Technisches Gebiet

Die Offenbarung bezieht sich auf ein Ölversorgungssystem für ventilspielausgleichende

Hydrostößel in einem Verbrennungsmotor.

Beschreibung

Unter einem Ölversorgungssystem ist ein System zu verstehen, welches dazu ausgestaltet ist, in einem Verbrennungsmotor Öl unter Duck und drucklos für die folgende, nicht abschließende Liste an Funktionen bereitzustellen:

- Betätigung beweglicher Bauteile wie zum Beispiel einer Nockenwellenverstellung,

- Versorgung eines Nockenwellenantrieb zur Betätigung von Ein- und Auslassventilen mit Öl zur Schmierung und Kühlung, und

- Versorgung von Nebenaggregaten mit Öl zur Kühlung und Schmierung.

Hierfür kann das Ölversorgungssystem eine Ölpumpe sowie zahlreiche, fluidleitend mit einer Druckseite der Ölpumpe verbundene Leitungen aufweisen. Die Leitungen können durch Rohre gebildet sein und durch Bohrungen in einem Motorblock bzw. einem Zylinderkopf und einem Nockenwellenmodul. Im Nockenwellenmodul ist eine Nockenwelle drehbar gelagert. Die Nockenwelle wird über ein Nockenwellenantriebsrad angetrieben. Das Nockenwellenantriebsrad ist häufig verdrehfest mit einer Kurbelwelle des Verbrennungsmotors gekoppelt. Dies kann über einen Zahnriemen, über eine Kette und in neueren Applikationen auch über Stirnräder erfolgen. Aus dem Stand der Technik sind die US 5,143,034 A, die US 5,031 ,586 A und die US 4,729,349 A bekannt. Die DE 44 28 681 A1 offenbart ferner eine Zylinderkopfbaugruppe mit einer Nockenwelle. Das Nockenwellengehäuse ist mit einer funktionellen Einheit aus Ölreservekammer und Ölkammer ausgestattet, die als Entgasungseinrichtung dient. Die Ölreservekammer steht einerseits mit einem Ende eines oberen Ölkanals und andererseits über weitere Ölkanäle mit dem Auslass einer Ölpumpe in Verbindung. Ein anderes Ende dieses oberen Ölkanals steht mit einem Nockenlager des Nockenwellengehäuses in Verbindung. Im Einsatz gelangt Öl von der Ölkammer zu einer Ölgalerie einer hydraulischen Einstelleinrichtung für die Einlass- und Auslassventile. Zumindest ein Nachteil der in DE 44 28 681 A1 offenbarten Vorrichtung kann darin gesehen werden, dass im Stillstand des Verbrennungsmotors sämtliche Ölkanäle leer laufen.

Dieser Nachteil wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 abgestellt. Die Unteransprüche sind in technologisch sinnvoller Weise miteinander kombinierbar und sie zeigen jeweils weitere Ausgestaltungen auf. Die Beschreibung, insbesondere im Zusammenhang mit den Figuren, charakterisiert und spezifiziert die Offenbarung zusätzlich.

Vorgesehen ist demgemäß ein Ölversorgungssystem für ventilspielausgleichende Hydrostößel eines Verbrennungsmotors, aufweisend eine erste Versorgungsleitung, welche einen Auslass einer Ölpumpe fluidleitend mit einer Baugruppe eines Nockenwellenantriebs verbindet, eine zweite Versorgungsleitung, welche fluidleitend von einer Abzweigung der ersten Versorgungsleitung zu einer Ölgalerie für die ventilspielausgleichenden Hydrostößel führt, wobei die Abzweigung in einer betriebsbereiten Einbaulage des Verbrennungsmotors oberhalb von der Ölgalerie der ventilspielausgleichenden Hydrostößel angeordnet ist.

