DE102009041755A1

DE102009041755A1 - Doppeltes unabhängiges Verstellsystem zum unabhängigen Verstellen der Ansaug- und der Ausstoßnockenerhebungen einer konzentrischen Nockenwellenanordnung

Info

Publication number: DE102009041755A1
Application number: DE102009041755A
Authority: DE
Inventors: Roger Brighton Meyer; Joseph Clawson Moon; Jesse Waterford Myers
Original assignee: Schaeffler KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2008-10-09
Filing date: 2009-09-16
Publication date: 2010-04-15
Anticipated expiration: 2029-09-17
Also published as: US8051818B2; US20100093453A1; DE102009041755B4

Abstract

Es wird ein Verstelleraufbau eines doppelten unabhängigen Verstellsystems (DIPS) für koaxiale Nockenwellen mit zwei axial geschichteten, dünnen Verstellunteraufbauten, die jeweils herkömmliche Verstelleraufbauten vom Flügel-Zellen-Typ sind, bereitgestellt. Diese Versteller werden als eine Einheit zusammen vormontiert, um einen DIPS-Verstelleraufbau herzustellen. Der Rotor des hinteren Verstellers ist an der äußeren Nockenwelle der koaxialen Nocke angebracht, und der Rotor des vorderen Verstellers ist an der inneren Nockenwelle angebracht. Die radiale Kraft von der Ventiltriebkette oder vom -riemen wird über einen Kettenring oder eine Scheibe, der bzw. die mit dem Stator des hinteren Verstellers verbunden ist, zur äußeren Nockenwelle übertragen. Um für eine leichte Anbringung zu sorgen, wird der DIPS-Verstelleraufbau (einschließlich des vorderen und des hinteren Verstellers) über Anbringungsschrauben, die durch Öffnungen im Rotor des vorderen Verstellers geführt sind, um den Rotor des hinteren Verstellers an der äußeren Nockenwelle anzubringen, an der äußeren Nockenwelle angebracht. Eine mittlere Anbringungsschraube wird verwendet, um den Rotor des vorderen Verstellers an der inneren Nockenwelle anzubringen. Es wird auch ein radial geschichteter DIPS-Verstelleraufbau bereitgestellt, der weiter verringerte axiale Platzanforderungen bietet.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein doppeltes unabhängiges Verstellsystem zum unabhängigen Einstellen des Phasenwinkels sowohl der Ansaug- als auch der Ausstoßnockenwelle einer inneren und einer äußeren Nockenwelle einer konzentrischen Nockenwelle.
Es ist bekannt, zwei axial voneinander beabstandete Nockenwellenversteller in Verbindung mi einer inneren und einer äußeren Welle eines konzentrischen Nockenwellenaufbaus zu verwenden, um den Zeittakt der inneren und der äußeren Nockenwelle gesondert einzustellen. Dies gestattet, dass der Zeittakt der Ansaug- und der Ausstoßventile eingestellt wird, um ein verbessertes Drehmoment/eine verbesserte Leistung wie auch verbesserte Emissionen zu erhalten. Ferner stellt diese Anordnung zusätzliche Vorteile hinsichtlich der Motorleerlaufstabilität und der Kraftstoffeinsparung bereit.
Nach dem Flügel-Zellen-Prinzip arbeitende Nockenwellenversteller für einzelne Nockenwellen sind bekannt. Sie sind in Veröffentlichungen durch den Zessionär der vorliegenden Erfindung einschließlich US 6,805,080 , die hierin durch Nennung so aufgenommen wird, als ob sie vollständig bekanntgemacht würde, beschrieben.
Ein bekanntes System zum Einstellen des Steuerzeittakts eines konzentrischen Nockenwellenaufbaus ist in DE 10 2005 039 751 A1 beschrieben. In dieser Veröffentlichung ist ein Nockenwellenversteller, der sich an der Vorderseite des Motors befindet, mit einer äußeren Welle einer konzentrischen Nockenwellenanordnung verbunden, und umfasst ein zweiter Nockenwellenversteller, der sich an der Hinterseite des Motors befindet, ein äußeres Gehäuse, das mit der äußeren Nockenwelle verbunden ist, und einen inneren Rotor, der mit der inneren Nockenwelle verbunden ist. Diese Anordnung stellt gesonderte Versteller bereit, was eine leichtere Steuerung gestattet, doch ist sie mit größeren Schwierigkeiten beim Zugang zum hinteren Nockenwellenversteller wie auch mit einem komplizierteren Zusammenbau und Platzanforderungen im Motorraum verbunden.
DE 10 2006 024 793 A1 beschreibt ein doppeltes Verstellsystem für einen konzentrischen Nockenwellenaufbau generisch, das zwei Nockenwellenversteller umfasst, die sich an der Vorderseite eines Motors befinden und axial beabstandet nebeneinander liegen. Die beiden Nockenwellenversteller gestatten eine unabhängige Steuerung der äußeren und der inneren koaxialen Nockenwelle in Bezug auf die Kurbelwelle, um den Zeittakt der Ansaug- und der Ausstoßventile des Verbrennungsmotors gesondert einzustellen. Die Anordnung stellt eine besondere Schieberventilsteuerung bereit, die sich in der inneren Nockenwelle befindet, um den Fluss des Hydraulikfluids sowohl zum ersten als auch zum zweiten Nockenwellenversteller zu steuern.
