DE102014206942A1 - Camshaft adjusting device for an internal combustion engine - Google Patents
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- F01L2001/3445—Details relating to the hydraulic means for changing the angular relationship
- F01L2001/34479—Sealing of phaser devices
Abstract
Die Erfindung bezieht sich auf eine Nockenwellenverstellvorrichtung für eine Brennkraftmaschine, mit einem Kammergehäuse, einem Stellkolben der in dem Kammergehäuse aufgenommen ist und der um eine zur Umlaufachse des Kammergehäuses konzentrische Achse schwenkbar ist, wobei der Stellkolben mehrere Trennflanken aufweist, die sich radial über eine zylindrischen Basisfläche des Stellkolbens erheben, und jeweils in dem Kammergehäuse gebildete Druckkammern in eine erste Kammersektion und eine zweite Kammersektion unterteilen, und Dichtleisten, die radial bewegbar in jeweils eine in einer Trennflanke des Stellkolbens ausgebildete Führungsnut eingesetzt sind, wobei in der jeweiligen Dichtleiste, und/oder der Führungsnut eine Führungsgeometrie ausgebildet ist und an dieser Führungsgeometrie ein Ventilglied derart geführt ist, dass dieses nach Maßgabe eines an dem Ventilglied anliegenden Öldrucks in unterschiedliche Stellungen verlagerbar ist. Dadurch wird es auf vorteilhafte Weise möglich, im Zusammenspiel mit der Dichtleiste eine präzise und zuverlässig betätigbare Ventileinrichtung zu realisieren.The invention relates to a camshaft adjusting device for an internal combustion engine, having a chamber housing, a control piston which is accommodated in the chamber housing and which is pivotable about an axis concentric with the axis of the chamber housing, wherein the actuating piston has a plurality of separating flanks extending radially over a cylindrical base surface of the actuating piston, and subdividing respectively formed in the chamber housing pressure chambers into a first chamber section and a second chamber section, and sealing strips, which are radially movable in each case used in a separating flank of the actuating piston guide groove, wherein in the respective sealing strip, and / or the Guiding a guide geometry is formed and on this guide geometry, a valve member is guided such that this is displaceable in accordance with a voltage applied to the valve member oil pressure in different positions. This makes it possible in an advantageous manner to realize in conjunction with the sealing strip a precise and reliably operable valve device.
Description
Gebiet der ErfindungField of the invention
Die Erfindung bezieht sich auf eine Nockenwellenverstellvorrichtung für eine Brennkraftmaschine zur Einstellung der Phasenlage einer Nockenwelle gegenüber einem Nockenwellenantriebsrad, wobei die Nockenwellenverstellvorrichtung ein mit dem Nockenwellenantriebsrad umlaufendes Kammergehäuse und einen darin aufgenommenen Stellkolben umfasst. Der Stellkolben ist konzentrisch zur Umlaufachse des Kammergehäuses angeordnet und in dem Kammergehäuse um jene Umlaufachse schwenkbar gelagert. Der Stellkolben weist mehrere radial nach außen vordringende Kammerflanken auf, die im Zusammenspiel mit radial einwärts vordringenden Stegen des Kammergehäuses in jenem Kammergehäuse mehrere Ölkammersektionen bilden. Die Kammerflanken sind mit Dichtleisten bestückt, wodurch die jeweils durch eine Kammerflanke des Stellkolbens getrennten Ölkammersektionen gegeneinander abgedichtet sind. Die Dichtleisten sind hierbei in Radialnuten eingesetzt welche in den Kammerflanken ausgebildet sind.The invention relates to a camshaft adjusting device for an internal combustion engine for adjusting the phase position of a camshaft relative to a camshaft drive wheel, wherein the camshaft adjusting device comprises a chamber housing rotating with the camshaft drive wheel and a control piston accommodated therein. The adjusting piston is arranged concentrically to the axis of rotation of the chamber housing and pivotally mounted in the chamber housing about those axis. The actuating piston has a plurality of radially outwardly penetrating chamber flanks, which form a plurality of oil chamber sections in conjunction with radially inwardly projecting webs of the chamber housing in that chamber housing. The chamber flanks are equipped with sealing strips, whereby the oil chamber sections, each separated by a chamber flank of the actuating piston, are sealed against each other. The sealing strips are in this case used in radial grooves which are formed in the chamber flanks.
