DE19655433B4

DE19655433B4 - Dreh- oder Winkelphasen-Steuervorrichtung,

Info

Publication number: DE19655433B4
Application number: DE19655433.0A
Authority: DE
Inventors: Masayasu Ushida
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1995-06-14
Filing date: 1996-06-14
Publication date: 2016-06-16
Anticipated expiration: 2016-06-15
Also published as: US5960757A; GB2302391A; GB2302391B; DE19655398B4; US6199524B1; KR100233618B1; KR970001902A; DE19623818A1; GB9612425D0; DE19655398B8; DE19623818B4; US5823152A; DE19623818C5

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 mit der ersten drehbaren Welle verbunden und zusammen mit dieser drehbar ist; einem Rotor (9), der mit der zweiten drehbaren Welle (2) verbunden und im Gehäuse (1, 3, 4) relativ zu diesem innerhalb eines vorbestimmten Winkels drehbar aufgenommen ist; wobei das Gehäuse (1, 3, 4) und der Rotor (9) zusammenwirkend eine Kammer definieren, der Betätigungsflüssigkeit zugeführt wird, um die Drehlage des Rotors (9) relativ zum Gehäuse (1, 3, 4) zu ändern, und deren Volumen entsprechend einer Änderung der Drehlage des Rotors (9) relativ zum Gehäuse (1, 3, 4) veränderlich ist; einem Verriegelungsteil (7), welches in dem Einen des Gehäuses (1, 3, 4) und Rotors (9) vorgesehen ist; einer Eingriffsöffnung (20), die in dem Anderen des Gehäuses (1, 3, 4) und Rotors (9) vorgesehen ist, zur Aufnahme des Verriegelungsteils (7); und einem hydraulischen Antriebsmechanismus (23, 24), um das Verriegelungsteil (7) außer Eingriff mit der Eingriffsöffnung (20) zu bringen, wenn der Kammer Betätigungsflüssigkeit zugeführt wird, wobei der Rotor (9) und das Gehäuse (1, 3, 4) eine zwischen der Kammer und der Eingriffsöffnung (20) ausgebildete Betätigungsflüssigkeitsleitung (25) einschließen, wobei das Verriegelungsteil (7) in eine Richtung parallel zu einer gemeinsamen Drehachse des Gehäuses (1, 3, 4) und Rotors (9) verschiebbar ist, und die Betätigungsflüssigkeitsleitung (25) die Betätigungsflüssigkeit aus der Kammer zur Eingriffsöffnung (20) leitet, um das Verriegelungsteil (7) außer Eingriff mit der Eingriffsöffnung (20) zu bringen, wobei das Verriegelungsteil (7) im Rotor (9) ...

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Dreh- oder Winkelphasen-Steuervorrichtung.
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 A bzw. JP H01-92504 A offenbart eine derartige Ventilsteuerzeiten-Steuervorrichtung.
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 einer anderen Ölleitung verbunden. Diese beiden Ölleitungen sind im Rotor ausgebildet, um den Hydraulikkammern unter Druck stehendes Ölzuzuführen 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 Radialrichtungen 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 auch 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 der am 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 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 A einen Rotor mit zwei Flügeln. Die herkömmlichen zweiflügligen Rotoren bereiten jedoch Schwierigkeiten hinsichtlich des Erreichens eines zufriedenstellenden Druckaufnahmebereiches und einer dauerhaften Gehäusefestigkeit.
Ausgehend von der US 4,858,572 A besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine verbesserte 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 Dreh- oder Winkelphasen-Steuervorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wobei ein Schnitt gemäß der Linie I-I in 2 darstellt ist;
2 einen Querschnitt durch die Dreh- oder Winkelphasen-Steuervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
3 einen Längsschnitt gemäß der Linie III-III in 2;
4 einen Längsschnitt gemäß der Linie IV-IV in 2;
5 einen Längsschnitt, der einen Zustand der Dreh- oder Winkelphasen-Steuervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung aufzeigt, in dem ein Stopperkolben aus einer Stopperbohrung 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 Dreh- oder Winkelphasen-Steuervorrichtung im Zustand gemäß 6;
8 eine schematische Ansicht eines Hydraulikdruck-Steuerkreises gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
9 einen Längsschnitt durch eine Dreh- oder Winkelphasen-Steuervorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
10 einen Längsschnitt, der einen Zustand der Dreh- oder Winkelphasen-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 in 11;
13 einen Längsschnitt durch eine Dreh- oder Winkelphasen-Steuervorrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
14 einen Längsschnitt, der einen Zustand einer Dreh- oder Winkelphasen-Steuervorrichtung der vierten Ausführungsform aufzeigt, in dem ein Stopperkolben aus einer Stopperbohrung herausgezogen ist;
15 einen Querschnitt durch eine Dreh- oder Winkelphasen-Steuervorrichtung gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wobei der Schnitt gemäß der Linie XV-XV in 17 verläuft;
16 einen Querschnitt gemäß der Linie XVI-XVI in 17;
17 einen Längsschnitt durch eine Dreh- oder Winkelphasen-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.
Erste Ausführungsform
Eine Dreh- oder Winkelphasen-Steuervorrichtung für einen Verbrennungsmotor gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nun anhand der 1 bis 8 erläutert.
Ein Kettenkranz 1, der in 1 gezeigt ist, nimmt eine Antriebskraft von einer Kurbelwelle (d. h. einer Antriebswelle) eines nicht dargestellten Verbrennungsmotors über eine nicht dargestellte Kette auf. Der Kettenkranz 1 dreht sich folglich synchron mit der Kurbelwelle, die einer ersten drehbaren Welle entspricht. Eine Nockenwelle 2, die als Abtriebswelle dient und einer zweiten drehbaren Welle entspricht, nimmt eine Antriebskraft vom Kettenkranz 1 auf und öffnet oder schließt ein Einlaßventil und/oder ein Auslaßventil (beide nicht dargestellt). Die Nockenwelle 2 kann eine wechselseitige Drehung bezüglich des Kettenrads 1 mit einer vorbestimmten Winkelphase bewirken. Sowohl der Kettenkranz 1 als auch die Nockenwelle 2 drehen sich, aus der Richtung gemäß dem Pfeil X in 1 betrachtet, in Richtung des Uhrzeigersinns. Diese Drehrichtung wird nachfolgend als ”Voreilrichtung” bzw. ”Frühstellung” bezeichnet.
Gemäß der Darstellung in den 1 und 2 wirken der Kettenkranz 1, ein Backengehäuse 3 und eine Frontplatte 4 als ein Gehäuseteil zusammen. Sie sind zuverlässig und koaxial mittels einer Mehrzahl von Schrauben 14 aneinander befestigt.
Der Kettenkranz 1 weist in seinem Zentrum einen runden Vorsprung 1a auf. Eine innere zylindrische Wandung des runden Vorsprungs 1a sitzt drehbar auf einer äußeren zylindrischen Oberfläche eines vorderen Endes 2a der Nockenwelle 2. Die Frontplatte 4 und das Backengehäuse 3 sind mittels eines Anschlag- bzw. DruckstiftS 26 fixiert, der diese in einem vorbestimmten Drehwinkelverhältnis positioniert. Das Backengehäuse 3 und der Kettenkranz 1 sind durch einen Druckstift 27 fixiert, der diese ebenfalls in einem vorbestimmten Drehwinkelverhältnis positioniert.
