DE102010005607A1

DE102010005607A1 - Nockenwellen-Phasenversteller für konzentrische Nockenwellen

Info

Publication number: DE102010005607A1
Application number: DE102010005607A
Authority: DE
Inventors: Michael Saint Clair Kandolf; Jesse Waterford Myers; Gregory Troy Muller
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2009-01-28
Filing date: 2010-01-25
Publication date: 2010-07-29
Also published as: US20100186700A1; US8191521B2; US20100189538A1; US8322970B2

Abstract

Der Nockenwellen-Phasenwandler ist an einem Ende einer konzentrischen Nockenwelle angebracht. Der Phasenwandler ist ein Nockenwellen-Phasenwandler der Flügelzellenbauart, wobei der Stator und das Kettenrad an der äußeren Nockenwelle befestigt sind und das Impulsgeberrad und der Rotor an der inneren Nockenwelle befestigt sind. Die Torsionsfeder ist zwischen dem Stator und dem Impulsgeberrad an einer äußeren Wand des Stators angebracht. Der Phasenwandler ist eine kompakte Einheit mit einem hohen Grad an Zuverlässigkeit.

Description

Gebiet der Erfindung
Diese Erfindung bezieht sich auf Nockenwellenversteller und insbesondere auf Nockenwellenversteller oder Nockenwellen-Phasenwandler, die bei konzentrischen Nockenwellen mit einer inneren und einer äußeren Nockenwelle verwendet werden.
Hintergrund der Erfindung
Konzentrische Nockenwellen besitzen eine innere und eine äußere Nockenwelle, wobei an einer Brennkraftmaschine die innere Nockenwelle für einen Satz von Ventilen verwendet wird und die äußere Nockenwelle für einen anderen Satz von Ventilen verwendet wird. Nockenwellenversteller oder Nockenwellen-Phasenwandler für konzentrische Nockenwellen sind herkömmliche Nockenwellen-Phasenversteller des Sterntyps, die an der äußeren Nockenwelle befestigt sind. Der Phasenwandler wird dazu verwendet, die Phasenlage der inneren Nockenwelle bezüglich der äußeren Nockenwelle einzustellen. Dies bedeutet, dass der Phasenwandler die Einlass-Phasenlageneinstellung auf Grundlage des Nockenwellenentwurfs und der Maschinenarchitektur vollziehen kann. Wenn der Phasenwandler an einer konzentrischen Nockenwelle befestigt ist, ist es wichtig, dass die Kettenbelastung (Belastungen in Richtung der Nockenwelle direkt nach unten zur Kurbelwelle hin) vom Phasenwandler auf die konstruktiv steifere äußere Nockenwelle übertragen wird. Falls die Last hauptsächlich von der inneren Nockenwelle getragen wird, tritt an der inneren Welle eine Durchbiegung ein, was dazu führt, dass sich die innere und die äußere Nockenwelle miteinander verklemmen und Verstellungen der Einlassventilsteuerzeit gegenüber der Auslassventilsteuerzeit verhindert werden.
Um das Einstellen der Phasenlage der inneren Nockenwelle von der geparkten Verzögerungsstellung in die vorverlegte Stellung zu unterstützen, werden herkömmliche Torsionsfedern verwendet. Herkömmliche Torsionsfedern, die an Phasenwandlern für konzentrische Nockenwellen verwendet werden, sind außen am Phasenwandler angebracht, wobei ein Ende am Kettenrad der Kurbelwelle eingehakt ist und das andere Ende über eine Zunge am Impulsgeberrad an der Nockenwelle eingehakt ist.
Aufgaben der Erfindung
Es ist die Aufgabe der Erfindung, einen robusten Phasenwandler zu schaffen, der, wenn er an die äußere Welle einer konzentrischen Nockenwelle montiert ist, das Einstellen der Phasenlage der Einlassnocken einer Nockenwelle an einer einzigen Nockenwelle ermöglicht.
Es ist ferner die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, dass der Phasenwandler als vormontierte Einheit eingebaut werden kann. Dies bedeutet ein geringes Risiko innerer Verschmutzung beim Einbau in die Maschinenmontageanlage und gewährt einen Montageprozess, der dem Montageprozess eines Nockenwellenkettenrads gleicht und den Montageumfang an der Maschinenmontageanlage minimiert.
Es ist ferner die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Phasenwandler zu schaffen, der eine Wartungsfähigkeit besitzt, die jener herkömmlicher Phasenwandlereinheiten, die an herkömmlichen Nockenwellen, d. h. nicht konzentrischen Nockenwellen, verwendet werden, gleicht.
Es ist außerdem die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, zu ermöglichen, den Nockenwellen-Phasenwandler als eine Einheit abzunehmen und als eine Einheit neu einzubauen oder zu ersetzen. Dies vermeidet im praktischen Einsatz einen komplexen Kundendienst, der ein erneutes Zusammensetzen der Phasenwandlereinheit beträfe, falls diese keine vormontierte Einheit wäre.
