DE102018129673A1 - Actuating mechanism for a camshaft adjusting device for actuating a concentric camshaft arrangement - Google Patents
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Abstract
Vorgeschlagen ist eine Nockenwellenverstellvorrichtung (1) mit zwei zueinander koaxial und fluchtend angeordneten Nockenwellen (12, 18), wobei eine der Nockenwellen (12) von einem hydraulischen Nockenwellenversteller (3) und die andere der Nockenwellen (18) von einem elektromechanischen Nockenwellenversteller (4) betrieben werden, wobei der jeweilige Nockenwellenversteller (3, 4) an seiner Nockenwelle (12, 18) endseitig der Nockenwelle (12, 18) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der hydraulische Nockenwellenversteller (3) von einem auf ein Zentralventil (5) einwirkenden Zentralmagneten (6) gesteuert wird, und der elektromechanische Nockenwellenversteller (4) von einem Elektromotor (7) gesteuert wird, wobei der Zentralmagnet (6) und der Elektromotor (7) in einem Aktuator (2) angeordnet sind.A camshaft adjusting device (1) is proposed with two camshafts (12, 18) arranged coaxially and in alignment with one another, one of the camshafts (12) being operated by a hydraulic camshaft adjuster (3) and the other of the camshafts (18) by an electromechanical camshaft adjuster (4) are operated, the respective camshaft adjuster (3, 4) being arranged on its camshaft (12, 18) at the end of the camshaft (12, 18), characterized in that the hydraulic camshaft adjuster (3) acts on a central valve (5) from one Central magnet (6) is controlled, and the electromechanical camshaft adjuster (4) is controlled by an electric motor (7), the central magnet (6) and the electric motor (7) being arranged in an actuator (2).
Description
Gebiet der ErfindungField of the Invention
Die Erfindung betrifft eine Nockenwellenverstellvorrichtung zur Betätigung einer konzentrischen Nockenwellenanordnung.The invention relates to a camshaft adjusting device for actuating a concentric camshaft arrangement.
Hintergrund der ErfindungBackground of the Invention
Nockenwellenversteller werden in Verbrennungsmotoren zur Variation der Steuerzeiten der Brennraumventile eingesetzt, um die Phasenrelation zwischen einer Kurbelwelle und einer Nockenwelle in einem definierten Winkelbereich, zwischen einer maximalen Früh- und einer maximalen Spätposition, variabel gestalten zu können. Die Anpassung der Steuerzeiten an die aktuelle Last und Drehzahl senkt den Verbrauch und die Emissionen. Zu diesem Zweck sind Nockenwellenversteller in einen Antriebsstrang integriert, über welche ein Drehmoment von der Kurbelwelle auf die Nockenwelle übertragen wird. Dieser Antriebsstrang kann beispielsweise als Riemen-, Ketten- oder Zahnradtrieb ausgebildet sein.Camshaft adjusters are used in internal combustion engines to vary the control times of the combustion chamber valves in order to be able to variably design the phase relationship between a crankshaft and a camshaft in a defined angular range, between a maximum early and a maximum late position. Adjusting the control times to the current load and speed reduces consumption and emissions. For this purpose, camshaft adjusters are integrated in a drive train, via which torque is transmitted from the crankshaft to the camshaft. This drive train can be designed, for example, as a belt, chain or gear drive.
Bei einem hydraulischen Nockenwellenversteller bilden das Abtriebselement und das Antriebselement ein oder mehrere Paare gegeneinander wirkende Druckkammern aus, welche mit Hydraulikmittel beaufschlagbar sind. Das Antriebselement und das Abtriebselement sind koaxial angeordnet. Durch die Befüllung und Entleerung einzelner Druckkammern wird eine Relativbewegung zwischen dem Antriebselement und dem Abtriebselement erzeugt. Die auf zwischen dem Antriebselement und dem Abtriebselement rotativ wirkende Feder drängt das Antriebselement gegenüber dem Abtriebselement in eine Vorteilsrichtung. Diese Vorteilsrichtung kann gleichläufig oder gegenläufig zu der Verdrehrichtung sein.In the case of a hydraulic camshaft adjuster, the output element and the drive element form one or more pairs of pressure chambers which act against one another and can be acted upon by hydraulic medium. The drive element and the driven element are arranged coaxially. The filling and emptying of individual pressure chambers creates a relative movement between the drive element and the driven element. The spring, which acts rotationally between the drive element and the driven element, urges the drive element in an advantageous direction with respect to the driven element. This direction of advantage can be the same or opposite to the direction of rotation.
