DE69105975T2

DE69105975T2 - Drehwinkelverstellvorrichtung.

Info

Publication number: DE69105975T2
Application number: DE69105975T
Authority: DE
Inventors: Thomas Ma
Original assignee: Ford Motor Company of Canada Ltd; Ford Werke GmbH; Ford France SA; Ford Motor Co
Current assignee: Ford Motor Company of Canada Ltd; Ford Werke GmbH; Ford France SA; Ford Motor Co
Priority date: 1990-06-26
Filing date: 1991-06-24
Publication date: 1995-04-27
Anticipated expiration: 2011-06-25
Also published as: EP0536237A1; GB9014209D0; GB2245684A; WO1992000441A1; DE69105975D1; EP0536237B1

Description

Bereich der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Phasenverschiebemechanismus zum Einbau in ein eine Nockenwelle antreibendes Rad in einer Brennkraftmaschine, so daß die Phase der Nockenwelle gegenüber der Phase der Kurbelwelle verändert werden kann. Das Rad kann eine Zahnscheibe für einen um eine Kurbelwellen-Zahnscheibe geführten Zahnriemen oder ein Kettenrad für eine von der Kurbelwelle angetriebene Kette sein.

Beschreibung des bisherigen Standes der Technik

Aus der EP-A-0 365 338 ist bereits bekannt, einen Phasenverstellmechanismus mit einer Nockenwelle vorzusehen, einem drehbar so auf dieser Nockenwelle angebrachten Antriebsrad, daß es sich mit derselben um dieselbe Achse drehen kann, und mit Mitteln zum Verdrehen des Antriebsrades gegenüber der Nockenwelle. Ein Problem, dem in einem solchen Mechanismus Rechnung getragen werden muß, liegt in der Art und Weise, wie die Phasenverschiebung bei laufendem Motor zu steuern ist.
Einige Lösungsvorschläge greifen zu einer axial verstellbaren Betätigungseinrichtung, deren Bewegung über eine Schraube oder eine Schnecke in eine Verdrehung der Nockenwelle gegenüber dem Antriebsrad umgewandelt wird. Ein derartiger Lösungsvorschlag ist wegen dem Raumbedarf der Betätigungsvorrichtung nur schwer zu verwirklichen. Außerdem erfordert er Energie zum Antrieb der Betätigungsvorrichtung, sowie beliebige Mittel zur Abgabe der Energie an die Betätigungsvorrichtung, während sich diese dreht.
In der EP-A-0 365 338 verbindet ein Differentialgetriebe mit sehr hohem Übersetzungsverhältnis die Nockenwelle mit dem Antriebsrad, und ein mittels eines stationären Bremsbandes betriebener Verdrehantrieb treibt einen Exzenter an, der die Phasenverschiebung herbeiführend auf das Differentialgetriebe oder ein Koppelgestänge wirkt.
In der EP-A-0 438 720, die eine ältere Priorität als die vorliegende Anmeldung beansprucht, jedoch erst nach dem Prioritätsdatum dieser Anmeldung veröffentlicht wurde, wird ein Phasenverschiebemechanismus beschrieben, der zwei Einwegkupplungen aufweist, die zwischen einer Nockenwelle und dem Antriebsrad wirksam sind. Die Kupplungen beinhalten einen einzelnen Satz Rollen, die zwischen zwei Rampenflächen wirksam sind, und einen am Antriebsrad angebrachten Laufring sowie einen Käfig mit Federn, welche die Rollen gegen die Rampenflächen drücken. Der Käfig ist mit der Nockenwelle umlaufend angebracht, und eine Steuereinrichtung mit einem Kolben und einem Zylinder wird zur Bewirkung der Phasenveränderungen eingesetzt.

Gegenstand der Erfindung

Die vorliegende Erfindung hat zum Ziel, einen Phasenverschiebemechanismus zu schaffen, der auf einfache Weise gesteuert werden kann.

