EP1485581B1 - Nockenwellenversteller für eine brennkraftmaschine - Google Patents

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EP1485581B1
EP1485581B1 EP03744333A EP03744333A EP1485581B1 EP 1485581 B1 EP1485581 B1 EP 1485581B1 EP 03744333 A EP03744333 A EP 03744333A EP 03744333 A EP03744333 A EP 03744333A EP 1485581 B1 EP1485581 B1 EP 1485581B1
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EP
European Patent Office
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guide sleeve
camshaft
control piston
camshaft adjuster
adjuster according
Prior art date
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French (fr)
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Christian Haser
Kai Lehmann
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Mercedes Benz Group AG
Original Assignee
DaimlerChrysler AG
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Publication date
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    • F01L2001/34433—Location oil control valves

Definitions

  • the invention relates to a camshaft adjuster according to the preamble of claim 1.
  • a generic camshaft adjuster for an internal combustion engine with a hydraulic control piston is known.
  • an actuating unit for angular adjustment of a camshaft is controllable, wherein the actuator comprises a rotatably connected to the camshaft, formed by an impeller inner body and a camshaft rotatably mounted, formed by a sprocket outer body, via which a drive connection from the crankshaft to the camshaft runs.
  • the control piston is slidably guided in a receptacle of a central clamping screw in the axial direction to the central clamping screw. About the central clamping screw of the inner body is clamped axially against the camshaft.
  • the invention is in particular the object of providing a generic camshaft adjuster for an internal combustion engine with reduced tolerances while reducing manufacturing costs. It is achieved according to the invention by the features of claim 1. Further embodiments emerge from the subclaims.
  • the invention relates to a camshaft adjuster for an internal combustion engine having a hydraulic control piston, with which an actuating unit for angular displacement of a camshaft is controllable, wherein the control piston is guided in a separate guide sleeve and wherein the guide sleeve is inserted and held in a component receiving the guide sleeve.
  • the guide sleeve is pressed into the component.
  • the guide sleeve can be designed specifically for its function and caused by other functions disturbances can be avoided.
  • Control edges can be structurally simple, inexpensive and very precisely introduced to the guide sleeve, which reduces overall tolerances and costs can be saved. It may be a function decoupling and with the function decoupling a modularization and unification can be achieved, e.g. a plurality of at least similar guide sleeves can be used for various internal combustion engines.
  • the guide sleeve is arranged in the camshaft, a simple oil guide can be achieved and, in particular, existing oil guides can be used substantially unchanged. Furthermore, can be achieved by the arrangement of the guide sleeve in the camshaft, an advantageous precise position assignment of the control piston to the camshaft. However, the guide sleeve can also be arranged in an impeller, a central clamping screw or other, the expert appears reasonable sense component.
  • the guide sleeve is held by a press connection in a component receiving the guide sleeve. Since the guide sleeve is pressed or the guide sleeve is held by a press connection, the guide sleeve can be attached inexpensively, and in particular the attachment can be advantageously integrated into existing assembly processes of internal combustion engines. Particularly advantageously, the press connection is produced by a heat-related shrinkage process.
  • control piston is held captive in the guide sleeve via a securing element.
  • the guide sleeve and the control piston can be advantageously pre-assembled as a unit, checked for their function, transported and mounted.
  • Fig. 1 shows a section of an internal combustion engine 20 of a motor vehicle, not shown, with a camshaft adjuster according to the invention.
  • the camshaft adjuster has a hydraulic control piston 10 with which an actuating unit for angular adjustment of a camshaft 16 can be controlled.
  • the control piston 10 is guided in a separate guide sleeve 11, which has control edges formed by four radial bores 12, 13, 14, 15, wherein the radial bores 12, 15 are arranged offset in the circumferential direction to the radial bores 13, 14.
  • the guide sleeve 11 is inserted or pressed in a concentric, extending from one end of the camshaft 16 in the axial direction recess 21.