Eine Bauart der hydraulischen Nockenwellenversteller ist der Flügelzellenversteller. Der Flügelzellenversteller weist einen Stator, einen Rotor und ein Antriebsrad mit einer Außenverzahnung auf. Der Rotor ist als Abtriebselement meist mit der Nockenwelle drehfest verbindbar ausgebildet. Das Antriebselement beinhaltet den Stator und das Antriebsrad. Der Stator und das Antriebsrad werden drehfest miteinander verbunden oder sind alternativ dazu einteilig miteinander ausgebildet. Der Rotor ist koaxial zum Stator und innerhalb des Stators angeordnet. Der Rotor und der Stator prägen mit deren, sich radial erstreckenden Flügeln, gegensätzlich wirkende Ölkammern aus, welche durch Öldruck beaufschlagbar sind und eine Relativdrehung zwischen dem Stator und dem Rotor ermöglichen. Die Flügel sind entweder einteilig mit dem Rotor bzw. dem Stator ausgebildet oder als „gesteckte Flügel“ in dafür vorgesehene Nuten des Rotors bzw. des Stators angeordnet. Weiterhin weisen die Flügelzellenversteller diverse Abdichtdeckel auf. Der Stator und die Abdichtdeckel werden über mehrere Schraubenverbindungen miteinander gesichert.One type of hydraulic camshaft adjuster is the vane adjuster. The vane adjuster has a stator, a rotor and a drive wheel with external teeth. The rotor is usually designed as an output element so that it can be connected in a rotationally fixed manner to the camshaft. The drive element includes the stator and the drive wheel. The stator and the drive wheel are connected to one another in a rotationally fixed manner or alternatively are formed in one piece with one another. The rotor is arranged coaxially to the stator and inside the stator. The rotor and the stator, with their radially extending vanes, form oppositely acting oil chambers which can be acted upon by oil pressure and enable a relative rotation between the stator and the rotor. The blades are either formed in one piece with the rotor or the stator or are arranged as “inserted blades” in grooves provided for this purpose in the rotor or the stator. The vane adjusters also have various sealing covers. The stator and the sealing cover are secured together using several screw connections.
Eine andere Bauart der hydraulischen Nockenwellenversteller ist der Axialkolbenversteller. Hierbei wird über Öldruck ein Verschiebeelement axial verschoben, welches über Schrägverzahnungen eine Relativdrehung zwischen einem Antriebselement und einem Abtriebselement erzeugt.Another type of hydraulic camshaft adjuster is the axial piston adjuster. Here, a displacement element is axially displaced via oil pressure, which generates a relative rotation between a drive element and an output element via helical gears.
Eine weitere Bauform eines Nockenwellenverstellers ist der elektromechanische Nockenwellenversteller, der ein Dreiwellengetriebe (beispielsweise ein Planetengetriebe oder ein Wellgetriebe) aufweist. Dabei bildet eine der Wellen das Antriebselement und eine zweite Welle das Abtriebselement. Über die dritte Welle kann dem System mittels einer Stelleinrichtung, beispielsweise ein Elektromotor oder eine Bremse, Rotationsenergie zugeführt oder aus dem System abgeführt werden, um eine Verstellung einzuleiten. Eine Feder kann zusätzlich angeordnet werden, welche die Relativdrehung zwischen Antriebselement und Abtriebselement unterstützt oder zurückführt.Another design of a camshaft adjuster is the electromechanical camshaft adjuster, which has a three-shaft gear (for example a planetary gear or a wave gear). One of the shafts forms the drive element and a second shaft forms the output element. Via the third shaft, rotational energy can be supplied to the system by means of an actuating device, for example an electric motor or a brake, or can be removed from the system in order to initiate an adjustment. A spring can also be arranged which supports or returns the relative rotation between the drive element and the driven element.
