DE69300382T2

DE69300382T2 - Phasenverschiebungsvorrichtung für Nockenwelle.

Info

Publication number: DE69300382T2
Application number: DE69300382T
Authority: DE
Inventors: Keith Hampton
Original assignee: Eaton Corp
Current assignee: Eaton Corp
Priority date: 1992-02-24
Filing date: 1993-02-08
Publication date: 1996-05-02
Anticipated expiration: 2013-02-09
Also published as: EP0558200A1; DE69300382D1; US5172660A; EP0558200B1; JPH0610966A

Description

Bezugnahme auf andere Patente

Die Erfindung steht mit den US-Patenten US-A- 5 172 662 und US-A- 5 172 658 der Anmelderin in Beziehung.

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Variieren der winkelmäßigen Phasenbeziehung zwischen zwei sich drehenden Gliedern. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf eine solche Vorrichtung, die in der Lage ist, die winkelmäßige Phasenbeziehung zwischen einer Nokkenwelle und einer Kurbewelle eines Verbrennungsmotors zu variieren.

Ausgangspunkt

Vorrichtungen zum Variieren oder Verändern der winkelmäßigen Phasebeziehung oder des Timings bzw. der Zeitsteuerung zwischen einer Motorkurbelwelle und einer Nockenwelle sind bekannt. Es ist bekannt, daß solche Vorrichtungen zyklische Drehmomentcharakteristika in einem Motorventilgetriebezug verwenden, um Kräfte vorzusehen, um die Phasenveränderungen zu bewirken. Beispiele solcher Vorrichtungen, die das zyklische Drehmoment verwenden, sind unter Bezugnahme auf die US-Patente 3 721 220 von Carcea; 4 627 825 von Bruss et al; 5 002 023 und 5 046 460 von Butterfield et al; 5 056 477 von Linder et al; 5 056 478 von Ma; 5 056 479 von Larga; 5 078 647 von Hampton; und der veröffentlichten europäischen Patentanmeldung 0 438 720 zu sehen.
Wie in dem US-Patent 5 078 647 von Hampton zu sehen ist, umfaßt das Drehmoment in dem Ventilgetriebzug einen im wesentlichen konstanten, positiven nicht zyklischen Drehmomentteil infolge der Ventilgetriebereibung und in einigen Motoren infolge des Überlappens der Ventilöffnung positive Drehmomentimpulse während der Ventilöffnung und dem Zusammendrücken der Ventilfedern und negative Drehmomentimpulse während des Ventilschließens und des Antreibens der Nockenwelle durch die gespeicherte Kraft in den zusammengedrückten Ventilfedern. Das im wesentlichen konstante positive Drehmoment und die positiven Drehmomentimpulse addieren sich natürlich und treten auf, wenn das Kurbelwellendrehmoment die Phasenveränderungsvorrichtung und die Nockenwelle antreibt. Diese positiven Drehmomente werden durch die Vorrichtungen der oben genannten Druckschriften verwendet, um die Nockenwellendrehung bezüglich der Kurbelwelle zu verzögern. Die negativen Drehmomentimpulse werden von dem positiv gerichteten Drehmoment abgezogen und können verwendet werden, um die Nockenwellendrehung bezüglich der Kurbelwelle zu beschleunigen bzw. vorzuschieben.
Bei Motorventilgetriebezügen mit relativ geringem konstanten positiven Drehmoment erstrecken sich Teile der Amplituden der negativen Drehmomentimpulse negativ unter einen Nulldrehmomentbezugspunkt des positiv gerichteten Drehmoments und neigen dazu, die Nockenwelle und die Phasenänderungsvorrichtung in dieselbe Richtung wie das positiv gerichtete Drehmoment anzutreiben. Bei Motoren mit Ventilgetriebezügen mit relativ hohem konstanten Drehmoment können sich Teile der Amplitude der negativen Drehmomentimpulse nicht unter den Nulldrehmomentbezugspunkt erstrecken und sie sind daher nicht verfügbar, um ein Phasenvorschieben bzw. Beschleunigen der Nockenwelle zu bewirken. Die negativen Impulse können verfügbar gemacht werden durch Übertragen aller oder eines Teils des hohen konstanten Drehmoments an die Nockenwelle und zwar mit einer Bypass- oder Spaltfeder, die parallel zu Teilen der Phasenveränderungsvorrichtung angeordnet ist, die die negativen Drehmomentimpulse verwendet, um die Nockenwelle vorzuschieben. Solche Spaltfedern sind in den zuvor genannten Patenten 5 046 460; 5 056 477 und 5 078 647 zu sehen.
Die Drehphasenänderungsvorrichtung in dein zuvor genannten Patent 5 078 647 und der Anmeldung 0 438 720 verwenden Einwegerollkupplungen, um ein Phasenvorschieben und Verzögern zu bewirken und zwar ansprechend auf die negativen Drehmoinentimpulsen bzw. das positiv gerichtete Drehmoment. Bei diesen Druckschriften können die Rollen oder Walzen selektiv positioniert sein, um eine sich verzögernde Drehung der Nockenwelle ansprechend auf positiv gerichtetes Drehmoment zu verhindern und um eine vorschiebende Drehung der Nockenwelle ansprechend auf die negativen Drehmomentimpulse zu erlauben. Dementgegen können die Rollenwalzen selektiv so positioniert sein, daß sie eine vorschiebende Drehung durch die negativen Drehmomentimpulse verhindern und die verzögernde Drehung durch das positiv gerichtete Drehmoment erlauben. Die Rollen oder Walzenkupplungen in diesen Vorrichtungen erlauben der Nockenwelle entweder voll verzögert oder vorgeschoben bzw. beschleunigt zu werden und zwar innerhalb eines Bereichs, der durch Anschläge in den Vorrichtungen bestimmt wird. WO-92/00441 zeigt den Obergriff des Anspruchs 1.
Alle der oben genannten Phasenänderungevorrichtungen besitzen bestimmte Nachteile, die ihre Verwendung bei der Massenherstellung verhindert oder eingeschränkt haben. Zum Beispiel neigen sie dazu, daß sie schwierig in den begrenzten Raum gepackt werden können, der normalerweise verfügbar ist, sie neigen dazu, eine übermäßig mechanische Komplexität zu besitzen und daher teuer zu sein, sie neigen dazu, unverläßlich zu sein, sie sind schwierig zu steuern und/oder sie arbeiten langsamer als dies wünschenswert ist, wenn sie die Phasenwinkel ändern. Bestimmte der obigen Vorrichtungen, die in der Lage sind eine Phasenmodulation durchzuführen, d.h. Zwischenphasenwinkelpositionen zwischen völliger Verzögerung und völligem Vorschieben einzunehmen, arbeiten zu langsam, um die Modulationseigenschaft vollständig zu verwenden, da zwischenliegende Phasenwinkelpositionen oft während sich rasch veränderter Motorbetriebszustände benötigt werden. Darüber hinaus sind die obigen Rollen oder Walzenkupplungsphasenveränderungsvorrichtungen entweder nicht in der Lage eine Phasenmodulation durchzuführen oder sie sehen die Phasenmodulation nicht in verläßlicher Weise vor.

