DE102009041768B4 - Nockenwellenversteller für eine konzentrische Nockenwelle - Google Patents
Nockenwellenversteller für eine konzentrische Nockenwelle Download PDFInfo
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Abstract
Description
- Gebiet der Erfindung
- Die vorliegende Erfindung betrifft eine Nockenwellenstellvorrichtung oder einen -versteller zum Verstellen und Fixieren der Phasenposition einer Nockenwelle in Bezug auf die Kurbelwelle eines Verbrennungsmotors.
- Hintergrund der Erfindung
- Nockenwellen werden in Verbrennungsmotoren verwendet, um die Gaswechselventile zu betätigen. Die Nockenwelle in einem Verbrennungsmotor weist mehrere Nocken auf, die mit Nockenfolgern (d.h., Tassenstößeln, Schlepphebeln oder Kipphebeln) eingreifen. Wenn sich die Nockenwelle dreht, heben die Nocken die Nockenfolger, die wiederum Gaswechselventile (Ansaugung, Ausstoß) betätigen. Die Position und die Form der Nocken definieren den Öffnungszeitraum und die Amplitude wie auch die Öffnungs- und Schließzeit der Gaswechselventile.
- Es sind auch konzentrische Nockenwellenaufbauten bekannt, in denen gesonderte Nockenwellen für die Ansaugung und den Ausstoß konzentrisch angeordnet sind, indem eine hohle äußere Nockenwelle bereitgestellt ist, in der sich eine innere Nockenwelle befindet, wobei die Nockenerhebungen der inneren Nockenwelle an der äußeren Nockenwelle drehbar sind und durch Schlitze in der hohlen äußeren Nockenwelle mit der inneren Nockenwelle verbunden sind. Dies gestattet die Verwendung von gesonderten Nockenwellen für die Ansaug- und die Ausstoßventilbetätigung innerhalb im Allgemeinen des gleichen Raums, wie er für eine einzelne Nockenwelle nötig ist.
- Eine Nockenwellenstellvorrichtung umfasst im Allgemeinen ein Ventiltriebritzel, das ein Kettenrad, ein Riemenrad oder ein Zahnrad sein kann und durch eine Kette, einen Riemen oder ein Zahnradgetriebe in einer festen Drehung mit der Kurbelwelle verbunden ist und als Eingang für die Stellvorrichtung wirkt. Die Stellvorrichtung umfasst auch eine Ausgangsverbindung mit der Nockenwelle. Es wird auch ein Stelleingang bereitgestellt, der ein hydraulischer, pneumatischer oder sogar elektrischer Antrieb sein kann, um die Ausgangsdrehung in Bezug auf den Eingang zu verstellen. Allgemein verwendete Anordnungen umfassen Stellvorrichtungen, die nach dem Flügel-Zellen-Prinzip arbeiten.
- In der
US 7 284 517 B2 ist ein einzelner Nockenversteller (single cam phaser, SCP) gezeigt. Dieser SCP gestattet, dass der Zeittakt einer inneren Nockenwelle und/oder einer äußeren Nockenwelle in Bezug auf eine Motorkurbelwelle verstellt wird. Dieser Versteller verwendet ein gesondertes Nasenhaltestück, das im ersten Nockenwellenlager gesondert gehalten wird, um die axiale Last von der Ventiltriebkette in die äußere Nockenwelle zu tragen. Dies erfordert, dass das Nasenhaltestück knappe Toleranzen aufweist, damit die radiale Last, die durch die Ventiltriebkette oder den -riemen in das Ventiltriebritzel oder die - scheibe am Versteller übermittelt wird, vom Versteller in die strukturell starrere äußere Welle übertragen wird. Wenn eine derartige Last hauptsächlich von der inneren Nockenwelle getragen wird, wie etwa in den Anordnungen vonDE 10 2005 014 680 A1 oderDE 10 2006 024 794 A1 gezeigt ist, kann es zu einem Biegen der inneren Welle kommen, wodurch verursacht wird, dass die innere und die äußere Nockenwelle festlaufen, was eine Zeittakteinstellung des Ansaugventils in Bezug auf das Ausstoßventil verhindert. Zusätzlich muss die hintere Platte vonUS 7 284 517 B2 gesondert an der äußeren Nockenwelle montiert werden, bevor dann die vordere Platte an der inneren Nockenwelle montiert und damit verbunden wird. Dies verkompliziert den Motorzusammenbau