  • the camshaft 16 is heated, wherein the camshaft 16 and thus the recess 21 expands.
  • the guide sleeve 11 is inserted in the heated state in the recess 21, until it strikes with its camshaft 16 facing end face at the bottom of the recess 21.
  • the recess 21 narrows, and the guide sleeve 11 is pressed into the recess 21.
  • the camshaft 16 is mounted on a main bearing 22 in a cylinder head 23 of the internal combustion engine 20 and is fixed in the axial direction to the control piston 10 via a screwed to the cylinder head 23 cover 24.
  • pressure medium via a radial bore 25 and an axial bore 26 in the camshaft 16 and via interfaces 17, 55 between the guide sleeve 11 and the camshaft 16, via a extending in the axial direction, not shown channel and about an annular groove 47, radial bores 27, 28 of the guide sleeve 11 is supplied, via which the pressure medium is guided in an annular space formed by an annular groove 29 of the control piston 10 and the guide sleeve 11.
  • the channel not shown in detail and the annular groove 47 are formed by introduced into the guide sleeve 11 recesses.
  • helical compression spring 19 On one of the camshaft 16 facing side of the control piston 10 acting on the control piston 10 helical compression spring 19 is arranged, which faces away from the control piston 10 end at a bottom of the side of the camshaft 16 closed guide sleeve 11 and with its the control piston 10 facing End acts on the control piston 10.
  • a solenoid 30 formed by a pressure magnet 30 is arranged in a stationary to the cylinder head housing 36, via which the control piston 10 against the spring force of the helical compression spring 19 is adjustable.
  • a non-illustrated contact point between the plunger of the pressure magnet and the control piston which transmits the actuating forces of the pressure magnet on the control piston in a known manner.
  • the control piston 10 is secured in the guide sleeve 11 via a securing ring 18 in the direction away from the helical compression spring 19.
  • a disc-shaped cover 32 On the side facing the actuating magnet 30 side of the housing 31 is a disc-shaped cover 32 with a central recess for the guide sleeve 11 and on the actuating magnet 30 facing away from the side of the housing 31 is rotatably mounted on the camshaft 16 sprocket 33 is arranged, via which the camshaft 16 is in driving connection with a crankshaft, not shown.
  • the lid 32, the housing 31 and the sprocket 33 are clamped over itself in the axial direction extending clamping screws 34 and form a rotatably mounted on the camshaft 16 unit.
  • the lid 32, the housing 31 and the sprocket 33 include an annular space in which an impeller 35 is arranged.
  • the impeller 35 is pressed against rotation on the camshaft 16 and has in the radial direction outwardly extending wings, not shown.
  • the wings of the impeller 35 form with not shown, molded onto the housing 31, radially inwardly extending wings pressure chambers.
  • the control piston 10 is displaced by the helical compression spring 19 into its first end position facing away from the camshaft 16.
  • the annular groove 29 of the control piston 10 is located radially within the radial bores 12, 15. Via the radial bores 12, 15, via an interface 54 between the guide sleeve 11 and the camshaft 16, via an introduced on the outer circumference of the guide sleeve 11 annular groove 48 and over Radial bores 37, 38 in the camshaft 16 and radial bores 49, 50 in an inner ring of the impeller 35 first pressure chambers are acted upon by pressure medium, so that the sprocket 33 is fixed relative to the camshaft 16 in a first rotational position.
  • the annular groove 29 of the control piston 10 comes to lie radially within the radial bores 13, 14.