Zusammenfassung der Erfindung

Es ist ein Ziel dieser Erfindung, eine verbesserte Vorrichtung zum Verändern der Rotations- bzw. Drehphasenbeziehung zwischen zwei sich drehenden Gliedern vorzusehen. Gemäß einem Merkmal der Erfindung, das selbst in Anspruch 1 definiert ist, umfaßt eine Drehphasenänderungsvorrichtung folgendes: erste und zweite Glieder, die zur Drehung um eine Achse angeordnet sind und eine Anordnung zum Koppeln der Glieder und zum selektiven Vorschieben und Verzögern der Drehung der Glieder relativ zueinander während der Drehung der Glieder in eine Richtung durch ein Drehmoment mit positiven und negativen Drehmomentimpulsen bezüglich zu einem Durchschnittswert des Drehmoments.
Die Verbesserung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung folgendes aufweist: Vorschub- und Verzögerungseinwegekupplungsmittel, die erste und zweite Ringmittel aufweisen, die jeweils zur Drehung mit den ersten und zweiten Gliedern angebracht sind. Die ersten Ringmittel umfassen eine radial nach innen weisende zylindrische Lauffläche, eine Vielzahl von umfangsmäßig beabstandeten flachen radial nach außen weisenden Oberflächen, die durch die zweiten Ringmittel definiert werden und zwar auf eine Zylinder-Art und Weise. Jede flache Oberfläche definiert erste und zweite Rampenoberflächen. Ein erster Keil ist zum keilmäßigen Eingriff und außer Eingriff kommen zwischen jeder ersten Rampenoberfläche und der Lauffläche angeordnet und verhindert betriebsmäßig die verzögernde Drehung ansprechend auf die positiven Drehmomentimpulse wenn er im Eingriff steht bzw. erlaubt die verzögernde Drehung wenn er nicht im Eingriff steht. Ein zweiter Keil ist zum keilmäßigen Eingriff und außer Eingriff kommen zwischen jeder zweiten Rampenoberfläche und der Laufoberfläche angeordnet und verhindert betriebsmäßig im Eingriff die vorschiebende Drehung ansprechend auf die negativen Drehmomentimpulse und erlaubt, wenn er nicht im Eingriff steht, die vorschiebende Drehung ansprechend auf die negativen Drehmomentimpulse. Eine Spinne oder ein Bewegungselement ist in ersten und zweiten entgegengesetzten Richtungen bewegbar, um eine Bewegung der ersten und zweiten Keile umfangsmäßig entlang der ersten und zweiten Rampenoberflächen zwischen dem Eingriff und dem Nichteingriff zu bewirken.
US-A-4 901 831 zeigt eine auf Drehmoment ansprechende Kupplung mit strukturellen Ähnlichkeiten zu der vorliegenden Erfindung, aber zeigt nicht die Phasenänderung als eine Anwendung oder Möglichkeit dieser Kupplung.

Kurze Beschreibung der Zeichung

Die Phasenänderungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung ist in der Zeichnung gezeigt, in der Zeichnung zeigt:
Fig. 1 eine Querschnittsansicht entlang einer der Vorrichtungen und zwar entlang der unterbrochenen Linie I-I in Fig. 4;
Fig. 2 eine Schnittansicht eines Teils eines Motors;
Fig. 3 ein Graph, der Nockenwellendrehmomentcharakteristika in einem Motor darstellt;
Fig. 4 eine Querschnittsansicht der Vorrichtung entlang der Linie 4-4 in Fig. 1;
Fig. 5 und 6 teilweise Ansichten der Vorrichtung in Fig. 4, die jeweils Phasenverzögerungs- bzw. Vorschubpositionen darstellen;
Fig. 7 eine Ansicht eines Bauteils der Vorrichtung in den Figuren 1 und 4-6;
Fig. 8 eine teilweise Ansicht eines Teils des Bauteils in Fig. 7 und zwar entlang der Richtung des Pfeils 8;
Fig. 9 eine modifzierte Ansicht der Vorrichtung in Fig. 1; und
Fig. 10 und 11 Schnittansichten von zwei alternativen Phasen-änderungsvorrichtungen.

