DE4423133A1 - Betätigungseinheit für eine Verstellvorrichtung, vorzugsweise für eine Ventilhubverstelleinrichtung von Kraftfahrzeugen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Betätigungseinheit für eine Verstelleinrichtung, vorzugsweise für eine Ventilhubver­ stelleinrichtung von Kraftfahrzeugen, nach dem Oberbe­ griff des Anspruches 1.

Bei Ventilhubverstelleinrichtungen von Kraftfahrzeugen ist es bekannt, als Kupplungselement einen Bolzen zu verwenden, der bei Bedarf hydraulisch so verschoben wird, daß ein ein feststehendes Bauteil bildendes Ver­ stellelement, das einem zweiten Nocken der Nockenwelle zugeordnet ist, mit einem Steuerelement gekuppelt wird. Infolge des zweiten Nockens führt der entsprechende Ven­ tilstößel des Kraftfahrzeuges einen veränderten Hub aus, wodurch der Öffnungsquerschnitt verändert wird, so daß eine besonders zugemessene Menge des Brennstoff-Luft-Ge­ misches in den Zylinderraum des Motors strömen kann. Da­ mit das Kupplungselement verschoben wird, muß das Hy­ draulikmedium mittels einer Pumpe mit Druck beaufschlagt werden. Es kommt kurzzeitig zu einem Druckeinbruch in­ nerhalb des Systems, bis die Pumpe den erforderlichen Hydraulikdruck aufgebaut hat. Dann besteht die Gefahr, daß das Kupplungselement nicht weit genug in die Rast­ bohrung eingeschoben wird und es so zu häufigem Tragen auf der Bolzenkante mit erhöhter Flächenpressung und er­ höhtem Verschleiß kommt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die gattungs­ gemäße Betätigungseinheit so auszubilden, daß das Kupp­ lungselement schlagartig in seine Kupplungsstellung verschoben wird, ohne daß hierbei die Gefahr besteht, daß es zur Kraftübertragung auf einem schmalen Randbe­ reich des Kupplungselementes kommt.

Diese Aufgabe wird bei der gattungsgemäßen Betätigungs­ einheit erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkma­ len des Anspruches 1 gelöst.

Bei der erfindungsgemäßen Betätigungseinheit steht das Hydraulikmedium stets unter einer gewissen Vorspannung. Befindet sich der Ventilkolben in seiner Ruhestellung, in welcher der Arbeitsanschluß vom Druckanschluß ge­ trennt ist, kann über die Drosselstelle dennoch Hydrau­ likmedium zum Arbeitsanschluß und von dort zum Kupp­ lungselement gelangen. Soll der Kupplungsvorgang ausge­ löst werden, liefert die Hydraulikpumpe den Druck nach dem Verschieben des Ventilkolbens aus der Ruhestellung in die Arbeitsstellung zum Kupplungselement. Aus dem in der Betätigungseinheit vorgesehenen Hydraulikspeicher kann schlagartig eine große Menge an Hydraulikmedium über die nunmehr geöffnete Verbindung zwischen dem Druck­ anschluß und dem Arbeitsanschluß strömen, so daß ein Druckeinbruch zu Beginn des Kupplungsvorganges zuverläs­ sig vermieden wird. Das Kupplungselement wird dadurch schlagartig in seine Kupplungsstellung verschoben.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den wei­ teren Ansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen.

Die Erfindung wird anhand zweier in den Zeichnungen dar­ gestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zei­ gen

Fig. 1 im Axialschnitt eine als Ventil ausgebildete erfindungsgemäße Betätigungseinheit,

Fig. 2 im Schnitt und in schematischer Darstellung eine Ventilhubverstelleinrichtung, die durch die Betätigungseinheit gemäß Fig. 1 betätigt wird,

Fig. 3 im Axialschnitt eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Betätigungseinheit.

