DE4210742A1

DE4210742A1 - Hydraulic controller of relative rotation of camshaft and sprocket - incorporates radial piston pump for positioning of double-acting piston under pressure of fluid supplied through EM valve

Info

Publication number: DE4210742A1
Application number: DE19924210742
Authority: DE
Inventors: Manfred Dipl Ing Ruoff; Helmut Dipl Ing Rembold
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1992-04-01
Filing date: 1992-04-01
Publication date: 1993-10-07

Abstract

The controller performs angular adjustment of a camshaft (10) w.r.t. its drive chain pulley (11) by a radial piston pump (55) acting on a piston (34). A coupling element (20) with teeth (22) on the outer surface of its cylindrical shaft (21) is actuated. The piston is positioned by operation of an EM valve (71) with a proportional magnet (72) which lifts the valve body (70) from its seating (69), releasing hydraulic fluid from a pressure chamber (37) via an annular groove (77) and bores (76,75,68,74) to an outlet duct (65). USE/ADVANTAGE - On internal combustion engine. Very compact device is relatively easy to assemble and install in engine compartment.

Description

State of the art

Die Erfindung geht aus von einer hydraulischen Steuereinrichtung zum relativen Verdrehen der Nockenwelle einer Brennkraftmaschine gegen über dem Antriebs-Kettenrad nach der Gattung des Hauptanspruchs. Bei einer derartigen bekannten hydraulischen Steuereinrichtung sind ins besondere die Pumpe und das Magnetventil extern angeordnet, was ver haltnismäßig umständlich ist, einen hohen Bauaufwand erfordert und auch hinsichtlich der notwendigen Druckmittelverbindungen sehr um ständlich ist (DE-OS 32 47 916).The invention relates to a hydraulic control device relative rotation of the camshaft of an internal combustion engine against over the drive sprocket according to the genus of the main claim. At such a known hydraulic control device are ins special the pump and the solenoid valve arranged externally, which ver is relatively cumbersome, requires a lot of construction and also with regard to the necessary pressure medium connections is understandable (DE-OS 32 47 916).

Advantages of the invention

Die erfindungsgemäße hydraulische Steuereinrichtung mit den kenn zeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vor teil, daß sie sehr kompakt baut, sehr einfach in der Brennkraft maschine bzw. im Motorraum zu installieren ist, sehr präzise ar beitet und auch verhältnismäßig einfach zu montieren ist. Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.The hydraulic control device according to the invention with the kenn The drawing features of the main claim have the opposite part that it builds very compact, very simple in the internal combustion machine or in the engine compartment is very precise ar processed and is also relatively easy to assemble. Further Advantages of the invention emerge from the subclaims.

drawing

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der nachfolgenden Be schreibung und Zeichnung näher erläutert. Letztere zeigt einen Längsschnitt durch eine hydraulische Steuereinrichtung zum Verdrehen der Nockenwelle einer Brennkraftmaschine.An embodiment of the invention is in the following Be spelling and drawing explained in more detail. The latter shows one Longitudinal section through a hydraulic control device for turning the camshaft of an internal combustion engine.

Description of the embodiment

In der Zeichnung ist mit 10 die Nockenwelle einer Brennkraftmaschine bezeichnet, die über ein Kettenrad 11 von der Brennkraftmaschine an getrieben wird. Die beiden Teile sind durch Schrauben 12 miteinander verbunden, zugleich auch noch mit einem Kupplungskörper 13, auf den jedoch später eingegangen ist. Die Schrauben 12 durchdringen auch Distanzhülsen 14 zwischen einem Endflanschteil 10A der Nockenwelle und dem Kupplungskörper 13. Die Distanzhülsen 14 durchdringen mit Spiel bogenförmige Längsschlitze 15 im Kettenrad, so daß sich dieses gegenüber der Nockenwelle relativ verdrehen kann; darauf ist aber ebenfalls später eingegangen.In the drawing, 10 denotes the camshaft of an internal combustion engine, which is driven by the internal combustion engine via a chain wheel 11 . The two parts are connected by screws 12 , at the same time also with a coupling body 13 , which will be discussed later. The screws 12 also penetrate spacer sleeves 14 between an end flange part 10 A of the camshaft and the clutch body 13 . The spacer sleeves 14 penetrate with arcuate longitudinal slots 15 in the sprocket so that it can rotate relative to the camshaft; however, this was also discussed later.

