DE10339668B4

DE10339668B4 - Ventilzeitsteuervorrichtung

Info

Publication number: DE10339668B4
Application number: DE10339668.3A
Authority: DE
Inventors: Motoo Nakamura; Shigeru Nakajima
Original assignee: Aisin Seiki Co Ltd
Current assignee: Aisin Corp
Priority date: 2002-08-28
Filing date: 2003-08-28
Publication date: 2015-11-12
Anticipated expiration: 2023-08-29
Also published as: US20040074458A1; US6782854B2; JP2004084611A; JP3906763B2; DE10339668A1

Abstract

Ventilzeitsteuervorrichtung zum Steuern der Öffnungs- und Schließzeitpunkte von Ventilen, mit einem drehbaren Teil (10), einem auf dem drehbaren Teil (10) drehbar angeordneten Drehübertragungsteil (30, 40, 50), zumindest einer von dem drehbaren Teil (10) und dem Drehübertragungsteil (30, 40, 50) begrenzten Fluidkammer (RO), und einem sich radial erstreckenden Flügel (70), der die zumindest eine Fluidkammer (RO) in eine Vorlaufwinkelkammer (R1) und eine Rücklaufwinkelkammer (R2) unterteilt, wobei der Flügel (70) in eine Flügelnut (21) eingepasst ist, die in dem drehbaren Teil (10) oder dem Drehübertragungsteil (30, 40, 50) ausgebildet ist, wobei die Flügelnut (21) einen Bodenabschnitt (21a) und Berührungsabschnitte (21b) aufweist, die mit dem Flügel (70) in Berührung stehen, und wobei ein elastisches Teil (73) zwischen dem Bodenabschnitt (21a) der Flügelnut (21) und einem Eingriffsabschnitt (70c) des Flügels (70) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die radiale Länge (A) zwischen dem Bodenabschnitt (21a) der Flügelnut (21) und den dem Bodenabschnitt (21a) benachbarten Rändern (21c) der Berührungsabschnitte (21b) größer ist als die radiale Länge (B) zwischen dem Bodenabschnitt (21a) und dem Eingriffsabschnitt (70c) des Flügels (70).

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Ventilzeitsteuervorrichtung, die die Öffnungs- und Schließzeitpunkte von Ansaug- oder Auslassventilen eines Verbrennungsmotors steuert, und insbesondere auf eine Ventilzeitsteuervorrichtung mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Patentanspruch 1.
Eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Patentanspruch 1 ist bekannt durch die Veröffentlichungen JP H11-101107 A und DE 101 47 336 A1 . Diese bekannte Vorrichtung ist zwischen einer Kurbelwelle eines Verbrennungsmotors und einer Nockenwelle zum Öffnen und Schließen von Ansaug- oder Auslassventilen vorgesehen, und steuert die Öffnungs- und Schließzeitpunkte von Ansaug- oder Auslassventilen in variabler Abhängigkeit von der Drehung der Kurbelwelle.
Diese Vorrichtung hat einen Zeitzahnkranz, der sich synchron mit der Kurbelwelle dreht, ein Gehäuse, das sich zugleich mit dem Zeitzahnkranz dreht, ein drehbares Teil in Form eines Rotors, der relativ zu dem Gehäuse drehbar ist und der die Nockenwelle antreibt, und einen Flügel, der eine zwischen dem Rotor und dem Gehäuse ausgebildete Fluidkammer in eine Vorlaufwinkelkammer und eine Nachlaufwinkelkammer unterteilt und der das Ausmaß der relativen Drehung zwischen dem Rotor und dem Gehäuse durch die Berührung mit Seitenflächen eines an dem Gehäuse ausgebildeten Schuhabschnitts reguliert. Der Flügel ist in eine Flügelnut eingepasst, die in der radialen Richtung an dem Rotor ausgebildet ist, und dreht sich zusammen mit dem Rotor. Berührungsabschnitte sind zwischen einem Bodenabschnitt und dem offenen Ende der Flügelnut ausgebildet, wobei die Drehkraft von dem Flugel durch die Berührungsabschnitte auf den Rotor übertragen wird, wenn der Druckunterschied zwischen der Vorlaufwinkelkammer und der Nachlaufwinkelkammer erzeugt wird. Ein konkaver Abschnitt ist an einem radial inneren Endabschnitt des Flügel ausgebildet, und eine Flügelfeder ist zwischen dem konkaven Abschnitt und dem Bodenabschnitt der Flügelnut vorgesehen. Die Flügelfeder drückt den Flügel in radialer Richtung nach außen, so dass ein radial äußeres Ende des Flügels auf einer inneren Wand der Fluidkammer gleitet.
