DE4135377A1 - Hydraulische steuereinrichtung - Google Patents

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer hydraulischen Steuereinrichtung zum Verdrehen der Nockenwelle einer Brennkraftmaschine nach der Gattung des Hauptanspruchs. Bei einer derartigen bekannten hydraulischen Steuereinrichtung sind insbesondere die Pumpe und das Magnetventil extern angeordnet, was verhältnismäßig umständlich ist, einen hohen Raumaufwand erfordert und auch hinsichtlich der notwendigen Druck­ mittelverbindungen sehr umständlich ist (DE-OS 32 47 916).

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße hydraulische Steuereinrichtung mit den kenn­ zeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vor­ teil, daß sie sehr kompakt baut, sehr einfach an der Brennkraft­ maschine bzw. im Motorraum zu installieren ist, sehr präzise arbeitet und auch verhältnismäßig einfach zu montieren ist. Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der nachfolgenden Beschreibung und Zeichnung näher erläutert. Sie zeigt in Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine hydraulische Steuereinrichtung zum Verdrehen der Nockenwelle einer Brennkraftmaschine, in Fig. 2 einen Schnitt längs II-II nach Fig. 1.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

In Fig. 1 ist mit 10 eine Nockenwelle bezeichnet, welche in einem Nockenwellen-Lagerblock 11 gelagert ist. An der erweiterten Stirnseite 10A der Nockenwelle 10 ist das Kettenrad 12 für den Antrieb der Nockenwelle 10 angebracht. Daneben befindet sich ein Hydraulik­ körper 13, der eine Radialkolbenpumpe 14 aufnimmt, auf die später noch eingegangen ist. Die zuletzt genannten Teile, nämlich Hydraulikkörper 13, Kettenrad 12 und Endteil 10A der Nockenwelle 10 sind durch mehrere Schrauben 15 miteinander verbunden, und zwar ent­ spricht die Anzahl dieser Schrauben mit einer Ausnahme der Anzahl der Kolben der Radialkolbenmaschine. Damit sich die Nockenwelle 10 gegenüber dem Kettenrad 11 zwecks Einstellung der Ein- und Auslaß­ ventile der Brennkraftmaschine verdrehen kann, sind im Kettenrad Schlitze 16 ausgebildet, in welchen Hülsen 17 angeordnet sind, durch welche die Schrauben 15 dringen. Die Schlitze 16 sind bogenförmig ausgebildet, die Hülsen 17 liegen in ihnen mit einem gewissen Spiel. Die Schrauben 15 dienen mit zur Druckmittelversorgung der Radial­ kolbenpumpe, worauf aber weiter unten eingegangen ist.

