DE19623818C5 - Dreh- oder Winkelphasen-Steuervorrichtung - Google Patents
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Abstract
Dreh-
oder Winkelphasen-Steuervorrichtung, die zwischen einer ersten und
einer zweiten drehbaren Welle zum Verstellen einer Dreh- oder Winkelphase zwischen
der ersten und zweiten drehbaren Welle angeordnet ist, mit:
einem Gehäuse (1, 3, 4), das einen sich von einer inneren Gehäusewandung aus erstreckenden Backen (3a, 3b) aufweist und mit der ersten drehbaren Welle verbunden und zusammen mit dieser drehbar ist;
einem Rotor (9), der einen sich von einer zylindrischen Rotoroberfläche aus erstreckenden Flügel (9a, 9b) aufweist und mit der zweiten drehbaren Welle verbunden und im Gehäuse (1, 3, 4) derart aufgenommen ist, dass er innerhalb eines vorbestimmten Winkels bezüglich des Gehäuses (1, 3, 4) verdrehbar ist;
wobei der Rotor (9) und das Gehäuse (1, 3, 4) zusammenwirkend mindestens eine Kammer (10, 11, 12, 13) definieren, deren Volumen entsprechend der Drehlage des Rotors (9) bezüglich des Gehäuses (1, 3, 4) veränderbar ist; und
einem Verriegelungsmechanimus zum Verriegeln des...
einem Gehäuse (1, 3, 4), das einen sich von einer inneren Gehäusewandung aus erstreckenden Backen (3a, 3b) aufweist und mit der ersten drehbaren Welle verbunden und zusammen mit dieser drehbar ist;
einem Rotor (9), der einen sich von einer zylindrischen Rotoroberfläche aus erstreckenden Flügel (9a, 9b) aufweist und mit der zweiten drehbaren Welle verbunden und im Gehäuse (1, 3, 4) derart aufgenommen ist, dass er innerhalb eines vorbestimmten Winkels bezüglich des Gehäuses (1, 3, 4) verdrehbar ist;
wobei der Rotor (9) und das Gehäuse (1, 3, 4) zusammenwirkend mindestens eine Kammer (10, 11, 12, 13) definieren, deren Volumen entsprechend der Drehlage des Rotors (9) bezüglich des Gehäuses (1, 3, 4) veränderbar ist; und
einem Verriegelungsmechanimus zum Verriegeln des...
Description
- Die Erfindung bezieht sich auf eine zwischen einer Antriebswelle und einer Abtriebswelle angeordneten Dreh- oder Winkelphasen-Steuervorrichtung zum Verstellen der relativen Dreh- oder Winkelphase zwischen der Antriebs- und Abtriebswelle, eine Ventilsteuerzeiten-Steuervorrichtung für einen Verbrennungsmotor zur Verdrehung der Nockenwelle bezüglich der Kurbelwelle, um die Ventilöffnungs- oder -schließzeit des Einlaß- und/oder Auslaßventils zu verstellen.
- In herkömmlichen Verbrennungsmotoren wird die Drehung der Kurbelwelle mittels eines Zahnriemens, einer Kette oder eines Zahnrads auf eine Nockenwelle übertragen. Es sind einige Motoren bekannt, die eine Ventilsteuerzeiten-Steuervorrichtung enthalten, die zwischen der Kurbelwelle und der Nockenwelle angeordnet ist, um die relative Drehphase zu verstellen, um so die Öffnungs- oder Schließzeiten des Einlaßventils und/oder des Auslaßventils zu verstellen. Eine derartige Vorrichtung wird auch als VVT bezeichnet.
- Die
US 4,858,572 bzw.JP 1-92504 A - Bei dieser herkömmlichen Vorrichtung ist ein Rotor in einer Steuerzeiten-Riemenscheibe aufgenommen. Der Rotor ist mit insgesamt sechs Flügeln versehen, die jeweils einer Hydraulikkammer zugeordnet sind. Von den sechs Hydraulikkammern sind drei mit einer ersten Ölleitung und die verbleibenden drei mit in einer anderen Ölleitung verbunden. Diese beiden Ölleitungen sind im Rotor ausgebildet, um den Hydraulikkammern unter Druck stehendes Öl zuzuführen und eine Volumenänderung der Hydraulikkammern zu bewirken. Im Ansprechen auf diese Volumenänderung der Hydraulikkammern kann die Dreh- oder Winkelphase des Rotors bezüglich der Steuerzeiten-Riemenscheibe verstellt werden.
- Ferner enthält diese herkömmliche Vorrichtung zwei Druckstifte, die als Verriegelungsteile dienen. Wenn der Rotor in der maximalen Frühstellung oder in der maximalen Spätstellung positioniert ist, wird der Rotor mit der Steuerzeiten-Riemenscheibe durch einen der beiden Druckstifte verriegelt.
- Bei dieser herkömmlichen Vorrichtung sind die Druckstifte in Radialrichtung verschiebbar angeordnet. Folglich besteht die Möglichkeit, daß diese Druckstifte irrtümlicherweise in Radialrichtung verschoben werden können, wenn sie eine große Zentrifugalkraft bedingt durch eine Drehung des Rotors erfahren. Gewöhnlich wird durch die Anordnung der radial verschiebbaren Druckstifte der Gesamtdurchmesser der Vorrichtung eher vergrößert, wodurch eine Verkleinerung der Vorrichtung schwierig ist.
- Da die Druckstifte in der Riemenscheibe angeordnet sind, müssen die Schrauben zum Schließen des Gehäuses des Rotors am radial äußersten Ende der Vorrichtung angeordnet werden. Dies erschwert es weiter, die Größe zu reduzieren.
- Jeder Druckstift ist stabförmig ausgebildet, bei dem ein problemloser Eintritt in die entsprechende Kopplungsbohrung möglicherweise versagt bleibt. Wenn alternativ ein großes Spiel zwischen dem Druckstift und der Kopplungsbohrung vorgesehen wird, um einen problemlosen Eintritt sicherzustellen, können aufgrund des Spiels der Druckstifte Geräusche entstehen.
- Ferner besteht die Möglichkeit, daß die Druckstifte verformt werden können, wenn sie eine große Spannung aufnehmen, die in beide Drehrichtungen wirkt.
- Die Druckstifte werden hydraulisch angetrieben. Wenn die Ventilsteuerzeiten in einer Zwischenlage oder während einer Schaltbetätigung der Druckstifte eingestellt werden, können die Druckstifte an der Oberfläche des Rotors reibend gleiten. Dies erhöht den Verschleiß, verringert die Lebensdauer der reibenden Teile und erhöht den Betätigungswiderstand.
- Wenn einer der Druckstifte beschädigt ist, werden die Ventilsteuerzeiten zudem in der maximalen Spätstellung oder maximalen Frühstellung fixiert. Wenn die Ventilsteuerzeit versehentlich in der maximalen Frühstellung (welche die Ventilsteuerzeit ist, die vorzugsweise für hohe Motorgeschwindigkeiten verwendet wird, für den Leerlauf und für niedrige Motorgeschwindigkeiten aber ungeeignet ist) eingestellt ist und nicht mehr verstellt werden kann, wird hierdurch das Starten des Motors erschwert.
- Weiter sind bei der oben beschriebenen Vorrichtung eine Mehrzahl von Ölleitungen im Rotor derart ausgebildet, daß sie sich in Radialrichtungen erstrecken. Weiter ist ist an der äußeren zylindrischen Wandung des Rotors eine Nut, die als Ölleitung dient, ausgebildet. Eine derartige Ölleitungsanordnung erfordert zwangsläufig eine komplizierte Fertigung der äußeren Oberflächen des Rotors.
- Weiter wird die Konfiguration der Vorrichtung durch die vorgesehenen sechs Flügel komplizierter. Diesbezüglich offenbart die
US 5,289,805 einen Rotor mit zwei Flügeln. Die herkömmlichen zweiflügligen Rotoren bereiten jedoch Schwierigkeiten hinsichtlich des Erreichens eines zufriedenstellenden Druckaufnahmebereiches und einer dauerhaften Gehäusefestigkeit. - Ausgehend der von dem eingangs dargestellten Stand der Technik besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine verbesserte Dreh- oder Winkelphasen-Steuervorrichtung sowie eine Ventilsteuerzeiten-Steuervorrichtung für einen Verbrennungsmotor mit einer derartigen Dreh- oder Winkelphasen-Steuervorrichtung zu schaffen.
- Diese Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 1.
- Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand abhängiger Ansprüche.