Die Betätigungseinheit ist vorzugsweise für die Ventil­ hubverstellung von Kraftfahrzeugen vorgesehen. Bei sol­ chen Ventilhubverstelleinrichtungen wirken Nocken einer Nockenwelle mit Schwinghebeln oder Hydrotassen als Steu­ erelemente zusammen, die unmittelbar auf den jeweiligen Ventilstößel einwirken. Die Ventile werden über die ent­ sprechenden Nocken gesteuert geöffnet und geschlossen.

Die beschriebene Kopplung ist schematisch in Fig. 2 dar­ gestellt. Ein Kolben 1 ist in einem feststehenden Bau­ teil verschiebbar gelagert. Neben diesem feststehenden Bauteil 2 ist ein bewegliches Bauteil 3 vorgesehen, in dem ein Kolben 4 verschiebbar gelagert ist. Er steht un­ ter der Kraft wenigstens einer Feder 5 oder eines Hy­ draulikdruckes.

Um die beiden Bauteile 1 und 2 miteinander zu koppeln, wird der Kolben 1 hydraulisch beaufschlagt, wodurch er in Fig. 2 nach rechts verschoben wird und hierbei den Kolben 4 gegen die Kraft der Feder 5 zurückschiebt. Der Kolben 1 wird so weit verschoben, bis er in die den Kol­ ben 4 aufnehmende Bohrung 6 eingreift. Dann sind beide Teile quer zur Achse der Kolben 1 und 4 formschlüssig miteinander verbunden.

Zur hydraulischen Beaufschlagung des Kolbens 1 dient die Betätigungseinheit gemäß Fig. 1. Sie ist als Schaltven­ til ausgebildet und hat ein Gehäuse 7, in dem ein Ven­ tilkolben 8 verschiebbar gelagert ist. Er ist in einer Bohrung 9 verschiebbar gelagert, in die eine Drucklei­ tung 10, eine Arbeitsleitung 11 und eine Tankleitung 12 münden. Die Tankleitung 12 ist über eine Entlastungsboh­ rung 13 mit einem Kolbenraum 14′ verbunden, in dem ein als Tassenhülse ausgebildeter Kolben 15 abgedichtet ge­ gen die Kraft wenigstens einer Druckfeder 16 verschieb­ bar ist. Die Entlastungsbohrung 13 dient zur Entlastung des Kolbenraumes 14′ vom fließenden Leckageöl zum Tank. Auf der der Druckfeder 16 gegenüberliegenden Seite des Kolbens 15 ist in einem Speicherraum 14 Hydraulikmedium 17 untergebracht. Der mit Hydraulikmedium 17 gefüllte Bereich des Speicherraumes 14 ist über eine Querleitung 18 mit der Druckleitung 10 verbunden. Sie ist außerdem über eine eine Drosselstelle 19 aufweisende Querleitung 20 mit der Arbeitsleitung 11 verbunden.

Die Tankleitung 12 ist gegen den (nicht dargestellten) Tank durch ein Druckbegrenzungsventil 21 geschlossen, das in Richtung auf den Tank öffnet.

Der Ventilkolben 8 kann durch einen Stößel 22 eines Elektromagneten 23 gegen die Kraft wenigstens einer Fe­ der 24 in der Bohrung 9 axial verschoben werden. Der Ventilkolben 8 hat zwei durch einen Ringsteg 25 vonein­ ander getrennte Ringnuten 26 und 27. Die Ringnut 27 ist durch eine Radialbohrung 28 mit einer den Ventilkolben 8 axial durchsetzenden Bohrung 29 verbunden. Diese Bohrun­ gen 28, 29 dienen zur hydraulischen Entlastung des vor und hinter dem Ventilkolben 8 befindlichen Raumes 47 und 48. Das anfallende Leckageöl wird über die Bohrungen 28, 29, die Ringnut 27 und die Tankleitung 12 zum Tank abge­ führt.