DE 10 2006 028 611 offenbart ebenfalls zwei Nockenwellenversteller, die sich axial nebeneinander an der Vorderseite eines konzentrischen Nockenwellen aufbaus eines Verbrennungsmotors befinden. Der erste Nockenwellenversteller ist mit einer vorderen Nockenwellenlageranordnung verbunden, die Öldurchgänge enthält, um Hydraulikfluid zum und vom Nockenwellenversteller für die äußere Nockenwelle zu liefern. Hydraulikfluid zum Steuern des Nockenwellenverstellers, der mit der inneren Nockenwelle verbunden ist, wird über innere Hydraulikfluiddurchgänge geliefert, die sich zwischen der äußeren und der inneren Nockenwelle und im Inneren der inneren Nockenwelle befinden, und die durch eine gesonderte Nockenwellenanbringungslageranordnung mit Hydraulikfluid versorgt werden.
Diese bisher bekannten doppelten unabhängigen Verstellsysteme für konzentrische Nockenwellen leiden an einer Anzahl von Nachteilen in Bezug auf Platzanforderungen und die Leichtigkeit der Montage als einzelner Aufbau an der Vorderseite einer Nockenwelle. Ferner leiden die bisher bekannten Anordnungen infolge des Verfahrens der Anbringung der Flügel an den Abdeckungen der Nockenwellenversteller an einem hohen externen Ölaustritt. Ferner ist kein System bereitgestellt, um die Nockenwellenversteller für die innere und die äußere Welle unabhängig so zu steuern, dass sie in Basispositionen gesperrt werden können. Ferner wäre es nützlich, ein doppeltes unabhängiges Verstellsystem bereitzustellen, das in ungefähr den gleichen Raum im Motoraufbau passt, wie ein Standardversteller, so dass keine zusätzliche Raumzuteilung im Motorraum benötigt wird.
Zusammenfassung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung stellt ein doppeltes unabhängiges Verstellsystem für konzentrische Nockenwellenanwendungen bereit, das sich den Mangeln bei den bekannten Anordnungen widmet.
In einer ersten Ausführungsform der Erfindung umfasst das doppelte unabhängige Verstellsystem (double independent phasing system, DIPS) für koaxiale Nockenwellen zwei axial geschichtete, dünne Verstellunteraufbauten, die jeweils einzeln einem herkömmlichen Flügel-Zellen-Verstelleraufbau des Zessio närs, wie er in US 6,805,080 offenbart ist, ähnlich sind. Diese Versteller sind als eine Einheit zusammengesetzt, um einen DIPS-Verstelleraufbau zu bilden. Der Rotor des hinteren Verstellers ist an der äußeren Nockenwelle der koaxialen Nocke angebracht, und der Rotor des vorderen Verstellers ist an der inneren Nockenwelle angebracht. Die axiale Kraft von der Ventiltriebkette oder vom -riemen wird über einen Kettenring, der mit dem Stator des hinteren Verstellers verbunden ist, zur äußeren Nockenwelle übertragen. Um für eine leichte Anbringung zu sorgen, wird der DIPS-Verstelleraufbau (einschließlich des vorderen und des hinteren Verstellers) über Anbringungsschrauben, die durch Öffnungen im Rotor des vorderen Verstellers geführt werden, um den Rotor des hinteren Verstellers an der äußeren Nockenwelle anzubringen, an der äußeren Nockenwelle angebracht. Eine mittlere Anbringungsschraube wird verwendet, um den Rotor des vorderen Verstellers mit der inneren Nockenwelle zu verbinden.
Um eine gesonderte Sperrung der Phasenposition sowohl der inneren als auch der äußeren Nockenwelle bereitzustellen, während die Beabstandungsanforderungen für den DIPS-Verstelleraufbau aufrechterhalten werden, befinden sich vorzugsweise radial ausgerichtete Sperrstifte in den Rotoren des vorderen und des hinteren Verstellers, die in passenden Ausnehmungen im jeweiligen Stator des vorderen und des hinteren Verstellers in Eingriff gebracht werden können. Vorzugsweise wird durch die jeweiligen Sperrstifte der Versteller, der der Ansaugnockenwelle zugeordnet ist, in einer vorgeschobenen Position gehalten, und der Versteller, der der Ausstoßnockenwelle zugeordnet ist, in einer zurückgehaltenen Position gehalten, wenn der Hydraulikfluiddruck unter einen bestimmten Pegel fällt, wie etwa während des anfänglichen Anlassens des Verbrennungsmotors. Doch entweder der vordere oder der hintere Versteller kann eine Basisposition (eine gesperrte Position) entweder in einer vorgeschobenen oder in einer zurückgehaltenen Position aufweisen, wodurch Kombinationen wie vorgeschoben-vorgeschoben, vorgeschoben-zurückgehalten, zurückgehalten-vorgeschoben oder zurückgehalten-zurückgehalten gestattet werden.
