DE102012201570B4

DE102012201570B4 - Rückschlagventilaufteilung eines Nockenwellenverstellers und Stator des Nockenwellenverstellers

Info

Publication number: DE102012201570B4
Application number: DE102012201570.1A
Authority: DE
Inventors: Jens Schäfer; Martin Steigerwald; Michael Busse; Jürgen Plate; Andreas Wedel; Olaf Boese; Steffen Räcklebe
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2012-02-02
Filing date: 2012-02-02
Publication date: 2019-01-10
Anticipated expiration: 2032-02-03
Also published as: CN103244219B; DE102012201570A1; US20130199476A1; US8776747B2; CN103244219A

Abstract

Stator (20) für einen Nockenwellenversteller (4) umfassend ein ringförmiges Außenteil (50) zur konzentrischen Aufnahme eines Rotors (22) mit umfänglich um den Rotor (22) angeordneten radial abragenden Flügeln (34), und vom ringförmigen Außenteil (50) radial nach innen abragende Segmente (52), in die die Flügel (34) des Rotors (22) eingreifen können, um gemeinsam mit den Segmenten (52) Druckkammern (44) zum Verstellen der Phasenlage des Nockenwellenverstellers (4) auszubilden und einem als Volumenspeicher ausgebildeten Hohlraum (70) zum Speichern einer Hydraulikflüssigkeit, wobei der Hohlraum (70) von einem axial auf das ringförmige Außenteil (50) aufgesetzten Deckel (54) ausgebildet ist.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft einen Stator für einen Nockenwellenversteller, den Nockenwellenversteller und einen Verbrennungsmotor mit dem Nockenwellenversteller.
Hintergrund der Erfindung
Nockenwellenversteller sind technische Baugruppen zum Verstellen der Phasenlagen zwischen einer Kurbelwelle und einer Nockenwelle in einem Verbrennungsmotor.
Aus der WO 2011/ 032 805 A1 ist es bekannt in einem Nockenwellenversteller einen Volumenspeicher anzuordnen, aus dem von den Druckkammern im Falle eines Unterdruckes Hydraulikflüssigkeit angesaugt werden kann.
Die DE 101 58 530 A1 zeigt eine Vorrichtung, die in der Lage ist, die Einlassventilzeitabstimmungsphase stetig bzw. stufenlos und variabel zu steuern und weist folgendes auf: Eine Vorstellkammer, die einen Flügelrotor und eine Nockenwelle an der Vorstellseite relativ zu dem Zeitabstimmungsrotor hydraulisch dreht; eine Verzögerungskammer zum Drehen der Nockenwelle an der Verzögerungsseite relativ zu dem Zeitabstimmungsrotor; ein Vorstell-Verzögerungs-Öldrucksteuerungsventil; einen Ölverbindungsdurchgang für eine FluidVerbindung zwischen einer Vorstellkammer und der Verzögerungskammer; einen Hydraulikkolben, ein Strömungsventil, das das Öl in dem Verbindungsdurchgang gemäß dem Verzögerungskammerdruck steuert, wenn der Motor bei einer niedrigen Drehzahl und einer hohen Öltemperatur läuft; und ein Rückschlagkugelventil, das die Ölströmung von der Vorstellkammer zu der Verzögerungskammer absperrt.
Die DE 10 2011 077 586 A1 zeigt eine Anordnung eines Nockenwellenverstellers mit einer Steuereinrichtung, wobei mittels der Steuereinrichtung zwischen einem OPA und/oder einem CTA Modus gewählt werden kann, der Nockenwellenversteller einen dritten Hydraulikmittelkanal aufweist, welcher den Nockenwellenversteller in einer Mittenposition positioniert.
Aufgabe der Erfindung
Es ist Aufgabe der Erfindung den bekannten Nockenwellenversteller zu verbessern.