Detaillierte Beschreibung der Zeichnung

Gemäß den Figuren 1-8 ist eine Winkelphasenänderungsvorrichtung 10 gezeigt, die in der Lage ist, an einer Nokkenwelle 2 eines Verbrennungsmotors 14 der teilweise in der Schemadarstellung in Fig. 2 gezeigt ist, befestigt zu sein und sich um eine Achse derselben zu drehen. Die Nokkenwelle ist teilweise mit gestrichelten Linien in Fig. 1 gezeigt. Der Motor umfaßt eine nicht dargestellte Kurbelwelle, die Drehmoment in bekannter Art und Weise auf den Motorventilgetriebezug überträgt und dadurch die Vorrichtung 10 und die Nockenwelle 12 in einer im Uhrzeigersinn gerichteten Richtung dreht, die durch den Pfeil A in Fig. 4 angezeigt ist. Die Nocken 12a auf der Nockenwelle bewirken ein periodisches Öffnen und Schließen der Einlaßund/oder Auslaßventile 16, die zu einer geschlossenen Position vorgespannt sind durch Ventilfedern 18 und zwar in einer bekannten Art und Weise. Die Federn speichern Energie, die von der Kurbelwelle an die Nockenwelle geliefert wird während des Öffnens des Ventils und geben die gespeicherte Energie während des Schließens des Ventils an die Nockenwelle zurück und bewirken dadurch ein zyklisches Drehmoment an der Vorrichtung 10. Das zyklische Drehmoment umfaßt ins positive und Negative gehende Impulse entsprechend dem Öffnen bzw. Schließen des Ventils. Das Drehmoment an der Vorrichtung 10 umfaßt auch einen im wesentlichen konstanten Drehmomentteil und zwar hauptsächlich infolge der Ventilgetriebezugreibung und bei einigen Motoren ferner infolge der Ventilöffnungsüberlappung, d.h. dem gleichzeitigen Zusammendrücken von mehr als einer Ventilfeder.
Der in Fig. 3 dargestellte Graph zeigt in vereinfachter Form den Effekt der zyklischen Drehmomentimpulse in einem Ventilgetriebezug mit einem eher niedrigem konstanten Drehmoment, der repräsentiert wird durch ein konstantes positives Drehmoment B und mit einem Ventilgetriebezug mit einem größeren konstanten positiven Drehmoment, das repräsentiert wird durch ein konstantes Drehmoment C. Wie leicht zu sehen ist, besitzen die zyklischen Abschitte oder Teile des Gesamtdrehmoments für jeden Ventilgetriebezug ins Positive gehende Drehmomentimpulse D,E, die zu dem assoziierten konstanten Drehmoment hinzuaddiert werden und ins Negative gehende Impulse G,F, die von dem konstanten Drehmoment abgezogen werden. Die ins Negative gehenden Impulse G, die mit dem konstanten Drehmoment C assoziiert sind, bleiben positiv bezüglich zu dem Nulldrehmomentbezugspunkt des Graphes. Jedoch ist ein Teil der ins Negative gehenden Impulse F, der mit dem konstanten Drehmoment B assoziiert ist negativ bezüglich des Nulldrehmomentbezugpunktes und diese treiben zu dieser Zeit die Phasenänderungsvorrichtung an. Die Phasenänderungsvorrichtung verwendet die positiven Drehmomentteile, um die Nockenwellendrehung bezüglich der Kurbelwelle zu verzögern und verwenden die ins Negative gehenden Drehmomentimpulse, um die Nockenwellendrehung bezüglich der Kurbelwelle vorzuschieben. Wenn die Phasenänderungsvorrichtung 10 in Ventilgetriebezügen verwendet wird, bei denen Teile der ins Negative gehenden Drehmomentimpulse nicht negativ bezüglich des Nulldrehmomentbezugspunkt sind infolge eines hohen konstanten Drehmoments wird das konstante Drehmoment zu dem Nullbezugspunkt verschoben durch Versehen der Phasenänderungsvorrichtung mit einer Spaltfeder, die das ganze konstante Drehmoment oder einen Teil davon um den Phasenänderungsmechanismus der Phasenänderungsvorrichtung umlenkt, wodurch positive und negative Drehmomentimpulse bezüglich des neuen Nullbezugspunktes an den phasenänderungsmechanismus der Vorrichtung angelegt werden, um eine Phasenverzögerung und Vorschieben zu bewirken.
Die Vorrichtung 10 umfaßt ein Antriebs- oder Zahnradglied 20, ein angetriebenes oder Tragglied 22, eine doppelt wirkende Rollen oder Walzenkupplungsanordnung 24, und eine Betätigeranordnung 26. Das Tragglied 22 umfaßt einen Nabenteil 22a und einen Flanschteil 22b, der sich radial nach außen aus dem Nabenteil erstreckt. Der Nabenteil ist an einem Ende der Nockenwelle befestigt zur Drehung damit, und zwar um die Nockenwellenachse und zwar durch Befestiger, wie z.B. Bolzen oder Schrauben 28. Ein festgelegtes Timing bzw. eine festgelegte Zeitsteuerung des Traggliedes bezüglich der Nockenwelle erfolgt über einen Stift 30.
Das Antriebsglied 20 besitzt eine im wesentlichen ringförmige Form und wird synchron angetrieben in einer festen winkelmäßigen Phasenbeziehung mit der nicht gezeigten Kurbelwelle und zwar in einer bekannten Art und Weise. Hier erfolgt der Antrieb über einen nicht gezeigten Zahnriemen, der mit Zahnradzähnen 20a zusammenpaßt, die am Außenumfang des Antriebs 20 ausgebildet sind. Ein radial nach innen weisender Teil des Antriebsgliedes umfaßt eine zylindrische Oberfläche 20b, die drehbar auf einer äußeren zylindrischen Oberfläche 22c des Flanschteils 22b gelagert ist. Ein axialer Fortsatz der Oberfläche 20b definiert eine zylindrische äußere Laufoberfläche 20C der Rollen oder Walzenkupplungsanordnung. Die Struktur, die das Antriebsglied und die äußere Laufoberfläche definiert, kann ein einzelnes Glied sein, wie in Fig. 1 gezeigt ist oder separate Glieder wie bezüglich der Figuren 10 und 11 gezeigt und beschrieben ist.