In einer zweiten Ausführungsform der Erfindung umfasst der DIPS-Verstelleraufbau eine radial geschichtete Verstelleranordnung, die einen inneren Versteller und einen äußeren Versteller, der konzentrisch über dem inneren Versteller angeordnet ist, umfasst. Der äußere Versteller umfasst einen äußeren Stator, der mit dem Ventiltriebkettenring oder der Ventiltriebriemenscheibe verbunden ist. Der Rotor des äußeren Nockenwellenverstellers ist mit der äußeren Nockenwelle verbunden und umfasst Flügel, die sich in Räume erstrecken, die durch einwärts gerichtete Vorsprünge des äußeren Stators definiert werden, wodurch an jeder Seite der Flügel gesonderte Kammern definiert werden. Der Stator des inneren Nockenwellenverstellers, der radial einwärts gerichtete Vorsprünge umfasst, erstreckt sich vom Rotor des äußeren Nockenwellenverstellers radial einwärts. Flügel vom inneren Rotor des inneren Nockenwellenverstellers erstrecken sich zwischen den radial einwärts gerichteten Vorsprüngen, um in Verbindung mit den einwärts gerichteten Vorsprüngen an jeder Seite der inneren Rotorflügel gesonderte Kammern zu definieren. Der Rotor des inneren Nockenwellenverstellers ist an der inneren Nockenwelle angebracht. Bei dieser Anordnung kann die äußere Nockenwelle in Bezug auf die Kurbelwelle vorgeschoben oder zurückgehalten werden, indem ein mit Druck beaufschlagtes Hydraulikfluid zum ersten oder zum zweiten Satz von Kammern des äußeren Nockenwellenverstellers geliefert wird, wodurch verursacht wird, dass die Flügel in den Kammern den Rotor des äußeren Nockenwellenverstellers entweder vorschieben oder zurückhalten und dadurch die Zeitsteuerungsposition der äußeren Nockenwelle einstellen. Die Phasenposition der inneren Nockenwelle wird auf die gleiche Weise eingestellt, indem dem ersten oder dem zweiten Satz von Kammern des inneren Nockenwellenverstellers mit Druck beaufschlagtes Hydraulikfluid bereitgestellt wird, um die Flügel, die die Kammern trennen, zu drehen, um die Position der inneren Nockenwelle in Bezug auf die Position der äußeren Nockenwelle einzustellen. Das Motorsteuerungsmodul für diese Ausführungsform ist dazu programmiert, die zusammengesetzte Bewegung des inneren Rotors, die durch die Bewegung des äußeren Rotors erzeugt wird, auszugleichen, so dass die Motorsteuerung dann, wenn der äußere Versteller um 10° vorgeschoben werden soll, während die Position des inneren Verstellers beibehalten wird, den äußeren Versteller um die gewünschten 10° vorschieben müsste, während der innere Versteller um 10° zurückgehalten würde, um ihn statisch zeitgesteuert zu behalten.
Weitere Gesichtspunkte der Erfindung, die allein oder in Kombination verwendet werden können, sind nachstehend ausführlich beschrieben.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die vorhergehende Kurzdarstellung und die folgende ausführliche Beschreibung werden besser verstanden werden, wenn sie in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen gelesen werden, die bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung veranschaulichen. In den Zeichnungen
ist 1 eine Seitenansicht eines Verstelleraufbaus eines doppelten unabhängigen Verstellsystems (DIPS) nach der ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;
ist 2 eine seitliche Aufrissansicht eines vorderen Verstellers vor dem Zusammenbau mit dem hinteren Versteller des DIPS-Verstelleraufbaus von 1;
ist 2A eine vordere Aufrissansicht des vorderen Verstellers entlang der Linie 2A-2A in 2;
ist 2B eine hintere Aufrissansicht des vorderen Verstellers entlang der Linie 2B-2B in 2;
ist 3 eine seitliche Aufrissansicht des hinteren Verstellers in 1 vor dem Zusammenbau, um den DIPS-Verstelleraufbau zu bilden;
ist 3A eine vordere Aufrissansicht des hinteren Verstellers entlang der Linie 3A-3A in 3;
ist 3B eine hintere Aufrissansicht des hinteren Verstellers entlang der Linie 3B-3B in 3;
ist 4 eine vordere Aufrissansicht des DIPS-Verstelleraufbaus von 1 entlang der Linien 4-4 in 1;
ist 5 eine hintere Aufrissansicht des DIPS-Verstelleraufbaus von 1 entlang der Linien 5-5 in 1;
ist 6 eine isometrische Querschnittansicht entlang der Linie 6-6 in 4;
ist 7 eine Querschnittansicht durch den DIPS-Verstelleraufbau entlang der Linie 7-7 in 6;
ist 8 eine Querschnittansicht durch den DIPS-Verstelleraufbau entlang der Linie 8-8 in 6;
ist 9 eine hintere Aufrissansicht des vorderen Verstellers, die in Verbindung mit 7 und 8 die Öldurchgänge veranschaulicht;
ist 10 eine Querschnittansicht des DIPS-Verstelleraufbaus entlang der Linie 10-10 in 6;
ist 11 eine hintere Aufrissansicht des hinteren Verstellers, die in Verbindung mit 10 die Öldurchgänge zum Vorschieben und Zurückhalten des hinteren Verstellers zeigt;
ist 12 eine vordere perspektivische Ansicht der zweiten Ausführungsform des DIPS-Verstelleraufbaus nach der vorliegenden Erfindung; und
ist 13 eine Querschnittansicht entlang der Linien 13-13 in 12.