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Abstract

Die Erfindung geht aus von einem Nockenwellenversteller für eine Brennkraftmaschine mit einem hydraulischen Steuerkolben, mit dem eine Stelleinheit zur Winkelverstellung einer Nockenwelle steuerbar ist. Es wird vorgeschlagen, dass der Steuerkolben in einer separaten Führungshülse geführt ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Nockenwellenversteller nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Aus der DE 198 17 319 A1 ist ein gattungsbildender Nockenwellenversteller für eine Brennkraftmaschine mit einem hydraulischen Steuerkolben bekannt. Über den Steuerkolben ist eine Stelleinheit zur Winkelverstellung einer Nockenwelle steuerbar, wobei die Stelleinheit einen mit der Nockenwelle drehfest verbundenen, von einem Flügelrad gebildeten Innenkörper und einen zur Nockenwelle drehbar gelagerten, von einem Kettenzahnrad gebildeten Außenkörper aufweist, über den eine Antriebsverbindung von der Kurbelwelle zur Nockenwelle verläuft. Der Steuerkolben ist in einer Aufnahme einer Zentralspannschraube in axialer Richtung zur Zentralspannschraube verschiebbar geführt. Über die Zentralspannschraube ist der Innenkörper axial gegen die Nockenwelle verspannt.
  • Der Erfindung liegt insbesondere die Aufgabe zugrunde, einen gattungsgemäßen Nockenwellenversteller für eine Brennkraftmaschine mit reduzierten Toleranzen bei gleichzeitig reduzierten Herstellkosten bereitzustellen. Sie wird gemäß der Erfindung durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Weitere Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
  • Die Erfindung geht aus von einem Nockenwellenversteller für eine Brennkraftmaschine mit einem hydraulischen Steuerkolben, mit dem eine Stelleinheit zur Winkelverstellung einer Nockenwelle steuerbar ist, wobei der Steuerkolben in einer separaten Führungshülse geführt ist und wobei die Führungshülse in einem die Führungshülse aufnehmenden Bauteil gesteckt und gehalten ist.
  • Es wird vorgeschlagen, dass die Führungshülse in dem Bauteil eingepresst ist. Die Führungshülse kann gezielt auf ihre Funktion ausgelegt und durch andere Funktionen bedingte Störungen können vermieden werden. Steuerkanten können an die Führungshülse konstruktiv einfach, kostengünstig und besonders exakt eingebracht werden, wodurch insgesamt Toleranzen reduziert und Kosten eingespart werden können. Es kann eine Funktionsentkopplung und mit der Funktionsentkopplung kann eine Modularisierung und Vereinheitlichung erreicht werden, z.B. können mehrere zumindest gleichartige Führungshülsen für verschiedene Brennkraftmaschinen verwendet werden.
  • Ist die Führungshülse in der Nockenwelle angeordnet, kann eine einfache Ölführung erreicht und insbesondere können bestehende Ölführungen im wesentlichen unverändert genutzt werden. Ferner kann durch die Anordnung der Führungshülse in der Nockenwelle eine vorteilhafte präzise Lagezuordnung des Steuerkolbens zur Nockenwelle erreicht werden. Die Führungshülse kann jedoch auch in einem Flügelrad, einer Zentralspannschraube oder einem sonstigen, dem Fachmann als sinnvoll erscheinenden Bauteil angeordnet sein.
  • Die Führungshülse wird durch eine Pressverbindung in einem die Führungshülse aufnehmenden Bauteil gehalten. Da die Führungshülse eingepreßt bzw. die Führungshülse durch eine Preßverbindung gehalten ist, kann die Führungshülse kostengünstig befestigt werden, und insbesondere kann die Befestigung vorteilhaft in bestehende Montageprozesse von Brennkraftmaschinen eingebunden werden. Besonders vorteilhaft wird die Preßverbindung durch einen wärmebedingten Schrumpfungsprozeß hergestellt.
  • Ist an zumindest einer Schnittstelle zwischen der Führungshülse und dem die Führungshülse aufnehmenden Bauteil in Längs- und/oder in Umfangsrichtung der Führungshülse zumindest ein Kanal eingebracht, können zusätzliche, aufwendig herzustellende Kanäle in anderen Funktionsbauteilen, wie insbesondere in der Nockenwelle, vermieden und Kosten eingespart werden, und zwar insbesondere wenn der Kanal von einer in die Führungshülse eingebrachten Ausnehmung gebildet ist. Über den Kanal ist eine Verteilung von Druck- und/oder Steuermitteln realisiert.