Jedoch ist bei der oben beschriebenen Vorrichtung ein Berührungsbereich zwischen dem Flügel und dem Berührungsabschnitt der Flügelnut durch den konkaven Abschnitt des Flügels verringert. Wenn der Flügel mit dem Rotor wegen des Druckunterschiedes zwischen der Vorlaufwinkelkammer und der Nachlaufwinkelkammer dreht, wird eine Antriebskraft wegen des Druckunterschiedes auf den Flugel aufgebracht, und eine der Antriebskraft entsprechende Last wird auf die Berührungsabschnitte der Flügelnut ausgeubt. Wenn der Flügel die relative Drehung zwischen dem Rotor und dem Gehäuse durch die Berührung mit den Seitenflächen des Schuhabschnittes reguliert, wird ferner eine Reaktionskraft auf den Flügel aufgebracht, und eine der Reaktionskraft entsprechende Last wird auf die Berührungsabschnitte der Flügelnut ausgeübt.
Deswegen tritt eine erhöhte Flächenpressung an den Berührungsabschnitten auf und besteht die Gefahr, dass die Berührungsabschnitte verschlissen werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die gattungsgemäße Ventilzeitsteuervorrichtung dahingehend weiterzubilden, dass dem Verschleiß der Berührungsabschnitte vorgebeugt ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Ventilzeitsteuervorrichtung gemäß Patentanspruch 1 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen definiert.
Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden detaillierten Beschreibung einer bevorzugten beispielhaften Ausführungsform anhand der Zeichnungen. Es zeigen:
1 eine Querschnittsansicht einer Ausfuhrungsform einer Ventilzeitsteuervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung;
2 eine Vorderansicht der Ausführungsform in dem Zustand, in dem eine Vorderplatte entfernt ist;
3 eine vergrößerte Vorderansicht einer Flügelnut der Ausführungsform;
4 eine vergrößerte Querschnittsansicht der Flügelnut der Ausführungsform; und
5(a) und 5(b) Diagramme des Einbauzustands einer Flügelfeder der Ausführungsform.
Mit Bezug auf 1 und 2 hat eine Ventilzeitsteuervorrichtung ein drehbares Teil, das als Rotor 20 ausgebildet ist, der fest an einem vorderen Endabschnitt einer Nockenwelle 10 befestigt ist, die drehbar in einem Zylinderkopf 100 eines Verbrennungsmotors gelagert ist, ein Drehübertragungsteil, das ein Gehäuse 30 aufweist, das an dem Rotor 20 so befestigt ist, dass es relativ zu dem Rotor 20 innerhalb eines vorbestimmten Winkels drehen kann, eine Vorderplatte 40, eine Rückplatte 50 und einen Zeitzahnkranz 31, der einstückig mit dem Gehäuse 30 ausgebildet ist, vier an dem Rotor 20 angebrachte Flügel 70 und einen in dem Gehäuse 30 vorgesehenen Sperrschlüssel 80. Das Drehmoment wird über einen Kurbelzahnkranz und eine Zeitkette (nicht gezeigt) von einer Kurbelwelle (nicht gezeigt) im Uhrzeigersinn in 2 zu dem Zeitzahnkranz 31 übertragen.
Die Nockenwelle 10 hat Nocken, die Ansaug- oder Auslassventile (nicht gezeigt) öffnen und schließen. Ein Vorlaufwinkeldurchtritt 11 und ein Nachlaufwinkeldurchtritt 12, die sich in der axialen Richtung erstrecken, sind in der Nockenwelle 10 ausgebildet. Der Vorlaufwinkeldurchtritt 11 ist mit einer ersten Verbindungsöffnung 201 eines Wegeventils 200 über einen Verbindungsdurchtritt 16 verbunden. Der Nachlaufwinkeldurchtritt 12 ist mit einer zweiten Verbindungsöffnung 202 des Wegeventils 200 über einen Verbindungsdurchtritt 15 verbunden. Das Wegeventil 200 hat eine bekannte Konstruktion und umfasst einen Kolbenschieber 204, der durch Erregen eines Solenoids 203 gegen eine Feder (nicht gezeigt) bewegt wird. Wenn das Wegeventil 200 nicht erregt ist, ist eine mit einer durch den Verbrennungsmotor angetriebene Ölpumpe 205 verbundene Zufuhröffnung 206 mit der zweiten Verbindungsöffnung 202 in Verbindung, wobei die erste Verbindungsöffnung 201 mit einer Entleerungsöffnung 207 in Verbindung ist. Außerdem ist die Zufuhröffnung 206 mit der ersten Verbindungsöffnung 201 verbunden und die zweite Verbindungsöffnung 202 ist mit der Entleerungsöffnung 207 verbunden, wenn das Wegeventil 200 erregt ist, wie dies in 1 gezeigt ist. Dabei wird die Betriebsflüssigkeit unter Druck von der Ölpumpe 205 zu dem Nachlaufwinkeldurchtritt 12 zugeführt, wenn das Wegeventil 200 nicht erregt ist, und wird die Betriebsflüssigkeit unter Druck von der Ölpumpe 205 zu dem Vorlaufwinkeldurchtritt 11 zugeführt, wenn das Wegeventil 200 erregt ist.