Ausführliche Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
In der folgenden Beschreibung wird nur zur Bequemlichkeit eine bestimmte Terminologie verwendet, die nicht beschränkend ist. Die Worte „vorder”, „hinter”, „ober” und „unter” bezeichnen Richtungen in den Zeichnungen, auf die Bezug genommen wird. Die Worte „einwärts” und „auswärts” beziehen sich auf Richtungen zu den Teilen, auf die in den Zeichnungen Bezug genommen wird, hin und davon weg. Eine Bezugnahme auf eine Liste von Objekten, die als „zumindest eines aus a, b oder c” angegeben sind (wobei a, b und c die aufgelisteten Objekte darstellen), bedeutet jedes beliebige der Objekte a, b oder c oder Kombinationen davon. Die Terminologie enthält die oben ausdrücklich angeführten Worte, Ableitungen davon, und Worte von ähnlicher Bedeutung.
Unter nun erfolgender Bezugnahme auf 1 und 6 ist ein DIPS-Nockenwellenverstellsystem mit einem vormontierten DIPS-Verstelleraufbau 10 nach der vorliegenden Erfindung gezeigt. Der DIPS-Nockenwellenverstelleraufbau 10 wird in Verbindung mit einer konzentrischen Nockenwellenanordnung verwendet, um Drehmoment von der Kurbelwelle eines Verbrennungsmotors sowohl zur inneren als auch zur äußeren Nockenwelle 12 bzw. 14 (in 6 gezeigt) zu übertragen, um die Ansaug- und die Ausstoßventile des Verbrennungsmotors zu steuern. Da konzentrische Nockenwellensysteme bekannt sind, werden die innere und die äußere konzentrische Nockenwelle 12, 14 nicht näher beschrieben und würden sie von einem Durchschnittsfachmann verstanden werden. Die Aktivierung der Ansaug- und der Ausstoßgasaustauschventile unter Verwendung von Nockenwellen und zugehörigen Kipphebeln, Schlepphebeln, Tassenstößeln und anderen Arten von Betätigungseinrichtungen ist ebenfalls bekannt und wird daher hierin nicht beschrieben.
Der DIPS-Nockenwellenversteller 10 ist als modularer Aufbau bereitgestellt, der mit der inneren und der äußeren Nockenwelle 12, 14 verbunden werden kann, wenn der Motor zusammengesetzt wird. Der modulare DIPS-Verstelleraufbau 10 umfasst einen vorderen Versteller 20 und einen hinteren Versteller 70, die gesondert zusammengesetzt und dann miteinander verbunden werden können. Der vordere Versteller 20 ist in 2, 2A, 2B und 6 bis 9 ausführlich gezeigt. Der hintere Versteller 70 ist in 3A, 3B, 6 und 10 bis 11 ausführlich gezeigt. 4 und 5 zeigen eine vordere bzw. eine hintere Ansicht des zusammengesetzten DIPS-Verstelleraufbaus 10.
Unter Bezugnahme auf 2, 2A, 2B und 6 bis 9 ist der vordere Versteller 20 ein Nockenwellenversteller, der nach dem Flügel-Zellen-Prinzip arbeitet, und ist er mit der inneren Nockenwelle 12 verbunden. Der vordere Versteller 20 umfasst einen Rotor 22 mit Flügeln 24, die sich davon in Räume erstrecken, die zwischen einwärts gerichteten Vorsprüngen 30 des Stators 28 gebildet sind. Die Flügel 24 sind vorzugsweise auswärts federvorgespannt um eine dichte Abdichtung gegen die Gegenfläche des Stators 28 bereitzustellen. Die Flügel 24 teilen die Räume zwischen den einwärts gerichteten Vorsprüngen 30 des Stators 28 in erste Kammern 32 und zweite Kammern 34. Eine vordere Abdeckung 38 und eine hintere Abdeckung 40 befinden sich an beiden Seiten des Rotors 22 und des Stators 28 und sind am Stator 28 befestigt, um einen Unteraufbau des vorderen Verstellers 20 zu erzeugen und die vordere und die hintere Wand der Kammern 32, 34 zu definieren.
Durch das Anlegen eines mit Druck beaufschlagten Hydraulikfluids entweder in den ersten Kammern 32 oder in den zweiten Kammern 34 oder sowohl in den ersten als auch in den zweiten Kammern 32 und 34 können der Rotor 22 und die damit verbundene innere Nockenwelle 12 in Bezug auf den Stator 28 in eine vorgeschobene oder in eine zurückgehaltene Position gedreht werden, oder können sie in Bezug auf den Stator 28 in einer im Allgemeinen festen Position gesperrt werden.
Der Stator 28 ist über Schrauben 52, die sich durch Öffnungen 53 zum Stator 78 des hinteren Verstellers 70 erstrecken, welcher mit dem Ventiltriebkettenrad 76 oder alternativ einer Ventiltriebriemenscheibe verbunden ist, befestigt.
