-
Gebiet der
Erfindung
-
Die
Erfindung betrifft ein hydraulisches Wegeventil zur Steuerung einer
Vorrichtung zur hubvariablen Betätigung
von Gaswechselventilen einer Brennkraftmaschine, das ein Gehäuse mit
einer Ventilbohrung aufweist, in dem ein von einem Linearaktuator
betätigbarer
Steuerkolben geführt
ist, der mindestens einen Dichtungsabschnitt aufweist, mit dem er
mit einem fest angeordneten Dichtungsgegenabschnitt im Inneren des
Gehäuses
zusammenwirken kann, um einen Hydraulikmittelfluss zuzulassen oder zu
verhindern.
-
Zur
Veränderung
der Steuerzeiten von Motorventilen über die von der Nockenwelle
selber vorgegebene Ventilbetätigung
hinaus bzw. zur Nockenwellenverstellung werden meist oder häufig hydraulisch
betätigte
Elemente eingesetzt, die mit Hydraulikmittel aus einer Hydraulikmittelversorgung
beaufschlagt werden. Die Zu- und Abfuhr von Hydraulikmittel wird über Wegeventile
gesteuert, so dass eine präzise
Steuerung der Betätigungselemente
möglich ist.
-
Die
DE 198 37 693 A1 offenbart
eine Anordnung zur Steuerung einer Vorrichtung zum Verändern der
Ventil-Steuerzeiten, wobei eine hydraulische Ventilan ordnung vorgeschlagen
wird, bei deren Steuerung die Druckkammern eines Druckzylinders durch
ein 3/3-Wegeventil bzw. durch ein 3/2-Wegeventil und ein diesem
nachgeschaltetes 2/2-Wegeventil oder durch ein 4/2-Wegeventil und
ein diesem nachgeschaltetes 2/2-Wegeventil erfolgt. Zur Ausbildung
der Wegeventile finden sich hier keine spezifischen Informationen.
-
Aus
der
DE 198 53 670
A1 ist eine Einrichtung zur Nockenwellenverstellung einer
Brennkraftmaschine bekannt, die ein Wegeventil mit einer Ventilbuchse
aufweist. Die Ventilbuchse hat eine Ventilbohrung, in der ein als
Hohlkolben ausgeführter
Steuerkolben geführt
ist, durch dessen Axialverschiebung ein Ablaufanschluss und ein
Zulaufanschluss wahlweise mit einem ersten oder zweiten Verbraucheranschluss
verbindbar ist. Umlaufende Umfangsabschnitte am Steuerkolben dienen
als Steuerkanten zur Steuerung des Ölflusses.
-
Eine
Vorrichtung zur Regelung der axialen Lage eines Ventilkolbens in
einem Hydraulikventil, das insbesondere der Beaufschlagung eines
Nockenwellenverstellers einer Brennkraftmaschine dient, ist aus
der
DE 100 44 486
A1 bekannt. Das Ventil weist eine Führungsbohrung auf, in der ein Ventilkolben
dichtend geführt
ist. Kanten zwischen inneren Ringnuten im Ventilgehäuse und
der Führungsbohrung
bilden die Steuerkanten, die mit am Ventilkolben angeordneten Steuerzylindern
zusammenwirken und so für
die gezielte Steuerung des Ölflusses
sorgen.
-
Aus
der
DE 198 48 706
A1 ist eine Vorrichtung zur Relativverdrehung einer Nockenwelle
gegenüber
einer diese antreibenden Kurbelwelle bekannt. Dort ist die Druckmittelzuführung und
-abführung
durch ein hydraulisches Steuerventil regelbar, das in einem Hohlraum
eines Axialbauteils der Vorrichtung angeordnet ist und das durch
ein an einem Gehäuseteil
befestigtes Stellelement betätigt
wird. Das hydraulische Stellelement ist als feststehender, hydraulischer
Teil eines verstellbaren Hydraulikventils ausgebildet. Auch hier
ist in einer Ventilbohrung ein Ventilkolben geführt, der mit Steuerkanten in
der Ventilbohrung zusammenarbeitet und so für einen gesteuerten Ölfluss sorgt.