  • In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß der Steuerkolben in der Führungshülse über ein Sicherungselement verliersicher gehalten ist. Die Führungshülse und der Steuerkolben können als Einheit vorteilhaft vormontiert, auf ihre Funktion überprüft, transportiert und montiert werden.
  • Ferner wird vorgeschlagen, daß in der Führungshülse eine auf den Steuerkolben wirkende Feder angeordnet ist, wodurch eine einfache Ansteuerung des Steuerkolbens über einen allein Zugkräfte oder Druckkräfte erzeugenden Aktuator realisierbar ist.
  • Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
  • Fig. 1 zeigt einen Ausschnitt einer Brennkraftmaschine 20 eines nicht näher dargestellten Kraftfahrzeugs mit einem erfindungsgemäßen Nockenwellenversteller. Der Nockenwellenversteller besitzt einen hydraulischen Steuerkolben 10, mit dem eine Stelleinheit zur Winkelverstellung einer Nockenwelle 16 steuerbar ist.
  • Der Steuerkolben 10 ist in einer separaten Führungshülse 11 geführt, die von vier Radialbohrungen 12, 13, 14, 15 gebildete Steuerkanten aufweist, wobei die Radialbohrungen 12, 15 in Umfangsrichtung versetzt zu den Radialbohrungen 13, 14 angeordnet sind.
  • Die Führungshülse 11 ist in einer konzentrischen, sich von einem Ende der Nockenwelle 16 in axialer Richtung erstreckenden Ausnehmung 21 eingesteckt bzw. eingepreßt. Bevor die Führungshülse 11 in die Ausnehmung 21 eingesteckt wird, wird die Nockenwelle 16 erwärmt, wobei sich die Nockenwelle 16 und damit die Ausnehmung 21 ausdehnt. Die Führungshülse 11 wird im erwärmten Zustand in die Ausnehmung 21 eingesteckt, und zwar bis diese mit ihrer der Nockenwelle 16 zugewandten Stirnseite am Boden der Ausnehmung 21 anschlägt. Beim Abkühlen der Nockenwelle 16 verengt sich die Ausnehmung 21, und die Führungshülse 11 wird in die Ausnehmung 21 eingepreßt.
  • Die Nockenwelle 16 ist über ein Hauptlager 22 in einem Zylinderkopf 23 der Brennkraftmaschine 20 gelagert und ist in axialer Richtung zum Steuerkolben 10 über einen an den Zylinderkopf 23 angeschraubten Deckel 24 fixiert. Ausgehend vom Hauptlager 22 wird Druckmittel über eine Radialbohrung 25 und über eine Axialbohrung 26 in der Nockenwelle 16 sowie über Schnittstellen 17, 55 zwischen der Führungshülse 11 und der Nockenwelle 16, und zwar über einen sich in axialer Richtung erstreckenden, nicht näher dargestellten Kanal und über eine Ringnut 47, Radialbohrungen 27, 28 der Führungshülse 11 zugeführt, über die das Druckmittel in einen von einer Ringnut 29 des Steuerkolbens 10 und von der Führungshülse 11 gebildeten Ringraum geführt wird. Der nicht näher dargestellte Kanal und die Ringnut 47 werden durch in die Führungshülse 11 eingebrachte Ausnehmungen gebildet.
  • Auf einer der Nockenwelle 16 zugewandten Seite des Steuerkolbens 10 ist eine auf den Steuerkolben 10 wirkende Schraubendruckfeder 19 angeordnet, die sich mit ihrem dem Steuerkolben 10 abgewandten Ende an einem Boden der zur Seite der Nockenwelle 16 verschlossenen Führungshülse 11 abstützt und mit ihrem dem Steuerkolben 10 zugewandten Ende auf den Steuerkolben 10 wirkt.
