DE4143153A1 - 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 Steuereinrichtung sind insbesondere die Pumpe und das Magnetventil extern angeordnet, was verhältnismäßig umständlich ist, insbesondere hinsichtlich der notwendigen Leitungsverbindungen, aber auch einen erheblichen Bau­ aufwand bedingt (DE-OS 32 47 116).

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße hydraulische Steuereinrichtung mit dem kenn­ zeichnenden Merkmal des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß sie sehr kompakt baut und sehr einfach in eine Brennkraft­ maschine bzw. in deren Motorraum zu installieren ist. Weitere Vor­ teile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Zeichnung

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der nachfolgenden Be­ schreibung und Zeichnung näher erläutert. Diese zeigt in Fig. 1 einen Längsschnitt eines ersten Ausführungsbeispiels, in Fig. 2 einen Schnitt längs 2/2 nach Fig. 1, in Fig. 3 ein zweites Aus­ führungsbeispiel, ebenfalls im Längsschnitt, in Fig. 4 eine Ab­ wandlung des vorigen Ausführungsbeispiels, in Fig. 5 ein drittes Ausführungsbeispiel, jedoch nur teilweise und im Längsschnitt darge­ stellt, in Fig. 6 eine Ansicht einer Einzelheit.

Beschreibung der Erfindungsbeispiele

In Fig. 1 ist mit 10 das Ende einer Nockenwelle bezeichnet, welche zum Betätigen der Ventile einer Brennkraftmaschine dient. In das Ende der Nockenwelle ist ein länglich ausgebildeter, zylindrischer Zentralkörper 11 fest eingeschraubt, dessen Achse gleichachsig zu derjenigen der Nockenwelle verläuft. Etwa in der Mitte des Zentral­ körpers 11 ist auf dessen Außenseite gleitend ein Koppelglied 12 ge­ lagert, das an seinem der Nockenwelle abgewandten Ende an der Außen­ seite eine Schrägverzahnung 13 aufweist und auf seiner Innenseite in der selben Ebene ebenfalls eine Schrägverzahnung 14. Die Schrägver­ zahnung 14 steht im Eingriff mit einer Schrägverzahnung 15 auf der Außenseite des Zentralkörpers 11, während die Schrägverzahnung 13 mit einer Schrägverzahnung 16 an der Innenseite des Fortsatzes 17 eines hohlzylindrisch ausgebildeten Kettenrads 18 in Eingriff steht. Die Nockenwelle 10 ist in einem Nockenwellenlager 20 gelagert, das zum Beispiel an einer geeigneten Stelle der Brennkraftmaschine aus­ gebildet ist. Aus Obigem ist zu erkennen, daß der Zentralkörper 11 mit der Nockenwelle rotiert, daß natürlich ebenfalls das Kettenrad 18 rotiert, welches von der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine ange­ trieben ist, und daß auch das Koppelglied 13 rotiert. Das Koppel­ glied weist eine tiefe, längs verlaufende Nut 21 auf, in welcher eine Druckfeder 22 angeordnet ist, welche sich einerseits am Boden des Koppelglieds abstützt, andererseits an einem Deckel 23, welcher den Fortsatz 17 des Kettenrads 18 verschließt.

Innerhalb des Kettenrads 18 ist in einer Ausnehmung 25 eine Radial­ kolbenpumpe 26 angeordnet. Diese weist einen Stator 27 auf, welcher über Bolzen 28 fest mit dem Nockenwellenlager 20 verbunden ist. Im Stator sind mehrere, etwa radial verlaufende Bohrungen 29 ausge­ bildet, in welchen Kolben 30 gleiten, die sich mit ihren außen­ liegenden Kuppen an einen Laufring 31 anlegen, welcher ebenfalls in der Ausnehmung 25 angeordnet ist. Um dem Kolben 30 einen Hub zu er­ teilen, ist die zylindrische Ausnehmung 25 exzentrisch gegenüber der Achse des Zentralkörpers 11 bzw. der Nockenwelle 10 ausgebildet. Der Ring 31 ist mittels eines radial nach innen verlaufenden Bolzens 32, welcher in einen passenden Schlitz 33 des Stators 27 ragt, unver­ drehbar angeordnet, siehe hierzu Fig. 2, aus der auch die Exzentri­ zität der Ausnehmung 25 gut zu erkennen ist.