-
Bei
den vorbekannten Wegeventilen zur Steuerung des Flusses von Hydraulikmittel
in Vorrichtungen zum Verändern
der Ventilsteuerzeiten bzw. in Vorrichtungen zur Nockenwellenverstellung hat
es sich als nachteilig erwiesen, dass es mitunter zu gewissen Leckagen
kommt, die unerwünscht
sind. Dann wurde weiterhin festgestellt, dass die Schaltzeiten manchmal
zu lange dauern, so dass nicht die gewünschte Dynamik bei der Steuerung
der Vorrichtungen erreichbar ist. Gleichzeitig soll sich das Wegeventil
im Hinblick auf eine gute Reproduzierbarkeit der Umschaltvorgänge durch
eine geringe Schaltzeitvarianz auszeichnen. Schließlich wird
auch ein hoher Druckgradient des Hydraulikmittels für eine schnelle Ansteuerung
angestrebt, der aufgrund von Leckagen gelegentlich nicht befriedigend
ist.
-
Der
vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein hydraulisches
Wegeventil der eingangs genannten Art so fortzubilden, dass die
genannten Nachteile vermieden bzw. zumindest verringert werden.
Das Ventil soll sich also durch geringere Leckagen, durch kurze
Schaltzeiten bei niedriger Schaltzeitvarianz und durch einen hohen
Druckgradienten auszeichnen.
-
Die
Lösung
dieser Aufgabe durch die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass
der Steuerkolben einen Dichtkörper
aufweist, an dem der Dichtungsabschnitt angeordnet ist, wobei am
Umfang des Dichtkörpers
zumindest ein Führungselement
angeordnet ist, das entlang der Verschieberichtung des Steuerkolbens
an einer Gegenfläche
im Inneren des Gehäuses
gleiten kann.
-
Der
zur Abdichtung axialverschiebliche Dichtkörper wird hiernach also an
seinem Umfang mit einem oder mehreren speziell angeformten Führungselementen
versehen, die für
eine verbesserte Führung
des Dichtkörpers
im Inneren der Ventilbohrung sorgen.
-
Vorzugsweise
weisen die Führungselemente eine
zylinderabschnittförmige
Außenkontur
auf, wobei die Gegenfläche
eine hierzu korrespondierende hohlzylindrische Form hat.
-
Im
Falle von mehreren Führungselementen ist
es zweckmäßig, diese äquidistant über den
Umfang des Dichtkörpers
anzuordnen. Es sind bevorzugt spezifisch drei oder vier Führungselemente über den
Umfang des Dichtkörpers
verteilt angeordnet vorgesehen.
-
Der
Dichtkörper
hat weiterbildungsgemäß eine zylindrische
Grundkontur, an dem die Führungselemente
angeordnet sind, d. h. der als Zylinder ausgebildete Dichtkörper ist
an seinem Umfang mit den Führungselementen
versehen. Dabei können
Grundkörper
und Führungselemente
einstückig,
also als ein einziges Teil, ausgebildet sein.
-
Die
Führungselemente
erstrecken sich bevorzugt über
die gesamte Höhe
des Dichtkörpers
in seinem Randbereich, d. h. sie entsprechen der Höhe, die
der Dichtkörper
in seinem Randbereich aufweist.
-
Der
Dichtungsabschnitt des Dichtkörpers
ist an der dem Dichtungsgegenabschnitt zugewandten Seite bevorzugt
konvex kegelig ausgebildet.
-
Die
Gegenfläche
kann durch eine in das Gehäuse
eingesetzte und in diesem festgelegte Führungsbuchse gebildet werden.
-
Für die Betätigung des
Steuerkolbens, also zu dessen Verschiebung in Verschieberichtung,
kann als Linearaktuator ein elektromagnetisches Stellelement vorgesehen
werden.
-
Das
Wegeventil kann insbesondere als 3/2-Wege-Schaltventil ausgebildet
werden.
