DE102009042215A1

DE102009042215A1 - Nockenwellenversteller für eine konzentrische Nockenwelle

Info

Publication number: DE102009042215A1
Application number: DE102009042215A
Authority: DE
Inventors: Joseph Clawson Moon; Jesse Waterford Myers
Original assignee: Schaeffler KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2008-10-14
Filing date: 2009-09-18
Publication date: 2010-04-15
Anticipated expiration: 2029-09-19
Also published as: US20100089353A1; DE102009042215B4; US8375906B2

Abstract

Es wird ein Nockenwellenversteller für eine konzentrische Nockenwelle eines Verbrennungsmotors bereitgestellt. Der Versteller umfasst einen Stator, der mit dem 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, die gleitend mit der äußeren Fläche des Rotors eingreifen, um an jeder Seite der Flügel einen ersten und einen zweiten Satz von Kammern zu definieren. Eine vordere und eine hintere Seitenwand sind mit dem Stator verbunden und bilden die vordere und die hintere Wand der Kammern. Eine äußere Abdeckung ist über sich axial erstreckende Befestigungsmittel mit dem Stator verbunden und dazu geeignet, mit der inneren Nockenwelle verbunden zu werden. Radiale Lasten, die auf das Ventiltriebritzel wirken, werden vom Stator zum Rotor und in die äußere Nockenwelle übertragen.