Eine in 6 gezeigte hohle Anbringungsschraube 48 wird verwendet, um den Rotor 22 des vorderen Verstelleraufbaus mit der inneren Nockenwelle 12 zu verbinden. Wie in 6 bis 9 ausführlich gezeigt sind in einer Lagerfläche 100 an der äußeren Nockenwelle 14 Durchgänge 102, 104 für mit Druck beaufschlagtes Hydraulikfluid bereitgestellt, um mit Druck beaufschlagtes Hydraulikfluid zu den ersten und den zweiten Kammern 32, 34 des vorderen Verstellers 20 zu liefern. Die als Ganzes mit 102 bezeichneten Durchgänge für mit Druck beaufschlagtes Hydraulikfluid stellen den Kammern 34 mit Druck beaufschlagtes Hydraulikfluid bereit, um den Rotor 22 in eine solche Richtung zu drehen, dass der Zeittakt der inneren Nockenwelle 12 zurückgehalten wird. Die als Ganzes mit 104 bezeichneten Durchgänge für mit Druck beaufschlagtes Hydraulikfluid stellen den ersten Kammern 32 mit Druck beaufschlagtes Hydraulikfluid bereit, um den Rotor 22 in eine solche Richtung zu drehen, dass der Zeittakt der inneren Nockenwelle 12 vorgeschoben wird. Das mit Druck beaufschlagte Hydraulikfluid wird der in 6 gezeigten äußeren Nockenlagerfläche 100 so durch ein Hydraulikventilsystem (nicht gezeigt) bereitgestellt, dass einer der Hydraulikfluiddurchgänge 102 und 104 oder beide mit einer Quelle für mit Druck beaufschlagtes Hydraulikfluid oder einem Ablauf verbunden werden kann bzw. können, um den Zeittakt der inneren Nockenwelle (12) selektiv vorzuschieben oder zurückzuhalten oder die Position des Rotors 22 hydraulisch mit dem Stator 28 zu sperren.
Wie in 2A gezeigt sind die vordere und die hintere Abdeckung 38, 40 des vorderen Verstellers 20 über Schrauben 50 gemeinsam mit dem Stator 28 verbunden. Durch die äußere Abdeckung 54 wie auch durch die vordere und die hintere Abdeckplatte 38, 40 und den Stator 28 hindurch sind Durchgangslöcher für Montageschrauben bereitgestellt, um den vorderen Versteller 20 mit dem hinteren Versteller 70 zu verbinden.
Unter Bezugnahme auf 8 und 9 ist im Rotor 22 ein sich radial erstreckender Sperrstift 56 bereitgestellt, der in einer entsprechenden Ausnehmung 58 im Stator 28 eingreifen kann und verwendet werden kann, um den Stator 28 und den Rotor 22 in einer festen Basisposition in Bezug zueinander zu halten. Dies ist während des Anlassens des Motors und zu anderen Zeiten, in denen der Druck des mit Druck beaufschlagten Fluids nicht ausreicht, um eine stabile Einstellung oder ein Halten des Rotors 22 in Bezug auf den Stator 28 bereitzustellen, nötig. Der radiale Sperrstift 56 wird vorzugweise über eine Lieferung von mit Druck beaufschlagtem Hydraulikfluid zur Ausnehmung 58, um den Sperrstift 56 einwärts in den Rotor 22 zu drücken, gelöst.
In der ersten bevorzugten Ausführungsform wird der vordere Versteller 20 verwendet, um die innere Nockenwelle 12 zu steuern, die Nockenerhebungen aufweist, um die Ansaugventile zu steuern, und daher befindet sich die bevorzugte Basisposition, um den axialen Sperrstift 56 in Eingriff zu bringen, in der vorgeschobenen Position.
Unter nun erfolgender Bezugnahme auf 3, 3A, 3B, 6 und 10 bis 11 wird der hintere Versteller 70 näher erklärt werden. Der hintere Versteller 70 arbeitet ebenfalls nach dem Flügel-Zellen-Prinzip und umfasst einen Rotor 72 mit mehreren Flügeln 74, die sich davon auswärts erstrecken. Die Flügel 74 sind vorzugsweise federvorgespannt und erstrecken sich in Räume, die sich zwischen einwärts gerichteten Vorsprüngen 80 an einem Stator 78 befinden. Die Flügel 74 teilen die Räume in erste und zweite Kammern 82 bzw. 84, die sich an beiden Seiten jedes Flügels 74 befinden. Eine vordere und einer hintere Abdeckung 88, 90 bilden die vordere und die hintere Wand der Kammern 82, 84 und gestatten, dass der hintere Versteller 70 gesondert vormontiert wird.
Der Stator 78 ist vorzugsweise mit einem Ventiltriebkettenrad 86 oder alternativ mit einer Ventiltriebriemenscheibe verbunden, das bzw. die über eine Ventiltriebkette oder einen -riemen mit der Kurbelwelle eines Verbrennungsmotors verbunden ist, um Drehmoment von der Kurbelwelle zur inneren und zur äußeren Nockenwelle 12, 14 der konzentrischen Nockenwelle zu übertragen. Das Ventiltriebritzel 86 oder die -scheibe kann direkt mit dem Stator 78 oder mit der vorderen oder der hinteren Abdeckung 88, 90 verbunden sein oder kann mit einem dieser Bestandteile einstückig gebildet sein.
Ein dritter und ein vierter Durchgang 106, 108 für mit Druck beaufschlagtes Fluid erstrecken sich von der äußeren Nockenlagerfläche 100. Die dritten Durchgänge, die als Ganzes mit 106 bezeichnet sind, sind so mit den zweiten Kammern 84 verbunden, dass mit Druck beaufschlagtes Hydraulikfluid, das in diese Kammern 84 eingebracht wird, verursacht, dass sich der Rotor 72 in eine solche Richtung dreht, dass der Zeittakt der äußeren Nockenwelle 14 zurückgehalten wird. Mit Druck beaufschlagtes Fluid, dass durch die als Ganzes mit 108 bezeichneten vierten Durchgänge für mit Druck beaufschlagtes Fluid, die mit den ersten Kammern 82 verbunden sind, eingebracht wird, verursachen, dass sich der Rotor 72 in Bezug auf den Stator 78 in eine Vorschieberichtung dreht. Das Anlegen von mit Druck beaufschlagtem Fluid durch sowohl die dritten als auch die vierten Durchgänge 106, 108 verursacht, dass sowohl die ersten als auch die zweiten Kammern 82, 84 des hinteren Verstellers 70 mit Druck beaufschlagt werden, wodurch der Rotor 72 hydraulisch in einer festen Position in Bezug auf den Stator 78 gesperrt wird.