Die maximale relative Drehung oder Winkelphasenveränderung zwischen dem Antrieb und den angetriebenen Gliedern 20,22 und damit zwischen der Kurbelwelle und der Nockenwelle 12 wird durch ein Anschlagelement bzw. einen Anschlagkeil 42 bestimmt, wobei ein Teil davon engpaßend in einem Schlitz 20d des Antriebsgliedes gehalten wird und ein Teil in der sich umfangsmäßig erstreckenden Öffnung in dem Flanschteil 20b aufgenommen ist und durch die Anschläge 22d, 22e eingegrenzt wird, die die volle Verzögerung wie in Fig. 5 gezeigt, begrenzen bzw. den vollen Vorschub wie in Fig. 6 gezeigt ist. Eine dazwischenliegende Winkelphasenposition ist in Fig. 4 dargestellt.
Die Rollen bzw. Walzenkupplungsanordnung 24 umfaßt die Laufoberfläche 20c, ein Ringglied 32, drei erste und drei zweite Rollen oder Keile 34,36, die in Paaren angeordnet sind, eine Kompressionsfeder 38 des Akkordeontyps, die zwischen einem Paar von Rollenkeilen angeordnet ist, und eine Spinne 40. Das Glied 32 umfaßt äußere und innere zylindrische Oberflächen 32a,32b und drei flache umfangsmäßig gleichmäßig beabstandete flache Oberflächen, die in der äußeren zylindrischen Oberfläche ausgebildet sind, wobei jede flache Oberfläche erste und zweite Rampenoberflächen 32c,32d definiert, die radial von der Laufoberfläche 20c beabstandet sind, wobei sich der Radialabstand auf ein Minimum verringert an einem Schittpunkt der Rampen mit der äußeren zylindrischen Oberfläche 32a. Hier sind die flachen Oberflächen, die die Rampenoberflächen 32c,32d definieren als Sehnen von Zylinderoberflächen definiert. Das Glied 32 ist drehbar an dem Flanschteil 22b 35 gesichert durch drei Stifte 44, die mit einem Ende in Löcher 32e in dem Ringglied 32 gepreßt sind und mit dem anderen Ende in Löchern 22f in dem Flanschteil 22b lose aufgenommen sind, um eine kleine Größe eines radialen und umfangsmäßigen freien Spiels bezüglich zu der Laufoberfläche 20c und dem Flansch 22b zu erlauben und zwar für Zwecke die nachfolgend beschrieben werden. Die Stifte 44 können des Rollen oder Walzenstifttyps sein und können eine Elastizitätsgröße zwischen den Gliedern 32 und 22 vorsehen. Jedes Paar der ersten und zweiten Rollen oder Walzen 34,36 ist zwischen der Laufoberfläche und den assoziierten Rampenoberflächen 32c,32d angeordnet und sind umfangsmäßig auseinander vorgespannt und zwar zu einem keilmäßigen Eingriff zwischen der Laufoberfläche und der assoziierten Rampenoberfläche durch die Feder 38.
Die Spinne 40 umfaßt eine sich radial erstreckende Endwand 40a und radial äußere und innere zylindrische Wände 40b,40c, die einen im allgemeinen ringförmigen Trog oder eine Mulde definieren, der oder die über dem Ringglied 32 positioniert ist und zur begrenzten Drehung bezüglich des Ringgliedes gesichert ist durch eine Betätigeranordnung 26 wie nachfolgende näher beschrieben wird. Eine äußere zylindrische Wand 40b der Spinne umfaßt drei umfangsmäßig gleichmäßig beabstandete Öffnungen, die jeweils erste und zweite umfangsmäßig beabstandete Kontaktoberflächen 40b,40e definieren, die umfangsmäßig ein Paar der Rollen oder Walzen 34,36 umgeben und jeweils betriebsmäßig die Rollen oder Walzen 34,36 gegen die Feder 38 und aus dem keilmäßigen Eingriff heraus bewegen und zwar ansprechend auf eine Drehung der Spinne relativ zu dem Ringglied.
Die Betätigeranordnung 26 umfaßt folgendes: einen axial bewegbaren Kolben 46 mit einem zylindrischen Wandteil 46a, der gleitbar über dem Nabenteil 22a des Traggliedes 22 angeordnet ist, einen ringförmigen Randteil 46b, der sich radial nach außen von dem Wandteil 46a erstreckt, eine schraubenförmige Kompressionsfeder, die den Kolben 46 nach links weg von dem Tragglied 22 in Fig. 1 vorspannt, drei sich radial erstreckend Stifte 50, die jeweils mit einem Ende in ein Loch in dem Randteil 46b eingepreßt sind und jeweils gleitbar mit ihrem anderen Ende in einem sich axial erstreckenden geraden Schlitz 22f in dem Ringglied 32 aufgenommen sind. Ein Axialkontakt des Randteils 46b mit dem Flanschteil 22b begrenzt eine nach rechts gerichtete axiale oder Phasenvorschubbewegung des Kolbens und ein Axialkontakt des Randteils 46b mit einer Abstandsunterlegscheibe 52 begrenzt eine nach links gerichtete axiale oder Phasenverzögerungsbewegung des Kolbens. Der Kolben 46 ist in Fig. 1 in einer mittigen bzw. dazwischenbefindlichen Position gezeigt. Die Stifte 50 und die Schlitze 32f verhindern eine relative Drehung zu dem Kolben 46 und dem Ringglied 32. Jeder Stift erstreckt sich auch gleitbar durch einen abgewinkelten oder spiralförmigen Schlitz 40f in der inneren zylindrischen Wand 40c der Spinne 40, wobei der Winkel