Zusammenfassung der Erfindung

Einem ersten Aspekt der Erfindung zufolge wird ein Phasenverschiebungsmechanismus gestellt, mit einer Nockenwelle, einem auf der Nockenwelle derart gelagerten Antriebsrad, daß es sich mit dieser um dieselbe Achse drehen kann, und Mitteln zum Verdrehen des Antriebsrades gegenüber der Nockenwelle, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Verdrehen des Antriebsrades gegenüber der Nockenwelle zwei Einwegkupplungen aufweisen, die zwischen dem Antriebsrad und der Nockenwelle in entgegengesetzten Drehrichtungen wirken, wobei jede Kupplung jeweils einen Satz Rollen enthält, die zwischen mit der Nockenwelle drehfest verbundenen Rampenflächen und einem Ring an dem Antriebsrad wirksam sind, wobei die beiden Rollensätze mittels zwischen den Rollen und einem beweglichen, beiden Einwegkupplungen gemeinsamen Käfig wirkenden Federn in Sperreingriff mit den Rampen zwischen diese gedrückt werden, einer den Käfig zur Drehung mit dem Antriebsrad verbindenden Koppeleinrichtung, wobei die Koppeleinrichtung ein Paar Hebel aufweist, die an einem Ende miteinander schwenkbar verbunden sind, wobei die anderen Enden der Hebel schwenkbar jeweils mit dem Käfig und dem Antriebsrad verbunden sind, und mit Steuermitteln zum Einwirken auf die Koppeleinrichtung derart, daß der Käfig relativ zu dem Antriebsrad verdreht wird, wobei die beim Motorbetrieb auf die Nockenwelle wirkenden Drehmomentumkehrungen in Verbindung mit den Einwegkupplungen dazu genutzt werden, daß die Nockenwelle der Bewegung des Käfigs relativ zum Antriebsrad folgt.
Der Drehzapfen zwischen den beiden Hebeln kann mit einem Fliehgewicht und einer Feder verbunden sein, so daß die Phase der Nockenwelle automatisch als vorbestimmte Funktion der Motordrehzahl ohne jede weitere äußere Steuerung verstellt wird.
Einem zweiten Aspekt der Erfindung zufolge wird ein Phasenverschiebemechanismus mit einer Nockenwelle, einem auf der Nockenwelle derart gelagerten Antriebsrad, daß es sich mit dieser um dieselbe Achse drehen kann, und mit Mitteln zum Verdrehen des Antriebsrades gegenüber der Nockenwelle gestellt, welcher Mechanismus dadurch gekennzeichnet ist, daß die Mittel zum Verdrehen des Antriebsrades gegenüber der Nockenwelle zwei Einwegkupplungen aufweisen, die zwischen dem Antriebsrad und der Nockenwelle in entgegengesetzten Drehrichtungen wirken, wobei jede Kupplung jeweils einen Satz Rollen enthält, die zwischen mit der Nockenwelle drehfest verbundenen Rampenflächen und einem Ring an dem Antriebsrad wirksam sind, wobei die beiden Rollensätze mittels zwischen den Rollen und einem beweglichen, beiden Einwegkupplungen gemeinsamen Käfig wirkenden Federn in Sperreingriff mit den Rampen zwischen diese gedrückt werden, einem den Käfig mit dem Antriebsrad zur Drehung mit demselben verbindenden Bowdenzug, wobei der Bowdenzug derart betätigbar ist, daß der Käfig relativ zum Antriebsrad verdreht wird, und wobei die beim Betrieb des Motors auf die Nockenwelle wirkenden Drehmomentumkehrungen in Verbindung mit den Einwegkupplungen derart genutzt werden, daß die Nockenwelle der Bewegung des Käfigs relativ zum Antriebsrad folgt.
In diesem Falle kann durch Ziehen eines Seilzuges über ein geeignetes Axialdrucklager die Phasenstellung der Nockenwelle gegenüber dem Antriebsrad verändert werden. Dies schafft eine besonders einfache Steuerung, da, statt mit einer elektronischen Steuervorrichtung verbunden zu sein, der Seilzug direkt mit dem Gaspedal gekoppelt sein kann, so daß die Phase automatisch in Abhängigkeit von der Drosselklappenstellung (und damit von der Motorlast) verstellt werden kann, und die zum Verstellen der Nockenwellenphase erforderliche Kraft wird vom Fuß des Fahrers ausgeübt und erfordert keinerlei Servovorrichtung.
Das Phasenverhältnis zwischen dem Antriebsrad und der Nockenwelle kann mittels Fliehgewicht oder mittels Seilzug verändert werden, da zum Bewegen des Käfigs nur eine geringe Kraft erforderlich ist und dieser bei Drehmomentumkehrungen an der Nockenwelle nach Wunsch positioniert werden kann. Natürlich ist eine höhere Kraft zum Bewegen der Nockenwelle erforderlich, sie schlägt sich jedoch nicht in der zum Verstellen des Käfigs erforderlichen Kraft nieder und wird im Gegenteil aus den Drehmomentumkehrungen abgeleitet. Zu keinem Zeitpunkt wird die Nokkenwelle entgegen dem Reaktionsmoment der Ventile gezwungen, es wird ihr vielmehr erlaubt, sich unter Einwirkung der Kraft der Ventilfedern zu bewegen, wenn diese Kraft in der gewünschten Richtung wirkt, wobei den Kräften in entgegengesetzter Richtung durch verkeilen der entsprechenden Einwegkupplung widerstanden wird.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Die Erfindung wird nun anhand der beigefügten Zeichnungen beispielartig näher erläutert, dabei zeigen:
Figur 1: einen Querschnitt durch den erfindungsgemäßen Phasenverschiebungsmechanismus entlang der gestrichelten Schnittlinie I-I in Figur 2,
Figur 2: einen Axialschnitt durch denselben Phasenverschiebungsmechanismus entlang der Linie II-II in Figur 1, und
Figur 3: eine der Figur 1 ähnliche Ansicht einer alternativen Ausführungsform der Erfindung, bei welcher ein Bowdenzug zur externen Steuerung der Phase verwendet wird.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen

In den Figuren 1 und 2 wird eine Nockenwelle 10 über eine Zahnriemenscheibe 12 angetrieben, die hohl ausgebildet und mittels einer Verschlußplatte 46 abgedeckt ist. Innerhalb der Scheibe 12 sind alle Bestandteile des Phasenverschiebemechanismus untergebracht, und diese werden permanent durch Fett geschmiert, das in einem innerhalb der Antriebsscheibe 12 gebildeten dichten Raum enthalten ist.
Die Nockenwelle 10 ist reibschlüssig mit einer getriebenen Nabe 42 verbunden, die von einer Schraube 20 auf der Nockenwelle gehalten wird. Die Antriebsscheibe 12 ist mittels eines Lagers 44 drehbar auf der Nabe 42 angebracht. Diese Montage der Antriebsscheibe 12 auf der getriebenen Nabe 42 stellt die Konzentrizität der beiden Teile im Betrieb sicher.
Die Antriebsverbindung zwischen der Antriebsscheibe 12 und der getriebenen Nabe 42 wird durch ein Einwegkupplungspaar bewerkstelligt. Ein Außenring 14 mit einer zylindrischen Innenfläche 24 ist an der Antriebsscheibe 12 befestigt. Ein Innenring 18 mit einander entgegengerichteten Rampenflächen 26, 26' ist am Umfang der getriebenen Nabe 42 befestigt. Rollen 22, 22' werden mittels eines Käfigs 16 in ihrer Lage zwischen den Rampen 26, 26' und der Fläche des Außenringes 24 gehalten und werden von zwischen den Rollen 22, 22' und dem Käfig wirkenden Federn 28 gegen die Rampen 26, 26' gedrückt. Nur ein Rollenpaar ist in der Zeichnung im Schnitt dargestellt, ähnliche Rollen sind jedoch über den Umfang der Nabe verteilt.
In der vorstehenden Beschreibung ist davon ausgegangen worden, daß die Rollen 26 und 26' in derselben Querebene liegen, dies ist jedoch keineswegs unbedingt erforderlich. Es ist ebenso möglich, zwei unabhängige, Rücken an Rücken angeordnete Einwegkupplungen vorzusehen, und deren Käfige miteinander zu verbinden.
Unter stabilen Bedingungen werden beide Rollengruppen in Kontakt mit ihren entsprechenden Rampen gedrückt und blockieren die Antriebsscheibe auf der Nabe in beiden Bewegungsrichtungen. In der Praxis treten in beiden Richtungen Reaktionsmomente der Nockenwelle auf, und zwar aufgrund der Tätigkeit der Ventilfedern, und diesen Momenten wird durch die beiden Einwegkupplungen entgegengewirkt.
Wird der Käfig 16 gegenüber der Antriebsscheibe in der einen oder in der anderen Richtung verdreht, wird ein Satz Federn 28 weiter zusammengedrückt, während die anderen Federn entspannt werden. Danach bewegt der Käfig 16 einen Satz Rollen von ihren Rampen weg, so daß eine der beiden Einwegkupplungen ihre Wirkung unterbricht. In Figur 1 sind der Käfig 16 und die Rollen 22, 22' in einer solchen Position dargestellt, nachdem der Käfig in einer Richtung entgegen dem Uhrzeigersinn aus einer stabilen Lage heraus verdreht wurde.
In Figur 1 sind also die Rollen 22, die dazu bestimmt sind, eine Verdrehbewegung der Nabe 42 entgegen dem Uhrzeigersinn relativ zur Antriebsscheibe 12 zu verhindern, nicht wirksam.