Es ist ferner die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, dass die Phasenwandler einen kompakten Entwurf besitzen, der herkömmlichen Phasenwandlern der Flügelzellenbauart gleicht.
Es ist ferner die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, dass die Kosten der Phasenwandlereinheit jenen herkömmlicher Phasenwandler gleichen und dass sie die Zuverlässigkeit herkömmlicher Phasenwandlereinheiten besitzen.
Es ist ferner die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen solchen Phasenwandler mit einer Kraft zu versehen, um den Phasenwandler beim Phasenlageneinstellen in die vorverlegte Stellung zu unterstützen und Einlassnockendrehmomente zu überwinden.
Diese und weitere Aufgaben der Erfindung können durch Bezugnahme auf die folgende Beschreibung vollständiger verstanden werden.
Zusammenfassung der Erfindung
Die Aufgaben der vorliegenden Erfindung werden durch Verwendung einer Nockenwellenverstellvorrichtung, eines Phasenwandlers, wie er hier beschrieben wird, gelöst.
Der Phasenwandler der vorliegenden Erfindung ist ein Nockenwellen-Phasenwandler der Flügelzellenbauart mit einem zuverlässigen Phasenwandlerentwurf. Die Hauptkomponenten des Phasenwandlers der vorliegenden Erfindung verwenden ein Kettenrad, einen Stator, einen Rotor, einen vorderen Verschlussdeckel, eine Torsionsfeder, ein Impulsgeberrad und einen Mittelbolzen. Der Phasenwandler ist an die konzentrische Nockenwelle angepasst und erlaubt Verstellungen der Einlassnocken in Bezug auf die Auslassnocken unter Verwendung einer einzigen konzentrischen Nockenwelle. Maschinen mit Nockenwelle(n) im Block (In-cam-in-block Engines) sowie SOHC-Maschinen sind mit dem Vorteil ausgestattet, dass sie die Phasenlagen von Einlassnocken und Auslassnocken getrennt einstellen. Daher besitzt die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung Vorteile, die durch Maschinenleerlaufstabilität und verfügbare Leistungszunahmen bei einer Maschine mit einer einzigen Nockenwelle gewonnen werden, die jenen Vorteilen gleichen, die bisher nur bei DOHC-Maschinen mit mehreren Nockenphasenwandlern verfügbar waren.
Bei der vorliegenden Erfindung ist der Phasenwandler ein einziger wirkender Phasenwandler, der lediglich die innere Nockenwelle steuert. Das Kettenrad ist mit der äußeren Nockenwelle direkt verbunden, während der Rotor die Phasenlage der inneren Nockenwelle einstellt.
Die Torsionsfeder ist zwischen dem Stator und dem Impulsgeberrad direkt auf eine radiale äußere Wand des Stators gewickelt. Somit ist für den Phasenwandler die Torsionsfeder intern und nicht extern.
Genauer, beim Entwurf der vorliegenden Erfindung ist das Kettenrad an der äußeren Nockenwelle befestigt, wobei der Stator am Kettenrad befestigt ist. Der Rotor ist über einen Mittelbolzen an der inneren Nockenwelle befestigt, wobei am Rotor das Impulsgeberrad befestigt ist.
Allgemein lässt sich die vorliegende Erfindung wie folgt definieren:
Eine Nockenwellenverstellvorrichtung für eine konzentrische Nockenwelle, die enthält:
ein Kettenrad, das an einem Ende einer konzentrischen Nockenwelle an einer äußeren Nockenwelle befestigbar ist;
einen Stator, der am Kettenrad befestigt und mit dem Kettenrad bewegbar ist, wobei der Stator eine kreisförmige innere Aushöhlung besitzt, von der sich eine oder mehrere Kammern radial nach außen erstrecken, wobei jede der Kammern einen Ölanschluss für Vorverlegung und einen Ölanschluss für Verzögerung besitzt;
einen Rotor, der an dem einen Ende der konzentrischen Nockenwelle an einer inneren Nockenwelle befestigbar ist, wobei der Rotor einen kreisförmigen inneren Abschnitt, der rotatorisch und konzentrisch in der Aushöhlung angeordnet ist, und Flügel, die sich vom inneren Abschnitt radial nach außen erstrecken, besitzt, wobei ein Flügel in jeder der Kammern angeordnet und beweglich ist;
ein Impulsgeberrad, das zum Rotor konzentrisch an diesem befestigt und außerhalb des Stators angeordnet ist;
eine Torsionsfeder, wobei ein Ende der Feder am Kettenrad befestigt ist und das andere Ende am Impulsgeberrad befestigt ist; und
einen Mittelbolzen, der an der inneren Nockenwelle befestigbar ist, um den Rotor an der inneren Nockenwelle zu befestigen.
Vorzugsweise befestigt der Mittelbolzen das Impulsgeberrad am Rotor.
Vorzugsweise ist der Rotor ein einziger Rotor.