zusätzlich. - Bei einem bekannten hydraulisch betätigten Nockenwellenversteller, der nach dem Flügel-Zellen-Prinzip arbeitet, sind die vordere und die hintere Abdeckung des Verstellers gesondert an der inneren und an der äußeren Nockenwelle angebracht. Der Nachteil dieser Anordnung ist, dass die Haltbarkeit etwas begrenzt ist und das Anbringen der Flügel an den Abdeckungen mühsam ist. Da die Flügel des Verstellers mit der vorderen und der hinteren Abdeckung des Verstellers verbunden sind, sind Dichtungen erforderlich, um das mit Druck beaufschlagte Fluid, das zum Bewegen der Flügel des Verstellers nötig ist, zurückzuhalten. Diese Dichtungen unterliegen einer Abnutzung und versagen schließlich. Ferner erhöht eine derartige mehrteilige Anordnung die Arbeit und die Zeit beim Zusammensetzen dieses bekannten SCP-Verstellers, wenn der Motor zusammengesetzt wird. Beim Montieren eines derartigen Verstellers an einer konzentrischen Nockenwelle ist die Gefahr einer inneren Verschmutzung des Verstellers groß. Darüber hinaus sind die Montagezeit und die Komplexität erhöht, da mehrere Teile gesondert an mehreren Teilen der Nockenwelle angebracht werden müssen. Dies erfordert auch eine komplexere Zerlegung und Zusammensetzung im praktischen Einsatz für die Wartung.
- Zusammenfassung der Erfindung
- Die vorliegende Erfindung betrifft eine Nockenwellenstellvorrichtung für eine konzentrische Nockenwelle eines Verbrennungsmotors. Die Stellvorrichtung umfasst einen Stator, der mit einem Ventiltriebritzel verbunden ist, und einen Rotor, der sich im Stator befindet und mit der äußeren Nockenwelle verbunden ist. Der Rotor umfasst mehrere Flügel, die sich in Räume erstrecken, welche zwischen einwärts gerichteten Vorsprüngen des Stators erzeugt sind, um an jeder Seite der Flügel einen ersten und einen zweiten Satz von Kammern zu definieren. Für den Versteller sind eine vordere und eine hintere Seitenwand bereitgestellt, die die Seiten der Kammern verschließen. Eine äußere Abdeckung ist am Stator angebracht, der direkt an der inneren Nockenwelle anbringbar ist. Radiale Lasten, die auf das Ventiltriebritzel wirken, werden vom Stator radial zum Rotor und in die äußere Nockenwelle übertragen.
- Figurenliste
- Die vorhergehende Kurzdarstellung und die folgende ausführliche Beschreibung werden besser verstanden werden, wenn sie in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen gelesen werden, die eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung veranschaulichen. In den Zeichnungen
- ist
1 eine Seitenansicht der Nockenwellenstellvorrichtung der vorliegenden Erfindung; - ist
2 eine Schnittansicht durch die Nockenwellenstellvorrichtung von1 ; - zeigt
3 die Stellvorrichtung in2 an einer schematisch gezeigten Nockenwelle angebracht; und - ist
4 eine Schnittansicht entlang der Linie 4-4 in1 . - 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 ist die Außenseite einer Nockenwellenstellvorrichtung1 gezeigt, wobei eine Abdeckung15 , die durch Befestigungsmittel oder Schrauben10 an einem Stator50 angebracht ist, sichtbar ist. Die Schrauben10 erstrecken sich radial in den Stator50 und sind radial darin befestigt. Die Abdeckung15 umfasst ausgeschnittene Abschnitte17 , die zwischen Befestigungsabschnitten18 der Abdeckung15 definiert sind. Zusätzlich zu einer Verringerung des Gewichts und der verwendeten Materialien gestatten die weggeschnittenen Abschnitte17 eine Sichtprüfung der Stellvorrichtung. -