Daher besteht dann, wenn das Reaktionsmoment an der Nockenwelle dazu neigt, die Nabe in dieser Richtung zu bewegen, kein Widerstand gegen diese Bewegung, und die Nabe wird verdreht, bis sie die Bewegung des Käfigs 16 eingeholt hat, worauf dann alle Kupplungen wieder blockieren. Anders ausgedrückt folgt die Nabe 42 stets der Bewegung des Käfigs 16, wobei die Drehmomentumkehrungen an der Nockenwelle ausgenutzt werden, um diese Bewegung zu bewirken. Zum Zeitpunkt der Drehmomentumkehr kann der Käfig 16 leicht verstellt werden, wobei nur eine ausreichende hohe Kraft erforderlich ist, um die Rollen aus ihrer Sperrkontaktlage zu lösen. Daher ist eine nur eine geringe Kraft erzeugende Betätigungsvorrichtung alles, was zur Positionierung des Käfigs benötigt wird, und die getriebene Nabe folgt selbstätig der Bewegung.
Damit die Phasenverschiebung in beiden Richtungen in der gleichen Größenordnung erfolgen kann, muß der Mittelwert des Reaktionsmomentes gleich Null sein. In der Praxis ist dies jedoch nicht der Fall, da ein bestimmtes Schleppmoment aufgrund von Reibung an der Nockenwelle vorliegt, und um dieses Moment auszugleichen, bringt eine Spiralfeder 40 eine bestimmte Vorspannung zwischen der Antriebsscheibe 12 und der getriebenen Nabe 42 auf.
Zwei unterschiedliche Verfahren zur Verdrehung des Käfigs 16 gegenüber der Antriebsscheibe 12 sind in den Zeichnungen dargestellt. Im Falle der Figuren 1 und 2 wird ein durch eine Feder 38 ausgeglichenes Fliehgewicht 36 verwendet, um eine automatische Veränderung der Phase in Abhängigkeit von der Motordrehzahl herbeizuführen, und in Figur 3 wird die Bewegung durch einen über das Gaspedal betätigten Bowdenzug zur Änderung der Phase in Abhängigkeit von der Motorlast bewirkt.
In den Figuren 1 und 2 ist ein Zapfen 34 an einem Ansatz des Käfigs 16 angeformt, an welchem ein Hebel 28 schwenkbar angreift. Ein zweiter Zapfen 32 ist an dem Deckel 46 angeformt, der drehfest mit der Antriebsscheibe 12 verbunden ist, und an diesem Zapfen ist ein zweiter Hebel 30 schwenkbar angeordnet. Die anderen Enden der beiden Hebel 28 und 30 sind schwenkbar miteinander und mit dem Fliehgewicht 36 verbunden. Das Gewicht wird von einer Feder 38 in eine schematisch eingezeichnete zentrale Lage gezogen, und mit zunehmender Drehgeschwindigkeit bewegt sich das Gewicht 36 nach außen und zieht dabei die beiden Schwenkachsen 32 und 34 näher zusammen, so daß der Käfig wie in Figur 1 dargestellt im Uhrzeigersinn verdreht wird.
In Figur 3 ist der Zapfen 34' am Käfig mit der Seele 52 eines Bowdenzuges 50 verbunden, dessen Außenhülle mittels einer Seilzugklemme 54 an dem Deckel 46 verankert ist, und zwar drehfest mit der Antriebsscheibe 12. Der Seilzug läuft entlang der Nockenwellenachse und ist an seinem äußeren Ende mit einem (nicht dargestellten) Axialdrucklager verbunden. Der Seilzug kann den Käfig schiebend und drückend bewegen, und wenn das Seil ständig unter Zug gehalten werden muß, so kann dazu eine Feder vorgesehen werden.
Das Drucklager kann mittels einer entsprechenden Steuervorrichtung in Abhängigkeit von Motorlast und Geschwindigkeit axial bewegt werden, es kann jedoch auch in einfacherer Weise mit dem Gaspedal verbunden sein, um so die Phase entsprechend der Drosselklappenstellung zu verändern. In diesem Falle wird die zur Bewirkung der Phasenverschiebung erforderliche Kraft von dem Fahrer ausgeübt, und es wird gar keine Servovorrichtung benötigt. Es kann eine Nocke zwischen den Seilzug und das Gaspedal geschaltet werden, um so eine beliebige gewünschte Geschwindigkeit der Phasenveränderung in Abhängigkeit von der Drosselklappenstellung zu erzielen.