- Die Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden im Folgenden an Ausführungsformen anhand der Figuren der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:
-
1 einen Längsschnitt durch eine Ventilsteuerzeiten-Steuervorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wobei ein Schnitt gemäß der Linie I-I in2 darstellt ist; -
2 einen Querschnitt durch die Ventilsteuerzeiten-Steuervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; -
3 einen Längsschnitt gemäß der Linie III-III in2 ; -
4 einen Längsschnitt gemäß der Linie IV-IV in2 ; -
5 einen Längsschnitt, der einen Zustand der Ventilsteuerzeiten-Steuervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung aufzeigt, in dem ein Stopperkolben aus einer Stop perbohrung herausgezogen ist; -
6 einen Längsschnitt gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, der einen Zustand aufzeigt, in dem ein Flügelrotor in eine Frühstellung hinsichtlich eines Backengehäuses gedreht wird; -
7 einen Querschnitt der Ventilsteuerzeiten-Steuervorrichtung im Zustand gemäß6 ; -
8 eine schematische Ansicht eines Hydraulikdruck-Steuerkreises gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; -
9 einen Längsschnitt durch eine Ventilsteuerzeiten-Steuervorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; -
10 einen Längsschnitt, der einen Zustand der Ventilsteuerzeiten-Steuervorrichtung der zweiten Ausführungsform aufzeigt, in dem ein Stopperkolben aus einer Stopperbohrung herausgezogen ist; -
11 einen Längsschnitt, der eine Kopplung oder einen Eingriff zwischen einem Stopperstift und einer Stopperbohrung gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung aufzeigt; -
12 einen Querschnitt entlang der Linie XII-XII in11 ; -
13 einen Längsschnitt durch eine Ventilsteuerzeiten-Steuervorrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; -
14 einen Längsschnitt, der einen Zustand einer Ventilsteuerzeiten-Steuervorrichtung der vierten Ausführungsform aufzeigt, in dem ein Stopperkolben aus einer Stopperbohrung herausgezogen ist; -
15 einen Querschnitt durch eine Ventilsteuerzeiten-Steuervorrichtung gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wobei der Schnitt gemäß der Linie XV-XV in17 verläuft; -
16 einen Querschnitt gemäß der Linie XVI-XVI in17 ; -
17 einen Längsschnitt durch eine Ventilsteuerzeiten-Steuervorrichtung gemäß der fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und -
18 eine schematische Ansicht eines Hydraulikdruck-Steuerkreises gemäß der fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. - Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung näher erläutert. Vergleichbare Teile sind dabei in allen Figuren mit gleichen Bezugsnummern versehen.
- Ausführungsbeispiel
- Erste Ausführungsform
- Eine Ventilsteuerzeiten-Steuervorrichtung für einen Verbrennungsmotor gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nun anhand der
1 bis8 erläutert. - Ein Kettenkranz
1 , der in1 gezeigt ist, nimmt eine Antriebskraft von einer Kurbelwelle (d. h. einer Antriebswelle) eines nicht dargestellten Verbrennungsmotors über eine nicht dargestellte Kette auf. Der Kettenkranz1 dreht sich folglich synchron mit der Kurbelwelle. Eine Nockenwelle2 , die als Abtriebswelle dient, nimmt eine Antriebskraft vom Kettenkranz1 auf und öffnet oder schließt ein Einlaßventil und/oder ein Auslaßventil (beide nicht dargestellt). Die Nockenwelle2 kann eine wechselseitige Drehung bezüglich des Kettenrads1 mit einer vorbestimmten Winkelphase bewirken. Sowohl der Kettenkranz1 als auch die Nockenwelle2 drehen sich, aus der Richtung gemäß dem Pfeil X in1 betrachtet, in Richtung des Uhrzeigersinns. Diese Drehrichtung wird nachfolgend als "Voreilrichtung" bzw. "Frühstellung" bezeichnet. - Gemäß der Darstellung in den
1 und2 wirken der Kettenkranz1 , ein Backengehäuse3 und eine Frontplatte4 als ein Gehäuseteil zusammen. Sie sind zuverlässig und koaxial mittels einer Mehrzahl von Schrauben14 aneinander befestigt. - Der Kettenkranz
1 weist in seinem Zentrum einen runden Vorsprung1a auf. Eine innere zylindrische Wandung des runden Vorsprungs1a sitzt drehbar auf einer äußeren zylindrischen Oberfläche eines vorderen Endes2a der Nockenwelle2 . Die Frontplatte4 und das Backengehäuse3 sind mittels eines Druckstifts26 fixiert, der diese in einem vorbestimmten Drehwinkelverhältnis positioniert. Das Backengehäuse3 und der Kettenkranz1 sind durch einen Druckstift27 fixiert, der diese ebenfalls in einem vorbestimmten Drehwinkelverhältnis positioniert. - Gemäß der Darstellung in
2 weist das Backengehäuse3 zwei Backen3a und3b auf, die einander gegenüberliegend und in trapezförmiger Gestalt ausgebildet sind. Die gegenüberliegenden inneren Flächen der Backen3a und3b sind als zylindrische Oberflächen ausgebildet und weisen einen bogenförmigen Querschnitt auf. An den umfangsseitigen beiden Seiten der Backen3a und3b sind zwei Sektorfreiräume definiert. Diese Sektorfreiräume dienen als Kammern für die Aufnahme von Flügeln9a und9b , die später beschrieben werden. - Gemäß der Darstellung in
1 und2 enthält ein Flügelrotor9 zwei Flügel9a und9b , die sich von einem zylinderförmigen Vorsprung9f erstrecken und einstückig mit diesem ausgebildet sind. Der zylinderförmige Vorsprung9f ist im Zentrum des Flügelrotors9 ausgebildet. Die Flügel9a und9b sind jeweils in sektorförmiger Gestalt ausgebildet. Sie erstrecken sich vom zylinderförmigen Vorsprung9f radial in gegenüberliegende Richtungen. Der Flügel9a ist in einem umfangsseitigen Sektorfreiraum aufgenommen, der zwischen den Backen3a und3b definiert ist, während der andere Flügel9a im anderen umfangsseitigen Sektorfreiraum aufgenommen ist, der zwischen den Backen3a und3b definiert wird. Folglich können die Flügel9a und9b hinsichtlich des Backengehäuses3 innerhalb eines vorbestimmten Winkels drehen, der durch die Sektorfreiräume definiert wird, welche zwischen den Backen3a und3b ausgebildet sind. - Eine am hinteren Ende des Flügelrotors
9 ausgebildete zylinderförmige Bohrung9c ist mit dem vorderen Ende2a der Nockenwelle2 gekoppelt. Eine Schraube15 befestigt den Flügelrotor9 zuverlässig an der Nockenwelle2 . Der Flügelrotor9 und die Nockenwelle2 werden durch einen Druckstift28 fixiert, der diese in einem vorbestimmten Drehwinkelverhältnis positioniert. - Ein zylinderförmiger Vorsprung
5 , der integral am Flügelrotor9 befestigt ist, ist drehbar an eine innere zylinderförmige Wandung der Frontplatte4 gekoppelt. Wie in2 deutlich gezeigt ist, ist ein kleiner Zwischenraum16 zwischen der äußeren zylinderförmigen Wandung jedes Flügels9a und9b und der inneren zylinderförmigen Wandung des Backengehäuses3 ausgebildet. Ein kleiner Zwischenraum17 ist zwischen dem zylinderförmigen Vorsprung9f und der zylinderförmigen Fläche jedes Backens3a und3b ausgebildet. Daher kann der Flügelrotor9 eine Drehung hinsichtlich des Backengehäuses3 bewirken und dabei eine hermetische Abdichtung aufrechterhalten. - Eine Spätstellungs-Hydraulikkammer
10 ist zwischen dem Backen3a und dem Flügel9a definiert. Eine weitere Spätstellungs-Hydraulikkammer11 ist zwischen dem Backen3b und dem Flügel9b definiert. Eine Frühstellungs-Hydraulikkammer12 ist zwischen dem Backen3a und dem Flügel9b definiert und eine weitere Frühstellungs-Hydraulikkammer13 ist zwischen dem Backen3b und dem Flügel9a definiert. Die axiale Länge der Flügel9a und9b ist geringfügig kürzer als die des Backengehäuses3 , welches zwischen der Frontplatte4 und dem Kettenkranz1 angeordnet ist. - Mit der oben beschriebenen Anordnungsweise können sich die Nockenwelle
2 und der Flügelrotor9 hinsichtlich des Gehäuseteils koaxial drehen, d. h. einer Anordnung die aus dem Kettenkranz1 , dem Backengehäuse3 und der Frontplatte4 besteht. - Gemäß der Darstellung in