  • Auf der der Nockenwelle 16 abgewandten Seite des Steuerkolbens 10 ist in einem zum Zylinderkopf 23 ortsfest montierten Gehäuse 36 ein von einem Druckmagnet gebildeter Stellmagnet 30 angeordnet, über den der Steuerkolben 10 entgegen der Federkraft der Schraubendruckfeder 19 verstellbar ist. Hierfür ist auf einem der Schraubendruckfeder 19 abgewandten Ende des Steuerkolbens 10 ein nicht näher dargestellter Kontaktpunkt zwischen dem Stössel des Druckmagneten und dem Steuerkolben vorhanden, der die Stellkräfte des Druckmagneten auf den Steuerkolben in bekannter Weise überträgt. Um die Führungshülse 11 mit der Schraubendruckfeder 19 und dem Steuerkolben 10 unabhängig vom Stellmagneten 30 zu einem Modul vormontieren zu können, ist der Steuerkolben 10 in der Führungshülse 11 über einen Sicherungsring 18 in die von der Schraubendruckfeder 19 abgewandte Richtung gesichert.
  • Die mit dem Stellmagnet 30 über den Steuerkolben 10 steuerbare Stelleinheit besitzt ein die Nockenwelle 16 an ihrem Ende umschließendes, hülsenförmiges Gehäuse 31. Auf der dem Stellmagnet 30 zugewandten Seite des Gehäuses 31 ist ein scheibenförmiger Deckel 32 mit einer zentrischen Ausnehmung für die Führungshülse 11 und auf der dem Stellmagnet 30 abgewandten Seite des Gehäuses 31 ist ein auf der Nockenwelle 16 drehbar gelagertes Kettenzahnrad 33 angeordnet, über das die Nockenwelle 16 mit einer nicht näher dargestellten Kurbelwelle in Antriebsverbindung steht. Der Deckel 32, das Gehäuse 31 und das Kettenzahnrad 33 sind über sich in axialer Richtung erstreckende Spannschrauben 34 verspannt und bilden eine auf der Nockenwelle 16 drehbar gelagerte Einheit.
  • Der Deckel 32, das Gehäuse 31 und das Kettenzahnrad 33 schließen einen Ringraum ein, in dem ein Flügelrad 35 angeordnet ist. Das Flügelrad 35 ist drehfest auf die Nockenwelle 16 aufgepreßt und besitzt sich in radialer Richtung nach außen erstreckende, nicht näher dargestellte Flügel. Die Flügel des Flügelrads 35 bilden mit nicht näher dargestellten, an das Gehäuse 31 angeformten, sich radial nach innen erstreckenden Flügeln Druckräume.
  • Ist der Stellmagnet 30 deaktiviert, ist der Steuerkolben 10 durch die Schraubendruckfeder 19 in seine erste, der Nockenwelle 16 abgewandte Endstellung verschoben. Die Ringnut 29 des Steuerkolbens 10 befindet sich radial innerhalb der Radialbohrungen 12, 15. Über die Radialbohrungen 12, 15, über eine Schnittstelle 54 zwischen der Führungshülse 11 und der Nockenwelle 16, und zwar über eine am Außenumfang der Führungshülse 11 eingebrachte Ringnut 48 und über Radialbohrungen 37, 38 in der Nockenwelle 16 sowie über Radialbohrungen 49, 50 in einem Innenring des Flügelrads 35 werden erste Druckräume mit Druckmittel beaufschlagt, so daß das Kettenzahnrad 33 relativ zur Nockenwelle 16 in einer ersten Drehstellung fixiert ist.