Geeigneter Weise ist an einer axialen vorderen Wand des Stators ein vorderer Verschlussdeckel befestigt und ist an einer axialen rückwärtigen Wand des Stators das Kettenrad befestigt, um so die Kammern zu verschließen.
Geeigneter Weise ist die Torsionsfeder eine kreisförmige Torsionsfeder, die zwischen dem Stator und dem Impulsgeberrad an einer radialen Außenwand des Stators konzentrisch angebracht ist, wobei ein Ende der Feder am Ketten rad befestigt ist und das andere Ende der Feder am Impulsgeberrad befestigt ist.
Diese und weitere Aspekte der vorliegenden Erfindung können durch Bezugnahme auf eine oder mehrere der folgenden Abbildungen sogleich verstanden werden.
Kurzbeschreibung der Zeichnung
1 ist eine Seitenansicht des an der Außenseite eines Endes einer konzentrischen Nockenwelle angebrachten Nockenphasenverstellers;
2 zeigt die Vorderansicht des Phasenwandlers von 1;
3 zeigt die Nockenwelle als Phasenversteller von 1, wobei das Impulsgeberrad weggelassen ist;
4 zeigt eine Querschnittsansicht des Phasenwandlers von 1;
5 zeigt eine Querschnittsansicht, die die verschiedenen Bolzen, die zum Verbinden der Teile des Phasenwandlers verwendet werden, zeigt;
6 zeigt das Innenleben des Stators und des Rotors; und
7 zeigt die innerhalb des Impulsgeberrads angebrachte Torsionsfeder.
Genaue Beschreibung der Erfindung
1 zeigt die Seitenansicht eines Phasenwandlers 10 an einer konzentrischen Nockenwelle 12 mit Nocken 14 zusammen mit einer äußeren Nockenwelle 16 und einer inneren Nockenwelle 18. An der äußeren Nockenwelle 16 sind Öleinlässe 17 gezeigt. Die Öleinlässe 17 empfangen in herkömmlicher Weise Öl und leiten es zu den inneren Abschnitten des Phasenwandlers 10, wie weiter unten näher beschrieben wird.
Der Phasenwandler 10 besitzt ein Kettenrad 20, einen Stator 22, einen Rotor 24, einen vorderen Verschlussdeckel 26, eine Torsionsfeder 28, ein Impulsgeberrad 30 und einen Mittelbolzen 32.
2 stellt die Vorderseite des Phasenwandlers 10 dar und zeigt den durch die Mitte des Phasenwandlers 10 verbundenen Mittelbolzen 32. Bolzen 34 verbinden das Kettenrad 20 mit der äußeren Nockenwelle 16.
3 zeigt den Phasenwandler 10, wobei das Impulsgeberrad 30 weggelassen ist. Um eine radiale äußere Wand 27 des Stators 22 ist eine Feder 28 gewickelt.
4 zeigt den Phasenwandler 10 in einem Querschnitt. Wie zu sehen ist, erstreckt sich der Mittelbolzen 32 in die innere Nockenwelle 18 und ist mit dieser verbunden.
5 zeigt die Verbindung der Bolzen 34 an dem Kettenrad 20 und der äußeren Nockenwelle 16. Stifte 35 verschaffen eine korrekte zeitliche Einstellung der äußeren Nockenwelle 16 zum Kettenrad 20.
6 zeigt eine Vorderansicht des Phasenwandlers 10, wobei das Impulsgeberrad 10 und der vordere Verschluss 26 weggenommen sind.
Der Stator 22 ist mit einer Aushöhlung 36 und einer sich radial von dort ausstreckenden Kammer 38 gezeigt. In der Aushöhlung 36 befindet sich ein kreisförmiger innerer Abschnitt 40 des Rotors 24. Vom inneren Abschnitt 40 erstrecken sich Flügel 42 radial nach außen. Die Flügel 42 sind in Kammern 38 angeordnet und unterteilen eine Kammer 38 in eine Ölkammer für Vorverlegung 44 und eine Ölkammer für Verzögerung 46.
Jede Ölkammer für Vorverlegung 44 ist mit einem Ölanschluss für Vorverlegung 48 verbunden, während eine Ölkammer für Verzögerung 46 mit einem Ölanschluss für Verzögerung 50 verbunden ist. Der Ölanschluss für Vorverlegung 48 und der Ölanschluss für Verzögerung 50 weisen Kanäle zum Verbinden der Anschlüsse 48 und 50 mit den Öleinlässen 17 an der äußeren Nockenwelle 16 auf. Die Steuerung von Öl durch die Einlässe 17, die Anschlüsse 48 und 50 und die Kammern 44 und 46 die Vorverlegung für die Verzögerungsflügel 42 betreffend wird in herkömmlicher Weise mittels einer herkömmlichen Ölpumpeinrichtung vorgenommen. Außerdem, wie in 6 gezeigt ist, ist das Torsionsfederende 52 mit dem Kettenrad 20 verbunden. Das Ende 54 der Torsionsfeder 28 ist mit der Innenwand des Impulsgeberrads 30 verbunden, wie in 7 gezeigt ist. 7 zeigt die Innenseite des Impulsgeberrads 30.
Der Mittelbolzen 32 befestigt den Rotor 24 an der inneren Welle 18. Das Impulsgeberrad 30 ist am Rotor 24 befestigt, so dass sich das Impulsgeberrad und der Rotor gemeinsam bewegen. Das Kettenrad 20 ist durch die Bolzen 34 an der äußeren Nockenwelle 16 befestigt, wobei der Stator 22 am Kettenrad 20 befestigt ist. Somit bewegen sich der Stator 22 und das Kettenrad 20 gemeinsam.