2 zeigt die Stellvorrichtung1 , die eine vordere und eine hintere Seitenwand20 ,25 und einen dazwischen befindlichen Stator50 aufweist. Der Stator50 umfasst einwärts gerichtete Vorsprünge, die dazwischen Vertiefungen100 definieren. Zwischen den Seitenwänden und im Inneren des Stators50 ist ein Rotor55 angeordnet. Der Rotor55 umfasst vorzugswese fünf sich radial auswärts erstreckende Flügel95 , die sich in die Vertiefungen100 im Stator erstrecken, um einen ersten und einen zweiten Satz von Druckkammern105 ,110 zu definieren. Der erste und der zweite Satz von Druckkammern105 ,110 werden mit einem Hydraulikfluid, das durch einen ersten und einen zweiten Druckmediumdurchgang115 ,116 bereitgestellt wird, mit Druck beaufschlagt. Durch das Beaufschlagen der ersten Druckkammern105 oder der zweiten Druckkammern110 mit Druck wird der Rotor55 durch das auf die Flügel95 wirkende Druckfluid gedreht, um eine Position des Rotors55 und somit der damit verbundenen äußeren Nockenwelle86 in Bezug auf den Stator50 und die innere Nockenwelle85 und die Kurbelwelle entweder vorzuschieben oder zurückzuhalten. Durch das Beaufschlagen beider Sätze von Kammern105 ,110 mit Druck wird der Rotor55 hydraulisch in einer im Allgemeinen festen Position in Bezug auf den Stator50 gesperrt. - Das Ventiltriebritzel
5 kann direkt oder über die hintere Seitenwand25 mit dem Stator50 verbunden sein. Alternativ kann es einstückig an einem dieser Teile gebildet sein. - Mit Druck beaufschlagtes Hydraulikfluid wird den Durchgängen
115 ,116 auf eine bekannte Weise über Öldurchgänge in oder zwischen der inneren und der äußeren Nockenwelle85 ,86 bereitgestellt, die durch Öldurchgänge in einer Nockenwellenlagerhalterung gespeist werden. Ein durch eine Motorsteuereinheit ECU gesteuertes Strömungsventil (nicht gezeigt) wird verwendet, um den Fluss von mit Druck beaufschlagtem Fluid über die Durchgänge115 ,116 zu einer oder beiden aus dem ersten und dem zweiten Satz von Kammern105 ,110 zu steuern. - Die einwärts gerichteten Vorsprünge des Stators
50 greifen gleitend mit der radial äußeren Fläche des Rotors55 ein, wodurch gestattet wird, das Lasten vom Stator50 radial zum Rotor55 übertragen werden. Wie in3 gezeigt erstreckt sich vorzugsweise das vordere Ende der äußeren Nockenwelle86 zu einer Position, die im Allgemeinen mit dem Ventiltriebritzel5 axial ausgerichtet ist. - Wie in
4 gezeigt befindet sich vorzugsweise ein Sperrstift125 im Rotor55 und wird er verwendet, um die Position des Rotors55 in Bezug auf den Stator50 zu fixieren, wenn die Druckkammern105 ,110 nicht mit Druck beaufschlagt sind, wie etwa beim Anlassen des Motors. Die erste und die zweite Seitenwand20 ,25 sind durch Befestigungsmittel oder Schrauben40 mit dem Stator50 verbunden. - Die Stellvorrichtung
1 umfasst auch eine Spannungsausgleichsfeder35 , die vorzugsweise eine Schraubenfeder ist. Die Feder35 ist durch eine Schraubenfederabdeckung45 , die durch die hohle Schraube70 gegen den Rotor55 gepresst wird, mit dem Rotor55 verbunden, und ist, vorzugsweise durch zwei der fünf Verstellerzusammenbauschrauben40 , auch mit dem Stator50 verbunden. Die Feder35 gleicht die Kraft, die benötigt wird, um den Rotor55 in Bezug auf den Stator50 vorzurücken, im Vergleich zur Kraft, die benötigt wird, um die Position des Rotors55 in Bezug auf den Stator50 zurückzuhalten, aus. - Der Hauptkörper
2 des Verstellers1 einschließlich des Stators50 , des Rotors50 mit den Flügeln95 und dem Sperrstift125 (falls vorhanden), der vorderen und der hinteren Seitenwand20 ,25 zusammen mit dem Ventiltriebritzel5 , und die Feder35 und die Abdeckung45 sind als Einheit vormontiert, um eine höhere Qualität und Leichtigkeit des Einbaus zu gestatten. - Beim Einbau wird vor der Anbringung der Abdeckung
15 der Hauptkörper2 am Ende der inneren und der äußeren Nockenwelle85 ,86 angeordnet, wobei der Zeitsteuerungsstift90 der äußeren Nockenwelle86 in einer Zeitsteuerungsstiftbohrung75 des Rotors55 eingreift. Dann wird eine hohle Schraube70 angebracht, die den Rotor55 an die äußere Nockenwelle86 klemmt. - Vorzugsweise wird ein Antriebsadapter