Gemäß der Darstellung in 2 weist das Backengehäuse 3 zwei Backen 3a und 3b auf, die einander gegenüberliegend und in trapezförmiger Gestalt ausgebildet sind. Die gegenüberliegenden inneren Flächen der Backen 3a und 3b sind als zylindrische Oberflächen ausgebildet und weisen einen bogenförmigen Querschnitt auf. An den umfangsseitigen beiden Seiten der Backen 3a und 3b sind zwei Sektorfreiräume definiert. Diese Sektorfreiräume dienen als Kammern für die Aufnahme von Flügeln 9a und 9b, die später beschrieben werden.
Gemäß der Darstellung in 1 und 2 enthält ein Flügelrotor 9 zwei Flügel 9a und 9b, die sich von einem zylinderförmigen Vorsprung 9f erstrecken und einstückig mit diesem ausgebildet sind. Der zylinderförmige Vorsprung 9f ist im Zentrum des Flügelrotors 9 ausgebildet. Die Flügel 9a und 9b sind jeweils in sektorförmiger Gestalt ausgebildet. Sie erstrecken sich vom zylinderförmigen Vorsprung 9f radial in gegenüberliegende Richtungen. Der Flügel 9a ist in einem umfangsseitigen Sektorfreiraum aufgenommen, der zwischen den Backen 3a und 3b definiert ist, während der andere Flügel 9a im anderen umfangsseitigen Sektorfreiraum aufgenommen ist, der zwischen den Backen 3a und 3b definiert wird. Folglich können die Flügel 9a und 9b hinsichtlich des Backengehäuses 3 innerhalb eines vorbestimmten Winkels drehen, der durch die Sektorfreiräume definiert wird, welche zwischen den Backen 3a und 3b ausgebildet sind.
Eine am hinteren Ende des Flügelrotors 9 ausgebildete zylinderförmige Bohrung 9c ist mit dem vorderen Ende 2a der Nockenwelle 2 gekoppelt. Eine Schraube 15 befestigt den Flügelrotor 9 zuverlässig an der Nockenwelle 2. Der Flügelrotor 9 und die Nockenwelle 2 werden durch einen Druckstift 28 fixiert, der diese in einem vorbestimmten Drehwinkelverhältnis positioniert.
Ein zylinderförmiger Vorsprung 5, der integral am Flügelrotor 9 befestigt ist, ist drehbar an eine innere zylinderförmige Wandung der Frontplatte 4 gekoppelt. Wie in 2 deutlich gezeigt ist, ist ein kleiner Zwischenraum 16 zwischen der äußeren zylinderförmigen Wandung jedes Flügels 9a und 9b und der inneren zylinderförmigen Wandung des Backengehäuses 3 ausgebildet. Ein kleiner Zwischenraum 17 ist zwischen dem zylinderförmigen Vorsprung 9f und der zylinderförmigen Fläche jedes Backens 3a und 3b ausgebildet. Daher kann der Flügelrotor 9 eine Drehung hinsichtlich des Backengehäuses 3 bewirken und dabei eine hermetische Abdichtung aufrechterhalten.
Eine Spätstellungs-Hydraulikkammer 10 ist zwischen dem Backen 3a und dem Flügel 9a definiert. Eine weitere Spätstellungs-Hydraulikkammer 11 ist zwischen dem Backen 3b und dem Flügel 9b definiert. Eine Frühstellungs-Hydraulikkammer 12 ist zwischen dem Backen 3a und dem Flügel 9b definiert und eine weitere Frühstellungs-Hydraulikkammer 13 ist zwischen dem Backen 3b und dem Flügel 9a definiert. Die axiale Länge der Flügel 9a und 9b ist geringfügig kürzer als die des Backengehäuses 3, welches zwischen der Frontplatte 4 und dem Kettenkranz 1 angeordnet ist.
Mit der oben beschriebenen Anordnungsweise können sich Nockenwelle 2 und der Flügelrotor 9 hinsichtlich des Gehäuseteils koaxial drehen, d. h. einer Anordnung die aus dem Kettenkranz 1, dem Backengehäuse 3 und der Frontplatte 4 besteht.
Gemäß der Darstellung in 1 dient ein Stopperkolben 7 als ein Verriegelungsteil und ist in einem hohlen Freiraum im Flügel 9a des Flügelrotors 9 angeordnet. Der Stopperkolben 7 enthält einen zylinderförmigen Abschnitt 7a mit geringerem Durchmesser und einen zylinderförmigen Abschnitt 7b mit größerem Durchmesser. Ein vorderer Endabschnitt 7c des Abschnitts 7a mit geringerem Durchmesser ist an seinem spitzen Ende kegelig bzw. konisch ausgebildet. Eine Stopperbohrung 20 dient als Gegenstück oder Verbindungsteil, in welches der Stopperkolben 7 aufgenommen wird oder eingreift. In anderen Worten verringert sich der Durchmesser des vorderen Endabschnitts 7c nach und nach auf die Stopperbohrung 20 zu.
Der Abschnitt 7b des Stopperkolbens 7 ist in einer Aufnahmeöffnung 8 angeordnet, die im Flügel 9a geöffnet ist. Der Abschnitt 7b mit größerem Durchmesser wird durch die innere zylinderförmige Wandung der Aufnahmeöffnung 8 gehalten und ist in axialer Richtung der Nockenwelle 2 verschiebbar.
Eine Feder 18, die als Vorspann- bzw. Antriebseinrichtung wirkt und einem mechanischen Antriebsteil entspricht, ist in der Aufnahmeöffnung 8 derart eingefügt, daß sie den Stopperkolben 7 elastisch in eine axiale Richtung von rechts gemäß 1 drängt. Ein Führungsring 19 ist lose oder zwangsläufig mit der inneren Wandung des Flügels 9a gekoppelt, die die Aufnahmeöffnung 8 definiert. Der Führungsring 19 ist ferner lose mit der äußeren Wandung des Abschnitts 7a des Stopperkolbens 7 gekoppelt. Dementsprechend ist der Stopperkolben 7 im Flügel 9a derart angeordnet, daß er in axialer Richtung der Nockenwelle 2 verschiebbar ist. Ferner wird der Stopperkolben 7 mittels der Feder 18 federnd zur Frontplatte 4 gedrückt.
Gemäß der Darstellung in 4 ist der Neigungswinkel des vorderen Endabschnitts 7c des Stopperkolbens 7 so festgesetzt, daß er identisch mit dem Neigungswinkel der Stopperbohrung 20 ist. Wenn der Stopperkolben 7 in die Stopperbohrung 20 eingefügt ist, wird eine vordere Randfläche 7d des Stopperkolbens 7 nicht in Kontakt mit einer oberen Fläche 20b der Stopperbohrung 20 gebracht.
Gemäß der Darstellung in den 1 und 2 wird kein unter Druck stehendes Öl in die Hydraulikdruckkammern 23 und 24 zugeführt, wenn die Lage des Flügelrotors 9 hinsichtlich des Backengehäuses 3 in einer maximalen Spätstellung ist, die als Drehendlage dient. Folglich ist der Stopperkolben 7 mit der Stopperbohrung 20 durch die federnde Kraft der Feder 18 gekoppelt. In diesem Fall wird ein Stopperabschnitt 9e, der an einer Spätstellungsseite des Flügels 9b ausgebildet ist, in Kontakt mit der Seitenfläche des Backens 3a gebracht. Daher nimmt der Flügelrotor 9 unmittelbar eine Antriebskraft vom Backengehäuse 3 auf.