Das Nockenwellenantriebsrad kann Mittel zur Verstellung eines Winkels zwischen dem Antrieb des Nockenwellenantriebsrads und der Nockenwelle aufweisen. Die Mittel sind als Nockenwellenverstellung bzw. OAM-Phaser bekannt. Die Nockenwellenverstellung wird über unter Druck stehendem Öl angetrieben. Bei dem Öl handelt es sich in der Regel um dasselbe Öl, das über das Ölversorgungssystem bereitgestellt wird. Die Leitungen sind dabei so angeordnet, dass es bei entsprechender Motordrehzahl unter ausreichendem Druck steht, um die Nockenwellenverstellung zu betätigen. Ventilspielausgleichende Hydrostößel sind mit Öl befüllbare Elemente, die sich in einem Lastpfad zwischen einer Nockenwelle und einem Ein- oder Auslassventil eines Verbrennungsmotors befinden. Der Lastpfad kann dabei direkt sein, das heißt der Hydrostößel kann sich zwischen einem Ventilschaft und einem Nockenwellenabschnitt befinden. In einigen Motoren bewegen die Nocken die Ventile indirekt über Schlepphebel, die an einer Seite an den Hydrostößeln und an der anderen Seite an dem Ventilschaft gelagert sind. Hydrostößel werden mit Öl geflutet. Das Öl fungiert als Dämpfer und als ein Längenausgleich im Lastpfad zwischen der Nockenwelle und dem Ventilschaft. Befindet sich kein oder zu wenig Öl im Hydrostößel, so ist der Lastpfad nicht geschlossen bzw. spielbehaftet. Dies macht sich bei laufendem Verbrennungsmotor durch ein klackerndes Geräusch in der halben Frequenz einer Motordrehzahl bemerkbar. Dieses Geräusch ist bei zahlreichen Verbrennungsmotoren vor allem während einer kurzen Phase nach einem Motorstart zu vernehmen.

Die Baugruppe kann eine Baugruppe sein, die Öl unter einem gewissen hydraulischen Druck benötigt. Die Ölgalerie ist ein verzweigtes System aus Bohrungen, die an den Hydrostößel enden und fluidleitend mit einem Öleinlass der Hydrostößel verbunden sind. Die Abzweigung ist ein Bereich, in der ein Teil bzw. Abschnitt der ersten Versorgungsleitung weiter führt zu der Baugruppe und ein Teil bzw. Abschnitt die zweite Versorgungsleitung bildet. Dadurch, dass die Abzweigung sich oberhalb der Ölgalerie befindet, läuft diese im Stillstand des Verbrennungsmotors, in der kein Öl gefördert wird, nicht leer.

Dadurch, dass die Abzweigung sich oberhalb der Ölgalerie befindet, bleibt im Stillstand des Verbrennungsmotors, wenn die Ölpumpe kein Öl durch die erste Versorgungsleitung fördert, Öl in der zweiten Versorgungsleitung bzw. der Ölgalerie stehen. Es läuft durch Leckage in den Hydrostößeln langsam ab, aber es kann zumindest das in der zweiten Versorgungsleitung befindliche Öl durch die Schwerkraft nachfließen.

In einer Ausgestaltung weist die zweite Versorgungsleitung einen ersten Leitungsabschnitt auf, der in ein gegenüber dem ersten Leitungsabschnitt im Guerschnitt vergrößertes Ölvolumen mündet, wobei das Ölvolumen fluidleitend mit der Ölgalerie verbunden ist. Das Ölvolumen speichert eine größere Menge an Öl als eine Leitung mit einem verhältnismäßig geringen, von der Abzweigung bis zur Ölgalerie konstanten Ouerschnitt. Dadurch wird die zeitliche Dauer, bis die zweite Versorgungsleitung leergelaufen ist, weiter verlängert.

In einer weiteren Ausgestaltung wird das vergrößerte Ölvolumen durch einen in einem

Nockenwellenmodul angeordneten Freiraum gebildet.

Das Nockenwellenmodul ist dabei ein Modul, welches auf den Zylinderkopf geschraubt wird und in dem die Nockenwelle gelagert ist. In dem Nockenwellenmodul befinden sich Lager für die Nockenwelle, je nach Ausgestaltung können diese Lager in Halbschalen angeordnet sein, wobei eine obere Halbschale in dem Nockenwellenmodul und eine untere Halbschale in dem

Zylinderkopf angeordnet sind. In dem Nockenwellenmodul befinden sich Leitungen bzw.

Bohrungen, welche die erste und zweite Verbindungsleitung bzw. Teile davon beinhalten können. Hierüber werden Lager und die Nockenwelle selbst im Nockenwellenmodul mit

Schmieröl versorgt. Der Freiraum kann in einem Urformverfahren (Druckguss, Sandguss, etc.) in dem Nockenwellenmodul urgeformt werden oder durch einen Fräs- oder Bohrungsvorgang eingebracht werden.

In einer weiteren Ausgestaltung befindet sich das vergrößerte Ölvolumen oberhalb einer Dichtung zwischen einem Zylinderkopf und dem Nockenwellenmodul.