Durch den Einsatz von Nockenwellenverstellvorrichtungen wird es auf vorteilhafte Weise möglich, die Phasenlage einer Nockenwelle gegenüber einem von einer Steuerkette, einem Zahnriemen oder einem anderweitigen Antriebssystem angetriebenen Antriebsrad zu verändern. Hierdurch wird es möglich, die Steuerzeiten der durch jene Nockenwelle angetriebenen Ventile vorteilhaft auf den momentanen Lastzustand der Brennkraftmaschine abzustimmen. Bei der Herstellung der bekannten Nockenwellenverstellvorrichtungen bestehen hohe Anforderungen an die Geometrie, die Oberflächengüten und die Materialeigenschaften, insbesondere die Festigkeiten der einzelnen Komponenten. Through the use of camshaft adjusting devices, it is advantageously possible to change the phase position of a camshaft relative to a driven by a timing chain, a timing belt or other drive system drive wheel. This makes it possible to tune the timing of the valves driven by those camshaft advantageous to the current load state of the internal combustion engine. In the production of the known camshaft adjusting devices, high demands are placed on the geometry, the surface qualities and the material properties, in particular the strengths of the individual components.
Aufgabe der ErfindungObject of the invention
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, Lösungen zu schaffen, durch welche es möglich wird, eine Nockenwellenverstellvorrichtung zu schaffen, bei welcher auf ölhydraulischem Wege eine geforderte Einstellung der Phasenlage einer Nockenwelle gegenüber einem Antriebsrad herbeigeführt werden kann, wobei sich diese Nockenwellenverstellvorrichtung durch einen robusten und fertigungstechnisch vorteilhaft realisierbaren Aufbau auszeichnet. The invention is based on the object to provide solutions by which it is possible to provide a camshaft adjusting device, in which a required adjustment of the phase position of a camshaft relative to a drive wheel can be brought about oil hydraulic, with this camshaft adjusting device by a robust and production-technically advantageous realizable structure distinguished.
Erfindungsgemäße LösungInventive solution
Die vorangehend genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Nockenwellenverstellvorrichtung für eine Brennkraftmaschine, mit:
- – einem Kammergehäuse
- – einem Stellkolben der in dem Kammergehäuse aufgenommen ist und der um eine zur Umlaufachse des Kammergehäuses konzentrische Achse schwenkbar ist, wobei der Stellkolben mehrere Trennflanken aufweist, die sich radial über eine zylindrischen Basisfläche des Stellkolbens erheben, und jeweils in dem Kammergehäuse gebildete Druckkammern in eine erste Kammersektion und eine zweite Kammersektion unterteilen, und
- – Dichtleisten, die radial bewegbar in jeweils eine in einer Trennflanke des Stellkolbens ausgebildete Führungsnut eingesetzt sind,
- – wobei in der jeweiligen Dichtleiste, und/oder der Führungsnut eine Führungsgeometrie ausgebildet ist und an dieser Führungsgeometrie ein Ventilglied derart geführt ist, dass dieses nach Maßgabe eines an dem Ventilglied anliegenden Öldrucks in unterschiedliche Stellungen verlagerbar ist.
- - A chamber housing
- - An actuating piston which is accommodated in the chamber housing and which is pivotable about an axis concentric to the axis of the chamber housing, wherein the actuating piston has a plurality of separating flanks, which rise radially over a cylindrical base surface of the actuating piston, and each formed in the chamber housing pressure chambers in a first Subdivide chamber section and a second chamber section, and
- Sealing strips, which are inserted in a radially movable manner into a respective guide groove formed in a separating flank of the actuating piston,
- - Wherein a guide geometry is formed in the respective sealing strip, and / or the guide groove and on this guide geometry, a valve member is guided such that this is displaceable in accordance with a voltage applied to the valve member oil pressure in different positions.