Lösung der Aufgabe
Die Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die Erfindung gibt auch einen Stator für einen Nockenwellenversteller an, umfassend ein ringförmiges Außenteil zur konzentrischen Aufnahme eines Rotors mit umfänglich um den Rotor angeordneten radial abragenden Flügeln, und vom ringförmigen Außenteil radial nach innen abragende Segmente, in die die Flügel des Rotors eingreifen können, um gemeinsam mit den Segmenten Druckkammern zum Verstellen der Phasenlage des Nockenwellenverstellers auszubilden und einem als Volumenspeicher ausgebildeten Hohlraum zum Speichern einer Hydraulikflüssigkeit, wobei der Stator einen axial auf das ringförmige Außenteil aufgesetzten Deckel, in dem der Hohlraum ausgebildet ist, umfasst. Der Hohlraum im Deckel kann gemeinsam mit oder alternativ zu einem Hohlraum in einem Segment den Volumenspeicher realisieren. Beide Hohlräume können intern miteinander verbunden sein, oder aber auch jeder für sich zur Druckkammer hin geöffnet sein. Alternativ ist es auch möglich, den Hohlraum im Segment auszubilden und über den Deckel zum Druckraum hin zu öffnen oder umgekehrt, den Hohlraum im Deckel auszubilden und über das Segment zum Druckraum hin zu öffnen.
Die Erfindung gibt auch einen Nockenwellenversteller zum Verstellen einer Phasenlage einer Nockenwelle zu einer Kurbelwelle in einem Verbrennungsmotor an. Der angegebene Nockenwellenversteller umfasst eine paarweise Anzahl an volumenveränderlichen Früh- und Spätdruckkammern zum Verstellen der Phasenlage über einen beweglich in einem Stator gelagerten Rotor und einen Volumenspeicher mit einem Speicheranschluss zum Aufnehmen einer Hydraulikflüssigkeit aus den Druckkammern und mit einem Tankanschluss zum Abgeben der Hydraulikflüssigkeit an einen Tank. Dabei sind eine Anzahl an Druckkammern über jeweils einen ein in die jeweilige Druckkammer gerichtetes Rückschlagventil umfassenden zusätzlichen Kanal mit dem Volumenspeicher verbunden, wobei die Anzahl kleiner ist, als die Gesamtzahl aller Druckkammern. Der angegebene Nockenwellenversteller geht von der Überlegung aus, dass der Volumenspeicher hauptsächlich in periodisch auftretenden Phasen die Aufgabe hat Unterdrücke auszugleichen, indem die Druckkammer aus dem Volumenspeicher Hydraulikflüssigkeit ansaugt. Auf diese Weise wird eine durch den Unterdruck verursachte Bewegung des Rotors entgegen der eigentlich geplanten Verstellrichtung vermieden. Der angegebene Nockenwellenversteller basiert dabei auf der Idee, dass jedoch nicht alle Druckkammern dazu beitragen müssen, diese Bewegungsumkehr zu vermeiden, indem sie Hydraulikflüssigkeit aus dem Volumenspeicher ansaugen. Es reicht aus, wenn dies durch einige wenige Druckkammern geschieht, da der Unterdruck leicht durch diese wenigen Druckkammern abgefangen werden kann. Wenn weniger Druckspeicher im Falle eines Unterdruckes Hydraulikflüssigkeit aus dem Volumenspeicher ansaugen müssen diese folglich auch nicht mit einer entsprechend hohen Speicherkapazität ausgestattet werden, wodurch sich nicht nur Bauraum sondern auch Gewicht während des Betriebs sparen lässt.
Der Stator des angegebenen Nockenwellenverstellers kann dabei besonders bevorzugt ein eingangs angegebener Stator sein.
In einer Weiterbildung der Erfindung sind entweder alle Frühdruckkammern oder alle Spätdruckkammern jeweils über den zusätzlichen Kanal mit dem Volumenspeicher verbunden.
In einer alternativen Weiterbildung der Erfindung sind eine Anzahl an Frühdruckkammern oder eine Anzahl an Spätdruckkammern über jeweils den zusätzlichen Kanal mit dem Volumenspeicher verbunden, wobei die Anzahl kleiner ist, als entsprechend die Gesamtzahl aller Frühdruckkammern oder Spätdruckkammern.