Demnach erfüllt die Dichtung neben der Abdichtung sämtlicher vom Zylinderkopf in das

Nockenwellenmodul führender Leitungen bzw. Bohrungen eine zusätzliche Funktion.

Entsprechend einer weiteren Ausgestaltung ist in der zweiten Versorgungsleitung zwischen dem Ölvolumen und der Ölgalerie eine Drossel angeordnet.

Die Drossel verhindert ein versehentliches Öffnen von Ein- und Auslassventilen durch eine Verringerung eines zu hohen Druckes in den Hydrostößeln. Dadurch, dass die

Versorgungsleitung für die Hydrostößel oberhalb von der Ölgalerie angeordnet ist, kann auf simple Weise eine Drossel von oben eingesetzt werden.

Entsprechend einer weiteren Ausgestaltung wird die Drossel durch einen Abschnitt der Dichtung gebildet. Entsprechend dieser Ausgestaltung wird das offenbarungsgemäße Ölversorgungssystem im Prinzip durch ohnehin an nahezu jedem Motor vorhandene Bauteile, lediglich durch eine konstruktive Änderung, zumindest an dem Nockenwellenmodul, möglicherweise auch an der Dichtung und dem Zylinderkopf, geschaffen. Ein Abschnitt der Dichtung kann im

Zusammenwirken mit dem Zylinderkopf bzw. dem Nockenwellenmodul als Drossel verwendet werden. Mehrteile sind nicht erforderlich, es ergibt sich sogar eine Kostenersparnis durch die Verwendung von weniger Material für das Ölvolumen.

Entsprechend einer Ausgestaltung wird die Drossel durch eine in der Dichtung angeordnete Öffnung gebildet.

Gattungsgemäße Dichtungen weisen ohnehin Löcher bzw. Bohrungen für eine Hindurchführung von Stiften, Schrauben und Bolzen auf, sowie an Übergängen von Ölleitungen wie die hierin beschriebene erste und zweite Versorgungsleitung. Es wird durch diese Ausgestaltung der Gedanke weiter verfolgt, dass die offenbarungsgemäße Ausgestaltung durch ohnehin vorhandene Bauteile implementiert wird, lediglich durch eine von oben mit Öl versorgte Ölgalerie und eine Abzweigung an einer Druckleitung, beispielsweise einer Steigleitung für die

Nockenwellenverstellung.

In einer Ausgestaltung handelt es sich bei der Baugruppe um eine Nockenwellenverstellung, welche dazu ausgestaltet ist, ein Nockenwellenantriebsrad gegenüber einer Nockenwelle zu verstellen.

Die Nockenwellenverstellung wird zumindest zur Kühlung und Schmierung mit Öl versorgt, beispielsweise wenn es sich um eine elektrisch betätigte Nockenwellenverstellung handelt.

Weiterhin kann die Nockenwellenverstellung eine mit druckbeaufschlagtem Öl arbeitende hydraulische Nockenwellenverstellung sein.

Bei diesen Nockenwellenverstellungen wird über ein in der Regel elektrisch betätigtes Ventil, welches im Nockenwellenmodul eingebracht ist, Öl von der ersten Versorgungsleitung entweder in eine erste, die Nockenwellenverstellung in Richtung einer früheren Öffnungszeit eines Ein- oder Auslassventils oder in eine zweite, die Nockenwellenverstellung in Richtung einer späteren Öffnungszeit verstellende Arbeitskammer geleitet. Diese Art von Nockenwellenverstellungen benötigen einen gewissen Öldruck. An der Abzweigung wird das entsprechend unter Druck stehende Öl gemäß dieser Offenbarung in die erste Versorgungsleitung, ggf. durch eine Drossel, ggf. durch das vergrößerte Ölvolumen, nach unten in die Ölgalerie zur Versorgung der Hydrostößel gedrückt.

Kurzbeschreibung der Figuren

Die hierin beschriebenen Zeichnungen dienen nur der Veranschaulichung und sollen den Umfang der vorliegenden Offenbarung in keiner Weise einschränken. Es zeigen:

Fig. 1 schematisch ein Ölversorgungssystem, bei dem eine erste Versorgungsleitung für eine hydraulische Nockenwellenverstellung eine Abzweigung aufweist, von der ausgehend eine zweite Versorgungsleitung eine Ölgalerie der Hydrostößel mit Öl versorgt; und

Fig. 2 im Schnitt einen Bereich eines Zylinderkopfs mit einem Bereich eines

Nockenwellenmoduls und einer dazwischen angeordneten Dichtung, welche zudem als Drossel fungiert; und

Fig. 3 im Schnitt einen Bereich eines Zylinderkopfs mit einem Bereich eines

Nockenwellenmodul, wobei in einem Freiraum im Nockenwellenmodul ein

Zwischenelement angeordnet ist, welches eine Barriere für Öl darstellt.