Dadurch wird es auf vorteilhafte Weise möglich, im Zusammenspiel mit der Dichtleiste eine präzise und zuverlässig betätigbare Ventileinrichtung zu realisieren. This makes it possible in an advantageous manner to realize in conjunction with the sealing strip a precise and reliably operable valve device.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Nockenwellenverstellvorrichtung derart ausgebildet, dass ein Antriebsrad vorgesehen ist das als solches an das Kammergehäuse angebunden ist. Die Nockenwelle ist dann an den Stellkolben angebunden. Das Antriebsrad kann dabei insbesondere als Ketten- oder Zahnriemenrad oder auch als Zahnrad für einen Rädertrieb ausgebildet sein. Das Antriebsrad kann die Funktion eines Gehäuseteils, insbesondere eines Abschlussdeckels des Kammergehäuses übernehmen. Alternativ zu der vorangehend beschriebenen Ausgestaltung ist es in der Art einer kinematischen Umkehr auch möglich, das genannte Antriebsrad an den Stellkolben und die Nockenwelle dann an das Kammergehäuse anzubinden. Bei dieser Variante kann dann der Stellkolben in vorteilhafter Weise auf einem Endabschnitt der Nockenwelle präzise drehbar geführt werden. According to a particularly preferred embodiment of the invention, the camshaft adjusting device is designed such that a drive wheel is provided which is connected as such to the chamber housing. The camshaft is then connected to the actuator piston. The drive wheel can be designed in particular as a chain or toothed belt wheel or as a gear for a gear drive. The drive wheel can take over the function of a housing part, in particular a cover plate of the chamber housing. As an alternative to the embodiment described above, it is also possible, in the manner of a kinematic reversal, to connect the said drive wheel to the control piston and the camshaft to the chamber housing. In this variant, the adjusting piston can then be guided in an advantageous manner on an end portion of the camshaft precisely rotatable.
Die Dichtleiste kann gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung derart ausgebildet sein, dass die Führungsgeometrie das Ventilglied gegenüber der Umlaufachse radial verlagerbar führt. Das Ventilglied kann so gestaltet sein, dass dieses einen unrunden Querschnitt aufweist, wobei dann in der Dichtleiste eine hinsichtlich des Querschnitts komplementäre Führungstasche ausgebildet ist. Eine fertigungstechnisch besonders vorteilhafte Alternative zu der vorangehend genannten Variante besteht darin, dass das Ventilglied so gestaltet ist, dass dieses einen Kreisquerschnitt aufweist. In der Dichtleiste ist dann eine zylindrische Sacklochbohrung ausgebildet in welcher das Ventilglied mit den für Schieberventile typischen Passungen leichtgängig verlagerbar geführt ist. According to a particularly preferred embodiment of the invention, the sealing strip can be designed such that the guide geometry guides the valve member so as to be radially displaceable relative to the revolving axis. The valve member may be designed so that this has a non-circular cross-section, in which case in the sealing strip with respect to the cross-sectional complementary guide pocket is formed. A manufacturing technology particularly advantageous alternative to the above-mentioned variant is that the valve member is designed so that this has a circular cross-section. In the sealing strip then a cylindrical blind hole is formed in which the valve member with the typical fits for slide valves fits smoothly displaced.
In vorteilhafter Weise werden das Ventilglied und die Dichtleiste über eine Federeinrichtung gegeneinander abgestützt. Diese Federeinrichtung kann als leicht axial vorgespannte Schrauben- oder Zylinderfeder ausgebildet sein, wobei diese die Federeinrichtung in einer in der Dichtleiste ausgebildeten Tasche positioniert werden kann. Advantageously, the valve member and the sealing strip are supported against each other via a spring device. This spring device can be configured as a slightly axially preloaded screw or cylinder spring, wherein the spring device can be positioned in a pocket formed in the sealing strip.
Die im Zusammenspiel zwischen Dichtleiste und Ventilglied realisierte Ventilanordnung ist vorzugsweise so ausgeführt, dass das Ventilglied zum Bodenbereich der Dichtleiste freiliegt und die Beaufschlagung des Ventilglieds mit Drucköl aus dem Bereich des Nutbodens der in dem Stellkolben ausgebildeten Führungsnut erfolgt. Aus diesem Bereich kann dann auch beim Zusammenbau der Nockenwellenverstellvorrichtung das Ventilglied in die Dichtleiste eingefügt werden.The realized in the interaction between sealing strip and valve member valve assembly is preferably designed so that the valve member is exposed to the bottom portion of the sealing strip and the loading of the valve member with pressure oil from the region of the groove bottom of the formed in the actuating piston guide groove. From this area can then be inserted into the sealing strip during assembly of the camshaft adjusting the valve member.