Der Rotor 20 ist durch eine einzelne Schraube 91 an der Nockenwelle 10 befestigt und hat vier Flügelnuten 21, eine Sperrschlüsselnut 22, vier radiale Vorlaufwinkeldurchtritte 23, vier radiale Nachlaufwinkeldurchtritte 24 und einen Durchtritt 25, der sich in Umfangsrichtung am äußeren Umfang des Rotors 20 erstreckt. Ein Kopfabschnitt des Sperrschlüssels 80 tritt in die Sperrschlüsselnut 22 ein, wenn der Rotor 20 und das Gehäuse 30 die in 2 gezeigte, vorbestimmte Relativstellung erreichen (stärkste Nachlaufwinkelstellung). Die Betriebsflüssigkeit wird aus dem Vorlaufwinkeldurchtritt 23 über den Durchtritt 25 der Sperrschlüsselnut 22 zugeführt. Die Flügel 70 sind in die Flügelnuten 21 so eingepasst, dass sie sich in der radialen Richtung bewegen können. Berührungsabschnitte 21b sind an der Flügelnut 21 zwischen einem Bodenabschnitt 21a und ihrem offenen Ende ausgebildet, und die Drehkraft wird von dem Flügel 70 durch die Berührungsabschnitte 21b zu dem Rotor 20 übertragen, wenn die Flügel 70 und der Rotor 20 sich relativ zu dem Gehäuse 30 drehen. Zwei vorspringende Abschnitte 70a sind an beiden axialen Enden eines bodenseitigen Endabschnitts (eines radialen, inneren Endabschnitts) jedes Flügels 70 ausgebildet und ein konkaver Abschnitt 70b ist zwischen den vorspringenden Abschnitten 70a ausgebildet. Ein elastisches Teil in Form einer Flügelfeder 73, die als Blattfeder ausgebildet ist, ist zwischen dem Bodenabschnitt 21 und einem am Boden des konkaven Abschnitts 70b ausgebildeten Eingriffabschnitt 70c vorgesehen. Die Flügelfedern 73 drücken die Flügel 70 in der radialen Richtung nach außen, so dass die radial äußeren Enden der Flügel 70 mit der inneren Umfangsfläche des Gehäuses 30 in Berührung sind. Die vorspringenden Abschnitte 70a verhindern, dass die Flügelfedern 73 mit der Vorderplatte 40 und der Rückplatte 50 in Berührung treten.
Wie aus 3 und 4 ersichtlich ist, ist die radiale Länge (A) zwischen dem Bodenabschnitt 21a der Flügelnut 21 und den dem Bodenabschnitt benachbarten Rändern 21c der Berührungsabschnitte 21b größer als eine radiale Länge (B) zwischen dem Bodenabschnitt 21a der Flügelnut 21 und dem Eingriffabschnitt 70c des Flügels 70. Dadurch wird die Flächenpressung an den Berührungsabschnitten 21b verringert und wird Verschleiß der Berührungsabschnitte 21b verhindert, da die Berührungsfläche zwischen jedem Flügel 70 und Rotor 20 vergrößert werden kann.
Bei dieser Ausführungsform weist der Bodenabschnitt 21a der Flügelnut 21 eine ebene Oberfläche auf. Dabei wird die Berührung zwischen dem Bodenabschnitt 21a und der Flügelfeder 73 zu einer Linienberührung oder einer flächigen Berührung, und dem Verschleiß des Bodenabschnitts 21a und der Flügelfeder 73 kann vorgebeugt werden. Wie aus 5(b) ersichtlich ist, ist außerdem eine Einbaulänge H der Flügelfeder 73 (eine radiale Länge zwischen dem Bodenabschnitt 21a der Flügelnut 21 und dem Eingriffabschnitt 70c) kleiner als eine Breite L der Flugelfeder 73. Wenn die Einbaulange H größer als die Breite L ist, verschlechtert sich die Lage der Flügelfeder 73 bei dem Einbau. Zum Beispiel kann es zum Umkippen kommen mit der Folge, dass die radial äußeren Enden der Flügel 70 den inneren Umfang des Gehäuses 30 mit nicht ausreichender Last berühren. Wie oben erwähnt, kann bei dieser Ausführungsform die Last der Flügelfedern 73 stabilisiert werden, da die Einbaulänge H kleiner eingestellt ist als die Breite L.