Die folgende Beschreibung ist dem Wesen nach lediglich veranschaulichend. Der Klarheit halber sind in den Zeichnungen zur Bezeichnung ähnlicher Elemente dieselben Bezugszeichen verwendet. Eine Versorgungsleitung kann durch eine Bohrung in einem Bauteil oder durch ein damit verbundenes Rohr implementiert sein.

Figur 1 zeigt ein Ölversorgungssystem 1 zur Versorgung einer Nockenwelle 2 mit Öl. Das Öl wird von einigen Bauteilen als Kühl- und Schmiermittel benötigt, zum Beispiel von Nocken 3, die über einen Lastpfad 4 ein Ventil 5 betätigen. Bei dem Ventil 5 kann es sich um ein Einlass- oder ein Auslassventil eines ansonsten nicht dargestellten Verbrennungsmotors handeln. In dem Lastpfad 4 befindet sich ein Hydrostößel 6. Der Hydrostößel 6 wird mit Öl gefüllt, um ein eventuelles Spiel im Lastpfad 4 auszugleichen.

Über eine Ölpumpe 8 wird Öl an einen Auslass 9 gefördert. Der Auslass 9 ist fluidleitend mit einer ersten Versorgungsleitung 10 verbunden. Die erste Versorgungsleitung 10 verläuft in einer betriebsbereiten Einbaulage des Verbrennungsmotors im Wesentlichen entgegen der

Erdbeschleunigung g nach oben durch einen Zylinderkopf 11 und durch ein Nockenwellenmodul 12. Die erste Versorgungsleitung 10 ist dabei überwiegend durch im Zylinderkopf 1 1 bzw. dem Nockenwellenmodul 12 angeordnete Bohrungen und Freiräume gebildet.

Die Nockenwelle 2 wird über ein Nockenwellenantriebsrad 7 angetrieben. Das

Nockenwellenantriebsrad 7 kann in nicht dargestellter Weise über einen Zahnriemen, eine Kette oder über Stirnräder angetrieben werden. In dem Nockenwellenantriebsrad 7 befindet sich eine Nockenwellenverstellung 14. Die Nockenwellenverstellung 14 ist dazu ausgestaltet, das

Nockenwellenantriebsrad 7 gegenüber der Nockenwelle 2 zu verdrehen. Hierfür wird über ein nicht dargestelltes Regelventil Öl in nicht dargestellte, die Nockenwellenverstellung 14 entweder in Richtung einer früheren Öffnungszeit des Ventils 5 oder in Richtung einer späteren

Öffnungszeit des Ventils 5 relativ zur Nockenwelle 2 verstellenden, nicht dargestellten

Arbeitskammern geleitet. Zur Verstellung benötigt die Nockenwellenverstellung 14 Öl unter Druck. Das Öl unter Druck wird im Betrieb des Verbrennungsmotors von der Ölpumpe 8 durch die erste Versorgungsleitung 10 an die Nockenwellenverstellung 14 geleitet.

Im Bereich einer Abzweigung 15 gelangt Öl in eine zweite Versorgungsleitung 20 und von dort aus gedrosselt in eine Ölgalerie 16, welche fluidleitend mit den Hydrostößeln 6 verbunden ist. Die Ölgalerie 16 versorgt mehrere Hydrostößel 6, wobei nur zwei beispielhaft dargestellt sind. Die Ölgalerie 16 ist dabei überwiegend aus im Nockenwellenmodul 12 eingebrachten