Das Kettenrad 11 hat eine mittige zylindrische Ausnehmung 17, an deren Umfang eine Schrägverzahnung 18 ausgebildet ist. In diese Schrägverzahnung greift eine Außen-Schrägverzahnung 19 an einem Koppelglied 20 ein, das einen zylindrischen Schaft 21 hat, an dessen Außenumfang eine Geradverzahnung 22 ausgebildet ist, welche in eine Geradverzahnung 23 in der mittigen Bohrung 24 der Nockenwelle 10 greift. Sie verlaufen konzentrisch zu den Schrägverzahnungen 18, 19 am Kettenrad 11 bzw. Koppelglied 20. In das stirnseitige Endteil 10A der Nockenwelle 10 ragt das buchsenförmige Grundteil 11A des Ketten rades hinein. Im erweiterten stirnseitigen Endteil des Koppelglieds 20 befindet sich eine zylindrische Ausnehmung 25, die konzentrisch zur Achse der Nockenwelle verläuft und in welche das Ende einer Kolbenstange 26 hineinführt, auf welchem eine Stützscheibe 27 mittels einer Schraube 28 befestigt ist. Beidseits der Stützscheibe befindet sich je ein Axialwälzlager 29 bzw. 30. Das Wälzlager 30 stützt sich an einer Scheibe 31 ab, die sich gegen eine die Aus nehmung 25 begrenzende Schulter legt. Das Wälzlager 29 liegt an einer verhältnismäßig dicken Scheibe 32 an, welche in das freie stirnseitige Endteil der Ausnehmung 25 hineingeschraubt ist. Damit ist die Kolbenstange 26 im Koppelglied 20 drehbar fixiert. Sie durchdringt auch einen exzentrischen Fortsatz 13A am Kupplungskörper 13.The sprocket 11 has a central cylindrical recess 17 , on the circumference of which a helical toothing 18 is formed. An external helical toothing 19 engages in this helical toothing on a coupling member 20 which has a cylindrical shaft 21 , on the outer circumference of which a straight toothing 22 is formed which engages in a straight toothing 23 in the central bore 24 of the camshaft 10 . They run concentrically to the helical gears 18 , 19 on the chain wheel 11 or coupling member 20 . In the front end portion 10 A of the camshaft 10 protrudes the socket-shaped base 11 A of the chain wheel. In the enlarged front end part of the coupling member 20 there is a cylindrical recess 25 which runs concentrically to the axis of the camshaft and into which the end of a piston rod 26 leads, on which a support disk 27 is fastened by means of a screw 28 . There is an axial roller bearing 29 and 30 on each side of the support disk. The rolling bearing 30 is supported on a disc 31 which lies against a recess from the shoulder 25 limiting. The roller bearing 29 rests on a relatively thick disk 32 which is screwed into the free end portion of the recess 25 . The piston rod 26 is thus rotatably fixed in the coupling member 20 . It also penetrates an eccentric extension 13 A on the coupling body 13 .