80 verwendet, um den Stator50 mit der inneren Nockenwelle85 zu verbinden. Der Antriebsadapter80 wird durch die hohle Schraube70 eingesetzt. Der Antriebsadapter80 weist ein gekehltes Ende88 für einen formschlüssigen Eingriff im vorderen Ende der inneren Nockenwelle85 auf und umfasst auch einen Schlitz81 am vorderen Ende des Antriebsadapters80 . Alternativ kann der Antriebsadapter80 beseitigt werden und kann die innere Nockenwelle85 zum Eingriff mit der Abdeckung15 bis zu einer Position durch die Vorderseite des Rotors55 nach vorne verlängert werden. - Dann wird die Abdeckung
15 , die eine Öffnung für ein mittleres Befestigungsmittel60 und an jeder Seite der Öffnung Haltenasen16 umfasst, angebracht. Die Haltenasen16 der Abdeckung15 werden am Schlitz81 an der Vorderseite des Antriebsadapters80 aufgenommen, um über den Stator50 und die Abdeckung15 die richtige Zeitsteuerungsposition der inneren Nockenwelle85 in Bezug auf die Kurbelwelle zu definieren und aufrechtzuerhalten. Das mittlere Befestigungsmittel60 wird durch eine mittlere Bohrung eines Antriebsadapters80 eingesetzt und greift in einer mit einem Gewinde versehenen Öffnung in der Vorderseite der inneren Nockenwelle85 ein, wodurch die Abdeckung15 an den Antriebsadapter80 und die innere Nockenwelle85 geklemmt wird. Dann werden die Schrauben10 angebracht, um die Abdeckung15 am Stator50 anzubringen. - Vorzugsweise ist die Abdeckung
15 ein tiefgezogener Blechteil, doch kann sie auch gegossen, gefräst, lasergeschnitten usw. sein. Die Abdeckung15 überträgt die Drehbewegung des Stators50 zur inneren Nockenwelle85 . - Wegen seiner einzigartigen Gestaltung kann der Hauptkörper
2 des Nockenwellenverstellers1 der vorliegenden Erfindung als vormontierte Einheit eingebaut werden, so dass beim Einbau keine Dichtungen gehandhabt werden müssen, um die inneren und die äußere Kammern abzudichten, wie dies bei der bekannten herkömmlichen Gestaltung der Fall ist. Darüber hinaus kann es zu keiner Verschmutzung des inneren Verstellers kommen, wenn der Versteller eingebaut wird. Der Hauptkörper2 des Verstellers1 einschließlich des Stators50 , des Rotors55 und der vorderen und der hinteren Abdeckung25 ,20 ist auch mit stark verringertem Arbeitsaufwand als einzelne Einheit abnehmbar und austauschbar. - Durch die Verwendung des Antriebsadapters
80 , der die Notwendigkeit eines großen Freiraums an der Vorderseite des Verstellers1 im Motorraum, um den Versteller von der Vorderseite einer verlängerten inneren Nockenwelle zu schieben, beseitigt, wird auch die Abnahme erleichtert. - Nachdem die vorliegende Erfindung somit ausführlich beschrieben wurde, versteht sich und wird für Fachleute offensichtlich sein, dass viele physische Veränderungen, von denen in der ausführlichen Beschreibung der Erfindung nur wenige beispielhaft gezeigt sind, vorgenommen werden könnten, ohne die darin verkörperten erfinderischen Konzepte und Prinzipien zu verändern. Es versteht sich auch, dass zahlreiche Ausführungsformen, die nur einen Teil der bevorzugten Ausführungsform enthalten, möglich sind, die, in Bezug auf jene Teile, die darin verkörperten erfinderischen Konzepte und Prinzipien nicht verändern. Die vorliegende Ausführungsform und optionale Gestaltungen sollen daher in jeder Hinsicht als beispielhaft und/oder erläuternd und nicht als Beschränkung für den Umfang der Erfindung angesehen werden, welcher anstatt durch die vorhergehende Beschreibung vielmehr durch die beiliegenden Ansprüche angegeben ist, weshalb alle alternativen Ausführungsformen und Änderungen an dieser Ausführungsform, die in die Bedeutung und den Bereich der Gleichwertigkeit der Ansprüche fallen, darin einbezogen sein sollen.