In Fig. 1 ist der Ventilkolben 8 in der oberen Hälfte in seiner Schließstellung dargestellt, in welcher der Elek­ tromagnet 23 erregt und der Stößel 22 ausgefahren ist, so daß der Ventilkolben 8 gegen die Kraft der Druckfeder 24 verschoben ist. Die Druckleitung 10 ist mit der Ring­ nut 26 verbunden, während die Arbeitsleitung 11 von der Ringnut 26 durch den Ringsteg 25 des Ventilkolbens 8 ge­ trennt ist. Die Arbeitsleitung 11 ist mit der Tanklei­ tung 12 über die Ringnut 27 verbunden. Über die Querlei­ tung 20 und die Drosselstelle 19 steht die Arbeitslei­ tung 11 jedoch auch in Verbindung mit der Druckleitung 10. Dieser geringe Ölfluß wird über das Druckbegren­ zungsventil 21 zum Tank geführt. Dadurch kann das Hy­ draulikmedium auch in dieser Stellung des Ventilkolbens 8 über die Drosselstelle 19 in die Arbeitsleitung 11 strömen. Diese Maßnahme verhindert ein Leerlaufen des Systems, während der Motor läuft. Dadurch werden Lecka­ gen, beispielsweise durch Schmierstellen, ausgeglichen. Von der Arbeitsleitung 11 kann das Hydraulikmedium über die Ringnut 27 des Ventilkolbens 8 und die Tankleitung 12 zum Tank zurück strömen. Gleichzeitig ist die Druck­ leitung 10 über die Querleitung 18 mit dem Speicherraum 14 verbunden, so daß das Hydraulikmedium in den Spei­ cherraum 14 strömen kann und den Kolben 15 gegen die Kraft der Druckfeder 16 nach oben verschiebt. Auf diese Weise ist das gesamte System in der Schließstellung des Ventilkolbens 8 mit einem bestimmten Druck vorgespannt. An die Arbeitsleitung 11 ist eine Arbeitsleitung 30 (Fig. 2) des Bauteiles 2 angeschlossen, so daß auch der Kolben 1 unter diesem Vorspanndruck des Hydraulikmediums steht. Dieser Druck ist allerdings geringer als die von der Druckfeder 5 auf den Kolben 4 und damit auf den Kol­ ben 1 ausgeübte Gegenkraft. Dadurch bleibt der Kolben 1 in seiner in Fig. 2 dargestellten Anschlagstellung, in der er am Boden 31 der den Kolben 1 aufnehmenden Bohrung 32 anliegt.

Soll der Kolben 1 in der beschriebenen Weise hydraulisch verschoben werden, wird der Elektromagnet 23 abgeschal­ tet, so daß der Ventilkolben 8 durch die Kraft der Feder 24 in seine Arbeitsstellung (untere Hälfte in Fig. 1) verschoben wird. Nunmehr ist die Druckleitung 10 über die Ringnut 26 mit der Arbeitsleitung 11 verbunden, so daß innerhalb kürzester Zeit der zum Verschieben des Kolbens 1 erforderliche Druck aufgebaut wird. Dadurch wird der Kolben 1 schlagartig so weit verschoben, bis er in die Bohrung 6 des Bauteiles 3 eingreift. Dann sind beide Bauteile 2 und 3 formschlüssig miteinander verbun­ den.

Das im Speicherraum 14 befindliche Hydraulikmedium 17 dient dazu, die Zeit zu überbrücken, bis das Hydraulik­ medium von der (nicht dargestellten) Pumpe, vorzugsweise der Motorölpumpe, über die entsprechenden Leitungen ge­ fördert wird. Sobald der Elektromagnet 23 abgeschaltet und die Pumpe in Richtung Arbeitsleitung 11 fördern kann, wird gleichzeitig durch die Kraft der Druckfeder 16 der Kolben 15 verschoben, wodurch das Hydraulikmedium 17 über die Querleitung 18 in die Druckleitung 10 ver­ drängt wird. Somit steht unmittelbar nach Abschalten des Elektromagneten 23 zusätzlich zum Öl der Pumpe das Hy­ draulikmedium in der Zuleitung zum Kolben 1 augenblick­ lich zur Verfügung.

Über die Radialbohrung 28 des Ventilkolbens 8 befindet sich auch in der Axialbohrung 29 Hydraulikmedium, das beim Erregen des Elektromagneten 23 und beim Verschieben des Ventilkolbens 8 in die Ausgangsstellung (obere Hälf­ te in Fig. 1) über den Ringraum 27 in die Tankleitung 12 verdrängt wird.