1 dient ein Stopperkolben7 als ein Verriegelungsteil und ist in einem hohlen Freiraum im Flügel9a des Flügelrotors9 angeordnet. Der Stopperkolben7 enthält einen zylinderförmigen Abschnitt7a mit geringerem Durchmesser und einen zylinderförmigen Abschnitt7b mit größerem Durchmesser. Ein vorderer Endabschnitt7c des Abschnitts7a mit geringerem Durchmesser ist an seinem spitzen Ende kegelig bzw. konisch ausgebildet. Eine Stopperbohrung20 dient als Gegenstück oder Verbindungsteil, in welches der Stopperkolben7 aufgenommen wird oder in eingreift. In anderen Worten verringert sich der Durchmesser des vorderen Endabschnitts7c nach und nach auf die Stopperboh rung20 zu. - Der Abschnitt
7b des Stopperkolbens7 ist in einer Aufnahmeöffnung8 angeordnet, die im Flügel9a geöffnet ist. Der Abschnitt7b mit größerem Durchmesser wird durch die innere zylinderförmige Wandung der Aufnahmeöffnung8 gehalten und ist in axialer Richtung der Nockenwelle2 verschiebbar. - Eine Feder
18 , die als Vorspann- bzw. Antriebseinrichtung wirkt, ist in der Aufnahmeöffnung8 derart eingefügt, daß sie den Stopperkolben7 elastisch in eine axiale Richtung von rechts gemäß1 drängt. Ein Führungsring19 ist lose oder zwangsläufig mit der inneren Wandung des Flügels9a gekoppelt, die die Aufnahmeöffnung8 definiert. Der Führungsring19 ist ferner lose mit der äußeren Wandung des Abschnitts7a des Stopperkolbens7 gekoppelt. Dementsprechend ist der Stopperkolben7 im Flügel9a derart angeordnet, daß er in axialer Richtung der Nockenwelle2 verschiebbar ist. Ferner wird der Stopperkolben7 mittels der Feder18 federnd zur Frontplatte4 gedrückt. - Gemäß der Darstellung in
4 ist der Neigungswinkel des vorderen Endabschnitts7c des Stopperkolbens7 so festgesetzt, daß er identisch mit dem Neigungswinkel der Stopperbohrung20 ist. Wenn der Stopperkolben7 in die Stopperbohrung20 eingefügt ist, wird eine vordere Randfläche7d des Stopperkolbens7 nicht in Kontakt mit einer oberen Fläche20b der Stopperbohrung20 gebracht. - Gemäß der Darstellung in den
1 und2 wird kein unter Druck stehendes Öl in die Hydraulikdruckkammern23 und24 zugeführt, wenn die Lage des Flügelrotors9 hinsichtlich des Backengehäuses3 in einer maximalen Spätstellung ist, die als Drehendlage dient. Folglich ist der Stopperkolben7 mit der Stopperbohrung20 durch die federnde Kraft der Feder18 gekoppelt. In diesem Fall wird ein Stopperabschnitt9e , der an Spätstellungsseite des Flügels9b ausgebildet ist, in Kontakt mit der Seitenfläche des Backens3a gebracht. Daher nimmt der Flügelrotor9 unmittelbar eine Antriebskraft vom Backengehäuse3 auf. - Das Lageverhältnis zwischen dem Stopperkolben
7 und der Stopperbohrung20 ist derart gestaltet, daß das Backengehäuse3 und der Flügelrotor9 wechselseitig gegeneinander gepreßt werden, wenn sie in ihrer maximalen Spätstellung angeordnet sind. In der maximalen Spätstellung gemäß2 , in der der Stopperabschnitt9e des Flügels9b in Kontakt mit der Seitenfläche des Backen3a gebracht wurde, ist das axiale Zentrum100 des Stopperkolbens7 versetzt vom axialen Zentrum101 der Stopperbohrung20 in Richtung Frühstellung des Flügelrotors9 gemäß der Darstellung in4 . - Wenn der Stopperkolben
7 mit der Stopperbohrung20 gekoppelt ist, ermöglicht ein Kontakt der konischen äußeren Wandung des Stopperkolbens7 mit der konischen inneren Wandung der Stopperbohrung20 , daß der Stopperkolben7 als ein Keil gegenüber der Stopperbohrung20 wirkt. - Dementsprechend werden der Flügelrotor
9 und das Backengehäuse3 unter der Vorspann- bzw. Antriebskraft, die in axialer Richtung des Stopperkolbens7 wirkt, gegenseitig in die Drehrichtung verschoben. - In der ersten Ausführungsform gemäß der Darstellung in
4 werden ein Stopperkolben7 und die Stopperbohrung20 mit ihren konischen Oberflächen in der Voreillage bzw. Frühstellung in Kontakt gebracht, welche der maximalen Spätstellung gegenüberliegt, die als Drehendlage dient. Daher wird die Antriebskraft des Stopperkolbens7 , die in seiner axialen Richtung wirkt, in eine Antriebskraft der konischen Oberfläche umgewandelt, die in Drehrichtung wirkt. Der Flügelrotor9 dreht sich folglich gemäß2 entgegen dem Uhrzeigersinn, während das Backengehäuse3 in Richtung des Uhrzeigersinns gedrängt wird. Dies bewirkt eine Antriebskraft, die den Stopperabschnitt9e zur inneren Fläche des Backens3a preßt. Daher sind das Backengehäuse3 und der Flügelrotor9 fest gegeneinander gespannt. - Kurz gesagt ist der Stopperkolben
7 in Eingriff mit der Stopperbohrung20 an ihren jeweiligen geneigten Flächen, die auf die Drehrichtung zugerichtet sind, so daß eine axiale Antriebskraft des Stopperkolbens7 in eine Antriebskraft umgewandelt wird, die in eine gegenseitige Drehrichtung zwischen dem Backengehäuse3 und dem Flügelrotor9 wirkt, wodurch eine Antriebskraft zum Pressen des Flügelrotors9 gegen das Backengehäuse3 vorgegeben wird. - Hinsichtlich des Lageverhältnisses zwischen dem Stopperkolben
7 und der Stopperbohrung20 muß festgestellt werden, daß der oben beschriebene Keileffekt auch im Falle herstellungsbedingter Toleranzen zuverlässig erreicht werden kann, solange beide an vorbestimmten Seitenflächen in der Drehrichtung des Flügelrotors9 in Kontakt zueinander gebracht werden. - Gemäß der Darstellung in
1 ist ein Ablaufloch21 in der Seitenwandung des Flügels9a geöffnet und erstreckt sich von der Aufnahmeöffnung8 zum Kettenkranz1 . Ein Luftloch22 ist im Kettenkranz1 geöffnet. Das Ablaufloch21 des Flügels9a trifft das Luftloch22 des Kettenkranzes1 , wenn der Flügelrotor9 in der maximalen Spätstellung ist. Folglich wird der Zwischenraum hinter dem Stopperkolben7 , der die Feder18 aufnimmt, in diesem Moment bzw. in dieser Stellung auf atmosphärischem Druck gehal ten. - Gemäß der Darstellung in
1 ist eine Hydraulikkammer23 zwischen dem Führungsring19 und dem Abschnitt7b mit größerem Durchmesser des Kolbens7 definiert. Eine Hydraulikkammer24 ist zwischen der Stopperbohrung20 der Frontplatte4 und dem Abschnitt7a mit kleinerem Durchmesser des Stopperkolbens7 definiert. Die Hydraulikkammer24 ist über eine Ölleitung25 mit der Frühstellungs-Hydraulikkammer13 verbunden, die in der Frontplatte4 ausgebildet ist. - Gemäß der Darstellungen in den
1 ,2 und3 ist der Flügelrotor9 mit zwei Ölleitungen29 und30 versehen, die als gebogene Nuten ausgebildet sind, welche sowohl in Umfangs- als auch in axialer Richtung versetzt ausgebildet sind. Eine Ölleitung29 ist zwischen dem zylinderförmigen Vorsprung9f und dem zylinderförmigen Vorsprung5 definiert. Die andere Ölleitung30 ist zwischen dem zylinderförmigen Vorsprung9f und der Nockenwelle2 definiert. Die Ölleitung29 ist mit den Spätstellungs-Hydraulikkammern10 und11 über jeweilige Ölleitungen31 und32 verbunden. Überdies ist die Ölleitung30 mit den Frühstellungs-Hydraulikkammern12 und13 über jeweiligen Ölleitungen34 und35 verbunden. Die Ölleitung29 ist ferner mit einer Ölleitung36 verbunden, die mit einer in der Nockenwelle2 durch die axial aneinanderstoßenden Oberflächen des Flügelrotors9 und der Nockenwelle2 ausgebildeten Ölleitung39 verbunden ist. Die Ölleitung30 ist mit einer in der Nockenwelle2 durch die axial aneinanderstoßenden Flächen des Flügelrotors9 und der Nockenwelle2 ausgebildeten Ölleitung38 verbunden. - Auf diese Weise sind die Ölleitungen
29 und30 an den beiden axialen Enden des zylinderförmigen Vorsprungs9f ausgebildet. Durch diese Anordnungsweise kann die Verteilung von unter Druck stehendem Öl in jede Hyraulikkammer vereinfacht werden. Ferner ist die Vereinfachung der Ölleitungsanordnung nützlich, um eine Überschneidung der Ölleitungen miteinander im zylinderförmigen Vorsprung9f zu vermeiden, wie auch dazu, die Größe des zylinderförmigen Vorsprunges9f zu reduzieren. Darüber hinaus kann die Herstellung der Ölleitung im zylinderförmigen Vorsprung9f vereinfacht werden. - Gemäß der Darstellung in