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-Patentschrift Nr. 7,284,517 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 Zeitsteuerkette in die äußere Nockenwelle zu tragen. Dies erfordert, dass das Nasenhaltestück knappe Toleranzen aufweist, damit die radiale Last, die durch die Zeitsteuerkette 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 von DE 10 2005 014 680 A1 oder DE 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 von US 7,284,517 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.
Kurzdarstellung 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. Am Stator ist eine äußere Abdeckung angebracht, die 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.
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 der Nockenwellenstellvorrichtung der vorliegenden Erfindung;
ist 2 eine Schnittansicht durch die Nockenwellenstellvorrichtung von 1;
zeigt 3 die Stellvorrichtung in 2 an einer konzentrischen Nockenwelle angebracht;
zeigt 3A die Stellvorrichtung von 3 an der im Querschnitt gezeigten konzentrischen Nockenwelle angebracht; und
ist 4 eine Schnittansicht entlang der Linie 4-4 in 1.
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 Nockenwellenstellvorrichtung 1 gezeigt, wobei eine Abdeckung 15, die durch Schrauben 10 an einem Stator 50 angebracht ist, sichtbar ist. Die Schrauben 10 erstrecken sich vorzugsweise radial in den Stator 50 und sind radial darin befestigt. Falls gewünscht können in der sich axial erstreckenden äußeren Wand der Abdeckung 15 zur Prüfung und zur Gewichtsersparnis ausgeschnittene Abschnitte bereitgestellt sein.
2 zeigt die Stellvorrichtung 1, die eine vordere und eine hintere Seitenwand 20, 25 und einen dazwischen befindlichen Stator 50 aufweist. Der Stator 50 umfasst einwärts gerichtete Vorsprünge 52, die dazwischen Ausnehmungen 100 (in 4 gezeigt) definieren. Zwischen den Seitenwänden und im Inneren des Stators 50 ist ein Rotor 55 angeordnet. Der Rotor 55 umfasst vorzugsweise fünf sich radial auswärts erstreckende Flügel 95, die sich in die Ausnehmungen 100 im Stator erstrecken, um einen ersten und einen zweiten Satz von Druckkammern 105, 110 zu definieren. Der erste und der zweite Satz von Druckkammern 105, 110 werden mit einem Hydraulikfluid, das durch einen ersten und einen zweiten Druckmediumdurchgang 115, 116 bereitgestellt wird, mit Druck beaufschlagt. Durch das Beaufschlagen der ersten Druckkammern 105 oder der zweiten Druckkammern 110 mit Druck wird der Rotor 55 durch das auf die Flügel 95 wirkende Druckfluid gedreht, um eine Position des Rotors 55 und somit der damit verbundenen äußeren Nockenwelle 86 in Bezug auf den Stator 50 und die innere Nockenwelle 85 und die Kurbelwelle entweder vorzuschieben oder zurückzuhalten. An den Vorsprüngen 52 können umfänglich vorspringende Anschläge 54, die in 4 gezeigt sind, bereitgestellt sein, um die Endpositio nen des Rotors 55 über einen Kontakt mit den Flügeln 95 zu steuern, während in den Druckkammern 105, 110 immer noch zumindest ein gewisser Raum zurückbelassen wird. Durch das Beaufschlagen beider Sätze von Kammern 105, 110 mit Druck wird der Rotor 55 hydraulisch in einer im Allgemeinen festen Position in Bezug auf den Stator 50 gesperrt.
Mit Druck beaufschlagtes Hydraulikfluid wird den Durchgängen 115, 116 auf eine bekannte Weise über Öldurchgänge in oder zwischen der inneren und der äußeren Nockenwelle 85, 86 bereitgestellt, die durch Öldurchgänge in einer Nockenwellenlagerhalterung gespeist werden. Ein durch eine Motorsteuereinheit ECU gesteuertes Strömungsventil (nicht gezeigt) wird verwendet, um den Fluss des mit Druck beaufschlagten Fluids über die Durchgänge 115, 116 zu einer oder beiden aus dem ersten und dem zweiten Satz von Kammern 105, 110 zu steuern.
Die einwärts gerichteten Vorsprünge des Stators 50 greifen gleitend mit der radial äußeren Fläche des Rotors 55 ein, wodurch gestattet wird, das Lasten vom Stator 50 radial zum Rotor 55 übertragen werden. Wie in 3 gezeigt erstreckt sich vorzugsweise das vordere Ende der äußeren Nockenwelle 86 zu einer Position, die im Allgemeinen mit dem Ventiltriebritzel 5 axial ausgerichtet ist.
Wie in 4 gezeigt befindet sich vorzugsweise ein Sperrstift 125 im Rotor 55 und wird er verwendet, um die Position des Rotors 55 in Bezug auf den Stator 50 zu fixieren, wenn die Druckkammern 105, 110 nicht mit Druck beaufschlagt sind, wie etwa beim Anlassen des Motors. Die erste und die zweite Seitenwand 20, 25 sind durch Befestigungsmittel oder Schrauben 40 mit dem Stator 50 verbunden.
Die Stellvorrichtung 1 umfasst auch eine Spannungsausgleichsfeder 35, die vorzugsweise eine Schraubenfeder ist. Die Feder 35 ist durch eine Schraubenfederabdeckung 45, die sich durch ein Durchgangsloch in der vorderen Seitenwand 20 erstreckt, mit dem Rotor 55 verbunden und wird durch die hohle Schraube 70 gegen den Rotor 55 gedrückt, und ist vorzugsweise durch zwei der fünf Montageschrauben 40, die sich über die vordere Seitenwand 20 hinaus erstrecken, auch mit dem Stator 50 verbunden. Die Feder 35 gleicht die Kraft, die benötigt wird, um die Position des Rotors 55 in Bezug auf den Stator 50 vorzurücken, im Vergleich zur Kraft, die benötigt wird, um die Position des Rotors 55 in Bezug auf den Stator 50 zurückzuhalten, aus.
Der Hauptkörper 2 des Verstellers 1 einschließlich des Stators 50, des Rotors 55 mit den Flügeln 95 und dem Sperrstift 125 (falls vorhanden), der vorderen und der hinteren Seitenwand 20, 25 zusammen mit dem Ventiltriebritzel 5, und die Feder 35 und die Abdeckung 45 sind vorzugsweise unter Verwendung der Schrauben 40 als Einheit vormontiert, um eine höhere Qualität und Leichtigkeit des Einbaus zu gestatten.
Beim Einbau wird vor der Anbringung der Abdeckung 15 der Hauptkörper 2 am Ende der inneren und der äußeren Nockenwelle 85, 86 angeordnet, wobei der Zeitsteuerungsstift 90 der äußeren Nockenwelle 86 in einer Zeitsteuerungsstiftbohrung 75 des Rotors 55 eingreift. Dann wird eine hohle Schraube 70 angebracht, die den Rotor 55 an die äußere Nockenwelle 86 klemmt.
Vorzugsweise wird ein Antriebsadapter 80 verwendet, um den Stator 50 mit der inneren Nockenwelle 85 zu verbinden. Der Antriebsadapter 80 wird durch die hohle Schraube 70 eingesetzt. Der Antriebsadapter 80 weist ein gekehltes Ende 88 für einen formschlüssigen Eingriff im vorderen Ende der inneren Nockenwelle 85 auf und umfasst auch einen Schlitz 81 am vorderen Ende des Antriebsadapters 80. Alternativ kann der Antriebsadapter 80 beseitigt werden und kann die innere Nockenwelle 85 zum Eingriff mit der Abdeckung 15 bis zu einer Position durch die Vorderseite des Rotors 55 nach vorne verlängert werden.
Dann wird die Abdeckung 15, die eine Öffnung für ein mittleres Befestigungsmittel 60 und an jeder Seite der Öffnung Haltenasen 16 umfasst, angebracht. Die Haltenasen 16 der Abdeckung 15 werden im Schlitz 81 an der Vorderseite des Antriebsadapters 80 aufgenommen, um über den Stator 50 und die Abdeckung 15 die richtige Zeitsteuerungsposition der inneren Nockenwelle 85 in Bezug auf die Kurbelwelle zu definieren und aufrechtzuerhalten. Das mittlere Befestigungsmittel 60 wird durch eine mittlere Bohrung eines Antriebsadapters 80 eingesetzt und greift in einer mit einem Gewinde versehenen Öffnung in der Vorderseite der inneren Nockenwelle 85 ein, wodurch die Abdeckung 15 an den Antriebsadapter 80 und die innere Nockenwelle 85 geklemmt wird. Dann werden die Schrauben 10 angebracht, um die Abdeckung 15 am Stator 50 anzubringen.
Vorzugsweise ist die Abdeckung 15 ein tiefgezogener Blechteil, doch kann sie auch gegossen, gefräst, lasergeschnitten usw. sein. Die Abdeckung 15 überträgt die Drehbewegung des Stators 50 zur inneren Nockenwelle 85.
Wegen seiner einzigartigen Gestaltung kann der Hauptkörper 2 des Nockenwellenverstellers 1 der vorliegenden Erfindung als vormontierte Einheit eingebaut werden, so dass beim Einbau keine Dichtungen gehandhabt werden müssen, um die inneren und die äußeren 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 Hauptkörper 2 des Verstellers 1 einschließlich des Stators 50, des Rotors 55 und der vorderen und der hinteren Abdeckung 25, 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 Verstellers 1 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 vorhergehenden 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.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- US 7284517 [0005, 0005]
- DE 102005014680 A1 [0005]
- DE 102006024794 A1 [0005]