Das in der Ebene der Kolben 30 liegende Ende des Zentralkörpers 11 ist als Steuerzapfen für die Radialkolbenpumpe 26 ausgebildet und weist zwei an seinem Außenumfang verlaufende, einander gegenüber­ liegende Steuerschlitze 36, 37 für die Hochdruck- bzw. Nieder­ druckseite auf. Am Grund der Bohrungen 29 für die Kolben 30 ist je­ weils eine kleine Bohrung 38 ausgebildet, welche mit einer quer ver­ laufenden Sackbohrung 39 im Zentralkörper in Verbindung stehen, die in einem längs verlaufenden Kanal 40 ebenfalls im Zentralkörper münden. Von der Längsbohrung 40 geht eine zweite Querbohrung 41 aus, die in einen Druckraum 43 mündet, welcher zwischen dem Koppelglied 12 und dem Kettenrad 18 ausgebildet ist.

An dem der Nockenwelle 10 abgewandten Ende des Kanals 40 ist eine zylindrische Erweiterung 44 ausgebildet, in welcher der Stößel 45 eines Ventilkörpers 46 liegt, der den Kanal 40 zu schließen bzw. zu öffnen vermag. Der Stößel 45 hat im Bereich der Erweiterung 44 zwei Bunde 47, 48, an deren Außenseite nicht weiter bezeichnete Längs­ nuten ausgebildet sind. Das dem Ventilkörper 46 abgewandte Ende des Stößels ist im Anker 50 eines Elektromagneten 51 festgehalten, die­ ser besteht in bekannter Weise aus Magnetspule 52 und zugehörigem Eisenkreis 53. Der Stößel 45 dringt durch eine mittige Bohrung 55 im Deckel 23.

Wenn das Kettenrad 18 angetrieben wird, - es rotieren selbstver­ ständlich ebenfalls die Nockenwelle 10, der Zentralkörper 11 und das Koppelglied 12 - führen die Kolben 30 eine Hubbewegung aus. Sie wer­ den mit Motoröldruck über eine Bohrung bzw. einen Raum 56 im Ende der Nockenwelle, in welchem auch eine Schrägbohrung 57 in der Stirn­ seite des Zentralkörpers 11 mündet, beaufschlagt. Das angesaugte Druckmittel wird von dem Kolben in die Sackbohrung 39, den Kanal 40 und die Querbohrung 41 verdrängt. Dieses Druckmittel gelangt in den Druckraum 43 am Ende des Koppelglieds 12.

Bei nicht erregtem Elektromagneten 51 hebt der Förderstrom den Ventilkörper 46 von seinem Sitz ab, so daß das Druckmittel über die Erweiterung 44 und eine nur strichpunktiert dargestellte Querbohrung 59 zum Ölbehälter abströmen kann. Nun ist der Druckraum 43 drucklos, so daß die Druckfeder 22 das Koppelglied 12 nach rechts verschiebt. Durch die oben beschriebenen Schrägverzahnungen wird nun das Kettenrad 18 relativ gegenüber der Nockenwelle 10 verdreht, so daß diese nun eine erste Stellung einnimmt. Dies bedeutet "später Ein­ laßschluß" der Motorventile. Bei Erregung des Elektromagneten 51 nähert sich nun der Ventilkörper 56 seinem Ventilsitz, und der Förderstrom wird angedrosselt, wodurch sich analog zur Magnetkraft im Druckraum 43 ein entsprechender Druck aufbaut. Der nun im Druck­ raum 43 ansteigende Druck verschiebt das Koppelglied 12 entgegen der Kraft der Druckfeder 22 nach links. Außerdem sorgt dieser Druck für eine axiale Vorspannung des Kettenrads 18 gegenüber dem Stator 27. Dies verbessert die Abdichtung bezüglich der radialen Spalte am Stator. Damit andererseits die Anpreßkraft und damit die Reibkraft zwischen den beiden Teilen und auch zur Nockenwelle hin nicht zu groß wird, sind am Stator nicht weiter bezeichnete Druckentlastungs­ flächen angebracht, die für einen definierten Kraftausgleich sorgen.

Über den nun erzeugten Druck wird das Koppelglied 12 entgegen der Kraft der Druckfeder 22 nach links verschoben. Dadurch erfolgt wiederum eine relative Verdrehung des Kettenrads 18 gegenüber der Nockenwelle 10, so daß nun laufend neue Stellungen in Richtung "frühes Öffnen" der Einlaßventile erfolgt. Durch entsprechende Druckwahl, d. h. Bestromung des Elektromagneten 51, kann nun jede be­ liebige Position im Hubbereich der Brennkraftmaschine eingestellt werden.