Die
Zusammenfassung der ErfindungSummary of the invention
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Nockenwellenverstellvorrichtung zur Verstellung einer konzentrischen Nockenwellenanordnung (konzentrische Nockenwellen) anzugeben, die besonders platzsparend ausgebildet ist.The object of the invention is to provide a camshaft adjusting device for adjusting a concentric camshaft arrangement (concentric camshafts) which is particularly space-saving.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.According to the invention, this object is achieved by the features of
Hierdurch wird erreicht, dass ein Aktuator den elektromechanischen Nockenwellenversteller und den hydraulischen Nockenwellenversteller, vorzugsweise zugleich, betätigen kann und dabei sehr wenig axialen Bauraum benötigt.It is thereby achieved that an actuator can actuate the electromechanical camshaft adjuster and the hydraulic camshaft adjuster, preferably at the same time, and thereby requires very little axial installation space.
Der hydraulische Nockenwellenversteller besitzt einen, aus dem Stand der Technik bereits bekannten und beliebig ausgebildeten, hydraulisch betriebenen Verstellmechanismus. Der elektromechanische Nockenwellenversteller besitzt als Verstellmechanismus ein, aus dem Stand der Technik bekanntes und beliebig ausgebildetes, Getriebe. Das Zentralventil für den hydraulischen Verstellmechanismus wird durch einen Zentralmagneten angesteuert. Der Verstellmechanismus des elektromechanischen Nockenwellenverstellers wird von einem Elektromotor betrieben. Beide Betätigungsmechanismen, der Zentralmagnet und der Elektromotor, sind erfindungsgemäß in einem einzigen Aktuator integriert. Zudem weist der Aktuator ein sich in axialer Richtung erstreckendes Betätigungselement auf, das beide Verstellmechanismen erreicht und jeweils unabhängig voneinander betätigen kann. Alternativ oder zusätzlich kann das Betätigungselement beide Verstellmechanismen abhängig voneinander betätigen. Diese als Betätigungswelle ausgebildete Betätigungselement kann verschiedene Ausführungen aufweisen.The hydraulic camshaft adjuster has a hydraulic, which is already known from the prior art and is of any design operated adjustment mechanism. As an adjustment mechanism, the electromechanical camshaft adjuster has a gear known from the prior art and of any design. The central valve for the hydraulic adjustment mechanism is controlled by a central magnet. The adjustment mechanism of the electromechanical camshaft adjuster is operated by an electric motor. According to the invention, both actuation mechanisms, the central magnet and the electric motor, are integrated in a single actuator. In addition, the actuator has an actuating element extending in the axial direction, which reaches both adjustment mechanisms and can actuate each independently. As an alternative or in addition, the actuating element can actuate both adjustment mechanisms depending on one another. This actuating element, which is designed as an actuating shaft, can have different designs.
In einer ersten Ausbildung der Erfindung ist die Betätigungswelle als Hohlwelle mit einem in der Hohlwelle platzierten Stößel ausgeführt. Die Hohlwelle ist mit dem Elektromotor verbunden, welcher den elektromechanischen Nockenwellenversteller betätigt. Der Stößel betätigt das Zentralventil, welches, in bekannter Weise, koaxial und fluchtend zur Nockenwelle und innerhalb des hydraulischen Nockenwellenverstellers angeordnet ist. Der Stößel ist mit dem Zentralmagneten verbunden, welcher sich innerhalb des Aktuators befindet, der zugleich den Elektromotor beherbergt. Damit können beide Verstellmechanismen unabhängig voneinander betätigt werden.In a first embodiment of the invention, the actuating shaft is designed as a hollow shaft with a plunger placed in the hollow shaft. The hollow shaft is connected to the electric motor, which actuates the electromechanical camshaft adjuster. The tappet actuates the central valve, which, in a known manner, is arranged coaxially and in alignment with the camshaft and within the hydraulic camshaft adjuster. The plunger is connected to the central magnet, which is located inside the actuator, which also houses the electric motor. This means that both adjustment mechanisms can be operated independently of one another.