Claims

Nockenwellenversteller für einen konzentrischen Nockenwellenaufbau mit einer inneren und einer äußeren Nockenwelle für einen Verbrennungsmotor, wobei der Nockenwellenversteller Folgendes umfasst: – einen Stator, der mit einem Ventiltriebritzel verbunden ist; – einen Rotor, der sich im Stator befindet und dazu geeignet ist, mit der äußeren Nockenwelle verbunden zu werden, wobei der Rotor mehrere Flügel aufweist, die sich in Räume erstrecken, welche zwischen einwärts gerichteten Vorsprüngen des Stators erzeugt sind, die gleitend mit dem Rotor in Kontakt treten, um an jeder Seite der Flügel Kammern zu definieren; – eine vordere und eine hintere Seitenwand, die mit dem Stator verbunden sind und die vordere und die hintere Wand der Kammern bilden; und – eine äußere Abdeckung, die über sich axial erstreckende Befestigungsmittel mit dem Stator verbunden ist und zur Verbindung mit der inneren Nockenwelle geeignet ist, wobei radiale Lasten, die auf das Ventiltriebritzel wirken, radial vom Stator zum Rotor und in die äußere Nockenwelle übertragen werden.
Nockenwellenversteller nach Anspruch 1, wobei die Abdeckung ferner Haltenasen umfasst, um eine Zeittaktposition des Stators in Bezug auf die innere Nockenwelle festzulegen.
Nockenwellenversteller nach Anspruch 2, wobei die Haltenasen dazu geeignet sind, in einem entsprechenden Schlitz oder einer entsprechenden Ausnehmung der inneren Nockenwelle aufgenommen zu werden.
Nockenwellenversteller nach Anspruch 1, wobei der Rotor, der Stator und die vordere und die hintere Wand als eine einzelne Einheit zur Anbringung sowohl an der inneren als auch an der äußeren Nockenwelle zusammengesetzt sind.
Nockenwellenversteller nach Anspruch 1, ferner umfassend zumindest eines aus einem Zeitsteuerungsstift oder einer -ausnehmung am Rotor, der bzw. die dazu geeignet ist, mit dem anderen aus einer Zeitsteuerungsausnehmung oder einem -stift an der äußeren Nockenwelle einzugreifen.
Nockenwellenversteller nach Anspruch 1, ferner umfassend sich umfänglich erstreckende Anschläge an den einwärts gerichteten Vorsprüngen.