Das Lageverhältnis zwischen dem Stopperkolben 7 und der Stopperbohrung 20 ist derart gestaltet, daß das Backengehäuse 3 und der Flügelrotor 9 wechselseitig gegeneinander gepreßt werden, wenn sie in ihrer maximalen Spätstellung angeordnet sind. In der maximalen Spätstellung gemäß 2, in der der Stopperabschnitt 9e des Flügels 9b in Kontakt mit der Seitenfläche des Backen 3a gebracht wurde, ist das axiale Zentrum 100 des Stopperkolbens 7 versetzt vom axialen Zentrum 101 der Stopperbohrung 20 in Richtung Frühstellung des Flügelrotors 9 gemäß der Darstellung in 4.
Wenn der Stopperkolben 7 mit der Stopperbohrung 20 gekoppelt ist, ermöglicht ein Kontakt der konischen äußeren Wandung des Stopperkolbens 7 mit der konischen inneren Wandung der Stopperbohrung 20, daß der Stopperkolben 7 als ein Keil gegenüber der Stopperbohrung 20 wirkt.
Dementsprechend werden der Flügelrotor 9 und das Backengehäuse 3 unter der Vorspann- bzw. Antriebskraft, die in axialer Richtung des Stopperkolbens 7 wirkt, gegenseitig in die Drehrichtung verschoben.
In der ersten Ausführungsform gemäß der Darstellung in 4 werden ein Stopperkolben 7 und die Stopperbohrung 20 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 Stopperkolbens 7, die in seiner axialen Richtung wirkt, in eine Antriebskraft der konischen Oberfläche umgewandelt, die in Drehrichtung wirkt. Der Flügelrotor 9 dreht sich folglich gemäß 2 entgegen dem Uhrzeigersinn, während das Backengehäuse 3 in Richtung des Uhrzeigersinns gedrängt wird. Dies bewirkt eine Antriebskraft, die den Stopperabschnitt 9e zur inneren Fläche des Backens 3a preßt. Daher sind das Backengehäuse 3 und der Flügelrotor 9 fest gegeneinander gespannt.
Kurz gesagt ist der Stopperkolben 7 in Eingriff mit der Stopperbohrung 20 an ihren jeweiligen geneigten Flächen, die auf die Drehrichtung zugerichtet sind, so daß eine axiale Antriebskraft des Stopperkolbens 7 in eine Antriebskraft umgewandelt wird, die in eine gegenseitige Drehrichtung zwischen dem Backengehäuse 3 und dem Flügelrotor 9 wirkt, wodurch eine Antriebskraft zum Pressen bzw. Drängen des Flügelrotors 9 gegen das Backengehäuse 3 vorgegeben wird.
Hinsichtlich des Lageverhältnisses zwischen dem Stopperkolben 7 und der Stopperbohrung 20 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 Flügelrotors 9 in Kontakt zueinander gebracht werden.
Gemäß der Darstellung in 1 ist ein Ablaufloch 21 in der Seitenwandung des Flügels 9a geöffnet und erstreckt sich von der Aufnahmeöffnung 8 zum Kettenkranz 1. Ein Luftloch 22 ist im Kettenkranz 1 geöffnet. Das Ablaufloch 21 des Flügels 9a trifft das Luftloch 22 des Kettenkranzes 1, wenn der Flügelrotor 9 in der maximalen Spätstellung ist.
Folglich wird der Zwischenraum hinter dem Stopperkolben 7, der die Feder 18 aufnimmt, in diesem Moment bzw. in dieser Stellung auf atmosphärischem Druck gehalten.
Gemäß der Darstellung in 1 ist eine Hydraulikkammer 23 zwischen dem Führungsring 19 und dem Abschnitt 7b mit größerem Durchmesser des Kolbens 7 definiert. Eine Hydraulikkammer 24 ist zwischen der Stopperbohrung 20 der Frontplatte 4 und dem Abschnitt 7a mit kleinerem Durchmesser des Stopperkolbens 7 definiert. Die Hydraulikkammer 24 ist über eine Ölleitung 25 mit der Frühstellungs-Hydraulikkammer 13 verbunden, die in der Frontplatte 4 ausgebildet ist.
Gemäß der Darstellungen in den 1, 2 und 3 ist der Flügelrotor 9 mit zwei Ölleitungen 29 und 30 versehen, die als gebogene Nuten ausgebildet sind, welche sowohl in Umfangs- als auch in axialer Richtung versetzt ausgebildet sind. Eine Ölleitung 29 ist zwischen dem zylinderförmigen Vorsprung 9f und dem zylinderförmigen Vorsprung 5 definiert. Die andere Ölleitung 30 ist zwischen dem zylinderförmigen Vorsprung 9f und der Nockenwelle 2 definiert. Die Ölleitung 29 ist mit den Spätstellungs-Hydraulikkammern 10 und 11 über jeweilige Ölleitungen 31 und 32 verbunden. Überdies ist die Ölleitung 30 mit den Frühstellungs-Hydraulikkammern 12 und 13 über jeweiligen Ölleitungen 34 und 35 verbunden. Die Ölleitung 29 ist ferner mit einer Ölleitung 36 verbunden, die mit einer in der Nockenwelle 2 durch die axial aneinanderstoßenden Oberflächen des Flügelrotors 9 und der Nockenwelle 2 ausgebildeten Ölleitung 39 verbunden ist. Die Ölleitung 30 ist mit einer in der Nockenwelle 2 durch die axial aneinanderstoßenden Flächen des Flügelrotors 9 und der Nockenwelle 2 ausgebildeten Ölleitung 38 verbunden.
Auf diese Weise sind die Ölleitungen 29 und 30 an den beiden axialen Enden des zylinderförmigen Vorsprungs 9f 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 Vorsprung 9f zu vermeiden, wie auch dazu, die Größe des zylinderförmigen Vorsprunges 9f zu reduzieren. Darüber hinaus kann die Herstellung der Ölleitung im zylinderförmigen Vorsprung 9f vereinfacht werden.
Gemäß der Darstellung in 1 ist ein Wellenzapfen 42 der Nockenwelle 2 in einem am Zylinderkopf ausgebildeten Lager 41 drehbar und axial fest gelagert. Zwei kreisförmige Nuten oder Ringnuten 43 und 44 sind an der äußeren zylinderförmigen Oberfläche des Wellenzapfens 42 ausgebildet. Eine Ölzufuhrleitung 47 führt unter Druck stehendes Öl von einer Pumpe 46 zu, während eine Ölablaufleitung 48 Öl in einen Öltank 45 abgibt. Die Ölzufuhrleitung 47 und die Ölablaufleitung 48 sind mit den Ringnuten 43 und 44 durch Verschieben eines Schaltventils 49 wahlweise verbunden oder nicht verbunden. Die Pumpe 46 und das Schaltventil 49 bilden zusammenwirkend eine Hydraulikbetätigungseinrichtung aus. In dieser Ausführungsform ist das Schaltventil 49 ein an sich bekanntes Vierwegeleitventil.
Gemäß der Darstellung in 3 ist die äußere Nut 43 mit Ölleitungen 37 und 38 verbunden, die sich hintereinander in der Nockenwelle 2 erstrecken. Das ferne Ende der Ölleitung 38 ist mit der Ölleitung 30 verbunden, die im Flügelrotor 9 quer über die axial aneinanderstoßenden Flächen des Flügelrotors 9 (d. h. des zylinderförmigen Vorsprungs 9f) und der Nockenwelle 2 ausgebildet sind.