  • Wird der Stellmagnet 30 aktiviert und der Steuerkolben 10 entgegen der Federkraft der Schraubendruckfeder 19 in Richtung der Nockenwelle 16 in seine zweite, der Nockenwelle 16 zugewandte Endstellung verschoben, kommt die Ringnut 29 des Steuerkolbens 10 radial innerhalb der Radialbohrungen 13, 14 zum Liegen. Über die Radialbohrungen 13, 14, über eine Schnittstelle 56 zwischen der Führungshülse 11 und der Nockenwelle 16, und zwar über eine am Außenumfang der Führungshülse 11 eingebrachte Ringnut 53, über Radialbohrungen 39, 40 in der Nockenwelle 16 und über Radialbohrungen 51, 52 im Innenring des Flügelrads 35 werden dabei weitere Druckräume mit Druckmittel beaufschlagt. Gleichzeitig kommt radial innerhalb der Radialbohrungen 12, 15 eine Ringnut 41 des Steuerkolbens 10 zum Liegen, über die und über Kanäle 42, 43 im Steuerkolben 10 die ersten Druckräume druckentlastet werden, so daß sich das Kettenzahnrad 33 relativ zur Nockenwelle 16 in seine zweite Drehstellung verdreht.
  • Wird der Stellmagnet 30 deaktiviert und der Steuerkolben 10 durch die Federkraft der Schraubendruckfeder 19 in die von der Nockenwelle 16 abgewandte Richtung verschoben, und zwar bis die Ringnut 29 des Steuerkolbens 10 radial innerhalb der Radialbohrungen 12, 15 zum Liegen kommt, werden über die Radialbohrungen 12, 15, über die in die Führungshülse 11 eingebrachte Ringnut 48, die Radialbohrungen 37, 38 in der Nockenwelle 16 und über die Radialbohrungen 49, 50 im Innenring des Flügelrads 35 die ersten Druckräume mit Druckmittel beaufschlagt. Gleichzeitig kommt radial innerhalb der Radialbohrungen 13, 14 eine Ringnut 44 des Steuerkolbens 10 zum Liegen, über die und über Kanäle 45, 46 im Steuerkolben 10 die weiteren Druckräume druckentlastet werden, so daß sich das Kettenzahnrad 33 relativ zur Nockenwelle 16 in seine erste Drehstellung verdreht.

Claims (10)

  1. Nockenwellenversteller für eine Brennkraftmaschine mit einem hydraulischen Steuerkolben, mit dem eine Stelleinheit zur Winkelverstellung einer Nockenwelle steuerbar ist, wobei der Steuerkolben in einer separaten Führungshülse geführt ist, wobei die Führungshülse in einem die Führungshülse aufnehmenden Bauteil gesteckt und gehalten ist,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Führungshülse (11) in dem Bauteil (16) eingepresst ist.
  2. Nockenwellenversteller nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Führungshülse (11) von Bohrungen (12, 13, 14, 15) und/oder Nuten gebildete Steuerkanten aufweist.
  3. Nockenwellenversteller nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Führungshülse (11) in der Nockenwelle (16) angeordnet ist.
  4. Nockenwellenversteller nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass an zumindest einer Schnittstelle (17, 54, 55, 56) zwischen der Führungshülse (11) und dem die Führungshülse (11) aufnehmenden Bauteil (16) in Längs- und/oder in Umfangsrichtung der Führungshülse (11) zumindest ein Kanal (47, 48, 53) eingebracht ist.
  5. Nockenwellenversteller nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Steuerkolben (10) in der Führungshülse (11) über ein Sicherungselement (18) verliersicher gehalten ist.
  6. Nockenwellenversteller nach Anspruch 5,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass in der Führungshülse (11) eine auf den Steuerkolben (10) wirkende Feder (19) angeordnet ist.
  7. Nockenwellenversteller nach Anspruch 6,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Lage des Steuerkolbens (10) durch das Kräftegleichgewicht zwischen Feder (19) und der entgegenwirkenden Magnetkraft bestimmt ist.
  8. Nockenwellenversteller nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Führungshülse (11) in die Nockenwelle (16) eingepresst ist.
  9. Nockenwellenversteller nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Führungshülse (11) bis zu einem Anschlag in die Nockenwelle (15) eingesteckt ist.
  10. Nockenwellenversteller nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Führungshülse (11) mittels einer durch einen wärmebedingten Schrumpfprozess hergestellten Pressverbindung gehalten ist.
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