Das Kettenrad 12 hat eine mittige Bohrung 20, an der eine Schrägver­ zahnung 21 ausgebildet ist. Diese kämmt mit der Schrägverzahnung 22 am Außenumfang eines erweiterten Teils 24 eines Koppelglieds 23, das zugleich einen druckbeaufschlagbaren Kolben 25 bildet. Das Koppel­ glied ist eine langgestreckte Hülse, von der sich ein zylindrischer Fortsatz 27 weit in eine mittige Längsbohrung 28 der Nockenwelle hinein erstreckt. In Höhe des Nockenwellenlagers 11 ist am Fortsatz 27 eine Geradverzahnung 29 ausgebildet, die mit einer ebensolchen Verzahnung 30 am Innenumfang einer Hülse 31 in Eingriff steht, welche drehfest in der Längsbohrung 28 angeordnet ist. Am Außenum­ fang der Hülse 31 befindet sich eine Ringnut 32, von deren Außenum­ fang eine Längsnut 33 ausgeht, in welche eine die Nockenwelle 10 durchdringende Querbohrung 34 mündet, die wiederum mit einer Ringnut 35 am Außenumfang der Nockenwelle 10 in Verbindung steht und die innerhalb des Nockenwellenlagers 11 liegt. In die Ringnut mündet eine das Nockenwellenlager 11 durchdringende Bohrung 37, die zum Schaft 38 eines Elektromagnetventils 39 führt und dort an einer Ringnut 40 mündet. Der Schaft 38 ist in eine Bohrung 41 des Nocken­ wellenlagers 11 eingesetzt. Der Schaft 38 schließt sich integral an ein topfförmiges Gehäuse 43 des Elektromagnetventils 39 an, das im übrigen in üblicher Weise eine Spule 44 und einen zylindrischen Magentanker 45 aufweist, in dem ein Stößel 46 fest angeordnet ist. Der Stößel 46 taucht ein in eine durchgehende Längsbohrung 47 im Schaft 38 und wirkt mit einem Ventilkörper 49 zusammen, der sich gegen einen Ventilsitz 50 legt, welcher an der Längsbohrung 47 aus­ gebildet ist, und zwar durch die Kraft einer Druckfeder 51, welche sich an einer Hülse 52 in der Längsbohrung abstützt. In die Ringnut 40 dringt eine den Schaft 38 durchdringende Querbohrung 53 ein. Der Stößel hat an seinem dem Ventilkörper zugewandten Ende einen Vier­ kant 55. An die das Elektromagnetventil 39 aufnehmende Bohrung 41 ist eine Leitung 56 angeschlossen, die zu einer Pumpe 57 führt, welche Druckmittel aus einem Ölbehälter 58 in der Brennkraftmaschine ansaugt. Es ist noch zu erwähnen, daß auf den Anker 45 des Elektro­ magneten eine Druckfeder 60 entgegen der Kraft der Feder 51 ein­ wirkt. An das Magnetventil 39 wird mit einer Frequenz von etwa 100 Hz und variierbarem Tastverhältnis Spannung angelegt. Bei kleinem Tastverhältnis wird das Magnetventil jeweils nur kurzzeitig geöffnet. Der zeitlich gemittelte Öffnungsquerschnitt steigt mit dem Tastverhältnis.

Die Radialkolbenpumpe 14 weist mehrere, im Hydraulikkörper ausgebil­ dete und radial verlaufende Bohrungen 62 auf, in welchen Kolben 63 gleiten, die sich mit ihren außenliegenden Kuppen an den Innenring 64 eines Kugellagers 65 anlegen, welches exzentrisch in der Bohrung 66 eines Teils des Gehäuses 67 der Brennkraftmaschine angeordnet ist. In den mittleren Teil jeder Kolbenbohrung 62 dringt eine im Hydraulikkörper ausgebildete Schrägbohrung 68 ein, in der eine Saug­ drossel 69 angeordnet ist. Die Schrägbohrung 68 mündet an einer Querbohrung 71 in der Schraube 15, in welche Querbohrung wiederum eine Längsbohrung 72 mündet. Diese hat Anschluß zu einer Schräg­ führung 73 im Kopfteil 10A der Nockenwelle, und mündet in die Ring­ nut 32 der Hülse 31. Daraus ist zu erkennen, daß die Kolbenbohrungen 62 Verbindung haben zum Elektromagnetventil 39 und über dieses zur Pumpe 57.

Vom Grund jeder Kolbenbohrung 62 verläuft eine Bohrung 75 zu einem Auslaßventil 76 für die Radialkolbenpumpe. Auf diese ist nicht näher eingegangen, da von konventioneller Bauart. Am Ausgang des Auslaß­ ventils ist eine kleine Bohrung 77 angeordnet, die Verbindung hat zu einem Druckraum 78, welcher den Endteil einer mittigen Bohrung 79 im Hydraulikkörper 13 bildet. In den Druckraum 78 ragt der Kolben 25 hinein, auf welchen eine in seinem hohlen Inneren angeordnete Druck­ feder 80 wirkt. Der Druckraum 78 ist durch eine Platte 82 ver­ schlossen, welche eine mittige durchgehende Bohrung 83 aufweist, an deren Rückseite ein ringförmiger Ventilsitz 84 für eine Ventil­ membran 85 ausgebildet ist. Von einem Ringraum 86 zwischen der Mem­ bran 85 und dem Ventilsitz 84 ausgehend durchdringt eine Bohrung 87 die Platte 82. Diese Bohrung hat Verbindung zu einem Kanal 88 im Hydraulikkörper, welcher in einem Ringraum 89 mündet, der außerhalb des Hydraulikkörpers liegt. Die Membran 85 liegt in einem die Platte 84 verschließenden Deckel 91, wobei von der Rückseite der Membran ein im Deckel 91 ausgebildeter Kanal 92 ausgeht, welcher mit einer Drosselbohrung 93 in der Platte 82 Verbindung hat, diese Drossel­ bohrung wiederum mit einem Kanal 94 im Hydraulikkörper, welcher zu einer Schraube 90 führt, wie sie weiter oben beschrieben ist. Diese Schraube ist zusätzlich zu den anderen Schrauben angeordnet, welche mit den Kolbenbohrungen in Verbindung stehen.