Die Zwischenleitung 13 dient als Entlastungsbohrung, da­ mit der Kolben 15 aus der unteren Stellung (linke Hälfte in Fig. 1) unter dem Druck des Hydraulikmediums wieder gegen die Kraft der Feder 16 zurückfahren kann. Durch das im Speicherraum 14 befindliche Hydraulikmedium wird erreicht, daß der beim Verschieben des Ventilkolbens 8 in die Arbeitsstellung (untere Hälfte in Fig. 1) auftre­ tende Druckeinbruch innerhalb des Systems sofort ausge­ glichen wird. Wird die Betätigungseinheit für eine Ven­ tilhubverstelleinrichtung eines Kraftfahrzeuges einge­ setzt, dann kann der Bolzen 1 aufgrund der beschriebenen Ausbildung der Betätigungseinheit innerhalb kürzester Zeit in seine Kupplungsstellung verschoben werden, so daß nicht die Gefahr besteht, daß der Kolben 1 am Rand der Bohrung 6 des Bauteiles 3 formschlüssig trägt und dadurch einem starken Verschleiß unterliegt.

Fig. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem die Betä­ tigungseinheit als Drehteil ausgebildet ist. Sie hat das Gehäuse 7a, das zylindrischen Querschnitt hat und in dem die Bohrung 9a für den Ventilkolben 8a vorgesehen ist. Gleichachsig zur Bohrung 9a liegt der Kolbenraum 14a′, dessen Achse bei der vorigen Ausführungsform senkrecht zur Achse der Bohrung 9 liegt. Die Bohrung 9a und der Kolbenraum 14a′ sind durch eine Zwischenwand 33 ge­ trennt, die eine Durchgangsöffnung 34 für das Hydraulik­ medium aufweist. Die den Ventilkolben 8a in Richtung auf den Elektromagneten 23a belastende Druckfeder 24a stützt sich an der Zwischenwand 33 ab. Am gegenüberliegenden Kolbenende greift der Stößel 22a des Elektromagneten 23a an. Wird er erregt, wird der Stößel 22a ausgefahren und der Ventilkolben 8a gegen die Kraft der Druckfeder 24a verschoben (obere Hälfte in Fig. 3).

Das Gehäuse 7a ist mit dem Druckanschluß 10a, dem Ar­ beitsanschluß 11a und dem Tankanschluß 12a versehen. Der Ventilkolben 8a hat die Ringnuten 26a und 27a, die durch den Ringsteg 25a voneinander getrennt sind. Der Ringsteg 25a hat einen geringfügig kleineren Durchmesser als die Bohrung 9a. Dadurch wird zwischen dem Ringsteg 25a und der Bohrungswandung eine ringförmige Drosselstelle 19a gebildet, über die das Hydraulikmedium vom Druckanschluß 10a zum Arbeitsanschluß 11a strömen kann. Der Druckan­ schluß 10a ist über die Querleitung 18a und die Durch­ gangsöffnung 34 mit dem Speicherraum 14a verbunden. Die Querleitung 18a ist eine randoffene Vertiefung im Außen­ mantel des Ventilkolbens 8a. In der Tankleitung 12a sitzt das Druckbegrenzungsventil 21a, das vorzugsweise einstellbar ist. Hierfür ist im Gehäuse 7a eine Ein­ stellschraube 35 vorgesehen, mit der die Kraft einer Druckfeder 36 eingestellt werden kann, welche einen Ven­ tilkörper 37 des Druckbegrenzungsventils 21a in Richtung auf die Schließstellung belastet. Eine solche Einstell­ barkeit des Druckbegrenzungsventils kann auch bei der vorigen Ausführungsform vorgesehen sein.

Im Kolbenraum 14a′ ist der nach Art einer Tassenhülse ausgebildete Kolben 15a untergebracht, der die Druckfe­ der 16a aufnimmt. Der Kolbenraum 14a′ ist über eine Ge­ häuseöffnung 38 mit dem (nicht dargestellten) Tank für das Hydraulikmedium verbunden. Der Kolben 15a ist abge­ dichtet im Kolbenraum 14a′ verschiebbar gelagert.