1 ist ein Wellenzapfen42 der Nockenwelle2 in einem am Zylinderkopf ausgebildeten Lager41 drehbar und axial fest gelagert. Zwei kreisförmige Nuten oder Ringnuten43 und44 sind an der äußeren zylinderförmigen Oberfläche des Wellenzapfens42 ausgebildet. Eine Ölzufuhrleitung47 führt unter Druck stehendes Öl von einer Pumpe46 zu, während eine Ölablaufleitung48 Öl in einen Öltank45 abgibt. Die Ölzufuhrleitung47 und die Ölablaufleitung48 sind mit den Ringnuten43 und44 durch Verschieben eines Schaltventils49 wahlweise verbunden oder nicht verbunden. Die Pumpe46 und das Schaltventil49 bilden zusammenwirkend eine Hydraulikbetätigungseinrichtung aus. In dieser Ausführungsform ist das Schaltventil49 ein an sich bekanntes Vierwegeleitventil. - Gemäß der Darstellung in
3 ist die äußere Nut43 mit Ölleitungen37 und38 verbunden, die sich hintereinander in der Nockenwelle2 erstrecken. Das ferne Ende der Ölleitung38 ist mit der Ölleitung30 verbunden, die im Flügelrotor9 quer über die axial aneinanderstoßenden Flächen des Flügelrotors9 (d. h. des zylinderförmigen Vorsprungs9f ) und der Nockenwelle2 ausgebildet sind. - Gemäß der Darstellung in
1 ist die äußere Nut44 mit der Ölleitung39 verbunden, die sich in der Nockenwelle2 erstreckt. Das ferne Ende der Ölleitung39 ist mit der Ölleitung36 verbunden, die im Flügelrotor9 quer über die axial aneinanderstoßenden Flächen des Flügelrotors9 (d. h. des zylinderförmigen Vorsprunges9f ) und der Nockenwelle2 ausgebildet sind. - Durch diese Ölleitungsanordnungsweise kann unter Druck stehendes Öl von der Pumpe
46 über das Schaltventil49 wahlweise zu den Ringnuten43 und44 zugeführt werden. Folglich kann unter Druck stehendes Öl von der Pumpe46 wahlweise auf die Spätstellungs-Hydraulikkammern10 und11 und die Hydraulikkammer23 oder die Frühstellungs-Hydraulikkammern12 und13 und die Hydraulikkammer24 zugeführt werden. Ferner kann Öl von diesen Kammern zum Öltank45 abgeführt werden. - Der zwischen der äußeren zylinderförmigen Wandung von jedem Flügel
9a oder9b und der inneren zylinderförmigen Wandung des Backengehäuses3 vorgesehene Zwischenraum16 ist vorzugsweise so klein wie möglich ausgebildet, da er nützlich ist, um die Spätstellungs-Hydraulikkammer10 (oder11 ) von der damit verbundenen Frühstellungs-Hydraulikkammer13 (oder12 ) über einen relativ langen Zwischenraum16 im wesentlichen abzutrennen oder zu isolieren. - Der zwischen dem zylinderförmigen Vorsprung
9f und der zylinderförmigen Fläche jedes Backens3a oder3b vorgesehene Zwischenraum17 ist relativ kurz. Daher ist ein Dichtungsteil6 in einer Nut9d des Flügelrotors9 vorgesehen, um die Abdichtfähigkeit zu verbessern und eine Verbindung zwischen der Spätstellungs-Hydraulikkammer10 (oder11 ) zur zugeordneten Frühstellungs-Hydraulikkammer13 (oder12 ) über den kurzen Zwischenraum17 zu vermeiden. - Um eine Drehung des Flügelrotors
9 im Backengehäuse3 zu ermöglichen, ist ein Gleitabstand notwendig, der zwischen jeder axialen Endfläche des Flügelrotors9 und der inneren Endfläche des Backengehäuses3 oder des Kettenkranzes1 ausgebildet ist. Um die Möglichkeit zu beseitigen, daß das Öl von einer Hydraulikkammer zu einer anderen Hydraulikkammer durch diesen Gleitabstand übertreten kann, wird der Gleitabstand durch Festsetzen der axialen Breite des Flügelrotors9 etwas geringer als die axiale Breite des Backengehäuses3 vorzugsweise so gering wie möglich ausgebildet. Die Flügel9a und9b weisen große Umfangslängen auf; daher haben sie breite seitliche Querschnitte, die wirksam sind, um einen Ölübertritt zwischen den Hydraulikkammern zu vermeiden. Folglich kann jede Hydraulikkammer ausreichend auf einem gewünschten Druckniveau gehalten werden. Daher wird es möglich, eine hochpräzise Steuerung der Drehung des Flügelrotors9 hinsichtlich dem Backengehäuse3 zu realisieren. Ferner sind die großen lateralen Querschnitte der Flügel9a und9b nützlich, um die Aufnahme des Stopperkolbens7 zu erleichtern. - Nachfolgend wird eine Betätigung der oben beschriebenen Ventilsteuerzeiten-Steuervorrichtung erläutert.
- Vor der Motorstartbetätigung ist noch kein unter Druck stehendes Öl durch die Pumpe
46 in die Hydraulikkammern23 und24 eingeführt. Zu diesem Zeitpunkt wird der Flügelrotor9 gemäß der Darstellung in den1 und2 in der maximalen Spätstellung hinsichtlich dem Backengehäuse3 gehalten. Der Stopperabschnitt9e des Flügels9b wird in Kontakt mit dem Backen3a auf der Spätstellungsseite gebracht. Folglich wird die Drehantriebskraft vom Kettenkranz1 über das Backengehäuse3 und den Flügelrotor9 zur Nockenwelle2 übertragen. Der durch die Federkraft der Feder18 vorgespannte Stopperkolben7 ist in einem derartigen Eingriff mit der Stopperbohrung20 , daß die kegelige Oberfläche des vorderen Endabschnittes7c des Stopperkolbens7 in Kontakt mit der kegeligen Oberfläche der Stopperbohrung20 auf der Voreilseite gebracht ist. - Durch diesen Eingriff werden der Flügelrotor
9 und das Backengehäuse3 in die Drehrichtung gedrängt und fest miteinander verbunden oder verriegelt. Auch wenn ein positives oder negatives, gegenläufiges Drehmoment auf die Nockenwelle2 wirkt, um das Einlaßventil und/oder das Auslaßventil zu betätigen, ist der Flügelrotor9 dementsprechend zuverlässig von einer Bewegung oder einem Verschieben hinsichtlich dem Backengehäuse3 sowohl in Nacheil- als auch in Voreilrichtung gehindert. Daher wird es möglich, die durch die wechselseitigen Drehungen bewirkten Schwingungen zu beseitigen, wodurch die Erzeugung von Klopfgeräuschen vermieden wird. - Bei einer Wahl einer Lage
49a des Schaltventils49 wird unter Druck stehendes Öl von der Pumpe46 gemäß der Darstellung in5 über die Ringnut44 und die Ölleitungen39 ,36 ,29 ,31 ,32 und33 zu den Spätstellungs-Hydraulikkammern10 und11 und der Hydraulikkammer23 zugeführt. Durch das Zuführen von unter Druck stehendem Öl in die Hyraulikkammer23 nimmt der Stopperkolben7 eine Kraft auf, die proportional zum Unterschied zwischen den druckaufnehmenden Bereichen des Abschnitts7b mit größerem Durchmesser und des Abschnitts7a mit kleinerem Durchmesser des Stopperkolbens7 ist. - Dieser Hydraulikdruck wirkt auf den Stopperkolben
7 derart, daß dieser in axialer Richtung der Aufnahmeöffnung8 zum Kettenkranz1 hin gegen die Federkraft der Feder18 verschoben wird. Folglich wird der vordere Endabschnitt7c des Stopperkolbens7 vollständig herausgezogen oder außer Eingriff gebracht aus der Stopperbohrung20 der Frontplatte4 . Daher ist der Flügelrotor9 von der Einspannung durch das Backengehäuse3 gelöst. Der Hydraulikdruck der Spätstellungs-Hydraulikkammern10 und11 wirkt jedoch an Seitenflächen der Flügel9a und9b . Der Flügelrotor9 wird folglich gemäß der Darstellung in2 in der maximalen Spätstellung hinsichtlich dem Backengehäuse3 gehalten. - Aus diesem Grund werden keine Klopfgeräusche zwischen dem Flügelrotor
9 und dem Backengehäuse3 erzeugt. Ein geringes Ausmaß an Öl, welches von dem Spätstellungs-Hydraulikkammern10 und11 zu den Frühstellungs-Hydraulikkammern12 und13 austritt, wird durch Ölleitungen34 ,35 ,30 ,38 ,37 , die Ringnut43 und das Schaltventil49 (Lage49a ) zum Öltank45 abgeführt. - Das Schaltventil
49 kann von einer Lage49a gemäß5 in eine andere Betätigungslage49c gemäß6 geschalten werden. Unter Druck stehendes Öl wird von der Pumpe46 über die Ringleitung43 , die Ölleitungen37 ,38 ,30 ,34 und35 zu den Frühstellungs-Hydraulikkammern12 und13 und durch die Ölleitung25 auch zur Hydraulikkammer24 zugeführt. Andererseits wird in den Spätstellungs-Hydraulikkammern10 und11 und der Hydraulikkammer23 gespeichertes Öl zum Öltank45 abgeleitet. - Entsprechend der Verringerung des Öldrucks in der Hydraulikkammer