Die Steuereinrichtung arbeitet wie folgt: Bei Ansteuerung des Magnetventils 39 mit kleinem Tastverhältnis fließt nur wenig Druck­ mittel über das Ventil 49 in die Bohrung 37 und den Ringraum 35. Der Ventilkörper 49 hebt nur kurz während der Periodendauer vom Sitz ab. Von hier gelangt das Druckmittel über Kanal 34, Längsnut 33, Ringnut 32, Schrägbohrung 73, Bohrungen 71, 72 in der Schraube 15 in die Bohrung 68. Bei rotierendem Hydraulikkörper 13 fördern die Kol­ ben 63 der Radialkolbenpumpe 14 nur geringe Mengen Druckmittel über das Auslaßventil 76 und die Bohrung 77 in den Druckraum 78. Die Membran 85 wird ebenfalls nur mit geringer Kraft auf den Ventilsitz 84 gedrückt. Das hierfür erforderliche Druckmittel gelangt ebenfalls über die Bohrungen in der Schraube 90, den Kanal 94, die Drossel 93 und den Kanal 92 hinter die Membran 85. Die auf den Kolben 25 wirkende Kraft der Feder 80 ist jedoch größer als die Druckkraft des Druckmittels im Raum 78, so daß sich die unter geringer Kraft auf dem Ventilsitz anliegende Membran 85 abgehoben wird und das Druck­ mittel über Ringraum 86, Kanal 87, 88 abfließen kann. Die Druck­ feder 80 verschiebt nun das Koppelglied in Richtung zur Platte 82. Durch die Verzahnungen 29, 30 bzw. 21, 22 am Bund 24 und der Hülse 31 erfolgt nun eine relative Verdrehung des Kettenrads 12 gegenüber der Nockenwelle 10. Letztere nimmt nun eine erste Stellung ein.

Bei Bestromung des Elektromagnetventils 39 mit großem Tastverhältnis und entsprechender zeitlich gemittelter Öffnung desselben gelangt nun eine größere Druckmittelmenge in die Kolbenbohrungen 62, so daß die Radialkolbenpumpe 14 entsprechend mehr fördert. Hierdurch wird auch der Druck im Druckraum 78 wesentlich erhöht, und auch die Mem­ bran 85 wird über die oben geschilderte Kanalverbindung mit großer Kraft auf den Ventilsitz 84 gedrückt, so daß aus dem Druckraum 78 kein Druckmittel mehr abfließen kann. Nun wird der Kolben 25 ent­ gegen der Kraft der Feder 80 bewegt, und das mit den genannten Ver­ zahnungen versehene Koppelglied 23 verdreht nun die Nockenwelle 10 gegenüber dem Kettenrad 12 in entgegengesetzter Richtung wie zuvor, so daß die Ein- und Auslaßventile der Brennkraftmaschine eine zweite Position einnehmen. Durch entsprechende Teilbestromung des Magnet­ ventils 39 kann die Druckkraft auf den Kolben 25 mit der Kraft der Feder 80 und der Axialkraft infolge der Schrägverzahnung im Gleich­ gewicht gehalten und eine bestimmte Mittelstellung erreicht werden, oder jede beliebig andere.

Auf dem Hydraulikkörper 13 ist noch ein Sensorring 96 fest angeord­ net, der mit diesem rotiert. Er hat an der Schräge eine nicht dar­ gestellte Verzahnung, die mit einem geeigneten Sensor in Wirkver­ bindung steht. Mittels des Sensors und einer nicht dargestellten Elektronik wird das Magnetventil 39 angesteuert.