Claims

1. Phasenverschiebemechanismus mit einer Nockenwelle (10), einem auf der Nockenwelle (10) derart gelagerten Antriebsrad (12), daß es sich mit dieser um dieselbe Achse drehen kann, und Mitteln zum Verdrehen des Antriebsrades (12) gegenüber der Nockenwelle (10), dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Verdrehen des Antriebsrades gegenüber der Nockenwelle zwei Einwegkupplungen (22, 26; 22', 26') aufweisen, die zwischen dem Antriebsrad (12) und der Nockenwelle (10) in entgegengesetzten Drehrichtungen wirken, wobei jede Kupplung jeweils einen Satz Rollen (22, 22') enthält, die zwischen mit der Nockenwelle drehfest verbundenen Rampenflächen (26, 26') und einem Ring (24) an dem Antriebsrad (12) wirksam sind, wobei die beiden Rollensätze (22) mittels zwischen den Rollen (22) und einem beweglichen, beiden Einwegkupplungen gemeinsamen Käfig (16) wirkenden Federn (28) in Sperreingriff mit den Rampen (26) zwischen diese gedrückt werden, einer den Käfig (16) zur Drehung mit dem Antriebsrad (12) verbindenden Koppeleinrichtung (28, 30), wobei die Koppeleinrichtung ein Paar Hebel (28, 30) aufweist, die an einem Ende miteinander schwenkbar verbunden sind, wobei die anderen Enden der Hebel schwenkbar jeweils mit dem Käfig (16) und dem Antriebsrad (12) verbunden sind, und mit Steuermitteln (36, 38) zum Einwirken auf die Koppeleinrichtung (28, 30) derart, daß der Käfig (16) relativ zu dem Antriebsrad (12) verdreht wird, wobei die beim Motorbetrieb auf die Nockenwelle wirkenden Drehmomentumkehrungen in Verbindung mit den Einwegkupplungen dazu genutzt werden, daß die Nockenwelle (10) der Bewegung des Käfigs (16) relativ zum Antriebsrad (12) folgt.

