherungsring10 an. Vorteilhaft wird er in das Ventilgehäuse1 geschraubt oder gepreßt, so daß durch unterschiedlich weites Einschrauben oder Einpressen dieses Sicherungsringes10 die Vorspannkraft der Druckfeder8 stufenlos eingestellt werden kann. Das Ventilgehäuse1 ist an seinem den Sicherungsring10 aufweisenden Ende an eine Druckmittelquelle angeschlossen, über die das Druckmedium, vorzugsweise Hydrauliköl, mit dem Druck P dem Ventilgehäuse1 und dem Hohlkolben5 zugeführt wird. - Der Hohlkolben
5 ist im Ventilgehäuse1 geführt und weist nahe seinem dem Sicherungsring10 zugewandten Ende wenigstens eine Radialbohrung11 auf. Vorteilhaft sind über den Umfang des Hohlkolbens5 gleichmäßig verteilt mehrere Radialbohrungen11 vorgesehen. - Der Hohlkolben
5 ist außerdem etwa in halber Länge mit einer Umfangsnut12 versehen, so daß der Hohlkolben5 im Bereich dieser Nut12 Abstand von der Innenwand des Ventilgehäuses1 hat. Aufgrund dieser Umfangsnut12 ist der Hohlkolben5 in diesem Bereich dünnwandig ausgebildet, während er in den anschließenden Bereichen dickere Wandstärke hat. - Das Ventilgehäuse
1 ist mit zwei Arbeitsanschlüssen A und B sowie einem Tankanschluß T verbunden. Je nach Stellung des Hohlkolbens5 wird das über den Druckanschluß P axial zugeführte Druckmedium einem der Arbeitsanschlüsse A oder B zugeführt. Im Bereich der Anschlüsse A, B, T kann das Ventilgehäuse innenseitig mit jeweils einer Umfangsnut13 bis15 versehen sein, in die jeweils wenigstens eine Radialbohrung im Ventilgehäuse1 mündet. - Mit geringem Abstand vom Boden
6 ist der Hohlkolben5 mit Radialbohrungen16 versehen, die vorteilhaft gleichmäßig verteilt über den Umfang des Hohlkolbens5 angeordnet sind. - Das Proportionalmagnetventil wird in einen (nicht dargestellten) Einbauraum am Verbrennungsmotor oder am Fahrzeug eingebaut und durch wenigstens eine Ringdichtung
17 abgedichtet. Sie liegt in einer Ringnut18 in der Außenwand des Gehäuses2 des Elektromagnetteils3 . - In der in
1 dargestellten Ausgangslage ist der Elektromagnet nicht erregt, so daß der Stößel7 eingefahren ist und der Hohlkolben5 mit seinem Boden6 an einer Radialfläche10 des Gehäuses2 anliegt. Das über den Druckanschluß P zugeführte Druckmedium strömt in den Hohlkolben5 und kann über die Radialbohrungen 11 zum Arbeitsanschluß B des Verstellers strömen. Dadurch wird in bekannter Weise ein Kolben oder ein Rotor des Verstellers entsprechend bewegt, um die Nockenwelle gegenüber der Kurbelwelle zu verstellen. Das durch die Verstellung des Kolbens oder des Rotors des Verstellers verdrängte Druckmedium strömt über den Tankanschluß T des Proportionalmagnetventiles zum Tank zurück. In dieser Stellung des Hohlkolbens5 ist der Arbeitsanschluß A vom Druckanschluß P getrennt. Um eine Kompensation der ventilexternen Systemleckage zu erhalten, ist der Hohlkolben5 mit wenigstens einer seine Wandung durchsetzenden Leckagebohrung20 versehen, über die ständig ein geringer Teil des Druckmediums auch dann zum Arbeitsanschluß A strömen kann, wenn der Hohlkolben5 diesen Arbeitsanschluß A sperrt, wie in der Zeichnung dargestellt. Vorteilhaft sind mehrere solcher Leckagebohrungen20 über den Umfang verteilt am Hohlkolben5 vorgesehen. Über diese Leckagebohrung20 gelangt das Leckagemedium auch zum Tankanschluß T, über den es in den Tank zurückströmen kann. - Wird der Elektromagnet erregt, wird der Stößel
7 ausgefahren, der den Hohlkolben5 gegen die Kraft der Druckfeder8 verschiebt. Je nach Verschiebeweg des Hohlkolbens5 kann der Durchströmquerschnitt des Druckmediums in den Arbeitsanschluß P eingestellt oder ganz verschlossen werden. Wird der Hohlkolben5 aus der in der Zeichnung dargestellten Lage ausreichend weit durch den Stößel7 verschoben, wird der Arbeitsanschluß B gegen den Druckanschluß P geschlossen und dafür der Arbeitsanschluß A geöffnet. Dann kann das Druckmedium über den Druckanschluß P und die Radialbohrungen16 aus dem Hohlkolben5 zum Arbeitsanschluß A strömen. In diesem Falle wird der Kolben oder der Rotor des Verstellers von der anderen Seite mit Druckmedium beaufschlagt, so daß der Kolben oder der Rotor in der anderen Richtung bewegt wird. Auf diese Weise wird die Nockenwelle in einer anderen Richtung gedreht, als wenn das Druckmedium über den Arbeitsanschluß B zum Versteller gelangt. Das in der jeweils anderen Druckkammer des Verstellers befindliche Druckmedium strömt über den Tankanschluß T zum Tank zurück. - Damit auch in dieser Stellung des Hohlkolbens eine Kompensation der ventilexternen Systemleckage gewährleistet ist, ist der Hohlkolben