Die Erfindung richtet sich im Kern auf einen Nockenwellenversteller für einen Steuertrieb, insbesondere in Form eines Ketten- oder Riementriebes. Hierbei ist in die Dichtleisten oder Flügel jeweils ein Ventilelement eingebunden über welches eines hydraulischer Freilauf und insbesondere eine Mittenverriegelung herbeiführbar ist, welche bei Bedarf benötigt wird. Die Ventilelemente werden durch Öldruck angesteuert und sind durch eine Druckfeder in eine Ausgangsposition vorgespannt. The invention is based essentially on a camshaft adjuster for a timing drive, in particular in the form of a chain or belt drive. Here, in each case a valve element is integrated into the sealing strips or wings via which a hydraulic freewheel and in particular a central locking can be brought, which is needed if necessary. The valve elements are controlled by oil pressure and are biased by a compression spring into a starting position.
Durch den Einsatz der Ventilelemente (auch Steuerkolben) in den Dichtleisten ergibt sich eine vorteilhafte Nutzung des Bauraums und des Werkstoffes der Dichtleisten. Erfindungsgemäß wird also in die benötigten Dichtleisten die Funktion einer Ventilmechanik integriert.The use of the valve elements (also control piston) in the sealing strips results in an advantageous use of the space and the material of the sealing strips. According to the invention, the function of a valve mechanism is thus integrated into the required sealing strips.
Erfindungsgemäß wird in eine Dichtleiste in deren Inneren ein bewegliches zusätzliches Bauteil eingesetzt und darin verschiebbar geführt. Die Position des zusätzlichen Bauteiles wird durch den Öldruck und einer Druckfeder bestimmt. Durch die Bewegung des inneren Bauteiles wird ein Kanal, insbesondere eine Bohrung, welche im Rotorflügel ist, geöffnet und geschlossen und somit die Funktion eines Steuerkolbens abgebildet. Die Bewegung des Steuergliedes erfolgt dabei in radialer Richtung. Dadurch ist eine kompakte Bauform des Nockenwellenverstellers realisierbar. Das Steuerglied kann viereckig oder rund ausgebildet sein. bzw. Zwischenformen haben (z.B. abgerundete Kanten) welche eine optimalere Herstellbarkeit und Funktion ermöglichen. Eine vorteilhafte Geometrie ist bei Verwendung einer schmalen Dichtleiste die Vierkantform für das Steuerglied. Das Steuerglied kann z.B. in einer Nut in der Dichtleiste geführt sein. Das Steuerglied kann mit der Dichtleiste eine Baugruppe bilden.According to the invention, a movable additional component is inserted into a sealing strip in its interior and guided displaceably therein. The position of the additional component is determined by the oil pressure and a compression spring. As a result of the movement of the inner component, a channel, in particular a bore, which is in the rotor blade, is opened and closed, and thus the function of a control piston is depicted. The movement of the control member takes place in the radial direction. As a result, a compact design of the camshaft adjuster can be realized. The control member may be square or round. or intermediate shapes (e.g., rounded edges) which allow for better manufacturability and function. An advantageous geometry is the square shape for the control member when using a narrow sealing strip. The control member may e.g. be guided in a groove in the sealing strip. The control member can form an assembly with the sealing strip.
Kurzbeschreibung der FigurenBrief description of the figures
Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung. Es zeigt:Further details and features of the invention will become apparent from the following description taken in conjunction with the drawings. It shows:
Ausführliche Beschreibung der FigurenDetailed description of the figures
Die Darstellung nach
Bei dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel ist weiterhin ein Antriebsrad
Bei dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel ist die erfindungsgemäß in die Dichtleiste
Die erfindungsgemäße Ventilmechanik bietet insbesondere die Funktion einer Mittenverriegelung bei einem Nockenwellenversteller. Bei einer Mittenverriegelung wird über einen zusätzlichen Ölkanal, der nicht mit den Arbeitskammern C1, C2 kurzgeschlossen ist die Ventilmechanik betätigt. Durch den Druck in diesem zusätzlichen Ölkanal wird festgelegt, wann entriegelt und verriegelt werden soll, ohne Einfluss von den Arbeitskammern C1, C2. Eine besondere Ausführungsform beinhaltet zusätzlich die Funktion bei Bedarf die Arbeitskammern kurzzuschließen. Durch diesen Kurzschluss entsteht ein hydraulischer Freilauf. Für diesen gezielten Kurzschluss wird die erfindungsgemäße Ventileinrichtung verwendet und angesteuert