In der bevorzugten Ausführungsform wird ein hydraulisches Steuerventil verwendet, um eines oder beide aus den dritten und vierten Durchgängen 106, 108 für mit Druck beaufschlagtes Hydraulikfluid entweder mit einer Quelle für mit Druck beaufschlagtes Hydraulikfluid oder mit einem Ablauf zu verbinden, so dass mit Druck beaufschlagtes Hydraulikfluid selektiv zu einem oder beiden aus den ersten und den zweiten Kammern 82, 84 des hinteren Verstellers 70 geliefert werden kann.
Wie in 10 und 11 gezeigt sind im Rotor 72 des hinteren Verstellers 70 vorzugsweise Löcher 76 für Schrauben bereitgestellt, welche verwendet werden können, um den Rotor 72 des hinteren Verstellers mit der äußeren Nockenwelle 14 zu verbinden.
Um eine Montage des modularen DIPS-Verstelleraufbaus 10 an der inneren und der äußeren Nockenwelle 12, 14 zu gestatten, sind in 7 gezeigte Durchgangslöcher 26 durch den inneren Rotor 22 bereitgestellt, damit Schrauben 98, die ebenfalls in 7 gezeigt sind, durch den vorderen Versteller 20 und in den Rotor 72 des hinteren Verstellers 70 eingesetzt werden können, um die Verbindung zwischen dem hinteren Rotor 72 und der äußeren Nockenwelle 14 zu bilden. Wie vorher bemerkt kann der Rotor 22 des vorderen Verstellers über eine mittlere Anbringungsschraube 48, die wie in 6 gezeigt vorzugsweise mit Abschnitten der ersten Öldurchgänge 102 versehen ist, mit der inneren Nockenwelle 12 verbunden werden.
Unter erneuter Bezugnahme auf 10 umfasst der hintere Versteller 70 einen im Rotor 72 befindlichen radialen Sperrstift 110, der in einer Ausnehmung 112 im Stator 78 des hinteren Verstellers eingreift, um den Rotor 78 in einer festen Basisposition in Bezug auf den Stator 78 zu sperren. Dies ist während Anlassvorgängen, wenn der Öldruck unzureichend ist, um eine verlässliche Einstellung des Rotors 72 in Bezug auf den Stator 78 bereitzustellen, wichtig. Der radiale Sperrstift 110 wird gelöst, wenn ein ausreichender Hydraulikfluiddruck zur Ausnehmung 112 geliefert wird, um den federvorgespannten Sperrstift 110 in den Rotor 72 zurück zu pressen.
Unter nun erfolgender Bezugnahme auf 3A ist zwischen dem Stator 78 und dem Rotor 72 des hinteren Verstellers eine schraubenförmige Ausgleichsfeder 96 angeschlossen. Diese Feder 96 wird verwendet, um die Kraft, die zum Vorschieben des Rotors 72 des hinteren Verstellers in Bezug auf den Stator 78 benötigt wird, auszugleichen. Abhängig von der speziellen Gestaltung könnte für den vorderen Versteller 20, sowohl für den vorderen Versteller 20 als auch für den hinteren Versteller 70, oder für keinen der Versteller eine Ausgleichsfeder bereitgestellt sein.
In Verwendung gestattet der DIPS-Verstelleraufbau 10 aufgrund des Umstands, dass er vormontiert und dann während des Zusammenbaus des Motors an der konzentrischen Nockenwelle angebracht werden kann, eine leichtere Montage eines DIPS-Verstelleraufbaus für konzentrische Nockenwellen, der Zeittakteinstellungen an sowohl der inneren als auch der äußeren Nockenwelle 12, 14 gestattet. Dies verringert die Anzahl der Teile und die Zeit, die während des Zusammenbaus des Motors benötigt wird, und gestattet, dass der DIPS- Verstelleraufbau 10 vollständig extern zusammengesetzt werden kann, vorzugsweise in einer gesonderten Herstellungseinrichtung. Zusätzlich gestattet die Anordnung des Ventiltriebkettenrads 86 oder alternativ der Ventiltriebriemenscheibe am Stator 78 oder damit verbunden eine direkte axiale Übertragung von Lasten über die Halteflächen, die durch die einwärts gerichteten Vorsprünge 80 des Stators 78 gegen den direkt an der äußeren Nockenwelle 14 ruhenden Rotor 72 gebildet sind. Dies verhindert, dass jegliche Biegelasten in die innere Nockenwelle 12 eingebracht werden, da die axialen Lasten direkt zur äußeren Nockenwelle 14 übertragen werden. Diese Anordnung stellt ferner aufgrund der radialen Sperrstiftanordnung, um die innere und die äußere Nockenwelle 12, 14 in einer Basisposition zu sperren, verglichen mit anderen bekannten Anordnungen eine verkürzte radiale Länge bereit. Dies gestattet vorteilhaft, dass der DIPS-Verstelleraufbau 10 ungefähr in den gleichen Motorbauraum wie ein Standardnockenwellenverstellsystem passt.