Gemäß der Darstellung in 1 ist die äußere Nut 44 mit der Ölleitung 39 verbunden, die sich in der Nockenwelle 2 erstreckt. Das ferne Ende der Ölleitung 39 ist mit der Ölleitung 36 verbunden, die im Flügelrotor 9 quer über die axial aneinanderstoßenden Flächen des Flügelrotors 9 (d. h. des zylinderförmigen Vorsprunges 9f) und der Nockenwelle 2 ausgebildet sind.
Durch diese Ölleitungsanordnungsweise kann unter Druck stehendes Öl von der Pumpe 46 über das Schaltventil 49 wahlweise zu den Ringnuten 43 und 44 zugeführt werden. Folglich kann unter Druck stehendes Öl von der Pumpe 46 wahlweise auf die Spätstellungs-Hydraulikkammern 10 und 11 und die Hydraulikkammer 23 oder die Frühstellungs-Hydraulikkammern 12 und 13 und die Hydraulikkammer 24 zugeführt werden. Ferner kann Öl von diesen Kammern zum Öltank 45 abgeführt werden.
Der zwischen der äußeren zylinderförmigen Wandung von jedem Flügel 9a oder 9b und der inneren zylinderförmigen Wandung des Backengehäuses 3 vorgesehene Zwischenraum 16 ist vorzugsweise so klein wie möglich ausgebildet, da er nützlich ist, um die Spätstellungs-Hydraulikkammer 10 (oder 11) von der damit verbundenen Frühstellungs-Hydraulikkammer 13 (oder 12) über einen relativ langen Zwischenraum 16 im wesentlichen abzutrennen oder zu isolieren.
Der zwischen dem zylinderförmigen Vorsprung 9f und der zylinderförmigen Fläche jedes Backens 3a oder 3b vorgesehene Zwischenraum 17 ist relativ kurz. Daher ist ein Dichtungsteil 6 in einer Nut 9d des Flügelrotors 9 vorgesehen, um die Abdichtfähigkeit zu verbessern und eine Verbindung zwischen der Spätstellungs-Hydraulikkammer 10 (oder 11) zur zugeordneten Frühstellungs-Hydraulikkammer 13 (oder 12) über den kurzen Zwischenraum 17 zu vermeiden.
Um eine Drehung des Flügelrotors 9 im Backengehäuse 3 zu ermöglichen, ist ein Gleitabstand notwendig, der zwischen jeder axialen Endfläche des Flügelrotors 9 und der inneren Endfläche des Backengehäuses 3 oder des Kettenkranzes 1 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 Flügelrotors 9 etwas geringer als die axiale Breite des Backengehäuses 3 vorzugsweise so gering wie möglich ausgebildet. Die Flügel 9a und 9b 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 Flügelrotors 9 hinsichtlich dem Backengehäuse 3 zu realisieren. Ferner sind die großen lateralen Querschnitte der Flügel 9a und 9b nützlich, um die Aufnahme des Stopperkolbens 7 zu erleichtern.
Nachfolgend wird eine Betätigung der oben beschriebenen Dreh- oder Winkelphasen-Steuervorrichtung erläutert.
Vor der Motorstartbetätigung ist noch kein unter Druck stehendes Öl durch die Pumpe 46 in die Hydraulikkammern 23 und 24 eingeführt. Zu diesem Zeitpunkt wird der Flügelrotor 9 gemäß der Darstellung in den 1 und 2 in der maximalen Spätstellung hinsichtlich dem Backengehäuse 3 gehalten. Der Stopperabschnitt 9e des Flügels 9b wird in Kontakt mit dem Backen 3a auf der Spätstellungsseite gebracht. Folglich wird die Drehantriebskraft vom Kettenkranz 1 über das Backengehäuse 3 und den Flügelrotor 9 zur Nockenwelle 2 übertragen. Der durch die Federkraft der Feder 18 vorgespannte Stopperkolben 7 ist in einem derartigen Eingriff mit der Stopperbohrung 20, daß die kegelige Oberfläche des vorderen Endabschnittes 7c des Stopperkolbens 7 in Kontakt mit der kegeligen Oberfläche der Stopperbohrung 20 auf der Voreilseite gebracht ist.
Durch diesen Eingriff werden der Flügelrotor 9 und das Backengehäuse 3 in die Drehrichtung gedrängt und fest miteinander verbunden oder verriegelt. Auch wenn ein positives oder negatives, gegenläufiges Drehmoment auf die Nockenwelle 2 wirkt, um das Einlaßventil und/oder das Auslaßventil zu betätigen, ist der Flügelrotor 9 dementsprechend zuverlässig von einer Bewegung oder einem Verschieben hinsichtlich dem Backengehäuse 3 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 Schaltventils 49 wird unter Druck stehendes Öl von der Pumpe 46 gemäß der Darstellung in 5 über die Ringnut 44 und die Ölleitungen 39, 36, 29, 31, 32 und 33 zu den Spätstellungs-Hydraulikkammern 10 und 11 und der Hydraulikkammer 23 zugeführt. Durch das Zuführen von unter Druck stehendem Öl in die Hydraulikkammer 23 nimmt der Stopperkolben 7 eine Kraft auf, die proportional zum Unterschied zwischen den druckaufnehmenden Bereichen des Abschnitts 7b mit größerem Durchmesser und des Abschnitts 7a mit kleinerem Durchmesser des Stopperkolbens 7 ist.
Dieser Hydraulikdruck wirkt auf den Stopperkolben 7 derart, daß dieser in axialer Richtung der Aufnahmeöffnung 8 zum Kettenkranz 1 hin gegen die Federkraft der Feder 18 verschoben wird. Folglich wird der vordere Endabschnitt 7c des Stopperkolbens 7 vollständig herausgezogen oder außer Eingriff gebracht aus der Stopperbohrung 20 der Frontplatte 4. Daher ist der Flügelrotor 9 von der Einspannung durch das Backengehäuse 3 gelöst. Der Hydraulikdruck der Spätstellungs-Hydraulikkammern 10 und 11 wirkt jedoch an Seitenflächen der Flügel 9a und 9b. Der Flügelrotor 9 wird folglich gemäß der Darstellung in 2 in der maximalen Spätstellung hinsichtlich dem Backengehäuse 3 gehalten.
Aus diesem Grund werden keine Klopfgeräusche zwischen dem Flügelrotor 9 und dem Backengehäuse 3 erzeugt. Ein geringes Ausmaß an Öl, welches von dem Spätstellungs-Hydraulikkammern 10 und 11 zu den Frühstellungs-Hydraulikkammern 12 und 13 austritt, wird durch Ölleitungen 34, 35, 30, 38, 37, die Ringnut 43 und das Schaltventil 49 (Lage 49a) zum Öltank 45 abgeführt.
Das Schaltventil 49 kann von einer Lage 49a gemäß 5 in eine andere Betätigungslage 49c gemäß 6 geschaltet werden. Unter Druck stehendes Öl wird von der Pumpe 46 über die Ringleitung 43, die Ölleitungen 37, 38, 30, 34 und 35 zu den Frühstellungs-Hydraulikkammern 12 und 13 und durch die Ölleitung 25 auch zur Hydraulikkammer 24 zugeführt. Andererseits wird in den Spätstellungs-Hydraulikkammern 10 und 11 und der Hydraulikkammer 23 gespeichertes Öl zum Öltank 45 abgeleitet.