Bei der Position von Ansaug- und Auslaßschlitzen 36, 37 am Zentral­ körper 11 ist zu beachten, daß bei der Phasenverstellung die Zuord­ nung zur exzentrischen Ausnehmung 25 verändert wird. Es muß deshalb vermieden werden, daß während des Fördervorgangs der Dichtbereich am Zentralkörper die Förderkammer abdichtet. In "Spätstellung" muß des­ halb die in Fig. 2 dargestellte Zuordnung der Steuerschlitze reali­ siert werden.

Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 unterscheidet sich von dem­ jenigen nach Fig. 1 dadurch, daß hier das Koppelglied - bezeichnet mit 12A - doppelt beaufschlagt ist, d. h. beidseitig desselben be­ finden sich Druckräume, die mit 63 und 64 bezeichnet sind. Dies be­ dingt eine etwas andere Ausbildung der Radialkolbenpumpe - bezeich­ net mit 26A - des Zentralkörpers 11A sowie des Elektromagnetventils, insgesamt bezeichnet mit 65.

Ohne nun auf alle Einzelheiten der Radialkolbenpumpe 26A einzugehen, ist festzuhalten, daß im Stator 27A nun zwei nebeneinanderliegende Auslaßbohrungen 67, 68 ausgebildet sind, sowie zwei nebeneinander­ liegende Einlaßbohrungen 69, 70. Dies ist deshalb notwendig, da über entsprechende Kanäle 72, 73 im Zentralkörper 11A die Verbindungen zu den beiden Druckräumen 63, 64 getrennt sind. Wesentlich ist auch, daß der Ventilkörper 74 zwei Ventilkegel 75, 76 aufweist, wobei der Ventilkegel 76 dem Hochdruckkanal 73 zugeordnet ist. Der dort be­ findliche Raum 77 an der Erweiterung 78 des Zentralkörpers 11A hat Verbindung zu einem parallel zum Kanal 73 verlaufenden Niederdruck­ kanal 78, welcher zur Niederdruckseite 80 führt, die mit dem Ölbe­ hälter in Verbindung steht. Von dort führt auch eine Schrägbohrung 81 (Saugkanal) zu den Saugschlitzen 82 im Zentralkörper, denen ge­ genüber die Druckschlitze 84, 85 am Zentralkörper liegen. Wesentlich bei dieser Radialkolbenpumpe ist, daß sie zwei einander gegenüber­ liegende Kolben haben muß.

Der Ventilkörper 74 hat ein Mittelteil, an welchem am Außenumfang Schlitze 87 ausgebildet sind, über welche Verbindung besteht vom Raum 77 zu einem gegenüberliegenden Raum 88, an den sich eine Buchse 89 anschließt, die eine durchgehende Querbohrung 90 aufweist, über welche Verbindung besteht zum Druckraum 63, und zwar über die Schrägverzahnungen. An den Ventilkörper 74 schließt sich wiederum ein Stößel 92 an, welcher im Anker 50 befestigt ist.

Je nach Stellung des Ventilkörpers 74 werden die Druckräume 63, 64 belastet oder entlastet. Entsprechend wird das Koppelglied 12A ver­ schoben, das über seine Schrägverzahnungen wiederum - wie beim Aus­ führungsbeispiel nach Fig. 1 beschrieben - eine relative Verdrehung der Nockenwelle gegenüber dem Kettenrad 18 bewirkt. Die Entlastung des Druckraums 63 erfolgt beispielsweise dann, wenn der Ventilkegel 76 auf seinem Ventilsitz anliegt und dadurch Verbindung entsteht vom Raum 88 über den Ventilsitz am Kegel 75 sowie die Längsschlitze 87 zum Niederdruckkanal 78. Die Bestromung des Elektromagnetventils er­ folgt über ein bestimmtes Programm, beispielsweise von einem elek­ tronischen Steuergerät her.

Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 bezieht sich wiederum auf eine Abwandlung desjenigen nach Fig. 1, ähnelt aber demjenigen nach Fig. 3, da es wiederum ein doppelt beaufschlagtes Koppelglied auf­ weist. - Abgewandelt ist lediglich die Radialkolbenpumpe - bezeich­ net nunmehr mit 26B -. Diese Bauweise baut kompakter als die zuvor beschriebenen, da die wesentlichen Teile ineinander verschachtelt, d. h. in einer radialen Ebene liegen. Aus diesem Grund ist dieses Ausführungsbeispiel nur teilweise dargestellt, da die Ventilsteue­ rung dieselbe ist.