jedes Schlitzes 40f bezüglich zu den geraden Schlitzen 32f und der Nockenwellenachse zu verstehen ist. Siehe Figuren 7 und 8. Somit bewirkt eine Hin- und HerAxialbewegung des Kolbens 46 eine relative Drehbewegung zwischen der Spinne und dem Ringglied 32 zum Außereingriffbringen einer der ersten oder zweiten Rollen oder Walzenteile. Ein konkaver Stopfen 54 der axial an dem Kolben 46 befestigt ist, ist in der Lage durch einen nicht gezeigten Bedienermechanismus beeinflußt zu werden, der selektiv betätigbar ist zum Bewegen des Kolbens zu irgendeiner Position zwischen der linken oder Phasenverzögerungsposition und der rechten oder Phasenvorschubposition. Die Phasenvorschub- und Verzögerungspositionen können umgekehrt werden durch Umkehren des Winkels des Schlitzes 40f in der Spinnenwand 40c.
Der Umfangsabstand zwischen den Kontaktoberflächen 40b, 40e ist groß genug, um dem dazwischenbefindlichen Paar von Rollen oder Walzen zu erlauben, daß beide zur selben Zeit im Eingriff stehen, um dazwischenliegende Nockenwellenphasenwinkelpositionen zwischen den vollen Verzögerungs- und vollen Vorschubpositionen zu bewirken. Wenn dazwischenliegende Phasenwinkelpositionen nicht wünschenswert oder zweckmäßig sind, kann ein geringerer Abstand der Kontaktoberflächen 40d, 40e verwendet werden, um sicherzustellen, daß die Oberflächen 40d oder 40e eine der Rollen oder Walzen jedes Paars von Rollen oder Walzen zu vollständig außer Eingriff befindlichen Positionen zu bewegen, wenn die Spinne 40 relativ zu dem Ringglied 32 in die eine oder andere Richtung gedreht wird. Wenn die Spinne 40 so konfiguriert ist, daß sie dazwischenliegenden Phasenwinkelpositionen vorsieht ist es möglich, einen oder beide der Anschläge zum Begrenzen des Phasenveränderungsbereichs wegzulassen, wodurch eine vorgegebene Phasenänderungsvorrichtung bei Motoranwendungen verwenden werden kann, die unterschiedliche Phasenänderungsbereichsgrenzen benötigt. Ferner kann die vorgegebene Phasenänderungsvorrichtung mit einem maximalen Phasenänderungsbereich versehen sein, und die Steuerung für unterschiedliche Motoranwendungen kann die Vorrichtung innerhalb des gewünschten Phasenänderungsbereichs bedienen bzw. betätigen.
Eine relative Axialbewegung der Antriebs- und der angetriebenen Glieder 20,22 und des Ringgliedes 32 und der Spinne 40 wird durch unterlegscheibenartige Endabdeckungen 56,58 verhindert, die durch Schnappringe 60,62 gehalten werden. Abstandshalterunterlegscheiben 52 können variable Dicken besitzen, um unerwünschtes Axialspiel zwischen den Endabdeckungen 56,58 infolge von Herstellungstoleranzen zu entfernen. Wenn die Vorrichtung 10 zahnriemenmäßig angetrieben ist und sich somit in einer im wesentlichen ölfreien Umgebung befindet, kann die Vorrichtung mit einem internen Speicher eines Schmiermittels versehen sein, das darinnen durch O-Ring-Dichtungen 64,66,68 abgedichtet ist und zwar an den Schnittstellen der Endabdeckungen 56,58 und des Kolbens 46 mit dem Nabenteil 22a.
Der Betrieb der Phasenänderungsvorrichtung 10 zum Bewirken einer winkelmäßigen Phasenänderungen der Nockenwelle innerhalb der Grenzen, die durch Verzögerungs- und Vorschubanschlänge 22e,22d festgelegt sind, ist recht einfach. Wenn die Rollen oder Walzen 36 im Eingriff stehen, verhindern sie eine verzögernde Drehung der Nockenwelle ansprechend auf das positive Drehmoment und wenn sie nicht im Eingriff stehen, erlauben sie eine verzögernde Drehung der Nockenwelle ansprechend auf das positive Drehmoment. Wenn die Rollen oder Walzen 34 im Eingriff stehen, verhindern sie eine vorschiebende Drehung der Nockenwelle ansprechend auf die negativen Drehmomentimpulse und wenn sie nicht im Eingriff stehen, erlauben sie eine vorschiebende Drehung ansprechend auf die negativen Drehmomentimpulse.
Noch spezieller und zunächst unter Bezugnahme auf Fig. 5 positioniert die vollständig linke oder Verzögerungsposition des Kolbens 46 die Spinne 40 in ihre vollständig entgegengesetzt dem Uhrzeigersinn gerichtete oder vollständige Verzögerungsposition relativ zu dem Ringglied 32. Wenn die Spinne 40 in ihrer vollständigen Verzögerungsposition ist, sind die Rollen oder Walzen 34 zum Verhindern einer Nockenwellenverzögerung ansprechend auf das positive Drehmoment umfangsmäßig durch die Spinnenkontaktoberflächen 40e versetzt zu den nicht in Eingriff stehenden Positionen und die Rollen oder Walzen 34 zum Verhindern eines Nockenwellenvorschubs ansprechend auf die negativen Drehmomentimpulse stehen in Eingriff, da die Spinnenkontaktoberflächen 40d umfangsmäßig davon beabstandet sind. Wenn die Spinne somit in ihrer vollständigen Verzögerungsposition ist, verzögert sich die Nokkenwelle bis zu der Grenze, die durch den Eingriff des Verzögerungsanschlags 22e dem Stoppelement 42 festgelegt ist.