In einer anderen Weiterbildung der Erfindung ist ein Querschnitt der zusätzlichen Kanäle zweier Druckkammern verschieden. Das ist besonders vorteilhaft für eine Reduzierung der Drosselung.
In einer besonderen Weiterbildung der Erfindung weist wenigstens ein Teil der Kanäle mit den Rückschlagventilen ein weiteres in die jeweilige Druckkammer gerichtetes Rückschlagventil auf. Die Rückschlagventile können dabei parallel zueinander angeordnet sein. Das ist besonders vorteilhaft für eine Reduzierung der Drosselung, wenn diese nicht durch einen größeren Querschnitt erreicht werden kann. Alternativ können die Rückschlagventile auch in Reihe zueinander angeordnet sein, um die fehlerfreie Funktion des Volumenspeichers zu garantieren, sollte ein Rückschlagventil einmal zerstört werden.
Die Erfindung gibt auch einen Verbrennungsmotor an, der umfassend eine Brennkammer, eine durch die Brennkammer angetriebene Kurbelwelle, eine die Brennkammer steuernde Nockenwelle und einen angegebenen Nockenwellenversteller zum Übertragen einer Rotationsenergie von der Kurbelwelle auf die Nockenwelle umfasst.
Figurenliste
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend anhand einer Zeichnung näher erläutert, in der

1 eine schematische Darstellung eines Verbrennungsmotors mit Nockenwellenverstellern;
2 eine Schnittansicht eines Nockenwellenverstellers aus 1 mit einem Stator;
3 eine räumliche Darstellung eines Stators aus 2; und
4 eine räumliche Darstellung des Stators aus 3 in einer anderen Perspektive zeigen.

Ausführliche Beschreibung der Zeichnung
In den Figuren werden gleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen und nur einmal beschrieben.
Es wird auf 1 Bezug genommen, die eine schematische Darstellung eines Verbrennungsmotors 2 mit Nockenwellenverstellern 4 zeigt.
Der Verbrennungsmotor 2 umfasst in einer an sich bekannten Weise einen Brennraum 6, der durch Ventile 8 geöffnet und geschlossen werden kann. Die Ventile werden durch Nocken 10 auf entsprechenden Nockenwellen 12 angesteuert. Im Brennraum 6 ist ferner ein Hubkolben 14 aufgenommen, der eine Kurbelwelle 16 antreibt. Die Rotationsenergie der Kurbelwelle 16 wird an ihrem axialen Ende über Triebmittel 18 auf die Nockenwellenversteller 4 übertragen. Im vorliegenden Beispiel kann das Triebmittel eine Kette oder ein Riemen sein.
Die Nockenwellenversteller 4 sind jeweils auf eine der Nockenwellen 12 axial aufgesetzt, nehmen die Rotationsenergie vom Triebmittel 18 auf und geben diese an die Nockenwellen 12 ab. Dabei können die Nockenwellenversteller 4 die Drehung der Nockenwellen 12 gegenüber der Kurbelwelle 14 zeitweise verzögern oder beschleunigen, um die Phasenlage der Nockenwellen 12 gegenüber der Kurbelwelle 16 zu verändern.
Es wird auf 2 Bezug genommen, die eine Schnittansicht eines der Nockenwellenversteller 4 aus 1 mit einem Stator 20 zeigt.
Neben dem Stator 20 weist der Nockenwellenversteller 4 einen im Stator 20 aufgenommenen Rotor 22, eine den Stator 20 gegenüber dem Rotor 22 vorspannende Spiralfeder 24, einen die Spiralfeder abdeckenden Federdeckel 26, ein zentrisch im Nockenwellenversteller 4 aufgenommenes Zentralventil 28 und einen das Zentralventil 28 betätigenden Zentralmagneten 30 auf.