Das Gehäuse 30 ist an dem äußeren Umfangsbereich des Rotors 20 so befestigt, dass es sich relativ zu dem Rotor 20 innerhalb eines vorbestimmten Winkels drehen kann. Die kreisförmige Vorderplatte 40 und die kreisförmige Rückplatte 50 sind an beiden Enden des Gehäuses 30 durch vier Schrauben 92 befestigt. Vier Schuhabschnitte 33 sind in dem inneren Umfangsbereich des Gehäuses 30 ausgebildet. Die innere Umfangsfläche der Schuhabschnitte 33 berührt die äußere Umfangsfläche des Rotors 20, um so in der Lage zu sein, in Umfangsrichtung zu gleiten. Auf diese Weise ist das Gehäuse 30 drehbar auf dem Rotor 20 gelagert. In einem der Schuhabschnitte 33 sind eine Aufnahmenut 34, in der der Sperrschlüssel 80 vorgesehen ist, und eine Nut 35, in der eine Feder 81 vorgesehen ist, die gegen den Sperrschlüssel 80 in radialer Richtung drückt, und die mit der Aufnahmenut 34 in Verbindung ist, ausgebildet.
Eine Torsionsfeder 60 ist zwischen dem Rotor 20 und dem Gehäuse 30 vorgesehen. Ein Ende der Torsionsfeder 60 ist mit der Vorderplatte 40 in Eingriff und ihr anderes Ende ist mit dem Rotor 20 in Eingriff. Die Torsionsfeder 60 drückt den Rotor 20 immer relativ zu dem Gehäuse 30 der Vorderplatte 40 und der Rückplatte 50 in die Vorlaufwinkelrichtung und verbessert das Ansprechverhalten des Rotors 20 in der Vorlaufwinkelrichtung.
Vier Fluidkammern R0 sind durch den Rotor 20, das Gehäuse 30, die Vorderplatte 40 und die Rückplatte 50 gebildet. Jeder Flügel 70 teilt eine der Fluidkammern R0 in eine Vorlaufwinkelkammer R1 und eine Nachlaufwinkelkammer R2. Das Ausmaß der Relativdrehung zwischen dem Rotor 20 und dem Gehäuse 30 hängt von der Umfangsbreite (Winkel) der Fluidkammer R0 ab. Bei der stärksten Vorlaufwinkelstellung steht der Flügel 70A in Berührung mit einer Seitenfläche 33A eines Schuhabschnitts, und die Drehung des Rotors 20 relativ zu dem Gehäuse 30 in der Vorlaufwinkelrichtung ist dadurch beschränkt. Bei der stärksten Nachlaufwinkelstellung berührt der Flügel 70B eine Seitenfläche 33B des Schuhabschnitts, und die Drehung des Rotors 20 relativ zu dem Gehäuse 30 in der Nachlaufwinkelrichtung ist dadurch beschränkt. In der stärksten Nachlaufwinkelstellung ist der Kopfabschnitt des Sperrschlüssels 80 in die Sperrschlüsselnut 22 eingerastet, wie in 2 ersichtlich ist, und die relative Drehung zwischen dem Rotor 20 und dem Gehäuse 30 ist gesperrt.
Die Arbeitsweise der Ventilzeitsteuervorrichtung mit der obigen Konstruktion wird nun beschrieben. Wenn die relative Einschaltdauer des dem Solenoid 203 des Wegeventils 200 zugeführten Stroms erhöht wird und der Kolbenschieber 204 in die Stellung gemäß 2 gebracht wird, wird die von der Ölpumpe 205 zugeführte Betriebsflüssigkeit über die Zuführöffnung 206, die Verbindungsöffnung 201, den Verbindungsdurchtritt 16, den Vorlaufwinkeldurchtritt 11 und den Durchtritt 23 zu den Vorlaufwinkelkammern R1 zugeführt. Außerdem wird die von der Ölpumpe 205 zugeführte Betriebsflüssigkeit von dem Durchtritt 23 zu der Sperrschlüsselnut 22 zugeführt. Andererseits wird die Betriebsflüssigkeit in der Nachlaufwinkelkammer R2 über den Durchtritt 24, den Nachlaufwinkeldurchtritt 12, den Verbindungsdurchtritt 15 und die Verbindungsöffnung 202 aus der Entleerungsöffnung 207 des Wegeventils 200 abgegeben. Gleichzeitig bewegt sich der Sperrschlüssel 80 gegen die Feder 81, und sein Kopfabschnitt kommt aus der Sperrschlüsselnut 22 heraus. Dabei wird der Sperrzustand zwischen dem Rotor 20 und dem Gehäuse 30 gelöst. Außerdem werden der Rotor 20 und jeder Flügel 70 relativ zu dem Gehäuse 30, der Vorderplatte 40 und der Rückplatte 50 in Vorlaufwinkelrichtung (im Uhrzeigersinn) gedreht.