Am der Stützscheibe 27 gegenüberliegenden Endteil der Kolbenstange 26 befindet sich der doppelt wirkende Kolben 34. Er gleitet in einer Bohrung 35 eines feststehenden Gehäusedeckels 36 und trennt zwei Druckkammern 37, 38 voneinander. Er hat eine stirnseitige Ausnehmung 39, die an ihrem innenliegenden Ende einen Ventilsitz 40 für ein Druckbegrenzungsventil 41 hat, auf welches eine Druckfeder 42 ein wirkt. Hinter dem Ventilsitz 40 setzt sich die Ausnehmung 39 in einer Sackbohrung 43 fort, welche in eine durchgehende Querbohrung 44 mündet. Dadurch ist über das Druckbegrenzungsventil 41 eine Ver bindung von der Druckkammer 37 zur Druckkammer 38 möglich.The double-acting piston 34 is located on the end part of the piston rod 26 opposite the support disk 27 . It slides in a bore 35 of a fixed housing cover 36 and separates two pressure chambers 37 , 38 from one another. It has an end recess 39 which has a valve seat 40 for a pressure relief valve 41 on its inner end, on which a compression spring 42 acts. Behind the valve seat 40 , the recess 39 continues in a blind bore 43 , which opens into a continuous transverse bore 44 . As a result, a connection from the pressure chamber 37 to the pressure chamber 38 is possible via the pressure relief valve 41 .

Der Deckel 36 ist in Richtung zur Nockenwelle hin an ein etwa scheibenförmiges Pumpengehäuse 46 angeschraubt, das mehrere radial angeordnete Auswölbungen 47 hat, in denen Kolbenbohrungen 48 ausge bildet sind. In den Kolbenbohrungen 48 sind Kolben 49 gleitend ange ordnet, die sich mit ihren balligen Kuppen 50 auf einer etwa eben falls balligen Gleitfläche 51 eines Laufrings 52 abstützen. Die Gleitfläche hat allerdings eine zylindrische Mittelpartie 52A, an die sich beidseitig die balligen Seitenflächen anschließen. Dies hat den Sinn, den Laufring bezüglich seitlicher Toleranzen beim Zu sammenbau des Geräts zu zentrieren. Der Laufring ist auf dem ex zentrischen Fortsatz 13A des Kupplungskörpers 13 angeordnet. Die Kolben 49 werden durch Federn 53 gegen die Gleitfläche 51 gedrückt und stützen sich an den die Kolbenbohrungen 48 verschließenden Stopfen 54 ab. Bei der beschriebenen Pumpe handelt es sich also um eine Radialkolbenpumpe 55.The cover 36 is screwed in the direction of the camshaft towards an approximately disk-shaped pump housing 46 , which has a plurality of radially arranged bulges 47 , in which piston bores 48 are formed. In the piston bores 48 pistons 49 are slidably arranged, which are supported with their spherical crests 50 on a roughly spherical sliding surface 51 of a race 52 . However, the sliding surface has a cylindrical central part 52 A, to which the spherical side surfaces are connected on both sides. This makes sense to center the race with respect to lateral tolerances when assembling the device. The race is arranged on the ex-centric extension 13 A of the coupling body 13 . The pistons 49 are pressed against the sliding surface 51 by springs 53 and are supported on the plugs 54 closing the piston bores 48 . The pump described is therefore a radial piston pump 55 .