Der Rotor 22 ist konzentrisch im Stator 20 aufgenommen und weist in den 3 bis 5 gezeigte von einer Nabe 32 des Rotors abragende Flügel 34 auf. Der Rotor 22 ist konzentrisch auf einer in eine der Nockenwellen 12 einschraubbaren Zentralschraube 36 des Zentralventils 28 gehalten, in der axial beweglich ein Steuerkolben 38 aufgenommen ist, der durch einen Stößel 40 des Zentralmagneten axial in die Zentralschraube 36 bewegt und durch eine Feder 42 axial aus der Zentralschraube 36 herausgedrückt werden kann. Abhängig von der Stellung des Steuerkolbens 38 in der Zentralschraube 36 werden in den 3 und 4 gezeigte Druckkammern 44 des Nockenwellenverstellers 4 in einer an sich bekannten Weise mit einem Druckanschluss 46 oder mit einem Volumenspeicheranschluss 48 verbunden, über die entsprechend eine Hydraulikflüssigkeit in die Druckkammern 44 gepumpt aus der aus diesen entlassen werden kann.
Der Stator 20 weist ein in den 3 und 4 gut zu sehendes ringförmiges Außenteil 50 auf, von dem vier Segmente 52 radial nach innen abragen. Das ringförmige Außenteil 50 ist mit einem Frontdeckel 54 und einem Rückdeckel 56 axial verschlossen, wobei die Deckel 54, 56 über Schrauben 58 auf dem ringförmigen Außenteil 50 gehalten werden. Eine der Schrauben 58 weist eine axiale Verlängerung 60 auf, die als Aufhängung für die Spiralfeder 24 dient. Ferner ist im Rückdeckel 56 auf der dem ringförmigen Außenteil 50 gegenüberliegenden axialen Seite eine umlaufende Nut 62 ausgebildet, in der der Federdeckel 26 verklemmt ist. Am radialen Umfang des ringförmigen Außenteils 50 sind Zähne 64 ausgebildet, in die das Triebmittel 18 eingreifen kann.
Die Zentralschraube 36 weist als Volumenspeicheranschluss 48 eine radiale Bohrung 66 auf, auf der ein axialer Kanal 68 durch den Frontdeckel 54 aufgelegt ist. Der Kanal 68 ist auf eine in Umfangsrichtung geführte Nut 71 an der zur Zentralschraube 36 gerichteten radialen Innenseite des Frontdeckels 54 radial aufgesetzt, um einen Fluss der Hydraulikflüssigkeit in jeder Lage der drehfest mit dem Rotor 22 verbundenen Zentralschraube 36 zum Stator 20 zwischen der radialen Bohrung 66 und dem Kanal 68 zuzulassen.
Der Kanal 68 führt in einen Hohlraum 70 in einem der Segmente 52, wobei durch diesen Hohlraum 70 auch eine der Schrauben 58 geführt ist. Der Hohlräume 70 ist über ein Rückschlagventil 72 zum benachbarten Druckraum 44 des Nockenwellenverstellers 4 geöffnet, wobei der Fluss der Hydraulikflüssigkeit ausschließlich vom Hohlraum 70 zum Druckraum 44 möglich ist, so dass der Druckraum 44 im Falle eines Unterdruckes im Hohlraum 70 gespeicherte Hydraulikflüssigkeit ansaugen kann. Läuft der Hohlraum 70 mit zu viel Hydraulikflüssigkeit über, so wird der Überschuss an Hydraulikflüssigkeit über einen Tankanschluss 74 beispielsweise an eine nicht gezeigte Ölwanne abgegeben. Der Hohlraum 70 im Segment 52 dient daher als Volumenspeicher zum Ausgleichen eines Unterdruckes in der entsprechenden angrenzenden Druckkammer 44 des Nockenwellenverstellers 4.
Es wird auf die 3 und 4 Bezug genommen, die eine räumliche Darstellung des Stators 20 mit einem darin aufgenommenen Rotor 22 aus 2 aus zwei verschiedenen Perspektiven zeigen.