5 im Bereich des Arbeitsanschlusses B des Ventilgehäuses1 mit wenigstens einer seine Wandung durchsetzenden Leckagebohrung21 versehen. Vorteilhaft hat der Hohlkolben5 mehrere über den Umfang verteilt angeordnete Leckagebohrungen. Über sie kann ein geringer Teil des über den Druckanschluß P zugeführten Druckmediums auch dann zum Arbeitsanschluß B gelangen, wenn der Hohlkolben5 die Verbindung zum Druckanschluß P geschlossen hat. Da in diesem Falle der Arbeitsanschluß B auch mit dem Tankanschluß P verbunden ist, strömt ein Teil des Leckagemediums auch in den Tankanschluß T. - Beim beschriebenen Ausführungsbeispiel ist die Leckagekompensation an beiden Arbeitsanschlüssen A und B vorgesehen. Abhängig vom Versteller, vom Drehübertrager, vom Motoreinbau, von der Elektronik und dergleichen kann die Leckagekompensation auch nur am Arbeitsanschluß A oder B vorgesehen sein. In diesem Falle weist der Hohlkolben
5 nur die Leckagebohrung20 oder21 auf. - Im dargestellten Ausführungsbeispiel haben die Leckagebohrungen
20 und21 gleichen Durchflußquerschnitt. Es ist selbstverständlich möglich, daß die Leckagebohrungen20 und21 unterschiedliche Durchflußquerschnitte haben, so daß eine optimale Anpassung an die jeweiligen Einbauverhältnisse möglich ist. - Die Leckagebohrungen
20 ,21 sind als Düsen ausgelegt. Die Auslegung der Zuleitungen kann auch als Blende erfolgen. Die Leckagekompensation erfolgt vorteilhaft temperaturabhängig. - Das beschriebene Proportionalmagnetventil hat eine asymmetrische Kennlinie und weist im Überdeckungsbereich eine erhöhte Leckage auf.
- Durch unterschiedlich große Leckagebohrungen
20 ,21 ist eine Anpassung der Leckagekompensation an unterschiedlich große Leckagen möglich, wie sie beim Drehübertrager gegeben ist, mit dem das Druckmedium vom Proportionalmagnetventil zum Versteller geleitet wird. - Da über die Leckagebohrungen
20 ,21 stets Druckmedium in den Verstellkammern des Verstellers vorhanden ist, ist gewährleistet, daß der Verriegelungsmechanismus dieser Versteller zuverlässig entriegelt wird. Wird der Elektromagnet nicht mehr bestromt, wird der Hohlkolben5 unter der Kraft der Druckfeder8 in seine in der Zeichnung dargestellte Ausgangslage zurückgeschoben. Der Hohlkolben5 führt hierbei auch den Stößel7 in seine Ausgangslage zurück. - Die in
2 dargestellte Ausführungsform unterscheidet sich vom vorigen Ausführungsbeispiel dadurch, daß der Druckanschluß P im Ventilgehäuse1 vorgesehen ist. Dadurch wird das Druckmedium über diesen Druckanschluß P radial zugeführt. Der Tankanschluß T ist an dem den Sicherungsring10 aufweisenden Ende des Ventilgehäuses1 vorgesehen. Das durch die Verstellung des Kolbens5 verdrängte Druckmedium strömt damit axial über den Tankanschluß T des Proportionalmagnetventils zum Tank zurück. - In der in
2 dargestellten Stellung des Hohlkolbens5 ist der Druckanschluß P über die Nut14 mit dem Arbeitsanschluß B verbunden. Der andere Arbeitsanschluß A ist über die Radialbohrungen11 im Hohlkolben5 mit dem Tankanschluß T verbunden. - Wird der Elektromagnet erregt, wird der Stößel
7 ausgefahren, wodurch der Hohlkolben5 gegen die Kraft der Druckfeder8 verschoben wird. Wird der Hohlkolben5 ausreichend weit verschoben, wird der Arbeitsanschluß B gegen den Druckanschluß P geschlossen und dafür die Verbindung zum Arbeitsanschluß A hergestellt. Dabei wird die Verbindung zwischen dem Arbeitsanschluß A und dem Tankanschluß T geschlossen. Dafür gelangen die Radialbohrungen16 im Hohlkolben5 in den Bereich des Arbeitsanschlusses B, so daß das Druckmedium über die Radialbohrung16 und den Hohlkolben5 zum Tankanschluß T gelangen kann. Das Ventilgehäuse1 ist außenseitig in Höhe der Stege zwischen den Arbeitsanschlüssen A, B und dem Druckanschluß P mit den Leckagedurchtritten20 ,21 versehen. Sie sind beispielsweise als Bohrungen ausgebildet und über den Umfang des Ventilgehäuses1 verteilt angeordnet. Grundsätzlich reicht eine Bohrung20 bzw.21 als Leckagedurchtritt aus. - Im Unterschied zur vorigen Ausführungsform ist das Gehäuse