In den oberen Teil jeder Kolbenbohrung 48 mündet von der Seite her eine durchgehende Bohrung 56 - dies ist die Auslaßbohrung - welche Verbindung hat zu einer flachen Ringnut 57, die im Deckel 36 ausge bildet ist. Jede Bohrung 56 ist durch ein in der Ringnut 57 angeord netes Zungenventil 58 verschlossen. An die Ringnut 57 mündet ein Druckkanal 59 im Deckel 36, welcher stets mit der Druckkammer 38 verbunden ist. Radial innerhalb jeder Bohrung 56 ist im Pumpenkörper weiterhin eine durchgehende Bohrung 61 ausgebildet, die ebenfalls in die Kolbenbohrung mündet, und zwar so, daß dann, wenn sich der Kolben 49 im unteren Totpunkt befindet, Verbindung von der Kolben bohrung 48 zu dieser Bohrung 61 besteht. Die Bohrungen 61 bilden die Saugbohrungen. Beim Auswärtshub des Kolbens 49 wird die Saugbohrung 61 dann verschlossen. Sie steht ebenfalls mit einer im Deckel 36 ausgebildeten Ringnut 62 in Verbindung, die in einen Sauganschluß 63 mündet. Der Sauganschluß steht beispielsweise mit dem Ölbehälter der Brennkraftmaschine in Verbindung bzw. kann über eine Vorförderpumpe beschickt werden.In the upper part of each piston bore 48 opens from the side through bore 56 - this is the outlet bore - which connection has a flat annular groove 57 which is formed in the cover 36 . Each bore 56 is closed by a tongue valve 58 arranged in the annular groove 57 . A pressure channel 59 opens into the annular groove 57 in the cover 36 , which is always connected to the pressure chamber 38 . Radially within each bore 56 is a through bore 61 is also formed in the pump body, which also opens into the piston bore, in such a way that when the piston 49 is at bottom dead center, there is a connection from the piston bore 48 to this bore 61 . The bores 61 form the suction bores. During the outward stroke of the piston 49 , the suction bore 61 is then closed. It is also connected to an annular groove 62 formed in the cover 36 , which opens into a suction connection 63 . The suction connection is connected, for example, to the oil tank of the internal combustion engine or can be fed via a prefeed pump.

Noch weiter radial innerhalb der Bohrung 61 ist der Pumpenkörper 46 von einer durchgehenden Bohrung 64 durchdrungen, die Verbindung zum Ölbehälter der Maschine hat. An diese Bohrung 64 schließt sich ein in der Zeichnung nur strichpunktiert dargestellter Kanal 65 im Deckel 36 an, welcher den Rücklaufkanal zum Ölbehälter bildet. Dieser Kanal mündet in eine im Deckel 36 ausgebildete Ausnehmung 66, in welcher ein Ventileinsatz 67 angeordnet ist. Der Ventileinsatz 67 weist eine mittig durchgehende Bohrung 68 auf, deren innenliegende Schulter einen Ventilsitz 69 für einen Ventilkörper 70 eines Elek tromagnetventils 71 bildet. Dieser weist einen Proportionalmagneten 72 auf, der auf den Ventilkörper 70 entgegen der Kraft einer Druck feder 73 einwirkt. Parallel zur Bohrung 68 verläuft im Ventileinsatz 67 eine durchgehende Bohrung 74, die an den Rücklaufkanal 65 ange schlossen ist. Die Bohrung 68 im Ventileinsatz 67 hat Anschluß an einer quer im Deckel 36 radial verlaufenden, nach außen ver schlossene Bohrung 75, welche in einen ebenfalls im Deckel aus gebildeten Längskanal 76 mündet, welcher Verbindung zu eine Ringnut 77 hat, die am äußeren Ende der Druckkammer 37 ausgebildet ist, d. h. vom Elektromagnetventil besteht Verbindung zur Druckkammer 37. Die Bohrung 76 ist hinter der Mündungsstelle der Bohrung 75 verschlossen.Even further radially inside the bore 61 , the pump body 46 is penetrated by a through bore 64 which has a connection to the oil reservoir of the machine. This bore 64 is followed by a channel 65 in the cover 36 , shown in dash-dotted lines, which forms the return channel to the oil container. This channel opens into a recess 66 formed in the cover 36 , in which a valve insert 67 is arranged. The valve insert 67 has a central through bore 68 , the inner shoulder of which forms a valve seat 69 for a valve body 70 of an electromagnet valve 71 . This has a proportional magnet 72 which acts on the valve body 70 against the force of a compression spring 73 . Parallel to the bore 68 runs in the valve insert 67, a through bore 74 which is connected to the return channel 65 . The bore 68 in the valve insert 67 has a connection to a transversely extending in the cover 36 radially, ver closed bore 75 , which opens into a likewise formed in the cover from the longitudinal channel 76 , which has a connection to an annular groove 77 , which at the outer end of the pressure chamber 37 is formed, ie there is a connection from the electromagnetic valve to the pressure chamber 37 . The bore 76 is closed behind the mouth of the bore 75 .