-
Das
vorgeschlagene Wegeventil zeichnet sich dadurch aus, dass durch
sehr gute Führung
des Steuerkolbens und namentlich seines Dichtkörpers dessen Dichtungsabschnitt
präzise
zum zugehörigen Dichtungsgegenabschnitt
ausgerichtet ist, was eine reibungsarme und positionstreue Herstellung
eines Dichtkontakts zwischen Dichtungsabschnitt und Dichtungsgegenabschnitt
ermög licht.
Hierdurch werden nicht nur die Schaltzeit und die Schaltzeitvarianz des
Ventils sondern auch Leckagen im Dichtkontakt verringert.
-
In
den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele
der Erfindung dargestellt. Es zeigen:
-
1 ein
hydraulisches Schaltschema einer Vorrichtung zum Verändern der
Steuerzeiten der Gaswechselventile einer Brennkraftmaschine,
-
2 den
Schnitt durch ein 3/2-Wegeventil, wie es in der Vorrichtung gemäß 1 zum
Einsatz kommt, und
-
3 in
perspektivischer Ansicht den Dichtkörper des Steuerkolbens des
Wegeventils in einer zu 2 ersten alternativen Ausgestaltung,
-
4 in
perspektivischer Ansicht den Dichtkörper des Steuerkolbens des
Wegeventils in einer zu 2 oder 3 zweiten
alternativen Ausgestaltung.
-
1 offenbart
ein Beispiel eines hydraulischen Schaltschemas für eine Vorrichtung 1 zum Verändern der
Steuerzeiten der Gaswechselventile einer Brennkraftmaschine. In
diesem Beispiel handelt es sich um eine zweiflutige hydraulische
Ansteuerung schaltbarer Abstützelemente 2,
die dem Fachmann geläufig
sind und jeweils eine hydraulische Ventilspielausgleichsvorrichtung
(nicht dargestellt) sowie hydraulisch angesteuerte Koppelelemente (nicht
dargestellt) beinhalten.
-
Dargestellt
ist eine Hydraulikmittelpumpe 3, der im wesentlichen ein Ölfilter 4,
ein Ölkühler 5 und ein
hydraulisches Wegeventil 6 (hier in 3/2 – Bauart mit
drei Anschlüssen
und zwei Schaltstellungen) nachgeordnet sind. Einem mit "A" gekennzeichneten Arbeitsanschluss des
Wegeventils 6 ist ein erster Kanal 7 zur Zuleitung
von Hydraulikmittel zu den Koppelelementen innerhalb der schaltbaren
Abstützelemente 2 zugeordnet.
Des weiteren hat das Wegeventil 6 noch einen Tankanschluss "T" und einen Pumpenanschluss "P". Vor dem Pumpenanschluss "P" zweigt ein zweiter Kanal 8 für Hydraulikmittel
ab, welcher unabhängig
von der Schaltstellung des Wegeventils 6 Hydraulikmittel
zu der im jeweiligen Abstützelement 2 befindlichen
hydraulischen Ventilspielausgleichsvorrichtung liefert.
-
Das
Wegeventil 6 ist gemäß 1 in
einer ersten Schaltstellung gezeigt, in welcher der Arbeitsanschluss "A" mit dem Tankanschluss "T" verbunden ist. Da gleichzeitig der
Pumpenanschluss "P" versperrt ist, liegt
das Hydraulikmittel an den Koppelelementen der Abstützelemente 2 in
drucklosem oder druckarmem Zustand an.
-
Demgegenüber ist
in der zweiten Schaltstellung des Wegeventils 6 gemäß dessen
Schaltbild der Pumpenanschluss "P" mit dem Arbeitsanschluss "A" bei versperrtem Tankanschluss "T' verbunden. In dieser zweiten Schaltstellung
werden nunmehr die Koppelelemente der Abstützelemente 2 zwecks Änderung
ihrer Koppelzustands mit dem von der Hydraulikmittelpumpe 3 erzeugten
Hydraulikmitteldruck beaufschlagt.