2 des Elektromagnetteiles3 stirnseitig mit einer Vertiefung22 versehen, in die das Ventilgehäuse2 mit einem Ende ragt. Im Boden23 der Vertiefung22 befindet sich eine Ringnut24 , die einen Dichtring25 aufnimmt. An ihm liegt das Ventilgehäuse2 stirnseitig an. Das Ventilgehäuse2 ist mit seinem entsprechenden Ende in die Vertiefung22 eingepreßt. In den Boden23 der Vertiefung22 mündet eine Axialbohrung26 , in welcher der Stößel7 untergebracht ist. Wie bei der vorigen Ausführungsform liegt der Stößel7 am geschlossenen Boden6 des Hohlkolbens5 an. - Im übrigen ist dieses Ausführungsbeispiel gleich ausgebildet wie die Ausführungsform gemäß
1 . - Die Ventilgehäuse
1 der beiden beschriebenen Ausführungsformen können untereinander ausgetauscht werden.
Claims (16)
- Proportionalmagnetventil einer Nockenverstelleinrichtung für Kraftfahrzeuge, mit einem Ventilgehäuse, in dem ein Kolben verschiebbar ist und das mindestens einen Arbeitsanschluß, einen Tankanschluß und einen Druckanschluß aufweist, über den ein Druckmedium, vorzugsweise Hydrauliköl, in den Kolben zuführbar ist, der mindestens einen Durchlaß für das Druckmedium aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckanschluß (P) über wenigstens einen Leckagedurchtritt (
20 ,21 ) ständig mit dem Arbeitsanschluß (A, B) verbunden ist. - Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Leckagedurchtritt (
20 ,21 ) im Kolben (5 ) vorgesehen ist. - Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Leckagedurchtritt im Ventilgehäuse (
1 ) vorgesehen ist. - Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (
5 ) ein Hohlkolben ist, der als Durchlaß für das Druckmedium wenigstens eine seine Wandung durchsetzende Öffnung (11 ,16 ) aufweist. - Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil zwei Arbeitsanschlüsse (A, B) aufweist, denen jeweils wenigstens eine die Wandung des Kolbens (
5 ) durchsetzende Öffnung (11 ,16 ) zugeordnet ist. - Ventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß beide Arbeitsanschlüsse (A, B) über jeweils wenigstens einen Leckage-Durchtritt (
20 ,21 ) mit dem Druckanschluß (P) ständig verbunden sind. - Ventil nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß beide Leckagedurchtritte (
20 ,21 ) gleichen Durchflußquerschnitt haben. - Ventil nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß beide Leckagedurchtritte (
20 ,21 ) unterschiedliche Durchflußquerschnitte haben. - Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Leckagedurchtritt (
20 ,21 ) düsenförmig ausgebildet ist. - Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Leckagedurchtritt (
20 ,21 ) eine die Wandung des Kolbens (5 ) durchsetzende Öffnung ist. - Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Leckagedurchtritt (
20 ,21 ) durch entsprechend ausgebildete Öffnungen im Ventilgehäuse (1 ) ausgeführt ist. - Ventil nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Leckagedurchtritt (
20 ,21 ) durch Bohrungen in den Stegen zwischen den Arbeitsanschlüssen (A, B) und dem Druckanschluß (P) gebildet ist. - Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Leckagedurchtritt (
20 ,21 ) als Blende ausgebildet ist. - Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (
5 ) mehrere über seinen Umfang verteilt angeordnete Leckagedurchtritte (20 ,21 ) aufweist. - Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Leckagedurchtritt (
20 ,21 ) benachbart zur Durchflußöffnung (11 ,16 ) für das Druckmedium vorgesehen ist. - Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (
5 ) einen geschlossenen Boden (6 ) hat, mit dem er an einem Stößel (7 ) eines Elektromagnetteiles (3 ) des Ventiles anliegt.
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