Claims (9)

1. Hydraulische Steuereinrichtung zum Verdrehen der Nockenwelle (10) einer Brennkraftmaschine mittels eines durch Druckkraft längsver­ schieblichen Koppelglieds (23), das an einer ersten Stelle an seinem Außenumfang eine Verzahnung (22) aufweist, die mit einer ebensolchen Verzahnung (20) am Innenumfang eines Kettenrads (12) in Eingriff steht, das von der Brennkraftmaschine angetrieben ist und wobei an einer anderen Stelle des Koppelglieds an dessen Außenumfang eine Verzahnung (29) ausgebildet ist, die mit einer Verzahnung (30) der Nockenwelle (10) in Eingriff steht, wobei ein Verzahnungspaar schräg verzahnt ist, das andere geradverzahnt, und am Koppelglied ein von Druckmittel entgegen einer mechanischen Kraft beaufschlagter, ein­ fach wirkender Kolben (25) angeordnet ist und das von der Pumpe ge­ förderte Druckmittel über ein Elektromagnetventil (39) zur Druckbe­ aufschlagung des Kolbens (25) geleitet wird, wobei durch Verschieben des Koppelglieds (23) eine relative Verdrehung des Kettenrads (12) gegenüber der Nockenwelle (10) erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß an das erweiterte Endteil (10A) der Nockenwelle (10), an dem auch das Kettenrad (12) sitzt, ein Hydraulikkörper (13) angeflanscht ist, in dem eine Radialkolbenpumpe (14) mit mehreren, in etwa radial ver­ laufenden Kolbenbohrungen (62) gleitenden Kolben (63) angeordnet ist, deren Kuppen am Innenring (64) eines exzentrisch gegenüber der Achse der Nockenwelle in einem feststehenden Gehäuse (67) ange­ ordneten Kugellager (65) anliegen, daß an den Druckraum jeder Kol­ benbohrung (62) ein Auslaßventil (76) angeschlossen ist, dessen Aus­ laß (77) in den Druckraum (78) der den einfach wirkenden Kolben (25) aufnehmenden Längsbohrung (79) mündet, die im Hydraulikkörper (14) verläuft, daß der Druckraum (78) vom Ventilgehäuse (82, 91) eines dieses steuernden Druckbegrenzungsventils (85) verschlossen ist und daß die Einlaßseiten der Kolbenbohrungen von einer Pumpe (57) ge­ speist werden, wobei zwischen dieser und den Kolbenbohrungen das den Zufluß steuernde Elektromagnetventil (39) angeordnet ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckbegrenzungsventil am Druckraum (78) eine druckbeaufschlagte Membran (85) aufweist, die einen an der Platte (82) ausgebildeten Ventilsitz (84) steuert.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß Nockenwelle, Kettenrad (12) und Hydraulikkörper (13) mittels Schrauben (15) verbunden sind, welche durch im Kettenrad angeordnete Hülsen (17) dringen, welche in Längsschlitzen (16) des Kettenrads angeordnet sind, und daß in den Schrauben Druckmittelverbindungen (71, 72) von den Kolbenbohrungen über das Elektromagnetventil (39) zur Pumpe (57) bestehen.

4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Magnetventil (39) in einem die Nockenwelle (10) tragenden Lagerkörper (11) angeordnet ist und einen mit dem Anker (45) verbundenen Stößel (46) aufnimmt, der ein Ventilglied (49) be­ tätigt und gleichzeitig eine Verbindung von der Pumpe (57) zum Aus­ laß des Magnetventils steuert.

5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß auf dem rotierenden Hydraulikkörper (13) ein Sensor­ ring fest angeordnet ist.

6. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Ein­ laßkanal (68) zu den Kolbenbohrungen eine Drossel (69) angeordnet ist.

7. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schrägverzahnung (21, 22) am Innenumfang des Kettenrads (12) und am Außenumfang eines erweiterten Teils (24) des Koppelglieds (23) aus­ gebildet ist.

8. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf den Kolben (25) eine Rückstellkraft in Form einer Druckfeder (80) wirkt.

9. Einrichtung nach Anspruch 1 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Kolben (25) eine Rückstellkraft einwirkt, welche durch die Schrägverzahnung (21, 22) aufgebracht wird, die in diesem Fall einen Winkel von etwa 30-45° aufweist.