Wesentlich am geänderten Beispiel ist dasjenige Teil, an welchem die Kuppen der Kolben 30 anliegen. Es ist als Ring 95 ausgebildet, der exzentrisch auf dem Fortsatz aufgelagert ist und über einen Bolzen 96 drehfest mit dem Stator verbunden ist, der sich am Nockenwellenlager 20 abstützt. Der Stator 27B befindet sich nunmehr auf einem zylindrischen Fortsatz 97 des Kettenrads 18B, der sich zur Nockenwelle hin erstreckt. Man erkennt also, daß - im Unterschied zu den vorhergehenden Ausführungsbeispielen - der Wickelring 95, der Stator 27B, ein Teil des Koppelglieds 12A sowie das Ende des Stators in einer radialen Ebene liegen. Hierdurch ergibt sich eine besonders raumsparende Bauart. Die Druckmittelverbindungen sind im wesent­ lichen dieselben wie beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 3, d. h. das Koppelglied 12A ist wieder gleich ausgebildet und beidseitig beauf­ schlagt. Lediglich die Zuführung des Druckmittels vom Motorraum zur Radialkolbenpumpe ist anders ausgebildet. Hier führt in der Nocken­ welle von der Niederdruckseite 98 eine Radialbohrung 99 nach außen, an die sich eine axial verlaufende Bohrung 100 anschließt - immer noch in der Nockenwelle - wobei die Bohrung 100 mit einem Kanal 101 mit dem Zentralkörper 11B verbunden ist, der wiederum über einen Ka­ nal 102 im Fortsatz 97 des Kettenrads 18B mit dem Saugschlitz 103 der Radialkolbenpumpe verbunden ist. Auf die Auslaßseite (Hochdruck­ seite) ist weiter nicht eingegangen, da sie im wesentlichen über­ einstimmt mit dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3. Die Funktions­ weise unterscheidet sich ebenfalls nicht von derjenigen nach dem genannten Ausführungsbeispiel.

Das Ausführungsbeispiel nach den Fig. 5 und 6 unterscheidet sich hinsichtlich der Förderpumpe wesentlich von den vorherigen Ausführungsbeispielen, da hier nun eine Innenzahnradpumpe bzw. G-Rotorpum­ pe verwendet ist. Diese besteht aus einem im Kettenrad 18C drehbar angeordneten Außenrad 106 und einem mit ihm kämmenden, feststehenden Innenrad 107. An die Innenzahnradpumpe schließt sich ein seitliches Abschlußteil 108 an, das mit dem Bolzen 109 drehfest mit dem Nocken­ wellenlager verbunden ist. Das Innenrad 110 ist über nicht weiter dargestellte Schrauben mit dem Abschlußteil 108 verschraubt und da­ durch nicht drehbar. Das Außenrad 106 ist - wie die Fig. 6 zeigt - exzentrisch in einer Erweiterung 110 an der Stirnseite des Kettenrads 18C gelagert gegenüber dem Innenrad 107. Das Koppelglied 12A ist einfach beaufschlagt ausgebildet, entsprechend Lösung nach Fig. 1. Die Druckmittelzuführung erfolgt von der Niederdruckseite ähnlich wie beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 4, unterscheidet sich aber von dieser lediglich dadurch, daß die Kanäle 111 im Kettenrad 18C entsprechend der Ausbildung der Pumpe angepaßt sind, worauf jedoch nicht in allen Einzelheiten eingegangen ist, da in der Zeichnung deutlich dargestellt und dies im übrigen ohne weiteres verständlich ist. Die Hochdruck-Auslaßseite 112 befindet sich eben­ falls im Kettenrad 18C und weist im übrigen einen längs verlaufenden Schlitz 113 auf, der zum Druckraum 114 am Koppelglied führt und wei­ ter über eine Kanalverbindung 115 im Zentralkörper zum Drucksteuerven­ til. Die Funktionsweise einer G-Rotorpumpe oder auch Innenzahnrad­ pumpe ist hinlänglich bekannt, die Funktionsweise der gesamten Ein­ richtung unterscheidet sich nicht von den Ausführungsbeispielen nach Fig. 2 und 4, so daß hier nicht weiter darauf eingegangen ist.