2. Phasenverschiebemechanismus nach Anspruch 1, worin die Hebel (28, 30) mit einem Fliehgewicht (36) und einer Feder (38) verbunden sind, so daß die Phase der Nockenwelle (10) automatisch in einer vorbestimmten Relation zur Motordrehzahl verstellt wird.

3. Phasenverschiebemechanismus mit einer Nockenwelle (10), einem auf der Nockenwelle (10) derart gelagerten Antriebsrad (12), daß es sich mit dieser um dieselbe Achse drehen kann, und Mitteln zum Verdrehen des Antriebsrades (12) gegenüber der Nockenwelle (10), dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Verdrehen des Antriebsrades gegenüber der Nockenwelle zwei Einwegkupplungen (22, 26; 22', 26') aufweisen, die zwischen dem Antriebsrad (12) und der Nockenwelle (10) in entgegengesetzten Drehrichtungen wirken, wobei jede Kupplung jeweils einen Satz Rollen (22, 22') enthält, die zwischen mit der Nockenwelle drehfest verbundenen Rampenflächen (26, 26') und einem Ring (24) an dem Antriebsrad (12) wirksam sind, wobei die beiden Rollensätze (22) mittels zwischen den Rollen (22) und einem beweglichen, beiden Einwegkupplungen gemeinsamen Käfig (16) wirkenden Federn (28) in Sperreingriff mit den Rampen (26) zwischen diese gedrückt werden, einem den Käfig (16) mit dem Antriebsrad (12) zur Drehung mit demselben verbindenden Bowdenzug (50), wobei der Bowdenzug (50) derart betätigbar ist, daß der Käfig (16) relativ zum Antriebsrad (12) verdreht wird, und wobei die beim Betrieb des Motors auf die Nockenwelle (10) wirkenden Drehmomentumkehrungen in Verbindung mit den Einwegkupplungen derart genutzt werden, daß die Nockenwelle (10) der Bewegung des Käfigs (16) relativ zum Antriebsrad (12) folgt.

4. Phasenverschiebemechanismus nach Anspruch 3, worin sich der Bowdenzug (50) längs der Achse der Nockenwelle (10) erstreckt und ein Drucklager an dem Ende des Bowdenzuges angebracht ist, das von dem mit dem Käfig (16) verbundenen Ende entfernt ist.

5. Phasenverschiebemechanismus nach Anspruch 4, worin das Drucklager zur Bewegung zusammen mit dem Gaspedal mit diesem verbunden ist.

6. Phasenverschiebemechanismus nach Anspruch 4, worin das Drucklager in Abhängigkeit von der Motorlast und Geschwindigkeit mittels einer Steuervorrichtung bewegbar ist.

7. Phasenverschiebemechanismus nach einem beliebigen der vorangehenden Ansprüche, worin eine Feder (40) zum Aufbringen eines Vorspannmomentes der Nockenwelle (10) gegenüber dem Antriebsrad (12) vorgesehen ist, um dem Reibungsschleppmoment an der Nockenwelle entgegenzuwirken und so eine Phasenverschiebung in beiden Richtungen mit der gleichen Geschwindigkeit zu ermöglichen.