Wenn das Kettenrad 11 von der Brennkraftmaschine angetrieben wird, dann rotieren die Nockenwelle 10, das Koppelglied 20 und der Koppel körper 13. Durch die exzentrische Lagerung des Laufrings 52 wird nun den Kolben 49 eine hin- und hergehende Bewegung erteilt. Sie saugen über den Sauganschluß 63 und die Saugbohrung 61 Druckmittel an und verdrängen es über die Druckbohrung 56 und die Zungenventile 58 in die Ringnut 57. Von dort gelangt das Druckmittel über den Druckkanal 59 in den Druckraum 38 am Kolben 43. Von dort pflanzt sich der Druck über die Bohrungen 43, 44 im Kolben und das Druckbegrenzungs ventil 41 - das einen Differenzdruck von etwa 20 bar aufrechter hält - in den großen Druckraum 37 fort. Wenn das Elektromagnetventil 71 geschlossen ist, wird nun die Kolbenstange 26 nach rechts bewegt, da die linke Kolbenfläche wesentlich größer ist als die Ringkolben fläche am Druckraum 38. Durch die Verschiebung der Kolbenstange 26 wird nun infolge der Gerad-/Schrägverzahnungen am Koppelglied 21 eine relative Verdrehung zwischen Kettenrad 11 und Nockenwelle 10 hervorgerufen. Je nach Stellung des Kolbens 34 erfolgt nun eine Ven tilverstellung nach "früh" oder "spät".If the chain wheel 11 is driven by the internal combustion engine, then the camshaft 10 , the coupling member 20 and the coupling body 13 rotate. Due to the eccentric mounting of the race 52 , the piston 49 is now given a reciprocating movement. They suck in pressure medium via the suction connection 63 and the suction bore 61 and displace it via the pressure bore 56 and the tongue valves 58 into the annular groove 57 . From there, the pressure medium reaches the pressure chamber 38 on the piston 43 via the pressure channel 59 . From there, the pressure through the bores 43 , 44 in the piston and the pressure relief valve 41 - which maintains a differential pressure of about 20 bar - continues into the large pressure chamber 37 . When the solenoid valve 71 is closed, the piston rod 26 is now moved to the right, since the left piston surface is substantially larger than the annular piston surface on the pressure chamber 38 . The displacement of the piston rod 26 now causes a relative rotation between the sprocket 11 and the camshaft 10 as a result of the straight / helical toothing on the coupling member 21 . Depending on the position of the piston 34 is now a Ven tilverstellung after "early" or "late".

Das Elektromagnetventil 71 bzw. sein Proportionalmagnet 72 werden auf ein entsprechendes Signal vom Motormanagement her angesteuert. Wird der Proportionalmagnet so gesteuert, daß sich der Ventilkörper 70 vom Ventilsitz 69 abhebt, so strömt Druckmittel aus dem Druckraum 37 über die Ringnut 77, die Bohrung 76, die Bohrung 75 sowie die Bohrung 68 und den Ventilsitz 61 ab zur Bohrung 74 und von dort über den Auslaßkanal 65 zum Druckmittelbehälter. Durch das Druckbegren zungsventil 41 bleibt der Druck im Druckraum 38 nun höher als im Dr uckraum 37, wodurch der Kolben 34 nach links verschoben wird. Wiede rum wird nun über das Koppelglied 21 - wie oben beschrieben - die Nockenwelle relativ gegenüber dem Kettenrad verdreht, nun aber in der anderen Drehrichtung. Dies geschieht durch Ansteuerung des Elek tromagnetventils 71 über die Elektronik immer so lange, bis die ge wünschte Ventileinstellung erreicht ist.The solenoid valve 71 or its proportional solenoid 72 are controlled by a corresponding signal from the engine management. If the proportional magnet is controlled so that the valve body 70 lifts off from the valve seat 69 , pressure medium flows from the pressure chamber 37 via the annular groove 77 , the bore 76 , the bore 75 and the bore 68 and the valve seat 61 to the bore 74 and from there via the outlet channel 65 to the pressure medium container. Due to the pressure limiting valve 41 , the pressure in the pressure chamber 38 now remains higher than in the pressure chamber 37 , as a result of which the piston 34 is displaced to the left. Again, the camshaft is rotated relative to the sprocket via the coupling member 21 - as described above - but now in the other direction of rotation. This is done by actuating the electromagnet 71 via the electronics until the desired valve setting is reached.