-
In 2 ist
das Wegeventil 6 des beispielhaften Schaltschemas gemäß 1 im
Schnitt dargestellt. Das Wegeventil 6 weist ein Gehäuse 9 auf, in
das eine Ventilbohrung 10 eingebracht ist. Ein Steuerkolben 11 kann
sich in Verschieberichtung "R" relativ zum Gehäuse 9 bewegen,
wofür ein
Linearaktuator 12 vorgesehen ist. Bei diesem handelt es
sich um ein elektromagnetisch betätigtes Linearverschiebeelement.
-
Im
Gehäuse 9 sind
Führungsbuchsen 13 und 14 angeordnet,
d. h, so eingepresst, dass sie in den gezeigten Positionen im Gehäuse 9 festgelegt
sind. Die Führungsbuchsen 13 und 14 haben
konzentrisch eingebrachte Öffnungen 15 bzw. 16,
die zum Durchströmen
von Hydraulikmittel ausgelegt sind. Sie haben Dichtungsgegenabschnitte 17 und 18,
die zum dichtenden Zusammenwirken mit dem Steuerkolben 11 ausgebildet
sind. Der Steuerkolben 11 hat hierzu in seinem einen Endabschnitt
einen Dichtkörper 19; in
seinem dem Linearaktuator 12 zugewandten Endbereich hat
der Steuerkolben 11 einen Dichtkörper 20. Die Dichtkörper 19 bzw. 20 haben
im wesentlichen zylindrische Grundkontur, wobei sie an ihren den
Dichtungsgegenabschnitten 17 bzw. 18 der Führungsbuchsen 13 bzw. 14 zugewandten
Stirnflächen 21 bzw. 22 Dichtungsabschnitte 23 bzw. 24 aufweisen.
Bei entsprechender Relativlage des Steuerkolbens 11 im
Gehäuse 9 kann
zwischen den Dichtungsabschnitten 23 bzw. 24 und
den zugehörigen Dichtungsgegenabschnitten 17 bzw. 18 jeweils
ein Dichtkontakt zwischen den Dichtkörpern 19 bzw. 20 zum
Verschließen
der Öffnungen 15 bzw. 16 in
den Führungsbuchsen 13 bzw. 14 hergestellt
werden. Die Formgebung der Dichtungsabschnitte 23 bzw. 24 und
der Dichtungsgegenabschnitte 17 bzw. 18 kann dabei
beliebig gewählt
werden; eine bevorzugte Formgebung besteht jedoch in konvex kegelig
ausgebildeten Stirnflächen 21 und 22 sowie
Dichtungsabschnitten 23 und 24.
-
Im
Gehäuse 9 befinden
sich Fluidöffnungen 25, 26 und 27 als
hydraulische Anschlüsse,
die gemäß dem Schaltbild
des Wegeventils 6 der 1 in Abhängigkeit
der Lage des Steuerkolbens 11 im Gehäuse 9 hydraulisch
miteinander verschaltbar sind.
-
Damit
der Dichtkontakt zwischen dem Dichtungsabschnitt 23 des
Dichtkörpers 19 und
dem Dichtungsgegenabschnitt 17 der Führungsbuchse 13 beim
Anheben des Steuerkolbens 11 möglichst schnell und exakt positioniert
hergestellt wird, ist der Dichtkörper 19 der 2 an
seinem Außenumfang mit
vier Führungselementen 28 versehen.
Die Führungselemente 28 erstrecken
sich jeweils nur um einen geringen Umfangsbereich, z. B. von 5° bis 30°, vorzugsweise
von 10° bis
20°, und
weisen eine Außenkontur 29 auf,
die die Form eines Zylinderabschnitts hat. Diese Form korrespondiert
mit der Gegenfläche 30 der
Führungsbuchse 13,
die zylindrisch ausgebildet ist. Die Führungselemente 28 erstrecken sich
ferner über
die gesamte Höhe "h" des Dichtkörpers 19, wobei hierunter
die Höhe
zu verstehen ist, die dieser in seinem Randbereich aufweist.