Bohrungen und Leitungen gebildet. Im Bereich der Hydrostößel, welche in nicht dargestellter Art und Weise im Zylinderkopf 1 1 und/oder im Nockenwellenmodul 12 eingepasst sind, münden Abschnitte 19 der Ölgalerie 16 fluidleitend in die Hydrostößel 6. Es ist in Figur 1 zudem eine Richtung einer Erdbeschleunigung g eingezeichnet. Die Erdbeschleunigung g wirkt in betriebsbereiter Einbaulage der dargestellten Bauteile nach unten. Die Abzweigung 15 ist oberhalb von der Ölgalerie 16 und den Hydrostößeln 6 angeordnet. Wenn die Ölpumpe 8 nicht mehr fördert, z.B. bei einem Stopp des Verbrennungsmotors, steht in der Abzweigung 15 Öl. Das Öl läuft langsam nach, so dass die Ölgalerie 16 bzw. die Hydrostößel 6 noch eine Weile lang mit Öl versorgt werden können, weil Öl von oben von der zweiten Versorgungsleitung 20 her nachlaufen kann. In der zweiten Versorgungsleitung 20 sind Elemente angeordnet, welche das Nachlaufen von Öl in die Ölgalerie 16 ausdehnen und verlängern. Zum einen wird eine Ölmenge, welche nachlaufen kann, durch das Vorsehen eines vergrößerten Ölvolumens 17 vergrößert. Zum anderen wird durch eine Drossel 18 erreicht, dass Öl mit verringertem Druck in die Ölgalerie 16 nachläuft.

In Figur 2 ist ein Schnitt durch einen Bereich eines Zylinderkopfs 1 1 und ein Nockenwellenmodul 12 dargestellt. Ein Abschnitt der ersten Versorgungsleitung 10 wird durch eine im Zylinderkopf angeordnete Bohrung 21 gebildet. Die erste Versorgungsleitung 10 verläuft weiter durch eine Dichtung 22 in einen Freiraum 23 im Nockenwellenmodul 12. Der Freiraum 23 bildet das in Zusammenhang mit Figur 1 beschriebene Ölvolumen 17. Im Nockenwellenmodul 12 verläuft die erste Verbindungsleitung 10 weiter durch eine Bohrung 24 und endet in nicht dargestellter Weise an einer Nockenwellenverstellung 14.

Ein Abschnitt 25 der Dichtung 22 zwischen dem Zylinderkopf 1 1 und dem Nockenwellenmodul 12 wirkt als Drossel 18. Hierfür ist in der Dichtung 22 eine Öffnung 26 mit vordefiniertem, entsprechend der gewünschten Drosselwirkung ausgestalteten Durchmesser vorgesehen. Im Betrieb fördert die Ölpumpe 8 (siehe auch Figur 1 ) durch die erste Verbindungsleitung 10, die Bohrung 21 im Zylinderkopf 11 und die Bohrung 24 im Nockenwellenmodul 12 Öl an die

Nockenwellenverstellung 14 (siehe Figur 1 ). In dem Freiraum 23 sammelt sich das Öl, bis der Freiraum 23 vollgelaufen ist. Von dort gelangt Öl durch die Öffnung 26 gedrosselt in die

Ölgalerie 16, durch eine Bohrung 17 im Zylinderkopf 1 1. Wenn die Ölpumpe 8 (siehe Figur 1 ) nicht fördert, bleibt ein Ölvolumen 17 bzw. eine Bohrung 20 oberhalb der Ölgalerie 16 mit Öl gefüllt.

Figur 3 zeigt eine weitere Ausführungsform, bei der in dem Freiraum 23 im Nockenwellenmodul 12 ein Zwischenelement 28 angeordnet ist. Das Zwischenelement 28 dichtet unten an der Dichtung 22 ab. Öl kann oberhalb von dem Zwischenelement 28 abgezweigt werden und durch die Drossel 18 in die Bohrung 20 bzw. die fluidleitend mit der Bohrung 20 verbundene Ölgalerie 16 und damit zu den Hydrostößeln 6 gelangen. Das Zwischenelement 28 vergrößert das Ölvolumen 17, welches bei einem Stopp der Ölpumpe 8 in die Ölgalerie 16 nachlaufen kann. Bezugszeichenliste:

1 Olversorgungssystem

2 Nockenwelle

3 Nocken

5 Ventil

6 Hydrostößel

7 Nockenwellenantriebsrad

8 Ölpumpe

9 Auslass

10 erste Versorgungsleitung

11 Zylinderkopf

12 Nockenwellenmodul

14 Nockenwellenverstellung

15 Abzweigung

16 Ölgalerie

17 vergrößertes Ölvolumen

18 Drossel

19 Abschnitt

20 zweite Verbindungsleitung

21 Bohrung

22 Dichtung

23 Freiraum

24 Bohrung

25 Abschnitt

26 Öffnung

27 erster Leitungsabschnitt

28 Zwischenelemente