23 beginnt der Stopperkolben7 in diesem Fall damit, in die Stopperbohrung20 zurückzukehren, da die Federkraft der Feder18 den Öldruck übersteigt. Gemäß der Anordnungsweise der ersten Ausführungsform wirkt die Öldruckkraft der Hydraulikkammer24 jedoch an der vorderen Endfläche7d des Stopperkolbens7 . Daher wird der Stopperkolben7 in der Aufnahmeöffnung8 kontinuierlich zum Kettenkranz1 gegen die Federkraft der Feder18 gedrückt. - In diesem Zustand wirkt die Öldruckkraft der Frühstellungs-Hydraulikkammern
12 und13 auf die Seitenflächen der Flügeln9a und9b . Daher bewirkt der Flügelrotor9 eine Drehung in Richtung des Uhrzeigersinns, d. h. in Richtung Frühstellung, bezüglich des Backengehäuses3 . Durch diese Drehung des Flügelrotors9 im Uhrzeigersinn kann die Ventilsteuerzeit der Nockenwelle2 voreilen. - Nachdem sich der Flügelrotor
9 bezüglich des Backengehäuses3 dreht, wird der vordere Endabschnitt7c des Stopperkolbens7 aus der Stopperbohrung20 der Frontplatte4 in umfangsseitiger Richtung außer Eingriff gebracht. Folglich ist der Stopperkolben7 nicht länger im Eingriff mit der Stopperbohrung20 . -
7 zeigt einen Zustand, in dem der Flügelrotor9 in einer maximalen Frühstellung hinsichtlich des Backengehäuses3 ist. Wenn das Schaltventil49 in einer Lage49a aus dem Zustand gemäß7 geschalten wird, bewirkt der Flügelrotor9 eine Drehung entgegen dem Uhrzeigersinn, d. h. in Richtung Spätstellung, bezüglich des Backengehäuses3 aus einer Sicht gemäß der Richtung "X" in1 . Durch diese Drehung des Flügelrotors9 entgegen dem Uhrzeigersinn kann die Ventilsteuerzeit der Nockenwelle2 nacheilen. - Wenn das Schaltventil
49 eine neutrale Lage49b in der Übertragungsperiode wählt, in der der Flügelrotor9 hinsichtlich dem Backengehäuse3 in die Voreil- oder Nacheilrichtung dreht, werden die Spätstellungs-Hydraulikkammern10 und11 und die Frühstellungs-Hydraulikkammern11 und12 derart geschlossen, daß sie keine Ölzuführung aufnehmen oder keine Ölabgabe bewirken. Folglich kann der Flügelrotor9 willkürlich in einer Zwischenlage gehalten werden, wodurch eine dazwischenliegende Ventilsteuerzeit wie gewünscht realisiert werden kann. - Wie oben beschrieben ist der Stopperkolben
7 in Eingriff mit der Stopperbohrung20 der Frontplatte4 , wenn der Flügelrotor9 in der maximalen Spätstellung hinsichtlich dem Backengehäuse3 bei keiner Zuführung von unter Druck stehendem Öl gehalten wird. Wenn unter Druck stehendes Öl eingeführt wird, wird der Stopperkolben7 außer Eingriff mit der Stopperbohrung20 gebracht. - Gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verbessert die Keilwirkung der konischen Oberflächen der Stopperbohrung
20 und des Stopperkolbens7 die direkte Verbindung zwischen dem Gehäuseteil und dem Flügelteil. Folglich wird es möglich, das Flügelteil und das Gehäuseteil in der Anordnungsweise fest zu verbinden oder zu verriegeln, daß das Gehäuseteil und das Flügelteil koaxial angeordnet sind. - Überdies ist der vordere Endabschnitt
7c des Stopperkolbens7 derart konisch ausgebildet, daß er in seine axiale Richtung verschiebbar ist. Diese konische Gestaltung ist nützlich, um den Lageversatz zwischen dem Stopperkolben7 und der Stopperbohrung20 zu beseitigen, der durch Herstellungsfehler auftreten kann, und so einen vollständigen Eingriff zwischen dem Stopperkolben7 und der Stopperbohrung20 sicherzustellen. - Zweite Ausführungsform
- Eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend anhand der
9 und10 erläutert. Gemäß der zweiten Ausführungsform wird der Stopperkolben7 der ersten Ausführungsform durch einen Stopperkolben50 ersetzt. Ferner wird der Führungsring19 der ersten Ausführungsform durch einen Führungsring51 ersetzt, der im Flügel9a angeordnet ist. -
9 zeigt einen Zustand, in dem der Stopperkolben50 im Eingriff mit der Stopperbohrung20 der Frontplatte4 ist.10 zeigt einen Zustand, in dem der Stopperkolben50 durch Einführen von unter Druck stehendem Öl in die Hydraulikkammer23 herausgezogen oder außer Eingriff mit der Stopperbohrung20 ist. - Der Stopperkolben
50 enthält einen Abschnitt50a mit kleinerem Durchmesser, einen Abschnitt50b mit mittlerem Durchmesser und einen Abschnitt50c mit größerem Durchmesser, die aufeinanderfolgend in dieser Reihenfolge angeordnet sind. Der Führungsring51 enthält einen Abschnitt51a mit kleinerem Innendurchmesser und einen Abschnitt51b mit größerem Innendurchmesser. Der Führungsring51 ist zwangsläufig in eine zylindrische Öffnung des Flügelrotors9 eingefügt und fest mit diesem verbunden. Der Stopperkolben50 kann eine Gleitbewegung hinsichtlich dem Führungsring51 bewirken. - Der Innendurchmesser des Abschnitts
51a mit dem kleineren Innendurchmesser ist im wesentlichen gleich dem äußeren Durchmesser des Abschnitts50a mit kleinerem Durchmesser des Stopperkolbens50 . Der Innendurchmesser des Abschnitts51b mit größerem Innendurchmesser ist im wesentlichen gleich dem äußeren Durchmesser des Abschnitts50b mit mittlerem Durchmesser des Stopperkolbens50 . Eine Dämpferkammer52 mit ringförmiger Gestalt ist zwischen der äußeren zylinderförmigen Oberfläche (dem Abschnitt50a mit kleinerem Durchmesser und dem Abschnitt50 mit mittlerem Durchmesser) des Stopperkolbens50 und der inneren zylinderförmigen Wandung des Führungsringes51 definiert. Die Dämpferkammer52 ist ein im wesentlichen geschlossener Zwischenraum, der einen als Flüssigkeitsdämpfer wirkenden hermetischen Zwischenraum schafft. - Vor einer Motorstartbetätigung ist noch kein unter Druck stehendes Öl durch die Pumpe
46 in die Hydraulikkammern23 oder24 eingeführt. In diesem Zustand gemäß9 wird der Flügelrotor9 in der maximalen Spätstellung bezüglich dem Backengehäuse3 gehalten. Der durch die Federkraft der Feder18 vorgespannte Stopperkolben50 ist mit der Stopperbohrung20 in Eingriff, um den Flügelrotor9 mit der Frontplatte4 fest zu verbinden. - Bei Wahl einer Lage
49a im Schaltventil49 im Zustand gemäß9 wird gemäß10 unter Druck stehendes Öl von der Pumpe46 zur Hydraulikkammer23 zugeführt. Durch das Zuführen von unter Druck stehendem Öl in die Hydraulikkammer23 wird der Stopperkolben50 herausgezogen oder außer Eingriff mit der Stopperbohrung20 gebracht. - Die
9 und10 zeigen jeweils die Zustände, in denen der Flügelrotor9 in der maximalen Spätstellung hinsichtlich dem Backengehäuse3 gehalten wird. Bei einer Zuführung von unter Druck stehendem Öl in die Hydraulikkammer23 füllt sich der innenliegende Zwischenraum der Dämpferkammer52 mit Öl, welches durch den Kopplungszwischenraum zwischen dem Stopperkolben50 und dem Führungsring51 fließt. - Um den Flügelrotor
9 in Richtung Frühstellung bezüglich des Backengehäuses3 zu drehen, wählt das Schaltventil49 die Lage49c beim Zustand gemäß10 . Es besteht eine leichte Zeitverzögerung bis der Öldruck der Hydraulikkammer24 das vorbestimmte Niveau erreicht. Vor Ablauf dieser Zeitverzögerung kann der eine Federkraft der Feder18 aufnehmende Stopperkolben50 zur Stopperbohrung20 verschoben werden. Wenn sich der Stopperkolben50 jedoch zur Stopperbohrung20 verschiebt, ist das Ausmaß des von der Dämpferkammer52 durch den Verbindungszwischenraum abgegebenen Öls somit begrenzt. Folglich verringert sich die Verschiebungsgeschwindigkeit des Stopperkolbens50 zur Stopperbohrung20 wesentlich. Mit anderen Worten wirkt die Dämpferkammer52 als eine Dämpfeinrichtung. - Dementsprechend kann der Öldruck in der Hydraulikkammer