Unter Bezugnahme als nächstes auf Fig. 6, positioniert die vollständig rechte oder Vorschubposition des Kolbens 46 die Spinne 40 in ihre vollständig im Uhrzeigersinn gerichtete oder vollständige Vorschubposition relativ zu dem Ringglied 32. Wenn die Spinne 40 in ihrer vollständigen Vorschubposition ist, sind die Rollen oder Walzen 34 zum Verhindern des Nockenwellenvorschubs ansprechend auf die negativen Drehmomentimpulse umfangsmäßig versetzt durch Spinnenkontaktoberflächen 40d und zwar zu den nicht in Eingriff stehenden Positionen und die Rollen oder Walzen 36 zum Verhindern einer Nockenwellenverzögerung ansprechend auf die Positiven Drehmomente stehen in Eingriff, da die Spinnenkontaktoberflächen 40e umfangsmäßig davon beabstandet sind. Wenn die Spinne somit in der vollen Vorschubposition ist, schiebt sich die Nockenwelle zu der Grenze vor, die durch den Eingriff des Verzögerungsanschlags 22d mit dem Stoppelement 42 festgelegt ist.
Unter Bezugnahme auf die Fig. 1 und 4 ist die Vorrichtung 10 in einer Phasenwinkelposition gezeigt, die zwischen den durch die Anschläge eingestellten Grenzen liegt. Aus nicht vollständig aufgeklärten Gründen, bewegt sich die Nockenwelle, wenn der Betätigerkolben 46 zu einer Position zwischen seinen vollen Verzögerungs- und Vorschubpositionen bewegt wird, die Nockenwelle zu einer Phasenwinkelposition zwischen den Grenzen, die durch die Anschläge eingestellt werden, wobei die Nockenwellenphasenwinkelposition im wesentlichen proportional zu der Zwischenposition des Kolbens 46 ist.
Ein Betätigermechanismus zum Bewegen des Kolbens 46 ist nicht in dem Ausführungsbeispiel der Phasenänderungsvorrichtung gemäß den Figuren 1 und 4-6 gezeigt. Ein solcher Mechanismus kann irgendein Mechanismus von mehreren bekannten Bauarten sein, z.B. ist die Elektromagnetbauart in Fig. 10 oder die Hydraulikbauart in Fig. 11 gezeigt. Die Kraft zum Bewegen der Rollen bzw. Walzen ist recht gering. Demgemäß ist eine Kraft zum axialen Bewegen des Kolbens 46 im wesentlichen proportional zu der Kraft, die notwendig ist, um die Kolbenfeder 48 zusammenzudrücken. Ein Betätigermechanismus zum Bewegen des Kolbens kann einen variablen Hub vorsehen, der den Kolben über ausgewählte Abstände bewegt, und zwar unabhängig von der Kraft oder er kann eine variable Kraft vorsehen, die den Kolben über ausgewählte Abstände bewegt und zwar unabhängig von dem gesteuerten Hub. Solche Betätigermechanismen werden vorzugsweise durch Steuersysteme erregt, die die Soll- Phasenveränderung mit der Ist-Phasenveränderung vergleichen und die den Hub oder die Kraft des Betätigermechanismus einstellen, wenn die Soll- und Ist-Phasenveränderungen nicht übereinstimmen. Solche Steuersysteme sind in der Technik bekannt. Ein Beispiel eines solchen Steuersystems ist in dem zuvor genannten US-Patent 4 627 825 gezeigt, das hier durch Bezugnahme aufgenommen ist.
Fig. 9 zeigt eine Phasenänderungsvorrichtung 110, die sich bezüglich der Vorrichtung 10 unterscheidet, indem eine Spaltfeder 112 mit Enden 112a,112b vorgesehen ist, die jeweils an einem Antriebsglied 114, das zu dem Antriebsglied 20 äquivalent ist und einem angetriebenen Glied 116, das zu dem angetriebenen Glied 22 äquivalent ist, befestigt sind. Die Spaltfeder 112 ist hier vom Uhrfeder- oder Spiraltyp; jedoch könnten mehrere andere Typen verwendet werden. Die Spaltfeder 112 ist so ausgewählte, daß sie elastisch das konstante positive Drehmoment überträgt und zwar im wesentlichen infolge der Ventilgetriebereibung von dem Antriebsglied 114 zu dem angetriebenen bzw Abtriebsglied 116. Demgemäß sieht die Feder 112 einen Drehmomentpfad für das konstante positive Drehmoment vor und die Rollen- oder Walzenkupplungsanordnung 118, die dieselbe ist wie die Kupplungsanordnung 24 sieht einen parallelen Drehmomentpfad für die zyklischen Drehmomentimpulse vor.
Fig. 10 zeigt eine Phasenänderungsvorrichtung 150, die dieselben Betriebsprinzipien der Vorrichtung 10 und 110 verwendet und sich hauptsächlich dadurch unterscheidet, daß sie einen internen elektromagnetischen Betätigermechanismus 152 anstelle des externen Betätigermechanismus für die Vorrichtungen 10 und 110 enthält. Die Vorrichtung 150 umfaßt eine Antriebsanordnung, die äußere und innere Glieder 154, 156 aufweist, die aneinander befestigt sind während des Zusammenbaus der Vorrichtung, ein angetriebenes oder Tragglied 158, das durch einen Bolzen bzw. eine Schraube 160 an einer Nockenwellen 162 befestigt ist, die drehbar durch einen Teil eines Motorgehäuses getragen wird, der durch gestrichelte Linie 164 dargestellt ist, eine Rollen- oder Walzenkupplungsanordnung 166 und einen gleitbar angeordneten Betätigerkolben 168, der nach rechts gegen eine nach links gerichtete Vorspannkraft einer Konusfeder 170 bewegt wird und zwar ansprechend auf eine elektrische Erregung des Betätigermechanismus 152.