In einer zweiten Ausbildung der Erfindung ist die Welle des Elektromotors axial verschiebbar zum Rotor des Elektromotors gelagert und kann zusätzlich als Stößel des Zentralmagneten verwendet werden. In dieser Ausbildung ist die Betätigungswelle eine aus Vollmaterial ausgebildete Welle, welche drehbar zur Betätigung des elektromechanischen Nockenwellenverstellers und axial verschiebbar zur Betätigung des hydraulischen Nockenwellenverstellers ausgebildet ist. Diese Betätigungswelle kann für die Schnittstelle zum elektromechanischen Nockenwellenversteller eine Passfedernut aufweisen, um ein Drehmoment zu übertragen. Diese Passfedernut ist jedoch im Gegensatz zum allgemeinen Verständnis dergestalt, dass das in die Passfedernut eingreifende Drehmomentübertragungselement in der Passfedernut axial verschiebbar ist, damit die Betätigungswelle als Stößel in axialer Richtung verschiebbar betätigt werden kann, ohne die Betätigung des elektromechanischen Nockenwellenverstellers zu stören. Damit können beide Verstellmechanismen unabhängig voneinander betätigt werden.In a second embodiment of the invention, the shaft of the electric motor is axially displaceable relative to the rotor of the electric motor and can additionally be used as a tappet for the central magnet. In this embodiment, the actuating shaft is a shaft made of solid material, which is rotatable for actuating the electromechanical camshaft adjuster and axially displaceable for actuating the hydraulic camshaft adjuster. This actuating shaft can have a feather key groove for the interface to the electromechanical camshaft adjuster in order to transmit a torque. However, in contrast to the general understanding, this feather key groove is such that the torque transmission element engaging in the feather key groove is axially displaceable in the feather key groove, so that the actuating shaft can be actuated in the axial direction as a plunger without disturbing the actuation of the electromechanical camshaft adjuster. This means that both adjustment mechanisms can be operated independently of one another.
Durch die erfindungsgemäße Anordnung des Zentralmagneten und des Elektromotors hinsichtlich seiner Betätigungselemente wird eine sehr kompakte Bauweise erreicht.The inventive arrangement of the central magnet and the electric motor with regard to its actuating elements results in a very compact design.
FigurenlisteFigure list
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren dargestellt. Embodiments of the invention are shown in the figures.
Es zeigen:
-
1 eine erfindungsgemäße Nockenwellenverstellvorrichtung mit einer ersten Ausbildung des erfindungsgemäßen Aktuators und -
2 eine erfindungsgemäße Nockenwellenverstellvorrichtung mit einer zweiten Ausbildung des erfindungsgemäßen Aktuators.
-
1 a camshaft adjusting device according to the invention with a first embodiment of the actuator according to the invention and -
2nd a camshaft adjusting device according to the invention with a second embodiment of the actuator according to the invention.
Detaillierte Beschreibung der ZeichnungenDetailed description of the drawings
Die Nockenwellenverstellvorrichtung
Damit sowohl das Zentralventil
In der ersten Ausbildung des Aktuators
Die Hohlwelle
Es werden die Unterschiede zur Ausbildung des Aktuators
Die in
BezugszeichenlisteReference symbol list
- 1)1)
- NockenwellenverstellvorrichtungCamshaft adjustment device
- 2)2)
- AktuatorActuator
- 3)3)
- Hydraulischer NockenwellenverstellerHydraulic camshaft adjuster
- 4)4)
- Elektromechanischer NockenwellenverstellerElectromechanical camshaft adjuster
- 5)5)
- ZentralventilCentral valve
- 6)6)
- ZentralmagnetCentral magnet
- 7)7)
- ElektromotorElectric motor
- 8)8th)
- BetätigungselementActuator
- 9)9)
- BetätigungswelleActuating shaft
- 10)10)
- HohlwelleHollow shaft
- 11)11)
- StößelPestle
- 12)12)
- Nockenwelle (erste)Camshaft (first)
- 13)13)
- PassfedernutKeyway
- 14)14)
- --
- 15)15)
- DrehachseAxis of rotation
- 16)16)
- Scheibenartiger AbschnittDisc-like section
- 17)17)
- Kupplungclutch
- 18)18)
- Nockenwelle (zweite)Camshaft (second)
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited
- EP 3141711 A1 [0007]EP 3141711 A1 [0007]
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DE102018129673.8A DE102018129673A1 (en) | 2018-11-26 | 2018-11-26 | Actuating mechanism for a camshaft adjusting device for actuating a concentric camshaft arrangement |
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EP3141711A1 (en) | 2015-09-11 | 2017-03-15 | Mechadyne International Limited | Dual camshaft phaser |
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- 2018-11-26 DE DE102018129673.8A patent/DE102018129673A1/en active Pending
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