24 das vorbestimmte Niveau frühzeitig erreichen, bevor der Stopperkolben50 mit der Stopperbohrung20 in Eingriff gelangt. Daher kann die Hydrauliksteuerung in eine Drehung des Flügelrotors9 in eine Früh- oder Spätstellung hinsichtlich dem Stopperkolben50 fortgesetzt werden, ohne einen Eingriff zwischen dem Stopperkolben50 und der Stopperbohrung20 zu bewirken. - Wie oben beschrieben ermöglicht es die zweite Ausführungsform zu vermeiden, daß der Stopperkolben
50 während der Übertragungsperiode, in der der Flügelrotor9 von der maximalen Spätstellung zur Frühstellung bezüglich des Backengehäuses3 voreilt, zeitweilig in die Stopperbohrung20 verschoben wird. - Als eine mögliche Abwandlung der ersten und zweiten Ausführungsform ist es möglich, eine Verbindung zwischen der Hydraulikkammer
23 und den Frühstellungs-Hydraulikkammern12 und13 und auch zwischen der Hydraulikkammer24 und den Spätstellungs-Hydraulikkammern10 und11 herzustellen, wodurch im wesentlichen die gleichen Effekte erreicht werden. - Dritte Ausführungsform
- Nachfolgend wird eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung anhand der
11 und12 erläutert. - Die dritte Ausführungsform ist im wesentlichen gleich der ersten Ausführungsform mit Ausnahme der Konfiguration einer Stopperbohrung
60 .11 ist eine Schnittansicht entlang der Achse der Nockenwelle2 , die einen Zustand zeigt, in dem der Stopperkolben7 in Eingriff mit der Stopperbohrung60 ist. Wie aus11 ersichtlich ist wird die äußere kegelige Oberfläche des Stopperkolbens7 nicht in Kontakt mit der inneren kegeligen Fläche der Stopperbohrung60 gebracht. Statt dessen trifft die äußere kegelige Oberfläche des Stopperkolbens7 die innere kegelige Oberfläche des Stopperbohrers60 an einer Seite (d. h. nahe Seite oder ferne Seite auf der Zeichnung bzw. vor oder hinter der Blattebene). - Insbesondere weist die Stopperbohrung
60 gemäß der Darstellung in12 einen elliptischen Vertikalquerschnitt auf, der in radialer Richtung verlängert ist (Auf- und Abrichtung gemäß12 ). Die Stopperbohrung60 ist nämlich ein Loch, das in der Frontplatte4 derart ausgebildet ist, daß es sich in deren radialer Richtung erstreckt. Daher weist die Stopperbohrung60 eine zentrale Achse60c auf, die sich entlang ihrer Hauptachse erstreckt. Die Innenfläche der Stopperbohrung60 ist als eine konische Fläche ausgebildet. - Der als Verriegelungsteil wirkende Stopperkolben
7 weist einen vorderen Endabschnitt7c auf, der einen kreisförmigen Querschnitt hat, dessen Durchmesser mit Erreichen des vorderen Endes abnimmt. - Die innere Oberfläche der Stopperbohrung
60 ist in der gleichen Richtung und mit dem gleichen Winkel kegelig wie der vordere Endabschnitt7c des Stopperkolbens7 , so daß ein vorbestimmten Spalt zwischen ihnen beibehalten wird. - Das Lageverhältnis zwischen dem Stopperkolben
7 und der Stopperbohrung60 wird in der glei chen Weise wie in der ersten Ausführungsform gezeigt. Wenn das Backengehäuse3 und der Flügelrotor9 nämlich in der maximalen Spätstellung (d. h. Beschränkungslage) sind, werden diese Teile7 und60 gegeneinander gepreßt. Folglich können das Backengehäuse3 und der Flügelrotor9 fest verbunden oder verspannt werden. - Die Ausbildung der Stopperbohrung
60 in länglicher Gestalt in radialer Richtung ist ferner nützlich, um einen hinreichenden Zwischenraum zwischen dem Stopperkolben7 und der Stopperbohrung60 in radialer Richtung beizubehalten. Dadurch wird vermieden, daß die Frontplatte4 durch den Eingriff der kegeligen Oberflächen mit Spannung beaufschlagt wird, wenn der Stopperkolben7 im Eingriff mit der Stopperbohrung60 ist. Dies ist nützlich, um eine Versetzungskraft, die auf den Gleitabschnitt zwischen der Frontplatte4 und dem zylinderförmigen Vorsprung5 aufgebracht wird, zu vermeiden. Mit anderen Worten wird es möglich, einen sehr geringen Zwischenraum zwischen der Frontplatte4 und dem zylinderförmigen Vorsprung5 auszubilden, ohne eine Reibungsbeschädigung hieran zu bewirken. - In der gleichen Weise ist es möglich, das Flügelteil mit dem Flügelrotor
9 daran zu hindern, eine radiale Versetzung hinsichtlich dem Gehäuseteil mit der Frontplatte4 zu bewirken, wodurch eine Reibungsbeschädigung und Zerstörung der Abdichtung verhindert wird. - Wie oben beschrieben schafft die dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine sich radial längs erstreckende Stopperbohrung
60 , so daß der kreisförmige Stopperkolben7 nur an den der Drehrichtung des Flügelrotors9 gegenüberliegenden Oberflächen in Kontakt mit der Stopperbohrung60 gebracht werden kann. Dadurch kann das Gehäuseteil fest mit dem Flügelteil verbunden werden, während eine dazwischen auftretende, unerwünschte Kraft in radialer Richtung bei der Übertragung vermieden werden kann. Folglich wird es möglich, das Gehäuseteil und das Flügelteil koaxial in Linie anzuordnen, während das Gehäuseteil mit dem Flügelteil fest verbunden oder vorgespannt werden kann. - Vierte Ausführungsform
- Die vierte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend anhand der
13 und14 erläutert. - Die vierte Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform in der Ableitungsanordnung. Im Vergleich mit dem Ablaufloch
21 gemäß der ersten Ausführungsform, welches zur Seitenwandung des Flügels9a geöffnet ist und sich zum Kettenkranz1 erstreckt, ist in der vierten Ausführungsform insbesondere ein Ablaufloch71 an der äußeren zylinderförmigen Wandung des Flügels9a geöffnet und erstreckt sich von der Aufnahmeöffnung8 zum Backengehäuse3 . Im Vergleich mit dem Luftloch22 gemäß der ersten Ausführungsform, welches am Kettenkranz geöffnet ist, ist in der vierten Ausführungsform ferner ein Luftloch72 durch eine zylindrische Wandung des Backengehäuses3 offen. - Das Ablaufloch
71 des Flügels9a trifft das Luftloch72 des Backengehäuses3 , wenn der Flügelrotor9 in der maximalen Spätstellung ist. Folglich verbleibt der Zwischenraum8a hinter dem Stopperkolben7 , in dem die Feder18 aufgenommen ist, durch die Verbindung des Ablauflochs71 mit dem Luftloch72 auf atmosphärischem Druck. - Das Volumen des Zwischenraums (der Rückdruckkammer)
8a vermindert sich, wenn sich der Stopperkolben7 gemäß13 nach rechts bewegt (d. h. vorgespannte Freigaberichtung zwischen dem Backengehäuse3 und dem Flügelrotor9 ). Das Volumen des Zwischenraums8a steigt an, wenn sich der Stopperkolben7 gemäß13 nach links verschiebt (d. h. vorgespannte Richtung zwischen dem Backengehäuse3 und dem Flügelrotor9 ). - Wenn der Flügelrotor
9 in der maximalen Spätstellung hinsichtlich dem Backengehäuse3 gehalten und kein unter Druck stehendes Öl in den Hydraulikkammern23 und24 zugeführt wird, ist der Stopperkolben7 im Eingriff mit der Stopperbohrung20 gemäß der Darstellung in13 . In diesem Zustand trifft das Ablaufloch71 das Luftloch72 . - Sobald unter Druck stehendes Öl in die Hydraulikkammer
23 im Zustand gemäß13 zugeführt wird, wird der Stopperkolben7 gemäß der Darstellung in14 herausgeschoben oder außer Eingriff mit der Stopperbohrung20 gebracht. In diesem Zustand ist das Ablaufloch71 durch die äußere Wandung des Abschnitts7b mit dem größeren Durchmesser geschlossen. Folglich ist die Rückdruckkammer8a von der Atmosphäre abgetrennt. Die13 und14 zeigen den Zustand, in dem der Flügelrotor9 in der maximalen Spätstellung hinsichtlich dem Backengehäuse3 ist. - Auf ein Schalten eines Schaltventils (das nicht dargestellt aber im wesentlichen identisch mit dem Schaltventil
49 in der ersten Ausführungsform ist) wird der Flügelrotor9 aus dem Zustand gemäß14 in die Voreilrichtung hinsichtlich des Backengehäuses3 gedreht. In diesem Fall tritt eine leichte Zeitverzögerung auf, bis der Öldruck in der Hydraulikkammer24 ein vorbestimmtes Niveau erreicht. Vor Durchlauf dieser Zeitverzögerung kann der eine Federkraft der Feder18 aufnehmende Stopperkolben7 zur Stopperbohrung20 verschoben werden. Die Rückdruckkammer8a ist jedoch geschlossen, wenn sich der Stopperkolben7 zur Stopperbohrung20 ver schiebt. Das Ausmaß des Ölflusses durch die Kopplungszwischenräume ist dadurch beschränkt. Die Verschiebungsgeschwindigkeit des Stopperkolbens7 zur Stopperbohrung20 ist folglich wesentlich verringert. Mit anderen Worten wirkt die Rückdruckkammer8a als eine Dämpfungseinrichtung. - Dementsprechend kann der Öldruck in der Hydraulikkammer