Der Stößel 22a des Elektromagneten 23a ist in seiner Achsrichtung mittels einer Einstellschraube 39 stufenlos einstellbar. Dadurch kann der Ventilkolben 8a exakt in seine erforderliche Einbaulage eingestellt werden.

Der Ventilkolben 8a ist in der oberen Hälfte in Fig. 3 in seiner Schließstellung dargestellt, in welcher der Elektromagnet 23a erregt und der Stößel 22a ausgefahren ist. Der Ventilkolben 8a ist gegen die Kraft der Druck­ feder 24a so verschoben, daß der Arbeitsanschluß 11a vom Druckanschluß 10a durch den Ringsteg 25a getrennt ist. Über die Drosselstelle 19a kann das Hydraulikmedium je­ doch in dieser Stellung des Ventilkolbens 8a vom Druck­ anschluß 10a zum Arbeitsanschluß 11a strömen. Außerdem kann das Hydraulikmedium über die Ringnut 27a des Ven­ tilkolbens 8a und das Druckbegrenzungsventil 21a und die Tankleitung 12a zum Tank strömen. Auf diese Weise ist das gesamte System mit dem jeweiligen Hydraulikdruck vorgespannt. Der Kolben 15a im Kolbenraum 14a′ ist gegen die Kraft der Druckfeder 16a durch das Hydraulikmedium 17a in Fig. 3 nach links in seine Endstellung verscho­ ben. Soll der Kolben 1 (Fig. 2) des feststehenden Bau­ teiles 2 mit dem beweglichen Bauteil 3 gekuppelt werden, fördert die (nicht dargestellte) Pumpe zur Arbeitslei­ tung, wenn der Elektromagnet 23 abgeschaltet wird. Der Ventilkolben 8a wird wie beim vorigen Ausführungsbei­ spiel durch die vorgespannte Druckfeder 24a zurückge­ schoben (untere Hälfte in Fig. 3). Dadurch wird die un­ mittelbare Verbindung zwischen dem Druckanschluß 10a und dem Arbeitsanschluß 11a freigegeben, so daß der volle Hydraulikdruck am Arbeitsanschluß 11a wirksam wird. Das im Speicherraum 14a befindliche Hydraulikmedium 17a sorgt wiederum dafür, daß im Gesamtsystem augenblicklich der volle Hydraulikdruck zur Verfügung steht und ein Druckeinbruch beim Einschalten der Pumpe und Verschieben des Ventilkolbens 8a nicht auftritt. Der Kolben 15a wird durch die vorgespannte Druckfeder 16a verschoben, wobei das Hydraulikmedium 17a durch die Durchgangsöffnung 34, die Querleitung 18a und die Ringnut 26a zum Arbeitsan­ schluß 11a gedrückt wird. Beim Verschieben des Ventil­ kolbens 8a wird die Verbindung zwischen dem Arbeitsan­ schluß 11a und dem Tankanschluß 12a - bis auf die Dros­ selstelle 19a - geschlossen.

Das Gehäuse 7a ist am Umfang mit über seine Länge ver­ teilt angeordneten Ringdichtungen 40 bis 43 versehen, die in entsprechende Ringnuten eingelegt sind und mit denen das Gehäuse 7a in einer Einbauöffnung abgedichtet wird.

Der Arbeitsanschluß 11a ist wie beim vorigen Ausfüh­ rungsbeispiel mit der Arbeitsleitung 30 (Fig. 2) verbun­ den, so daß der Kolben 1 in der beschriebenen Weise schlagartig in seine Kuppelstellung mit dem Bauteil 3 verschoben wird.