Unter nun erfolgender Bezugnahme auf 12 und 13 wird die zweite Ausführungsform des DIPS-Verstelleraufbaus 120 gezeigt. Der DIPS-Verstelleraufbau 120 umfasst zwei radial geschichtete Versteller, um die innere und die äußere Nockenwelle 160, 162 einer konzentrischen Nockenwellenanordnung gesondert zu verstellen.
Der radial geschichtete DIPS-Verstelleraufbau 120 umfasst einen inneren Rotor 122, der mit der inneren Nockenwelle 162 verbunden ist. Der innere Rotor 122 umfasst auswärts vorgespannte, sich radial erstreckende Flügel 124, die sich in Räume erstrecken, welche zwischen einwärts gerichteten Vorsprüngen 130 eines Innerer-Stator/Äußerer-Rotor-Rings 128 gebildet sind. Die Flügel 124 teilen die Räume in erste und zweite Kammern 132 bzw. 134. Der Innerer-Stator/Äußerer-Rotor-Ring 128 umfasst ferner auswärts gerichtete Flügel 136, die an ihren Enden radiale, auswärts gerichtete Dichtungen 138 aufweisen. Diese Flügel 136 des Innerer-Stator/Äußerer-Rotor-Rings 128 erstrecken sich in Räume, die sich zwischen einwärts gerichteten Vorsprüngen 144 eines äußeren Stators 142 befinden. Diese äußeren Flügel 136 teilen die Räume in dritte und vierte Kammern 146, 148. Ein Ventiltriebkettenrad 150, oder alternativ eine Ventiltriebriemenscheibe, ist am äußeren Stator 142 fixiert. Die ersten, zweiten, dritten und vierten Kammern 132, 134, 146, 148 sind an der vorderen und an der hinteren Seite über eine vordere Abdeckung 152 und eine hintere Abdeckung 154 begrenzt. Zwischen der vorderen Abdeckung 152 und dem inneren Rotor 122, dem Innerer-Stator/Äußerer-Rotor-Ring 128 und dem äußeren Stator 142 befindet sich eine Öldurchgangsplatte 153, die verwendet wird, um Durchgänge für mit Druck beaufschlagtes Hydraulikfluid bereitzustellen, die sich zu den dritten und vierten Kammern 146, 148 erstrecken. Durchgänge für mit Druck beaufschlagtes Hydraulikfluid zu den ersten und zweiten Kammern 132, 134 sind auf eine bekannte Weise über einen zentralen Hydraulikfluidverteiler 156 durch Öffnungen (nicht gezeigt) im inneren Rotor 122 bereitgestellt. Der innere Rotor 122 ist vorzugsweise auf eine bekannte Weise durch eine mittlere Schraube mit der inneren Nockenwelle 162 verbunden.
Der Innerer-Stator/Äußerer-Rotor-Ring 128 ist über einen Adapter 140 mit der äußeren Nockenwelle 162 verbunden. Wie in 13 gezeigt können ein oder mehr Stifte 164 benutzt werden, um einen gesperrten Drehanschluss zwischen dem Verbindungsteil 140 und der äußeren Nockenwelle 162 sicherzustellen.
Die radialen Lasten von der Ventiltriebkette oder vom -riemen werden über die Lagerflächen des äußeren Stators 142 zum Innerer-Stator/Äußerer-Rotor-Ring 128 und in die äußere Nockenwelle 162 getragen.
Im Betrieb wird der radial geschichtete DIPS-Verstelleraufbau 120 auf eine ähnliche Weise wie die erste Ausführungsform des axial geschichteten DIPS-Verstelleraufbaus 10 betrieben. Die Position der äußeren Nockenwelle 162 in Bezug auf das Ventiltriebkettenrad 150 oder alternativ die Ventiltriebriemenscheibe, das bzw. die sich über ein Zugelement wie etwa eine Ventiltriebkette oder einen -riemen in einer festen Phasenbeziehung mit der Kurbelwelle befindet, wird gesteuert, indem Hydraulikfluid zu einem oder beiden aus den dritten und den vierten Kammern 146, 148 geliefert wird, um zu verursachen, dass sich der Innerer-Stator/Äußerer-Rotor-Ring 128 in Bezug auf den äußeren Stator 142 dreht. Durch das Liefern von mit Druck beaufschlagtem Hydraulikfluid zu einem aus den dritten und den vierten Kammern 146, 148 kann der Zeittakt der äußeren Nockenwelle 162 entweder vorgeschoben oder zurückgehalten werden, und das Liefern von mit Druck beaufschlagtem Hydraulikfluid sowohl zu den dritten als auch den vierten Kammern 146, 148 sperrt den äußeren Rotor 128 in Bezug auf den äußeren Stator 142 in seiner Position. Vorzugsweise ist eine Basispositions-Sperrstiftanordnung bereitgestellt, um den Innerer-Stator/Äußerer-Rotor-Ring 128 während Perioden von niedrigem Hydraulikfluiddruck wie etwa während des Anlassens in einer festen Position in Bezug auf den äußeren Stator 142 zu halten.