Wahrend der Sperrschlüssel 80 aus der Sperrschlüsselnut 22 ausgerückt ist, kann, wenn die relative Einschaltdauer des dem Solenoid 203 des Wegeventils 200 zugeführten Stroms verringert wird, die Betriebsflüssigkeit den Nachlaufwinkelkammern R2 zugeführt werden, während die Betriebsflüssigkeit aus den Vorlaufwinkelkammern R1 abgegeben wird. Dementsprechend ist es möglich, die Position des Rotors 20 und jedes Flügel 70 relativ zu dem Gehäuse 30, der Vorderplatte 40 und der Rückplatte 50 kontinuierlich in jede Stellung zwischen der stärksten Vorlaufwinkelstellung und der stärksten Nachlaufwinkelstellung einzustellen, die in 2 gezeigt ist.
Wie schon erwähnt, wird gemäß der vorliegenden Erfindung die Flächenpressung an den Berührungsabschnitten verringert und Verschleiß der Berührungsabschnitte verhindert, da die Berührungsflächen zwischen jedem Flügel und dem Rotor vergrößert werden können. Da außerdem das Ausfließen von Betriebsflüssigkeit über einen Zwischenraum zwischen der Flugelnut und dem Flügel durch das Vergrößern der Berührungsfläche verringert wird, kann das Eindringen von harten Partikeln in der Betriebsflüssigkeit in den Zwischenraum verhindert werden, und wird Verschleiß der Flügel und Flügelnuten verhindert.

Claims

Ventilzeitsteuervorrichtung zum Steuern der Öffnungs- und Schließzeitpunkte von Ventilen, mit einem drehbaren Teil (10), einem auf dem drehbaren Teil (10) drehbar angeordneten Drehübertragungsteil (30, 40, 50), zumindest einer von dem drehbaren Teil (10) und dem Drehübertragungsteil (30, 40, 50) begrenzten Fluidkammer (RO), und einem sich radial erstreckenden Flügel (70), der die zumindest eine Fluidkammer (RO) in eine Vorlaufwinkelkammer (R1) und eine Rücklaufwinkelkammer (R2) unterteilt, wobei der Flügel (70) in eine Flügelnut (21) eingepasst ist, die in dem drehbaren Teil (10) oder dem Drehübertragungsteil (30, 40, 50) ausgebildet ist, wobei die Flügelnut (21) einen Bodenabschnitt (21a) und Berührungsabschnitte (21b) aufweist, die mit dem Flügel (70) in Berührung stehen, und wobei ein elastisches Teil (73) zwischen dem Bodenabschnitt (21a) der Flügelnut (21) und einem Eingriffsabschnitt (70c) des Flügels (70) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die radiale Länge (A) zwischen dem Bodenabschnitt (21a) der Flügelnut (21) und den dem Bodenabschnitt (21a) benachbarten Rändern (21c) der Berührungsabschnitte (21b) größer ist als die radiale Länge (B) zwischen dem Bodenabschnitt (21a) und dem Eingriffsabschnitt (70c) des Flügels (70).
Ventilzeitsteuervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an dem dem Bodenabschnitt (21a) der Flügelnut (21) zugewandten Endabschnitt jedes Flügels (70) zwei vorspringende Abschnitte (70a) und dazwischen ein konkaver Abschnitt (70b) ausgebildet sind und dass der Eingriffsabschnitt (70c) durch den Boden des konkaven Abschnitts (70b) gebildet ist.
Ventilzeitsteuervorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Bodenabschnitt (21a) der Flügelnut (21) eine ebene Oberfläche hat.
Ventilzeitsteuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das elastische Teil durch eine Flügelfeder (73) gebildet ist und dass die Breite (L) der Flügelfeder (73) größer als die radiale Länge (B) zwischen dem Bodenabschnitt (21a) der Flügelnut (21) und dem Eingriffsabschnitt (70c) des Flügels (70) ist.