Das Glied 154 umfaßt Zahnradzähne 154a zur Antriebsverbindung mit einer Kurbelwelle und zwar über einen nicht gezeigten Zahnriemen. Das Glied 156 umfaßt eine innere zylindrische Oberfläche 156a, die drehbar auf einer äußea ren zylindrischen Oberfläche 158a eines sich radial erstreckenden Flanschteils 158b des Tragglieds 158 gelagert ist. Die Rollen oder Walzenkupplungsanordnung 166 von der nur eine Rolle oder Walze 36' gezeigt ist, ist im wesentlichen dieselbe wie die Rollen- oder Walzenkupplungsanordnung 24, da sie folgendes aufweist: drei Paare von Rollen oder Walzen analog den Rollen oder Walzen 34,36, Anschläge analog den Anschlägen 42,22d,22e, eine Spinne 174 mit Kontaktoberflächen analog den Oberflächen 40d,40e, die jeweils ein Paar von Rollen oder Walzen umgeben, ein Ringgliedteil 158c, das Rampen definiert und zwar analog der Rampen 32c,32d und eine äußere Laufoberfläche 156b definiert durch den Fortsatz der Oberfläche 158a. Der Ringgliedabschnitt oder Teil 158c unterscheidet sich hauptsächlich von dem Glied 32 dahingehend, daß es fest an dem Tragglied 158 befestigt ist. Jedoch kann jedes der Ringglieder 32, 158c starr festgelegt oder befestigt sein für ein Spiel relativ zu dem assoziierten Tragglied. Ferner kann bezüglich der Anbringung der Ringglieder mit freiem Spiel ein solches freies Spiel alternativ vorgesehen werden durch eine Anbringung mit freiem Spiel der Glieder, die die äußere Laufoberfläche der Rollen oder Walzenkupplung definieren. Drei sich radial erstreckende Stifte 176 sind in Löcher in dem Gliedteil 158c eingepreßt. Die Stifte sind zwischen den Paaren von Rollen oder Walzen beabstandet und erstrecken sich durch abgewinkelte Schlitze 174a in der Spinne 174 und zwar in einer analogen Art und Weise zu der Vorrichtung 10.
Der Betätigermechanismus 152 umfaßt eine Spule 178, die an einem Gehäuseglied 180 befestigt ist, das wiederum an dem Motorgehäuse 164 befestigt ist über einen Ring 182 aus Plastikmaterial. Ein Leiter 184 sieht eine elektrische Verbindung zu der Spule 178 vor. Das Spulengehäuseglied 180 und der Kolben 168 sind aus ferromagnetischem Material ausgebildet, das das Magnetfeld um die Spule 178 herum konzentriert zum Vorsehen einer magnetischen Anziehung zum Anziehen des Kolbens 168 nach rechts zu dem Ende 180a des Spulengehäusegliedes 180. Die Größe der magnetischen Anziehung wird in bekannter Art und Weise leicht verändert, um den Kolben axial von der völlig linken oder Verzögerungsposition zu der völlig rechten oder Vorschubposition oder irgendeiner Zwischenposition zu bewegen und zwar aus denselben Gründen wie bei der Vorrichtung 10. Die Stifte 176 und die abgewinkelten Schlitze 174a der Spinne bewirken, daß sich die Spinne zwischen Phasenvorschub- und Verzögerungspositionen dreht und zwar ansprechend auf eine Axialbewegung der Spinne durch den Kolben 168 und die Feder 170.
Die Vorrichtung 150 ist durch Endabdeckungen 186,188 eingeschlossen und gegenüber Leckage von internem Schmiermittel abgedichtet durch O-Ring-Dichtungen und eine Dichtung 190 des Lippentyps.
Fig. 11 zeigt eine weitere Phasenänderungsvorrichtung 200, die sich hauptsächlich dadurch von der Vorrichtung 150 unterscheidet, daß sie einen internen Hydraulikbetätigermechanismus 202 anstelle des internen elektromagnetischen Betätigermechanismus 152 verwendet.
Die Vorrichtung 200 umfaßt eine Antriebsanordnung, die folgendes aufweist: äußere und innere Glieder 204,206, die aneinander befestigt sind während des Zusammenbaus der Vorrichtung und die dieselbe Konfiguration besitzen wie die Glieder 154,156, ein angetriebenes oder Tragglied 208 mit einem Nabenteil 208a, das zur Zusammenarbeit mit dem Hydraulikbetätigermechanismus 202 modifiziert und durch einen Bolzen bzw. eine Schraube 210 an einer Nokkenwelle 212 befestigt ist, die drehbar durch einen Teil eines Motorgehäuses getragen wird, das durch gestrichelte Linien 214 dargestellt ist, eine Rollen- oder Walzenkupplungsanordnung 216, die sich von der Kupplungsanordnung 116 nur bezüglich der radial inneren Länge eines Flanschteils 218a einer Spinne 218 unterscheidet, und einen gleitbar angeordneten Betätigerkolben 220 zum Bewegen der Spinne nach rechts gegen eine nach links gerichtete Vorspannkraft einer Kompressionsfeder 222.
Der Nabenteil 208a des Traggliedes, der Kolben 220 und die äußere zylindrische Oberfläche 212a der Nockenwelle 212 bilden eine ausdehnbare bzw. vergrößerbare Kammer 224, die mit einer Druckölquelle verbindbar ist und zwar über ein Durchlaßnetzwerk, das Durchlässe 226, 228,230 und 232 in der Nockenwelle und dem Bolzen bzw. der Schraube 210 aufweist. Der Druck des Öls muß nur ausreichend sein, um die Spinne 218 zu bewegen und zwar genauso wie bei den zuvor beschriebenen Phasenänderungsvorrichtungen. Demgemäß kann das Öl aus dem Motorschmierölsystem mit demselben Druck entnommen werden. Das Steuersystem in dem zuvor genannten US-Patent 4 627 825 kann leicht modifiziert werden zum Steuern einer Ölbewegung zu und von dem Mechanismus 202. Die Vorrichtung 200 ist eingeschlossen und abgedichtet in derselben Art und Weise wie die Vorrichtung 150 und kann geschmiert werden mittels einer Ölleckage von der ausdehnbaren Kammer 224.