Entsprechend der Verringerung des Öldrucks in der Hydraulikkammer 23 beginnt der Stopperkolben 7 in diesem Fall damit, in die Stopperbohrung 20 zurückzukehren, da die Federkraft der Feder 18 den Öldruck übersteigt. Gemäß der Anordnungsweise der ersten Ausführungsform wirkt die Öldruckkraft der Hydraulikkammer 24 jedoch an der vorderen Endfläche 7d des Stopperkolbens 7. Daher wird der Stopperkolben 7 in der Aufnahmeöffnung 8 kontinuierlich zum Kettenkranz 1 gegen die Federkraft der Feder 18 gedrückt.
In diesem Zustand wirkt die Öldruckkraft der Frühstellungs-Hydraulikkammern 12 und 13 auf die Seitenflächen der Flügeln 9a und 9b. Daher bewirkt der Flügelrotor 9 eine Drehung in Richtung des Uhrzeigersinns, d. h. in Richtung Frühstellung, bezüglich des Backengehäuses 3. Durch diese Drehung des Flügelrotors 9 im Uhrzeigersinn kann die Ventilsteuerzeit der Nockenwelle 2 voreilen.
Nachdem sich der Flügelrotor 9 bezüglich des Backengehäuses 3 dreht, wird der vordere Endabschnitt 7c des Stopperkolbens 7 aus der Stopperbohrung 20 der Frontplatte 4 in umfangsseitiger Richtung außer Eingriff gebracht. Folglich ist der Stopperkolben 7 nicht länger im Eingriff mit der Stopperbohrung 20.
7 zeigt einen Zustand, in dem der Flügelrotor 9 in einer maximalen Frühstellung hinsichtlich des Backengehäuses 3 ist. Wenn das Schaltventil 49 in einer Lage 49a aus dem Zustand gemäß 7 geschaltet wird, bewirkt der Flügelrotor 9 eine Drehung entgegen dem Uhrzeigersinn, d. h. in Richtung Spätstellung, bezüglich des Backengehäuses 3 aus einer Sicht gemäß der Richtung ”X” in 1. Durch diese Drehung des Flügelrotors 9 entgegen dem Uhrzeigersinn kann die Ventilsteuerzeit der Nockenwelle 2 nacheilen.
Wenn das Schaltventil 49 eine neutrale Lage 49b in der Übertragungsperiode wählt, in der der Flügelrotor 9 hinsichtlich dem Backengehäuse 3 in die Voreil- oder Nacheilrichtung dreht, werden die Spätstellungs-Hydraulikkammern 10 und 11 und die Frühstellungs-Hydraulikkammern 11 und 12 derart geschlossen, daß sie keine Ölzuführung aufnehmen oder keine Ölabgabe bewirken. Folglich kann der Flügelrotor 9 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 Stopperbohrung 20 der Frontplatte 4, wenn der Flügelrotor 9 in der maximalen Spätstellung hinsichtlich dem Backengehäuse 3 bei keiner Zuführung von unter Druck stehendem Öl gehalten wird. Wenn unter Druck stehendes Öl eingeführt wird, wird der Stopperkolben 7 außer Eingriff mit der Stopperbohrung 20 gebracht.
Gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verbessert die Keilwirkung der konischen Oberflächen der Stopperbohrung 20 und des Stopperkolbens 7 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 Stopperkolbens 7 derart konisch ausgebildet, daß er in seine axiale Richtung verschiebbar ist. Diese konische Gestaltung ist nützlich, um den Lageversatz zwischen dem Stopperkolben 7 und der Stopperbohrung 20 zu beseitigen, der durch Herstellungsfehler auftreten kann, und so einen vollständigen Eingriff zwischen dem Stopperkolben 7 und der Stopperbohrung 20 sicherzustellen.
Zweite Ausführungsform
Eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend anhand der 9 und 10 erläutert. Gemäß der zweiten Ausführungsform wird der Stopperkolben 7 der ersten Ausführungsform durch einen Stopperkolben 50 ersetzt. Ferner wird der Führungsring 19 der ersten Ausführungsform durch einen Führungsring 51 ersetzt, der im Flügel 9a angeordnet ist.
9 zeigt einen Zustand, in dem der Stopperkolben 50 im Eingriff mit der Stopperbohrung 20 der Frontplatte 4 ist. 10 zeigt einen Zustand, in dem der Stopperkolben 50 durch Einführen von unter Druck stehendem Öl in die Hydraulikkammer 23 herausgezogen oder außer Eingriff mit der Stopperbohrung 20 ist.
Der Stopperkolben 50 enthält einen Abschnitt 50a mit kleinerem Durchmesser, einen Abschnitt 50b mit mittlerem Durchmesser und einen Abschnitt 50c mit größerem Durchmesser, die aufeinanderfolgend in dieser Reihenfolge angeordnet sind. Der Führungsring 51 enthält einen Abschnitt 51a mit kleinerem Innendurchmesser und einen Abschnitt 51b mit größerem Innendurchmesser. Der Führungsring 51 ist zwangsläufig in eine zylindrische Öffnung des Flügelrotors 9 eingefügt und fest mit diesem verbunden. Der Stopperkolben 50 kann eine Gleitbewegung hinsichtlich dem Führungsring 51 bewirken.
Der Innendurchmesser des Abschnitts 51a mit dem kleineren Innendurchmesser ist im wesentlichen gleich dem äußeren Durchmesser des Abschnitts 50a mit kleinerem Durchmesser des Stopperkolbens 50. Der Innendurchmesser des Abschnitts 51b mit größerem Innendurchmesser ist im wesentlichen gleich dem äußeren Durchmesser des Abschnitts 50b mit mittlerem Durchmesser des Stopperkolbens 50. Eine Dämpferkammer 52 mit ringförmiger Gestalt ist zwischen der äußeren zylinderförmigen Oberfläche (dem Abschnitt 50a mit kleinerem Durchmesser und dem Abschnitt 50 mit mittlerem Durchmesser) des Stopperkolbens 50 und der inneren zylinderförmigen Wandung des Führungsringes 51 definiert. Die Dämpferkammer 52 ist ein im wesentlichen geschlossener Zwischenraum, der einen als Flüssigkeitsdämpfer wirkenden hermetischen schafft.
Vor einer Motorstartbetätigung ist noch kein unter Druck stehendes Öl durch die Pumpe 46 in die Hydraulikkammern 23 oder 24 eingeführt. In diesem Zustand gemäß 9 wird der Flügelrotor 9 in der maximalen Spätstellung bezüglich dem Backengehäuse 3 gehalten. Der durch die Federkraft der Feder 18 vorgespannte Stopperkolben 50 ist mit der Stopperbohrung 20 in Eingriff, um den Flügelrotor 9 mit der Frontplatte 4 fest zu verbinden.
Bei Wahl einer Lage 49a im Schaltventil 49 im Zustand gemäß 9 wird gemäß 10 unter Druck stehendes Öl von der Pumpe 46 zur Hydraulikkammer 23 zugeführt. Durch das Zuführen von unter Druck stehendem Öl in die Hydraulikkammer 23 wird der Stopperkolben 50 herausgezogen oder außer Eingriff mit der Stopperbohrung 20 gebracht.