Es sei nochmals darauf hingewiesen, daß die Radialkolbenpumpe 55 sehr einfach ausgebildet ist, daß sie nicht den üblichen, relativ komplizierten Steuerzapfen benötigt, und daß ein Umgehungsventil (Druckbegrenzungsventil 41) im Kolben eingebaut ist. Außerdem ist kein separates Gehäuse für das Elektromagnetventil 72 notwendig, es ist ganz einfach im Deckel 36 eingebaut. Das Pumpengehäuse selbst ist ebenfalls außerordentlich zweckmäßig und einfach gestaltet.It should be pointed out again that the radial piston pump 55 is very simple, that it does not require the usual, relatively complicated control pin, and that a bypass valve (pressure relief valve 41 ) is installed in the piston. In addition, a separate housing for the electromagnetic valve 72 is not necessary; it is simply installed in the cover 36 . The pump housing itself is also extremely practical and simple.

Claims

1. Hydraulic control device for the relative rotation of the camshaft ( 10 ) of an internal combustion engine with respect to the drive sprocket ( 11 ) by means of a longitudinally displaceable coupling member ( 20 ) which has a toothing ( 19 ) at a first point on its outer circumference, which engages with the same toothing ( 18 ) on the inner circumference of the sprocket ( 11 ), and at another point on the coupling member on the outer circumference of which a toothing ( 22 ) is formed, which has toothing ( 24 ) of the camshaft ( 10 ) is engaged, wherein a pair of teeth is helically toothed, the other straight toothed, and on the coupling member acted upon by pressure medium, the piston ( 34 ) acts twice and the pressure medium delivered by a radial piston pump ( 55 ) via an electromagnetic valve ( 71 ) Pressurization of the piston ( 34 ) is passed, with a relative rotation by pushing the coupling member ( 20 ) The cam shaft ( 10 ) opposite the sprocket ( 11 ), characterized in that the pistons ( 49 ) of the radial piston machine with their internal crests ( 50 ) are supported on a race ( 52 ) on one of the axes of the camshaft Eccentrically formed extension ( 13 A) of a coupling body ( 13 ) is arranged, which is screwed to the camshaft, that the radial piston pump ( 55 ) has a fixed, approximately disc-shaped pump body ( 46 ) in which the piston bores running perpendicular to the axis of the camshaft ( 48 ) are formed, on which suction and pressure connections ( 61 , 62 ; 56 , 57 ) open, and that an outlet valve ( 58 ) is arranged at the respective pressure connection.

2. Device according to claim 1, characterized in that the pump body ( 46 ) is followed by a cover ( 36 ) in which the pressure spaces ( 37 , 38 ) for the double-acting piston ( 34 ) are arranged and also an electromagnetic valve ( 71 ), the pressure control of the piston and thus of the coupling element ( 20 ) connected to it also takes over control channels also formed in the cover ( 36 ).

3. Device according to claim 1 and / or 2, characterized in that in the double-acting piston a pressure relief valve ( 41 ) is arranged, via which a channel connection ( 42 , 43 , 39 ) from the large pressure chamber ( 38 ) to the small pressure chamber ( 37 ) is formed.

4. Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the camshaft ( 10 ) is rotatably connected to the piston ( 49 ) driving the coupling body ( 13 ).