Wird der Elektromagnet 23a eingeschaltet, wird über den ausfahrenden Stößel 22a der Ventilkolben 8a gegen die Kraft der Druckfeder 24a in seine Ausgangslage verscho­ ben (obere Hälfte in Fig. 3). Das vor dem Ventilkolben 8a befindliche Hydraulikmedium wird über die Durchgangs­ öffnung 34 in den Speicherraum 14a verdrängt, wodurch der Kolben 15a gegen die Kraft der Druckfeder 16a bis in seine in der oberen Hälfte in Fig. 3 dargestellte An­ schlagstellung verschoben wird. Der vordere kund hintere Ventilkolbenraum 47a, 48a sind unter Druck wie beim vor­ igen Ausführungsbeispiel kräftemäßig ausgeglichen.

Der Druckanschluß 10a, der Arbeitsanschluß 11a und der Druckanschluß 12a münden in Ringräume 44 bis 46 in der Wandung der Bohrung 9a. Mit der Einstellschraube 39 läßt sich der Überdeckungsgrad der Steuerkanten dieser Ring­ räume mit dem Ventilkolben 8a stufenlos und genau ein­ stellen.

Claims (12)

1. Betätigungseinheit für eine Verstelleinrichtung, vorzugsweise für eine Ventilhubverstelleinrichtung von Kraftfahrzeugen, die mindestens ein Kupplungs­ element aufweist, mit dem ein feststehendes und ein bewegliches Bauteil der Verstelleinrichtung kuppel­ bar sind, das hydraulisch über wenigstens einen Ven­ tilkolben der Betätigungseinheit verstellbar ist, mit dem mindestens ein Arbeitsanschluß von einem Druckanschluß trennbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckanschluß (10, 10a) mit einem Hydraulikspeicher (14, 14a) verbunden ist, und daß zwischen dem Arbeitsanschluß (11, 11a) und dem Druckanschluß (10, 10a) mindestens eine - Drosselstelle (19, 19a) vorgesehen ist, durch die Hydraulikmedium (17, 17a) trotz gesperrtem Arbeits­ anschluß (11, 11a) über den Druckanschluß (10, 10a) zum Arbeitsanschluß (11, 11a) gelangt, der dem Kup­ plungselement (1) zugeordnet ist.

2. Betätigungseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Hydraulikspeicher (14, 14a) ein vorzugsweise durch Federkraft vorge­ spannter Kolben (15, 15a) verschiebbar ist.

3. Betätigungseinheit nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Hydraulikspeicher- Kolben (15, 15a) als Tassenhülse ausgebildet ist, die auf der Innenseite mit Federkraft und auf der gegenüberliegenden Außenseite mit dem Hydraulikme­ dium (17, 17a) des Hydraulikspeichers (14, 14a) be­ aufschlagt ist.

4. Betätigungseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Hydraulikmedium in der Betätigungseinheit vorgespannt ist.

5. Betätigungseinheit nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß in einer Zuleitung zum Tankanschluß (12, 12a) innerhalb der Betätigungsein­ heit ein Druckbegrenzungsventil (21, 21a) sitzt.

6. Betätigungseinheit nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckbegrenzungsven­ til (21a) von außen einstellbar ist.

7. Betätigungseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Drosselstelle (19) in einer den Druckanschluß (10) mit dem Arbeitsan­ schluß (11) verbindenden Querleitung (18) sitzt.

8. Betätigungseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Drosselstelle (19a) durch eine Durchmesserverringerung des Ventilkolbens (8a) gebildet ist.

9. Betätigungseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Drosselstelle (19a) durch eine Kerbe im Ventilkolben (8a) gebildet ist.

10. Betätigungseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Arbeitsanschluß (11, 11a) in der Ruhestellung des Ventilkolbens (8, 8a) über die Drosselstelle (19, 19a) mit dem Druckan­ schluß (10, 10a) bzw. dem Hydraulikspeicher (14, 14a) und mit dem Tankanschluß (12, 12a) verbunden ist.

11. Betätigungseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilkolben (8, 8a) durch einen Stößel (22, 22a) eines Elektromagneten (23, 23a) in seine Ruhelage verstellbar ist.

12. Betätigungseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß ein Gehäuse (7a) der Be­ tätigungseinheit als Drehteil ausgebildet ist.