10: Phasenwandler
12: konzentrische Nockenwelle
14: Nocken
16: äußere Nockenwelle
17: Öleinlass
18: innere Nockenwelle
20: Kettenrad
22: Stator
24: Rotor
26: vorderer Verschlussdeckel
28: Torsionsfeder
30: Impulsgeberrad
32: Mittelbolzen
34: Bolzen – Kettenrad an äußere Nockenwelle
35: Stift
36: Aushöhlung
37: radiale äußere Wand
38: Kammern
40: kreisförmiger innerer Abschnitt
42: Flügel
44: Ölkammer für Vorverlegung
46: Ölkammer für Verzögerung
48: Ölanschluss für Vorverlegung
50: Ölanschluss für Verzögerung
52: Torsionsfederende, Kettenrad
54: Torsionsfederende, Impulsgeberrad

Claims

Nockenwellenverstellvorrichtung für eine konzentrische Nockenwelle, die enthält: ein Kettenrad, das an einem Ende einer konzentrischen Nockenwelle an einer äußeren Nockenwelle befestigbar ist; einen Stator, der am Kettenrad befestigt und mit dem Kettenrad bewegbar ist, wobei der Stator eine kreisförmige innere Aushöhlung besitzt, von der sich eine oder mehrere Kammern radial nach außen erstrecken, wobei jede der Kammern einen Ölanschluss für Vorverlegung und einen Ölanschluss für Verzögerung besitzt; einen Rotor, der an dem einen Ende der konzentrischen Nockenwelle an einer inneren Nockenwelle befestigbar ist, wobei der Rotor einen kreisförmigen inneren Abschnitt, der rotatorisch und konzentrisch in der Aushöhlung angeordnet ist, und Flügel, die sich vom inneren Abschnitt radial nach außen erstrecken, besitzt, wobei ein Flügel in jeder der Kammern angeordnet und beweglich ist; ein Impulsgeberrad, das zum Rotor konzentrisch an diesem befestigt und außerhalb des Stators angeordnet ist; eine Torsionsfeder, wobei ein Ende der Feder am Kettenrad befestigt ist und das andere Ende am Impulsgeberrad befestigt ist; und einen Mittelbolzen, der an der inneren Nockenwelle befestigbar ist und den Rotor an der inneren Nockenwelle befestigt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Mittelbolzen das Impulsgeberrad am Rotor befestigt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Rotor ein einziger Rotor ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei ferner ein vorderer Verschlussdeckel an einer axialen vorderen Wand des Stators befestigt ist und das Kettenrad an einer axialen rückwärtigen Wand des Stators befestigt ist, um so die Kammern zu verschließen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Torsionsfeder eine kreisförmige Torsionsfeder ist, die zwischen dem Stator und dem Impulsgeberrad an einer radialen Außenwand des Stators konzentrisch angebracht ist, wobei ein Ende der Feder am Kettenrad befestigt ist und das andere Ende der Feder am Impulsgeberrad befestigt ist.