Der Rotor 22 weist im Zentrum eine axiale Durchführung 76 auf, in die das Zentralventil 28 einschiebbar ist. Aus der axialen Durchführung 76 erstrecken sich radial Bohrungen 78 die mit den Arbeitsanschlüsse des Zentralventils 28 verbindbar sind, um die Druckkammern 44 mit Hydraulikflüssigkeit zu füllen oder zu leeren. Radial von der axialen Durchführung 76 abgesetzt sind weitere axiale Durchgangsbohrungen 80 zur Aufnahme von nicht gezeigten Stiften geführt, an denen die Spiralfeder 24 rotorseitig eingehängt werden kann. Ferner umfasst der Rotor 22 radial abgesetzt von der axialen Durchführung 76 eine axiale Sacklochbohrung 82, in der ein nicht gezeigter Verriegelungspin zum Verriegeln des Rotors 22 gegenüber dem Stator 20 aufgenommen werden kann. Die radialen Enden der Flügel des Rotors 22 weisen radiale Einkerbungen 84 auf, in denen eine jeweils Dichtung 86 zum Abdichten der Druckkammern 44 gegeneinander aufgenommen ist.
Wie aus 3 und 4 zu sehen, greifen die Flügel 34 in einen umfänglich an einer Innenseite des ringförmigen Außenteils 50 in durch die Segmente 52 begrenzte Zwischenräume ein und bilden so die Druckkammern 44 aus. In Umfangsrichtung des Stators 20 betrachtet wird dabei vor einem Flügel 34 eine Frühdruckkammer 44 ausgebildet, während hinter einem Flügel 34 eine Spätdruckkammer 44 ausgebildet wird. In der vorliegenden Ausführungsform ist nur eine der Frühdruckkammern 44 mit einem Hohlraum 70 zum Druckausgleich über ein Rückschlagventil 72 verbunden. Es können aber auch alle Frühdruckkammern 44 oder alle Spätdruckkammern 44 zum Druckausgleich mit einem entsprechend in den Segmenten 52 ausgebildeten Hohlraum 70 über Rückschlagventile verbunden sein.
In den 3 und 4 ist aus dem Hohlraum 70 in die entsprechend angrenzende Druckkammer 44 eine Bohrung 88 in Umfangsrichtung des Stators 22 geführt, die den Hohlraum 70 mit der Druckkammer 44 verbindet. Auf der Seite der Druckkammer ist das Rückschlagventil 72 in Form eines kleinen Plättchens angeordnet, das sich bei einem Fluss von Hydraulikflüssigkeit von der Druckkammer 44 in den Hohlraum 70 hinein an den Stator 20 presst und so die Bohrung 88 verschließt. In der vorliegenden Ausführung sind die Druckkammer 44 und der Hohlraum 70 über eine einzige Bohrung 88 miteinander verbunden. Beide Kammern 44, 70 können aber auch über mehrere Bohrungen 88 und über entsprechend mehrere Rückschlagventile 72 miteinander verbunden sein.
Auch ist es möglich in einer einzigen Bohrung 88 mehrere Rückschlagventile 72 in Reihe und/oder parallel anzuordnen.
Ferner sind durch die Segmente 52 jeweils axial durchgängige Ausnehmungen 90 geführt, durch die die Schrauben 58 geführt werden können.