über den dritten Ölkanal in dem dieser drucklos geschaltet wird. Zusätzlich kann für eine Arbeitskammer die Ölabfuhr abgestellt werden. Diese dient somit bei Verwendung des hydraulischen Freilaufes als Abstützkammer und erhält Öl nur noch über den Kurzschluss zwischen C1 und C2. Der Ölabfluss ist bei dieser Abstützkammer zusätzlich durch ein Rückschlagventil V1, V2 verhindert, somit findet der Kurzschluss zwischen C1 und C2 nur in einer Richtung statt. Je nach Sperrrichtung des Rückschlagventiles V1, V2 wird somit eine Abstützrichtung nach Früh oder Spät erzeugt. Es gibt je eine Abstützkammer C1, C1´ in Richtung „Früh und eine Abstützkammer C2, C2´ in Richtung „Spät. Welche Abstützkammer genutzt wird, wird entschieden durch die Position des Rotors gegenüber der Verriegelungsposition. Ist dieser z.B. in der Spätstellung gegenüber der Verrieglungsposition so wird durch den Verrieglungskolben welcher in Richtung Früh sperren soll, die Ölabfuhr der Abstützkammer, welche in Richtung Früh verstellen soll, gesperrt. Das erfolgt in dem der Verriegelungskolben in eine Nut eintaucht. Diese Nut erstreckt sich vom Spätanschlag bis zur Mittenverrieglungsposition. Der Verrieglungskolben dient somit gleichzeitig als Ventilkolben. Ist der Rotor jedoch in der „Frühstellung“ gegenüber der Mittenverrieglungsposition, so kann der Verrieglungskolben welcher Sperrrichtung „Früh“ hat nicht in die Nut eintauchen, da diese sich nur von „Spät“ bis Mittenverrieglungsposition erstreckt. In der Position „Früh“ kann jedoch der Verriegelungskolben mit Sperrrichtung ‚Spät“ in eine Nut eingreifen, welche sich von „Früh“ bis zur Mittenverrieglungsposition erstreckt. Dadurch wird die Ölabfuhr für die Abstützkammer, welche in Richtung‚ Spät wirkt, geschlossen.The valve mechanism according to the invention offers in particular the function of a center lock in a camshaft adjuster. In the case of a central locking, the valve mechanism is actuated via an additional oil channel which is not short-circuited to the working chambers C1, C2. The pressure in this additional oil passage determines when to unlock and lock without influence from the working chambers C1, C2. A particular embodiment additionally includes the function when needed to short the working chambers. This short circuit creates a hydraulic freewheel. For this specific short circuit, the valve device according to the invention is used and controlled via the third oil passage in which it is depressurized. In addition, the oil drain can be turned off for a working chamber. This therefore serves as a support chamber when using the hydraulic freewheel and receives oil only via the short circuit between C1 and C2. The oil drain is additionally prevented in this support chamber by a check valve V1, V2, thus the short circuit between C1 and C2 takes place only in one direction. Depending on the reverse direction of the check valve V1, V2 thus a support direction is generated after early or late. There is ever a support chamber C1, C1 'in the direction of "Early and a support chamber C2, C2' in the direction" Late. Which support chamber is used, is decided by the position of the rotor relative to the locking position. If this is e.g. in the late position relative to the Verrieglungsposition so by the Verrieglungskolben which is to lock in the direction of early, the oil removal of the support chamber, which is to adjust in the direction of early, locked. This is done by immersing the locking piston in a groove. This groove extends from the late stop to the central locking position. The Verrieglungskolben thus serves as a valve piston. However, if the rotor is in the "early position" with respect to the center locking position, the locking piston can not penetrate into the groove whichever locking direction "early", since this only extends from "late" to center locking position. In the "early" position, however, the locking piston "late" can engage in a groove which extends from "early" to the central locking position. As a result, the oil removal for the support chamber, which acts in the direction of late, closed.
Durch den ständigen Zufluss neuen Öles durch den Kurzschluss der Kammern C1 und C2 wird der Nockenwellenversteller entgegen der Abstützrichtung verstellt. Der Zufluss wird durch die Wechselmomente ausgelöst welche versuchen den Rotor gegenüber dem Stator hin und her schwingen zu lassen. Dieser Vorgang läuft so lange ab, bis der Nockenwellenversteller die Verrieglungsposition erreicht hat. Es ist also auf Grundlage des erfindungsgemäßen Konzeptes möglich, zwei separate, jeweils in einem Flügel sitzende Ventileinrichtungen
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