Die 9 und 10 zeigen jeweils die Zustände, in denen der Flügelrotor 9 in der maximalen Spätstellung hinsichtlich dem Backengehäuse 3 gehalten wird. Bei einer Zuführung von unter Druck stehendem Öl in die Hydraulikkammer 23 füllt sich der innenliegende Zwischenraum der Dämpferkammer 52 mit Öl, welches durch den Kopplungszwischenraum zwischen dem Stopperkolben 50 und dem Führungsring 51 fließt.
Um den Flügelrotor 9 in Richtung Frühstellung bezüglich des Backengehäuses 3 zu drehen, wählt das Schaltventil 49 die Lage 49c beim Zustand gemäß 10. Es besteht eine leichte Zeitverzögerung bis der Öldruck der Hydraulikkammer 24 das vorbestimmte Niveau erreicht. Vor Ablauf dieser Zeitverzögerung kann der eine Federkraft der Feder 18 aufnehmende Stopperkolben 50 zur Stopperbohrung 20 verschoben werden. Wenn sich der Stopperkolben 50 jedoch zur Stopperbohrung 20 verschiebt, ist das Ausmaß des von der Dämpferkammer 52 durch den Verbindungszwischenraum abgegebenen Öls somit begrenzt. Folglich verringert sich die Verschiebungsgeschwindigkeit des Stopperkolbens 50 zur Stopperbohrung 20 wesentlich. Mit anderen Worten wirkt die Dämpferkammer 52 als eine Dämpfeinrichtung.
Dementsprechend kann der Öldruck in der Hydraulikkammer 24 das vorbestimmte Niveau frühzeitig erreichen, bevor der Stopperkolben 50 mit der Stopperbohrung 20 in Eingriff gelangt. Daher kann die Hydrauliksteuerung in eine Drehung des Flügelrotors 9 in eine Früh- oder Spätstellung hinsichtlich dem Stopperkolben 50 fortgesetzt werden, ohne einen Eingriff zwischen dem Stopperkolben 50 und der Stopperbohrung 20 zu bewirken.
Wie oben beschrieben ermöglicht es die zweite Ausführungsform zu vermeiden, daß der Stopperkolben 50 während der Übertragungsperiode, in der der Flügelrotor 9 von der maximalen Spätstellung zur Frühstellung bezüglich des Backengehäuses 3 voreilt, zeitweilig in die Stopperbohrung 20 verschoben wird.
Als eine mögliche Abwandlung der ersten und zweiten Ausführungsform ist es möglich, eine Verbindung zwischen der Hydraulikkammer 23 und den Frühstellungs-Hydraulikkammern 12 und 13 und auch zwischen der Hydraulikkammer 24 und den Spätstellungs-Hydraulikkammern 10 und 11 herzustellen, wodurch im wesentlichen die gleichen Effekte erreicht werden.
Dritte Ausführungsform
Nachfolgend wird eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung anhand der 11 und 12 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 Nockenwelle 2, die einen Zustand zeigt, in dem der Stopperkolben 7 in Eingriff mit der Stopperbohrung 60 ist. Wie aus 11 ersichtlich ist wird die äußere kegelige Oberfläche des Stopperkolbens 7 nicht in Kontakt mit der inneren kegeligen Fläche der Stopperbohrung 60 gebracht. Statt dessen trifft die äußere kegelige Oberfläche des Stopperkolbens 7 die innere kegelige Oberfläche des Stopperbohrers 60 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 in 12 einen elliptischen Vertikalquerschnitt auf, der in radialer Richtung verlängert ist (Auf- und Abrichtung gemäß 12). Die Stopperbohrung 60 ist nämlich ein Loch, das in der Frontplatte 4 derart ausgebildet ist, daß es sich in deren radialer Richtung erstreckt. Daher weist die Stopperbohrung 60 eine zentrale Achse 60c auf, die sich entlang ihrer Hauptachse erstreckt. Die Innenfläche der Stopperbohrung 60 ist als eine konische Fläche ausgebildet.
Der als Verriegelungsteil wirkende Stopperkolben 7 weist einen vorderen Endabschnitt 7c 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 Endabschnitt 7c des Stopperkolbens 7, so daß ein vorbestimmten Spalt zwischen ihnen beibehalten wird.
Das Lageverhältnis zwischen dem Stopperkolben 7 und der Stopperbohrung 60 wird in der gleichen Weise wie in der ersten Ausführungsform gezeigt. Wenn das Backengehäuse 3 und der Flügelrotor 9 nämlich in der maximalen Spätstellung (d. h. Beschränkungslage) sind, werden diese Teile 7 und 60 gegeneinander gepreßt. Folglich können das Backengehäuse 3 und der Flügelrotor 9 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 Stopperkolben 7 und der Stopperbohrung 60 in radialer Richtung beizubehalten. Dadurch wird vermieden, daß die Frontplatte 4 durch den Eingriff der kegeligen Oberflächen mit Spannung beaufschlagt wird, wenn der Stopperkolben 7 im Eingriff mit der Stopperbohrung 60 ist. Dies ist nützlich, um eine Versetzungskraft, die auf den Gleitabschnitt zwischen der Frontplatte 4 und dem zylinderförmigen Vorsprung 5 aufgebracht wird, zu vermeiden. Mit anderen Worten wird es möglich, einen sehr geringen Zwischenraum zwischen der Frontplatte 4 und dem zylinderförmigen Vorsprung 5 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 Frontplatte 4 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 Stopperkolben 7 nur an den der Drehrichtung des Flügelrotors 9 gegenüberliegenden Oberflächen in Kontakt mit der Stopperbohrung 60 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 und 14 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 Flügels 9a geöffnet ist und sich zum Kettenkranz 1 erstreckt, ist in der vierten Ausführungsform insbesondere ein Ablaufloch 71 an der äußeren zylinderförmigen Wandung des Flügels 9a geöffnet und erstreckt sich von der Aufnahmeöffnung 8 zum Backengehäuse 3. Im Vergleich mit dem Luftloch 22 gemäß der ersten Ausführungsform, welches am Kettenkranz geöffnet ist, ist in der vierten Ausführungsform ferner ein Luftloch 72 durch eine zylindrische Wandung des Backengehäuses 3 offen.
Das Ablaufloch 71 des Flügels 9a trifft das Luftloch 72 des Backengehäuses 3, wenn der Flügelrotor 9 in der maximalen Spätstellung ist. Folglich verbleibt der Zwischenraum 8a hinter dem Stopperkolben 7, in dem die Feder 18 aufgenommen ist, durch die Verbindung des Ablauflochs 71 mit dem Luftloch 72 auf atmosphärischem Druck.
Das Volumen des Zwischenraums (der Rückdruckkammer) 8a vermindert sich, wenn sich der Stopperkolben 7 gemäß 13 nach rechts bewegt (d. h. vorgespannte Freigaberichtung zwischen dem Backengehäuse 3 und dem Flügelrotor 9). Das Volumen des Zwischenraums 8a steigt an, wenn sich der Stopperkolben 7 gemäß 13 nach links verschiebt (d. h. vorgespannte Richtung zwischen dem Backengehäuse 3 und dem Flügelrotor 9).
Wenn der Flügelrotor 9 in der maximalen Spätstellung hinsichtlich dem Backengehäuse 3 gehalten und kein unter Druck stehendes Öl in den Hydraulikkammern 23 und 24 zugeführt wird, ist der Stopperkolben 7 im Eingriff mit der Stopperbohrung 20 gemäß der Darstellung in 13. In diesem Zustand trifft das Ablaufloch 71 das Luftloch 72.