Claims (11)

1. Hydraulische Steuereinrichtung zum Verdrehen der Nockenwelle (10, 10A, 10B) einer Brennkraftmaschine mittels eines durch von einer Pumpe (26, 26A, 26B) erzeugten Druckkraft längs verschieblichen Koppelglieds (12, 12A, 12B), das mittels Schrägverzahnungen (13 bis 16) beim Verschieben eine relative Verdrehung von Nockenwelle und Kettenrad (18, 18A, 18B) bewerkstelligt, das von der Brennkraft­ maschine angetrieben ist und wobei das Koppelglied durch einen von einem Magnetventil (50 bis 52; 74, 75) gesteuerten Flüssigkeitsdruck axial verschiebbar ist und wobei die Pumpe insbesondere als Radial­ kolbenpumpe ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Ketten­ rad (18, 18A, 18B) einen mittigen Zentralkörper (11, 11A, 11B) auf­ nimmt und an seinem der Nockenwelle (10, 10A, 10B) zugewandten Ende eine innenliegende Exzenterbohrung (25) aufweist, die Teil der Radi­ alkolbenpumpe (26, 26A) ist und der Zentralkörper (11, 11A, 11B) drehfest mit der Nockenwelle (10) verbunden ist, daß die Radial­ kolbenpumpe einen Stator (27) aufweist, der mindestens einen Förder­ kolben (30) aufnimmt, dessen außenliegende Kuppen an einem in der Exzenterbohrung angeordneten, nicht rotierenden Ring (31) gleitet, daß zwischen den Zentralkörper und einem hohlzylindrischen Fortsatz (17) des Kettenrads das druckbeaufschlagte Koppelglied (12, 12A, 12B) liegt und daß im Zen­ tralkörper 11 Kanäle (39 bis 41) ausgebildet sind für die Verbindung von der Radialkolbenpumpe zu mindestens einem Druckraum (43) zwi­ schen Koppelglied und Kettenrad, welcher Verbindung hat zu einem Ventilkörper (46) eines Elektromagnetventils (51).

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Koppelglied (12) einseitig beaufschlagt ist und daß auf dieses ent­ gegen der Flüssigkeitsdruckkraft eine in seinem hohlen Inneren ange­ ordnete Druckfeder (22) angeordnet ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Koppelglied (12A) doppelt beaufschlagt ist und der Ventilkörper (74) des Elektromagnetventils zwei Ventilkegel (75, 76) aufweist, von denen jeder einen Druckraum (63, 64) am Koppelglied steuert.

4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Stator (27) über eine Stiftverbindung (28) dreh­ fest mit dem Nockenwellenlager (20) verbunden ist.

5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Druckmittelzuführung für die Radialkolbenpumpe an der Niederdruckseite (56, 80) mit dem Motordruckölkreislauf ver­ bunden ist.

6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Radialkolbenpumpe zwei Druckauslässe (84, 85) hat, von denen jeweils einer mit einem der Druckräume (63, 64) am Koppel­ glied verbunden ist.

7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß wenigstens Teile des Zentralkörpers (11B), des Koppelglieds (12A), des Kettenrads (18B) und der Radialkolbenpumpe (26B) in einer radialen Ebene liegen, wodurch eine besonders kom­ pakte Bauweise erreicht ist.

8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Ring 95 exzentrisch auf einem Fortsatz 97 des Kettenrads 18B gelagert ist.

9. Einrichtung nach den wesentlichen Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1, dadurch gekennzeichnet, daß anstelle der Radial­ kolbenpumpe eine Innenzahnradpumpe vorgesehen ist, die ein fest­ stehendes Innenrad (107) aufweist, das in einer Ausnehmung des Kettenrads (18C) angeordnet ist, sowie ein drehbar gelagertes ro­ tierendes Außenrad (106), daß die Innenzahnradpumpe auf der einen Seite durch ein Abschlußteil (108) verschlossen ist, das drehfest mit dem Nockenwellenlager verbunden ist und mit dem außerdem das Innenrad (107) verbunden ist.

10. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenzahnradpumpe als G-Rotorpumpe ausgebildet ist.

11. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Ventilkörper einen Stößel aufweist, der fest mit dem Anker (50) des Elektromagnetventils verbunden ist, welcher achs­ gleich zum Zentralkörper verläuft und der Ventilkörper dort in einer Erweiterungsbohrung (44) angeordnet ist, welche Kanäle steuert, die mit den Druckräumen am Koppelglied in Verbindung stehen.