Um den Zeittakt der inneren Nockenwelle 160 einzustellen, wird einem aus den ersten und den zweiten Kammern 132, 134 mit Druck beaufschlagtes Hydraulikfluid bereitgestellt, um den inneren Rotor 122 in Bezug auf den Innerer-Stator/Äußerer-Rotor-Ring 128 zu drehen. Das Liefern von mit Druck beaufschlagtem Hydraulikfluid sowohl zu den ersten als auch den zweiten Kammern 132, 134 sperrt den inneren Rotor 122 in Bezug auf den inneren Stator 128 in seiner Position. Vorzugsweise ist auch ein zweiter Sperrmechanismus bereitgestellt, um den inneren Rotor 122 an den Innerer-Stator/Äußerer-Rotor-Ring 128 zu sperren, um den inneren Rotor während des Motoranlassens oder zu Zeiten, in denen nicht genügend mit Druck beaufschlagtes Hydraulikfluid zu einem oder beiden aus den ersten und den zweiten Kammern 132, 134 geliefert wird, in einer Basisposition zu halten.
Wegen der radial geschichteten Anordnung der Versteller für die innere und die äußere Nockenwelle 160, 162 wird vom Motorsteuermodul (nicht gezeigt) ein komplexeres Steuersystem benötigt. Zum Beispiel muss die Motorsteuerung zum Vorschieben des äußeren Verstellers, während die Position des inneren Verstellers beibehalten wird, den äußeren Versteller zum gewünschten Winkel, zum Beispiel 10° vorgeschoben, vorschieben, während der hintere Versteller um ein gleiches Ausmaß, in diesem Beispiel um 10° in der zurückgehaltenen Richtung, zurückgehalten wird, um den inneren Versteller statisch zeitgesteuert zu behalten.
Der radial geschichtete DIPS-Verstelleraufbau 120 stellt alle Vorteile, die oben in Verbindung mit der ersten bevorzugten Ausführungsform im Hinblick auf die Fähigkeit zur gesonderten und von einem Motor getrennten Vormontage eines modularen DIPS-Verstellers und das Erlauben einer leichten Anbringung am Motor während des Zusammenbaus erwähnt wurden, bereit. Dies gestattet auch eine leichtere Wartung des DIPS-Verstelleraufbaus 120, da er auf eine einfache Weise als ein modularer Aufbau entfernt und ersetzt werden kann. Zusätzlich stellt der radial geschichtete DIPS-Versteller 120 verglichen mit den bekannten Systemen weitere Vorteile hinsichtlich der verringerten axialen Platzanforderungen bereit.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- US 6805080 [0003, 0009]
- DE 102005039751 A1 [0004]
- DE 102006024793 A1 [0005]
- DE 102006028611 [0006]

Claims

Verstelleraufbau eines doppelten unabhängigen Verstellsystems (DIPS) für koaxiale Nockenwellen, umfassend einen ersten und einen zweiten Verstellerunteraufbau, jeweils umfassend einen Rotor mit auswärts gerichteten Flügeln, einen Stator mit einwärts gerichteten Vorsprüngen, wobei sich jeder der Flügel zwischen einem Paar der einwärts gerichteten Vorsprünge erstreckt, um Kammern für mit Druck beaufschlagtes Hydraulikfluid zu definieren, um den Rotor in Bezug auf den Stator vorzuschieben oder zurückzuhalten, und eine vordere und eine hintere Abdeckung, die die vordere und die hintere Wand der Kammern definieren, wobei die Rotoren zur Verbindung mit einer inneren Nockenwelle bzw. einer äußeren Nockenwelle geeignet sind; ein Ventiltriebritzel oder eine -scheibe, das bzw. die mit dem Stator eines der Verstellerunteraufbauten verbunden ist, wobei das Ventiltriebritzel oder die -scheibe eingerichtet ist, um radiale Lasten in die äußere Nockenwelle zu übertragen; und wobei der erste und der zweite Verstellerunteraufbau als eine Einheit zusammen vormontiert sind.
DIPS-Verstelleraufbau nach Anspruch 1, wobei der erste und der zweite Verstelleraufbau axial nebeneinander angeordnet sind, und wobei die Statoren des ersten und des zweiten Verstellerunteraufbaus miteinander verbunden sind.
DIPS-Verstelleraufbau nach Anspruch 1, wobei sich der erste Verstellerunteraufbau vorne befindet und zur Verbindung mit der inneren Nockenwelle geeignet ist, und sich der zweite Verstellerunteraufbau hinten befindet und zur Verbindung mit der äußeren Nockenwelle geeignet ist.
DIPS-Verstelleraufbau nach Anspruch 2, wobei jeder der Verstellerunteraufbauten ferner einen radial angeordneten Sperrstift umfasst, um den Rotor in einer festen Basisposition in Bezug auf den Stator zu sperren.
DIPS-Verstelleraufbau nach Anspruch 3, wobei der Rotor des vorderen Verstellers Durchgangsöffnungen umfasst, durch die Anbringungsschrauben zur Verbindung des Rotors des zweiten Verstellerunteraufbaus mit der äußeren Nockenwelle verlaufen.
DIPS-Verstelleraufbau nach Anspruch 1, ferner umfassend eine mittlere Anbringungsschraube, um den Rotor des vorderen Verstellers mit der inneren Nockenwelle zu verbinden.
DIPS-Versteller nach Anspruch 1, wobei sich der zweite Verstellerunteraufbau radial um den ersten Verstellerunteraufbau herum befindet, und wobei sich die Flügel des Rotors für den zweiten Versteller vom Stator des ersten Verstellerunteraufbaus auswärts erstrecken.