Sobald unter Druck stehendes Öl in die Hydraulikkammer 23 im Zustand gemäß 13 zugeführt wird, wird der Stopperkolben 7 gemäß der Darstellung in 14 herausgeschoben oder außer Eingriff mit der Stopperbohrung 20 gebracht. In diesem Zustand ist das Ablaufloch 71 durch die äußere Wandung des Abschnitts 7b mit dem größeren Durchmesser geschlossen. Folglich ist die Rückdruckkammer 8a von der Atmosphäre abgetrennt. Die 13 und 14 zeigen den Zustand, in dem der Flügelrotor 9 in der maximalen Spätstellung hinsichtlich dem Backengehäuse 3 ist.
Auf ein Schalten eines Schaltventils (das nicht dargestellt aber im wesentlichen identisch mit dem Schaltventil 49 in der ersten Ausführungsform ist) wird der Flügelrotor 9 aus dem Zustand gemäß 14 in die Voreilrichtung hinsichtlich des Backengehäuses 3 gedreht. In diesem Fall tritt eine leichte Zeitverzögerung auf, bis der Öldruck in der Hydraulikkammer 24 ein vorbestimmtes Niveau erreicht. Vor Durchlauf dieser Zeitverzögerung kann der eine Federkraft der Feder 18 aufnehmende Stopperkolben 7 zur Stopperbohrung 20 verschoben werden. Die Rückdruckkammer 8a ist jedoch geschlossen, wenn sich der Stopperkolben 7 zur Stopperbohrung 20 verschiebt. Das Ausmaß des Ölflusses durch die Kopplungszwischenräume ist dadurch beschränkt. Die Verschiebungsgeschwindigkeit des Stopperkolbens 7 zur Stopperbohrung 20 ist folglich wesentlich verringert. Mit anderen Worten wirkt die Rückdruckkammer 8a als eine Dämpfungseinrichtung.
Dementsprechend kann der Öldruck in der Hydraulikkammer 24 das vorbestimmte Niveau frühzeitig erreichen, bevor der Stopperkolben 7 in Eingriff mit der Stopperbohrung 20 gelangt. Daher kann eine Hydrauliksteuerung einer Drehung in eine Frühstellung des Flügelrotors 9 bezüglich des Backengehäuses 3 eingeleitet werden, ohne einen Eingriff zwischen dem Stopperkolben 7 und der Stopperbohrung 20 zu bewirken.
Fünfte Ausführungsform
Die fünfte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend anhand der 15 bis 18 erläutert.
In dieser fünften Ausführungsform ist ein Zahnrad 61 anstelle dem Kettenrad 1 gemäß der ersten Ausführungsform angeordnet. Eine Nockenwelle 62 wird folglich durch Zahnräder angetrieben.
Gemäß der Darstellung in den 15 und 16 enthält ein Backengehäuse 63 insgesamt 3 trapezförmige Backen 63a, 63b und 63c, die gleichmäßig in Umfangsrichtung entlang der zylindrischen Wandung voneinander beabstandet sind. Das vordere Ende des Backengehäuses 63 ist durch die Frontplatte 4 geschlossen, während das hintere Ende des Backengehäuses 63 durch das Zahnrad 61 geschlossen ist, das als eine Rückplatte dient. Die drei trapezförmigen Backen 63a, 63b und 63c weisen hohle Freiräume auf, in denen Bolzen 66a, 66b und 66c zum Fixieren aller Gehäusekomponententeile 4, 63 und 61 eingefügt sind.
Drei umfangsseitige Zwischenräume, von denen einer zwischen den Backen 63c und 63a, der zweite zwischen den Backen 63a und 63b und der dritte zwischen den Backen 63b und 63c ausgebildet ist, sind Sektorfreiräume, die als Aufnahmekammern für drei jeweilige Flügel 64a, 64b und 64c dienen.
Ein Flügelrotor 64 enthält einen zylinderförmigen Vorsprung 65 und drei Flügel 64a, 64b und 64c, die einstückig mit dem zylinderförmigen Vorsprung 65 ausgebildet sind und sich in radialen Richtungen erstrecken. Die Flügel 64, 64b und 64c sind in gleichen Intervallen (Winkeln) in der Umfangsrichtung angeordnet. Ferner sind sie drehbar in den Sektorfreiräumen aufgenommen, die durch die Backen 63a, 63b und 63c an der zylindrischen Wandung des Backengehäuses 63 definiert sind.
Eine erste Spätstellungs-Hydraulikkammer 90 wird zwischen dem Backen 63a und dem Flügel 64a definiert. Eine zweite Spätstellungs-Hydraulikkammer 91 wird zwischen dem Backen 63b und dem Flügel 64b definiert. Und eine dritte Spätstellungs-Hydraulikkammer 92 wird zwischen dem Backen 63c und dem Flügel 64C definiert.
Eine erste Frühstellungs-Hydraulikkammer 93 wird zwischen dem Backen 63c und dem Flügel 64a definiert. Eine zweite Frühstellungs-Hydraulikkammer 94 wird zwischen dem Backen 63a und dem Flügel 64b definiert. Eine dritte Frühstellungs-Hydraulikkammer 95 wird zwischen dem Backen 63b und dem Flügel 64c definiert.
Der Flügel 64a weist ein Loch auf, das sich in axialer Richtung zur Nockenwelle 62 erstreckt, um in sich einen Stopperkolben 80 verschiebbar aufzunehmen. Der Stopperkolben 80 dient als Verriegelungs- oder Verbindungsteil.
Gemäß der Darstellung in den 15, 16 und 17 ist der zylinderförmige Vorsprung 65 des Flügelrotors 64 an seinen axialen Enden mit zwei Ölpassagen bzw. -leitungen 76 und 77 versehen, die als gebogene Nuten konfiguriert sind, welche in Umfangsrichtung versetzt sind. Die Ölleitung 76 wird zwischen dem zylinderförmigen Vorsprung 65 und der Nockenwelle 62 definiert. Die äußere Ölleitung 77 wird zwischen dem zylinderförmigen Vorsprung 65 und dem zylinderförmigen Vorsprung 5 definiert.
Gemäß der Darstellung in 18 ist die Ölleitung 76 über jeweilige Ölleitungen 76a, 76b und 76c mit den Spätstellungs-Hydraulikkammern 90, 91 und 92 verbunden. Die Ölleitung 77 ist jeweils über Ölleitungen 77a, 77b und 77c mit dem Frühstellungs-Hydraulikkammern 93, 94 und 95 verbunden.
Die Ölleitung 76 ist mit einer Ölleitung 73 verbunden, die in der Nockenwelle 62 durch die axial aneinanderstoßenden Oberflächen des zylinderförmigen Vorsprunges 65 und der Nockenwelle 62 ausgebildet ist. Eine Ölleitung 75 ist mit einer Ölleitung 74 verbunden, die in der Nockenwelle 62 durch die axial aneinanderstoßenden Oberflächen des zylinderförmigen Vorsprunges 65 und die Nockenwelle 62 ausgebildet ist. Die Ölleitung 77 ist mit der Ölleitung 75 durch die axial aneinanderstoßenden Oberflächen des zylinderförmigen Vorsprunges 65 und des zylinderförmigen Vorsprunges 5 verbunden.
Die Bezugsnummern 67a, 67b, 67c, 68a, 68b und 68c bezeichnen Dichtungsteile.