24 das vorbestimmte Niveau frühzeitig erreichen, bevor der Stopperkolben7 in Eingriff mit der Stopperbohrung20 gelangt. Daher kann eine Hydrauliksteuerung einer Drehung in eine Frühstellung des Flügelrotors9 bezüglich des Backengehäuses3 eingeleitet werden, ohne einen Eingriff zwischen dem Stopperkolben7 und der Stopperbohrung20 zu bewirken. - Fünfte Ausführungsform
- Die fünfte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend anhand der
15 bis18 erläutert. - In dieser fünften Ausführungsform ist ein Zahnrad
61 anstelle dem Kettenrad1 gemäß der ersten Ausführungsform angeordnet. Eine Nockenwelle62 wird folglich durch Zahnräder angetrieben. - Gemäß der Darstellung in den
15 und16 enthält ein Backengehäuse63 insgesamt 3 trapezförmige Backen63a ,63b und63c , die gleichmäßig in Umfangsrichtung entlang der zylindrischen Wandung voneinander beabstandet sind. Das vordere Ende des Backengehäuses63 ist durch die Frontplatte4 geschlossen, während das hintere Ende des Backengehäuses63 durch das Zahnrad61 geschlossen ist, das als eine Rückplatte dient. Die drei trapezförmigen Backen63a ,63b und63c weisen hohle Freiräume auf, in denen Bolzen66a ,66b und66c zum Fixieren aller Gehäusekomponententeile4 ,63 und61 eingefügt sind. - Drei umfangsseitige Zwischenräume, von denen einer zwischen den Backen
63c und63a , der zweite zwischen den Backen63a und63b und der dritte zwischen den Backen63b und63c ausgebildet ist, sind Sektorfreiräume, die als Aufnahmekammern für drei jeweilige Flügel64a ,64b und64c dienen. - Ein Flügelrotor
64 enthält einen zylinderförmigen Vorsprung65 und drei Flügel64a ,64b und64c , die einstückig mit dem zylinderförmigen Vorsprung65 ausgebildet sind und sich in radialen Richtungen erstrecken. Die Flügel64 ,64b und64c sind in gleichen Intervallen (Winkeln) in der Umfangsrichtung angeordnet. Ferner sind sie drehbar in den Sektorfreiräumen aufgenommen, die durch die Backen63a ,63b und63c an der zylindrischen Wandung des Backengehäuses63 definiert sind. - Eine erste Spätstellungs-Hydraulikkammer
90 wird zwischen dem Backen63a und dem Flügel64a definiert. Eine zweite Spätstellungs-Hydraulikkammer91 wird zwischen dem Backen63b und dem Flügel64b definiert. Und eine dritte Spätstellungs-Hydraulikkammer92 wird zwischen dem Backen63c und dem Flügel64C definiert. - Eine erste Frühstellungs-Hydraulikkammer
93 wird zwischen dem Backen63c und dem Flügel64a definiert. Eine zweite Frühstellungs-Hydraulikkammer94 wird zwischen dem Backen63a und dem Flügel64b definiert. Eine dritte Frühstellungs-Hydraulikkammer95 wird zwischen dem Backen63b und dem Flügel64c definiert. - Der Flügel
64a weist ein Loch auf, das sich in axialer Richtung zur Nockenwelle62 erstreckt, um in sich einen Stopperkolben80 verschiebbar aufzunehmen. Der Stopperkolben80 dient als Verriegelungs- oder Verindungsteil. - Gemäß der Darstellung in den
15 ,16 und17 ist der zylinderförmige Vorsprung65 des Flügelrotors64 an seinen axialen Enden mit zwei Ölpassagen bzw. -leitungen76 und77 versehen, die als gebogene Nuten konfiguriert sind, welche in Umfangsrichtung versetzt sind. Die Ölleitung76 wird zwischen dem zylinderförmigen Vorsprung65 und der Nockenwelle62 definiert. Die äußere Ölleitung77 wird zwischen dem zylinderförmigen Vorsprung65 und dem zylinderförmigen Vorsprung5 definiert. - Gemäß der Darstellung in
18 ist die Ölleitung76 über jeweilige Ölleitungen76a ,76b und76c mit den Spätstellungs-Hydraulikkammern90 ,91 und92 verbunden. Die Ölleitung77 ist jeweils über Ölleitungen77a ,77b und77c mit dem Frühstellungs-Hydraulikkammern93 ,94 und95 verbunden. - Die Ölleitung
76 ist mit einer Ölleitung73 verbunden, die in der Nockenwelle62 durch die axial aneinanderstoßenden Oberflächen des zylinderförmigen Vorsprunges65 und der Nockenwelle62 ausgebildet ist. Eine Ölleitung75 ist mit einer Ölleitung74 verbunden, die in der Nockenwelle62 durch die axial aneinanderstoßenden Oberflächen des zylinderförmigen Vorsprunges65 und die Nockenwelle62 ausgebildet ist. Die Ölleitung77 ist mit der Ölleitung75 durch die axial aneinanderstoßenden Oberflächen des zylinderförmigen Vorsprunges65 und des zylinderförmigen Vorsprunges5 verbunden. - Die Bezugsnummern
67a ,67b ,67c ,68a ,68b und68c bezeichnen Dichtungsteile. - Die Ausgestaltung mit drei Flügeln
64a ,64b und64c gemäß der fünften Ausführungsform bringt die folgenden Effekte. - In dem Zustand, in dem die Druck aufnehmenden Bereiche an den umfangsseitigen beiden Bereichen von jedem der Flügel
64a ,64b und64c identisch mit den Druck aufnehmenden Bereichen an den umfangsseitigen beiden Seiten von jedem der beiden Flügel9a und9b gemäß der ersten Ausführungsform sind, kann der Flügelrotor64 eine vergrößerte Kraft in Umfangsrichtung im Verhältnis zum bekannten Druck aufnehmenden Bereich aufnehmen. D. h., die von den Hydraulikkammern auf den Dreiflügelrotor64 gemäß der dritten Ausführungsform wirkende Kraft ist 3/2 mal so groß wie die Kraft, die durch die Hydraulikkammern des zweiflügligen Rotors9 gemäß der ersten Ausführungsform bewirkt wird. - Mit anderen Worten, wenn eine Hydraulikkraft zum Antrieb des Flügelrotors
64 in der Umfangsrichtung nur in einer Größe wie in der ersten Ausführungsform erforderlich ist, wird es möglich, die Flächen der umfangsseitigen Seitenflächen der Flügel64a ,64b und64c zu verringern. Es wird nämlich möglich, die Größe des Flügelrotors zu verringern und dabei eine kompakte Ventilsteuerzeiten-Steuervorrichtung zu realisieren. - Weitere verschiede Anordnungsweisen
- Obwohl die oben beschriebenen Ausführungsformen offenbaren, daß der Stopperkolben im Rotor und die Aufnahmebohrung im Gehäuseteil angeordnet sind, ist es natürlich möglich, den Stopperkolben im Gehäuse und die Aufnahmebohrung im Rotor aufzunehmen.
- Obwohl die oben beschriebenen Ausführungsformen eine kegelige Oberfläche sowohl am vorderen Endabschnitt des Stopperkolbens als auch an der Stopperbohrung vorsehen, ist es möglich, die kegelige Oberfläche nur an einem Teil dieser beiden Teile vorzusehen. Z. B. wird ein Teil der beiden mit einer kegeligen Oberfläche ausgebildet, während das andere Teil mit einer kugelförmigen Oberfläche ausgebildet wird, die auf dieser kegeligen Oberfläche gleitfähig ist.
- Überdies ist das Anordnen einer schrägen Oberfläche wichtig, um durch die Keilwirkung eine Antriebskraft in Drehrichtung zu erzeugen. Folglich ist es wünschenswert, die schräge Oberfläche zumindest an einer Seite in Drehrichtung (d. h. voreilseitig) der Stopperbohrung vorzusehen.
- Ferner zeigen die oben beschriebenen Ausführungsformen Stopperabschnitte
9e , die in der maximalen Spätstellung gemäß der Darstellung in2 in Kontakt mit der Backe3a gebracht werden. Es ist auch möglich, den Stopperabschnitt9e an der linken Seite des Flügels9a in2 derart vorzusehen, daß er in der maximalen Spätstellung in Kontakt mit der Backe3b gebracht wird. Es ist bei dieser Anordnung auch möglich, eine Kraft zu erreichen, die den Flügelrotor9 durch den Eingriff des Stopperkolbens und der Stopperbohrung zum Backengehäuse3 preßt. - Ferner ist es auch möglich, einen Doppelverriegelungsmechanismus zu schaffen, bei dem der Stopperkolben und die Stopperbohrung sowohl in der maximalen Spätstellung als auch in der maximalen Frühstellung in Kontakt zueinander gebracht werden.