-
Die
Führungselemente 28 sind
ferner flügelförmig äquidistant
um den Umfang des Dichtkörpers 19 verteilt
angeordnet und bilden dort sich in Verschieberichtung "R" erstreckende Stege, die den Dichtkörper 19 in
der Führungsbuchse 13 führen. Durch
die Führung
des Dichtkörpers 19 wird
gleichzeitig dessen Dichtungsabschnitt 23 zum Dichtungsgegenabschnitt 17 der
Führungsbuchse 13 ausgerichtet.
Folglich kann der Dichtkontakt ohne zusätzliche Bewegung des Dichtungsabschnitts 23 quer
zur Verschieberichtung "R" und somit reibungsarm
und positionstreu zum Dichtungsgegenabschnitt 17 hergestellt
werden. Dadurch können
bei einer Schaltzustandsänderung
des Wegeventils 6 eine verringerte Leckage am Dichtkontakt
bei gleichzeitiger Reduzierung der Schaltzeit und der Schaltzeitvarianz
und somit ein schnellerer und reproduzierbarerer Hydraulikmitteldruckaufbau
erzielt werden.
-
In 3 ist
der – isoliert
dargestellte – Dichtkörper 19 des
Steuerkolbens 11 in perspektivischer Ansicht zu sehen,
wobei es sich hier insofern um eine erste alternative Ausführungsform
der Erfindung handelt, als dass nur drei Führungselemente 28 um
den Umfang des Dichtkörpers 19 angeordnet
sind; beim Ausführungsbeispiel
gemäß 2 waren
vier Führungselemente 28 vorgesehen.
-
Zu
erkennen ist die zylindrisch ausgebildete Grundkontur des Dichtkörpers 19,
an die sich an drei Umfangspositionen die Führungselemente 28 anschließen. Diese
haben wiederum eine Außenkontur 29,
die dem Abschnitt eines Zylinders entspricht. Ansonsten ist zu erkennen,
dass die Stirnfläche 21 und der
Dichtungsabschnitt 23 konvex kegelig ausgebildet sind.
-
4 zeigt
eine weitere alternative Ausführungsform
des ebenfalls perspektivisch und isoliert dargestellten Dichtkörpers 19 des
Steuerkolbens 11 mit lediglich einem einzigen Führungselement 28, das
am Umfang des Dichtkörpers 19 angeordnet
ist. Bei dieser Ausgestaltung des Dichtkörpers 19 erstreckt
sich das Führungselement 28 zwecks
Ausrichtung des Dichtkörpers 19 in
der Gegenfläche 30 der
Führungsbuchse 13 um
einen mindestens 180° betragenden
Umfangsbereich des Dichtkörpers 19.
-
- 1
- Vorrichtung
- 2
- Abstützelement
- 3
- Hydraulikmittelpumpe
- 4
- Ölfilter
- 5
- Ölkühler
- 6
- Wegeventil
- 7
- erster
Kanal
- 8
- zweiter
Kanal
- 9
- Gehäuse
- 10
- Ventilbohrung
- 11
- Steuerkolben
- 12
- Linearaktuator
- 13
- Führungsbuchse
- 14
- Führungsbuchse
- 15
- Öffnungen
- 16
- Öffnungen
- 17
- Dichtungsgegenabschnitt
- 18
- Dichtungsgegenabschnitt
- 19
- Dichtkörper
- 20
- Dichtkörper
- 21
- Stirnfläche
- 22
- Stirnfläche
- 23
- Dichtungsabschnitt
- 24
- Dichtungsabschnitt
- 25
- Fluidöffnung
- 26
- Fluidöffnung
- 27
- Fluidöffnung
- 28
- Führungselement
- 29
- Außenkontur
- 30
- Gegenfläche
- A
- Arbeitsanschluss
- T
- Tankanschluss
- P
- Pumpenanschluss
- h
- Höhe des Dichtkörpers im
-
- Randbereich
- R
- Verschieberichtung