- Bezugszeichenliste
-
- 1
- Nockenwellenverstellvorrichtung / Nockenwellenversteller
- 2
- Hauptkörper
- 5
- Ventiltriebritzel
- 10
- Schrauben (Befestigungsmittel)
- 15
- Abdeckung (äußere)
- 50
- Stator
- 17
- Abschnitte
- 18
- Befestigungsabschnitte
- 20, 25
- Seitenwand (vordere und hintere Wand)
- 100
- Vertiefungen
- 55
- Rotor
- 95
- Flügel
- 105, 110
- Druckkammern / Kammern
- 115, 116
- Druckmediumdurchgang
- 85
- innere Nockenwelle
- 86
- äußere Nockenwelle
- 125
- Sperrstift
- 40
- Schrauben (Verstellerzusammenbauschrauben)
- 35
- Spannungsausgleichsfeder
- 45
- Schraubenfederabdeckung (Abdeckung)
- 70
- hohle Schraube
- 90
- Zeitsteuerungsstift
- 75
- Zeitsteuerungsstiftbohrung
- 80
- Antriebsadapter
- 88
- gekehltes Ende
- 81
- Schlitz
- 60
- mittleres Befestigungsmittel
- 16
- Haltenasen
Claims (5)
- Nockenwellenversteller (1) für einen konzentrischen Nockenwellenaufbau mit einer inneren und einer äußeren Nockenwelle (85, 86) eines Verbrennungsmotors, wobei der Nockenwellenversteller (1) Folgendes umfasst: - einen Stator (50), der mit einem Ventiltriebritzel (5) verbunden ist; - einen Rotor (55), der sich im Stator (50) befindet und dazu geeignet ist, mit einer äußeren Nockenwelle (86) drehfest verbunden zu werden, wobei der Rotor (55) mehrere Flügel (95) aufweist, die sich radial auswärts in Räume erstrecken, welche zwischen einwärts gerichteten Vorsprüngen des Stators (50) erzeugt sind, die gleitend mit dem Rotor (55) in Kontakt treten, um an jeder Seite der Flügel (95) einen ersten Satz und einen zweiten Satz von Kammern (105, 110) zu definieren; - eine vordere und eine hintere Seitenwand (20, 25), die mit dem Stator (50) drehfest verbunden sind und eine vordere und eine hintere Wand der Kammern (105, 110) bilden; und - eine äußere Abdeckung (15), die mit dem Stator (50) verbunden ist und zur drehfesten Verbindung mit einer inneren Nockenwelle (85) geeignet ist, wobei radiale Lasten, die auf das Ventiltriebritzel (5) wirken, radial vom Stator (50) zum Rotor (55) und in die äußere Nockenwelle (86) übertragen werden.
- Nockenwellenversteller (1) nach
Anspruch 1 , wobei die äußere Abdeckung (15) über sich radial erstreckende Befestigungsmittel (10) am Stator (50) angebracht ist. - Nockenwellenversteller (1) nach
Anspruch 1 , wobei die äußere Abdeckung (15) ferner Haltenasen (16) umfasst, um eine Zeittaktposition des Stators (50) in Bezug auf die innere Nockenwelle (85) festzulegen. - Nockenwellenversteller (1) nach
Anspruch 1 , wobei die äußere Abdeckung (15) ferner ausgeschnittene Abschnitte (17) umfasst, die zwischen Befestigungsabschnitten (18) definiert sind. - Nockenwellenversteller (1) nach
Anspruch 1 , wobei der Rotor (55), der Stator (50) und die vordere und die hintere Wand (20, 25) als eine einzelne Einheit zusammengesetzt sind, die zur Anbringung sowohl an der inneren als auch an der äußeren Nockenwelle (85, 86) gestaltet ist.
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