- Obwohl die oben beschriebenen Ausführungsformen die einstückige Ausgestaltung der Flügel mit den zylinderförmigen Vorsprüngen aufzeigen, ist es möglich, die Flügel unabhängig von den zylinderförmigen Vorsprüngen auszubilden.
- Ferner kann die Anzahl der Flügel auf nur einen reduziert oder auf vier oder mehr erhöht werden, obwohl in den oben beschriebenen Ausführungsformen nur Flügelrotoren mit zwei oder drei Flügeln offenbart sind.
- Obwohl der Stopperkolben und die Stopperbohrung an deren gegenüberliegenden oder ineinander greifenden Oberflächen mit dem gleichen Kegelungswinkel konisch ausgebildet sind, kann jeder Kegelungswinkel unterschiedlich sein, solange der Stopperkolben mit der Stopperbohrung in Eingriff gelangt oder gekoppelt werden kann.
- Obwohl die oben beschriebenen Ausführungsformen die Anordnungsweise annehmen, daß der Kettenkranz oder das Zahnrad synchron mit der Kurbelwelle gedreht werden, um das Backengehäuse integral mit der Kurbelwelle zu drehen, während der Flügelrotor integral mit der Nockenwelle gedreht wird, ist es auch möglich, eine Anordnungsweise anzunehmen, in der der Kettenkranz integral mit der Nockenwelle gedreht wird, während der Flügelrotor integral mit der Kurbelwelle gedreht wird. In einem derartigen Fall ist der Flügelrotor in der maximalen Frühstellung mittels dem Verriegelungsteil mit dem Backengehäuse verbunden.
- Die Ventilsteuerzeiten-Steuervorrichtungen gemäß den oben beschriebenen Ausführungsformen können auf einen Verbrennungsmotor angewendet werden, der zwei parallele Nockenwellen aufweist, die unabhängig voneinander zum Öffnen und Schließen der Einlaßventile und der Auslaßventile verwendet werden. Bei einem derartigen Doppel-Nockenwellen-Motor kann die Ventilsteuerzeiten-Steuervorrichtung zwischen den beiden Nockenwellen angeordnet sein.
- Eine Nockenwelle wird z. B. durch die Kurbelwelle über eine Kette synchron mit der Kurbelwelle mitgenommen. Die andere Nockenwelle wird durch die eine Nockenwelle über einen Zahnradzug ange trieben. In diesem Fall kann der Flügelrotor zusammen mit der einen Nockenwelle gedreht werden, die als Antriebswelle wirkt, während das Gehäuseteil zusammen mit der anderen Nockenwelle gedreht werden kann, die als angetriebene Welle wirkt, oder umgekehrt.
Claims (8)
- Dreh- oder Winkelphasen-Steuervorrichtung, die zwischen einer ersten und einer zweiten drehbaren Welle zum Verstellen einer Dreh- oder Winkelphase zwischen der ersten und zweiten drehbaren Welle angeordnet ist, mit: einem Gehäuse (
1 ,3 ,4 ), das einen sich von einer inneren Gehäusewandung aus erstreckenden Backen (3a ,3b ) aufweist und mit der ersten drehbaren Welle verbunden und zusammen mit dieser drehbar ist; einem Rotor (9 ), der einen sich von einer zylindrischen Rotoroberfläche aus erstreckenden Flügel (9a ,9b ) aufweist und mit der zweiten drehbaren Welle verbunden und im Gehäuse (1 ,3 ,4 ) derart aufgenommen ist, dass er innerhalb eines vorbestimmten Winkels bezüglich des Gehäuses (1 ,3 ,4 ) verdrehbar ist; wobei der Rotor (9 ) und das Gehäuse (1 ,3 ,4 ) zusammenwirkend mindestens eine Kammer (10 ,11 ,12 ,13 ) definieren, deren Volumen entsprechend der Drehlage des Rotors (9 ) bezüglich des Gehäuses (1 ,3 ,4 ) veränderbar ist; und einem Verriegelungsmechanimus zum Verriegeln des Rotors (9 ) im Gehäuse (1 ,3 ,4 ), dadurch gekennzeichnet, dass der Verriegelungsmechanismus aufweist: einen in einer Richtung parallel zu einer gemeinsamen Drehachse des Gehäuses (1 ,3 ,4 ) und des Rotors (9 ) im Flügel (9a ) des Rotors (9 ) verschiebbar aufgenommenen Stift (7 ), und eine im Gehäuse (1 ,3 ,4 ) vorgesehene Eingriffsöffnung (20 ) zur Aufnahme des Stiftes (7 ), eine konische Oberfläche am Stift (7 ) und/oder an der Eingriffsöffnung (20 ) derart vorgesehen ist, dass dann, wenn der Stift (7 ) und die Eingriffsöffnung (20 ) an der konischen Oberfläche miteinander in Kontakt gebracht werden, eine in Axialrichtung des Stifts (7 ) wirkende Antriebskraft durch den durch die konische Oberfläche erhaltenen Keileffekt in eine in Drehrichtung wirkende Antriebskraft zwischen dem Gehäuse (1 ,3 ,4 ) und dem Rotor (9 ) umgewandelt wird, wodurch der Flügel (9a ,9b ) des Rotors (9 ) in einer Drehendlage gegen den Backen (3a ,3b ) des Gehäuses (1 ,3 ,4 ) und relativ zum Gehäuse (1 ,3 ,4 ) fest verriegelt wird, und in der Drehendlage des Rotors (9 ) gegenüber dem Gehäuse (1 ,3 ,4 ) die Mittelachse des Stifts (7 ) von einer Mittelachse der Eingriffsöffnung (20 ) in Voreilrichtung des Rotors (9 ) versetzt ist. - Dreh- oder Winkelphasen-Steuervorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Verriegelungsmechanismus den Rotor (
9 ) im Gehäuse (1 ,3 ,4 ) in der Weise verriegelt und damit eine Verdrehung des Rotors (9 ) verhindert, dass der Rotor (9 ) nur in der Drehendlage gegen das Gehäuse (1 ,3 ,4 ) gepresst wird, in den anderen Drehlagen aber nicht verriegelt ist. - Dreh- oder Winkelphasen-Steuervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Eingriffsöffnung (
20 ) eine konische Oberfläche aufweist. - Dreh- oder Winkelphasen-Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, mit einem mechanischen Antriebsteil (
18 ) zum Vorspannen des Stifts (7 ) zur Eingriffsöffnung (20 ) und einem hydraulischen Antriebsmechanismus zum Außereingriffbringen des Stifts (7 ) mit der Eingriffsöffnung (20 ), wenn der mindestens einen Kammer (10 ,11 ;12 ,13 ) Betätigungsflüssigkeit zugeführt wird. - Dreh- oder Winkelphasen-Steuervorrichtung nach Anspruch 4, wobei die mindestens eine Kammer (
10 ,11 ;12 ,13 ) eine erste Kammer (10 ,11 ) und eine zweite Kammer (12 ,13 ) aufweist, deren Volumen sich gegensätzlich zum Volumen der ersten Kammer (10 ,11 ) ändert, und wobei der hydraulische Antriebsmechanismus den Stift (7 ) im Ansprechen auf der der ersten Kammer (10 ,11 ) oder der zweiten Kammer (12 ,13 ) zugeführten Betätigungsflüssigkeit außer Eingriff mit der Eingriffsöffnung (20 ) bringt. - Dreh- oder Winkelphasen-Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Dreh- oder Winkelphasen-Steuervorrichtung als eine Ventilsteuerzeiten-Steuervorrichtung für einen Verbrennungsmotor verwendet wird, und wobei der Stift (
7 ) in der Eingriffsöffnung nur dann aufgenommen wird, wenn der Rotor (9 ) bezüglich des Gehäuses (1 ,3 ,4 ) in einer vorbestimmten maximalen Spätstellung hinsichtlich der Ventilzeitsteuerung des Verbrennungsmotors liegt. - Dreh- oder Winkelphasen-Steuervorrichtung nach Anspruch 1, wobei die mindestens eine Kammer (
10 ,11 ;12 ,13 ) eine erste Kammer (10 ,11 ) und eine zweite Kammer (12 ,13 ) aufweist, deren Volumen sich gegensätzlich zum Volumen der ersten Kammer (10 ,11 ) ändert, und eine Betätigungsflüssigkeitsnut (29 ) an einer Endfläche des Rotors (9 ) derart ausgebildet ist, dass sie mit der ersten Kammer (10 ,11 ) in Verbindung steht, während eine weitere Betätigungsflüssigkeitsnut (30 ) an der anderen Endfläche des Rotors (9 ) derart ausgebildet ist, dass sie mit der zweiten Kammer (12 ,13 ) in Verbindung steht. - Dreh- oder Winkelphasen-Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der Rotor insgesamt drei Flügel enthält, die drei Sätze von Kammern zwischen dem Rotor und dem Gehäuse definieren.
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