Die Ausgestaltung mit drei Flügeln 64a, 64b und 64c 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 und 64c identisch mit den Druck aufnehmenden Bereichen an den umfangsseitigen beiden Seiten von jedem der beiden Flügel 9a und 9b gemäß der ersten Ausführungsform sind, kann der Flügelrotor 64 eine vergrößerte Kraft in Umfangsrichtung im Verhältnis zum bekannten Druck aufnehmenden Bereich aufnehmen. D. h., die von den Hydraulikkammern auf den Dreiflügelrotor 64 gemäß der dritten Ausführungsform wirkende Kraft ist 3/2 mal so groß wie die Kraft, die durch die Hydraulikkammern des zweiflügeligen Rotors 9 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 Flügel 64a, 64b und 64c 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 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. Zum Beispiel wird ein Teil 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 in 2 in Kontakt mit der Backe 3a gebracht werden. Es ist auch möglich, den Stopperabschnitt 9e an der linken Seite des Flügels 9a in 2 derart vorzusehen, daß er in der maximalen Spätstellung in Kontakt mit der Backe 3b gebracht wird. Es ist bei dieser Anordnung auch möglich, eine Kraft zu erreichen, die den Flügelrotor 9 durch den Eingriff des Stopperkolbens und der Stopperbohrung zum Backengehäuse 3 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 Dreh- oder Winkelphasen-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 Dreh- oder Winkelphasen-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 angetrieben. 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

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 mit der ersten drehbaren Welle verbunden und zusammen mit dieser drehbar ist; einem Rotor (9), der mit der zweiten drehbaren Welle (2) verbunden und im Gehäuse (1, 3, 4) relativ zu diesem innerhalb eines vorbestimmten Winkels drehbar aufgenommen ist; wobei das Gehäuse (1, 3, 4) und der Rotor (9) zusammenwirkend eine Kammer definieren, der Betätigungsflüssigkeit zugeführt wird, um die Drehlage des Rotors (9) relativ zum Gehäuse (1, 3, 4) zu ändern, und deren Volumen entsprechend einer Änderung der Drehlage des Rotors (9) relativ zum Gehäuse (1, 3, 4) veränderlich ist; einem Verriegelungsteil (7), welches in dem Einen des Gehäuses (1, 3, 4) und Rotors (9) vorgesehen ist; einer Eingriffsöffnung (20), die in dem Anderen des Gehäuses (1, 3, 4) und Rotors (9) vorgesehen ist, zur Aufnahme des Verriegelungsteils (7); und einem hydraulischen Antriebsmechanismus (23, 24), um das Verriegelungsteil (7) außer Eingriff mit der Eingriffsöffnung (20) zu bringen, wenn der Kammer Betätigungsflüssigkeit zugeführt wird, wobei der Rotor (9) und das Gehäuse (1, 3, 4) eine zwischen der Kammer und der Eingriffsöffnung (20) ausgebildete Betätigungsflüssigkeitsleitung (25) einschließen, wobei das Verriegelungsteil (7) in eine Richtung parallel zu einer gemeinsamen Drehachse des Gehäuses (1, 3, 4) und Rotors (9) verschiebbar ist, und die Betätigungsflüssigkeitsleitung (25) die Betätigungsflüssigkeit aus der Kammer zur Eingriffsöffnung (20) leitet, um das Verriegelungsteil (7) außer Eingriff mit der Eingriffsöffnung (20) zu bringen, wobei das Verriegelungsteil (7) im Rotor (9) vorgesehen ist und die Eingriffsöffnung (20) und die Betätigungsflüssigkeitsleitung (25) im Gehäuse (1, 3, 4) ausgebildet sind, mit des Weiteren einem mechanischen Antriebsteil (18) zum Vorspannen des Verriegelungsteils (7) in Richtung zur Eingriffsöffnung (20), wobei die Kammer eine erste Kammer (10, 11), die als eine Spätstellungs-Hydraulikkammer (10, 11) arbeitet, die eine bestimmte Volumenänderung bewirkt, und eine zweite Kammer (12, 13) umfasst, die als eine Frühstellungs-Hydraulikkammer arbeitet, um den Rotor (9) in eine Frühverstellrichtung zu drehen, wobei sie eine der Volumenänderung der ersten Kammer (10, 11) gegensinnige Volumenänderung bewirkt, und der hydraulische Antriebsmechanismus (23, 24) im Ansprechen auf eine Zufuhr der Betätigungsflüssigkeit zu einer beliebigen der ersten Kammer (10, 11) und zweiten Kammer (12, 13) das Verriegelungsteil (7) außer Eingriff mit der Eingriffsöffnung (20) bringt, und wobei der hydraulische Antriebsmechanismus aufweist: einen durch das Verriegelungsteil (7) und das Eine des Gehäuses (1, 3, 4) und des Rotors (9) definierten ersten druckaufnehmenden Bereich (23), der den Hydraulikdruck der der ersten Kammer (10, 11) zugeführten Betätigungsflüssigkeit aufnimmt, und einen durch das Verriegelungsteil (7) und die Eingriffsöffnung (20) definierten zweiten druckaufnehmenden Bereich (24), der den Hydraulikdruck der der zweiten Kammer (12, 13) zugeführten Betätigungsflüssigkeit aufnimmt.
Dreh- oder Winkelphasen-Steuervorrichtung nach Anspruch 1, mit des Weiteren einer ersten Betätigungsflüssigkeitsverteilungsleitung mit einer an einer Stirnfläche des Rotors (9) ausgebildeten gebogenen Nut (30) und einer radialen Leitung (34, 35), wobei sich die gebogene Nut (30) in Umfangsrichtung erstreckt und mit einer ersten Betätigungsflüssigkeitsleitung (38) in Verbindung steht, die in der zweiten drehbaren Welle (2) ausgebildet und an einer an der einen Stirnfläche des Rotors (9) anliegenden Stirnfläche der zweiten drehbaren Welle (2) austritt, während sich die radiale Leitung (34, 35) von der gebogenen Nut (30) aus in radialer Richtung erstreckt und mit der zweiten Kammer (12, 13) in Verbindung steht, und wobei sich die eine Stirnfläche des Rotors (9) senkrecht zur gemeinsamen Drehachse des Gehäuses (1, 3, 4) und Rotors (9) erstreckt; und einer zweiten Betätigungsflüssigkeitsverteilungsleitung mit einer an der anderen Stirnfläche des Rotors (9) ausgebildeten gebogenen Nut (29) und einer radialen Leitung (31, 32), wobei sich die gebogene Nut (29) in Umfangsrichtung erstreckt und mit einer in der zweiten drehbaren Welle (2) ausgebildeten zweiten Betätigungsflüssigkeitsleitung (39) in Verbindung steht, während sich die radiale Leitung (31, 32) von der gebogenen Nut (29) aus in radialer Richtung erstreckt und mit der ersten Kammer (10, 11) in Verbindung steht, und wobei die andere Stirnfläche des Rotors (9) parallel zu der einen Stirnfläche des Rotors (9) ist.
Dreh- oder Winkelphasen-Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei die Dreh- oder Winkelphasen-Steuervorrichtung als eine Ventilsteuerzeiten-Steuervorrichtung für einen Verbrennungsmotor verwendbar ist und das Verriegelungsteil (7) nur dann in der Eingriffsöffnung (20) aufgenommen ist, wenn der Rotor (9) relativ zum Gehäuse (1, 3, 4) in einer vorbestimmten maximalen Spätstellung hinsichtlich der Ventilzeitsteuerung des Verbrennungsmotors liegt.