Bezugszeichenliste

2: Verbrennungsmotor
4: Nockenwellenversteller
6: Brennraum
8: Ventil
10: Nocken
12: Nockenwelle
14: Hubkolben
16: Kurbelwelle
18: Triebmittel
20: Stator
22: Rotor
24: Spiralfeder
26: Federdeckel
28: Zentralventil
30: Zentralmagnet
32: Nabe
34: Flügel
36: Zentralschraube
38: Steuerkolben
40: Stößel
42: Feder
44: Druckkammer
46: Druckanschluss
48: Volumenspeicheranschluss
50: ringförmiges Außenteil
52: Segment
54: Frontdeckel
56: Rückdeckel
58: Schraube
60: axiale Verlängerung
62: Nut
64: Zahn
66: radiale Bohrung
68: Kanal
70: Hohlraum
71: umfängliche Nut
72: Rückschlagventil
74: Tankanschluss
76: axiale Durchführung
78: radiale Bohrung
80: axiale Durchgangsbohrung
82: axiale Sacklochbohrung
84: radiale Einkerbung
86: Dichtung
88: Durchgangsbohrung in Umfangsrichtung
90: axiale Ausnehmung

Claims

Stator (20) für einen Nockenwellenversteller (4) umfassend ein ringförmiges Außenteil (50) zur konzentrischen Aufnahme eines Rotors (22) mit umfänglich um den Rotor (22) angeordneten radial abragenden Flügeln (34), und vom ringförmigen Außenteil (50) radial nach innen abragende Segmente (52), in die die Flügel (34) des Rotors (22) eingreifen können, um gemeinsam mit den Segmenten (52) Druckkammern (44) zum Verstellen der Phasenlage des Nockenwellenverstellers (4) auszubilden und einem als Volumenspeicher ausgebildeten Hohlraum (70) zum Speichern einer Hydraulikflüssigkeit, wobei der Hohlraum (70) von einem axial auf das ringförmige Außenteil (50) aufgesetzten Deckel (54) ausgebildet ist.
Nockenwellenversteller (4) zum Verstellen einer Phasenlage einer Nockenwelle (12) zu einer Kurbelwelle (16) in einem Verbrennungsmotor (2) umfassend eine paarweise Anzahl an volumenveränderlichen Früh- und Spätdruckkammern (44) zum Verstellen der Phasenlage über einen beweglich in einem Stator (20) nach dem Anspruch 1 gelagerten Rotor (22) und einen Volumenspeicher (70) mit einem Speicheranschluss (48) zum Aufnehmen einer Hydraulikflüssigkeit aus den Druckkammern (44) und mit einem Tankanschluss (74) zum Abgeben der Hydraulikflüssigkeit an einen Tank, wobei eine Anzahl an Druckkammern (44) über jeweils einen ein in die jeweilige Druckkammer (44) gerichtetes Rückschlagventil (72) umfassenden zusätzlichen Kanal (88) mit dem Volumenspeicher (70) verbunden sind, die kleiner ist, als die Gesamtzahl aller Druckkammern (44).
Nockenwellenversteller (4) nach Anspruch 2, wobei alle Frühdruckkammern (44) oder alle Spätdruckkammern (44) jeweils über den zusätzlichen Kanal (88) mit dem Volumenspeicher (70) verbunden sind.
Nockenwellenversteller (4) nach Anspruch 2 oder 3, wobei eine Anzahl an Frühdruckkammern (44) und/oder eine Anzahl an Spätdruckkammern (44) über jeweils den zusätzlichen Kanal (88) mit dem Volumenspeicher (70) verbunden ist, die kleiner ist, als entsprechend die Gesamtzahl aller Frühdruckkammern (44) und/oder Spätdruckkammern (44).
Nockenwellenversteller (4) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei ein Querschnitt der zusätzlichen Kanäle (88) zweier Druckkammern (44) verschieden ist.
Nockenwellenversteller (4) nach einem der Ansprüche 2 bis 5, wobei wenigstens ein Teil der Kanäle (88) mit den Rückschlagventilen (72) ein weiteres in die jeweilige Druckkammer (44) gerichtetes Rückschlagventil (72) aufweist.
Verbrennungsmotor (2) umfassend eine Brennkammer (6), eine durch die Brennkammer (6) angetriebene Kurbelwelle (16), eine die Brennkammer (6) steuernde Nockenwelle (12) und einen Nockenwellenversteller (4) nach einem der Ansprüche 2 bis 6 zum Übertragen einer Rotationsenergie von der Kurbelwelle (16) auf die Nockenwelle (12).