Claims

1. Vorrichtung (10), die folgendes aufweist: erste und zweite Glieder (20,22), die zur Drehung um eine Achse angeordnet sind und eine Anordnung (24,26) zum Kuppeln dieser Glieder und zum selektiven Vorschieben und Verzögern der Drehung der Glieder relativ zueinander während der Drehung der Glieder in eine Richtung durch ein Drehmoment mit positiven und negativen Drehmomentimpulsen bezüglich zu einem Durchschnittswert des Drehmoments; wobei die Anordnung (24, 26) folgendes aufweist: Vorschub und Verzögerungseinwegekuppelungsmittel, die erste und zweite Ringmittel (20, 32) aufweisen, die jeweils zur Drehung mit den ersten und zweiten Gliedern (20, 22) angebracht sind, wobei die ersten Ringmittel eine radial nach innen weisende, zylindrische Laufoberfläche (20c) aufweisen, erste und zweite Rampenoberflächen (32d, 32c) die in einer äußeren zylindrischen Oberfläche 32a des zweiten Ringmittel (32) ausgebildet sind, einen ersten Keil (36), der zum keilartigen Eingriff und Lösen zwischen jeder ersten Rarnpenoberfläche (32d) und der Laufoberfläche (20c) angeordnet ist und betriebsmäßig im Eingriff bzw. in dem gelösten Zustand jeweils die verzögerte Drehung verhindert und erlaubt ansprechend auf die positiven Drehmomentimpulse, einen zweiten Keil (34), der zum keilartigen Eingriff und Lösen zwischen jeder zweiten Rampenoberfläche (32c) und der Laufoberfläche (20c) angeordnet ist und betriebsmäßig im Eingriff und im gelösten Zustand jeweils die vorschiebende Drehung verhindert und erlaubt, ansprechend auf die negativen Drehmomentimpulse, eine Spinne (40 oder 174 oder 218) die in ersten und zweiten entgegengesetzten Richtungen bewegbar ist, zum Bewirken der Bewegung der ersten und zweiten Keile (34, 36) um£angsmäßig entlang der ersten und zweiten Rampenoberflächen (32d, 32c) zwischen dem Eingriff und dem gelösten Zustand und; erste und zweite umfangsmäßig beabstandete, nach außen weisende Oberflächen (32d, 32c), die in der äußeren, zylindrischen Oberfläche (32a) ausgebildet sind und die ersten und zweiten Rampenoberflächen (32d, 32c) definieren; dadurch gekennzeichnet, daß:

die ersten und zweiten Oberflächen (32d, 32c) eine einzelne, im wesentlichen flache, radial nach außen weisende Oberfläche (32d, 32c) bilden, die dadurch sowohl die ersten und zweiten Rampenoberflächen definiert; wobei vorzugsweise mehr als eine solche flache Oberfläche jeweils gebildet wird durch derartige erste und zweite Oberflächen (32d, 32c), die jeweilige erste und zweite Rampenoberflächen definieren.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, angeordnet in einem Motor (14), der folgendes aufweist: eine Nockenwelle (12), Mittel (28) zum Befestigen des zweiten Gliedes (22) der Vorrichtung (10) an der Nockenwelle (12) zur festen Drehung um eine gemeinsame Achse der Vorrichtung und der Nockenwelle (12), eine Kurbelwelle und Antriebsmittel, die die Kurbelwelle und das erste Glied (20) der Vorrichtung miteinander verbinden.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die ersten und zweiten Keile (36, 34) Rollen oder Walzen sind, die in Paaren angeordnet sind; und wobei Federmittel (38) zwischen jedem Paar erster und zweiter Walzen (36, 34) angeordnet sind und kontinuierlich die ersten und zweiten Walzen in Richtung des Eingriffs mit der Laufoberfläche (20c) und der assozierten Rampenoberfläche (32d, 32c) vorspannen.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei die Spinne (40) radial beabstandete, innere und äußere zylindrische Wände (40d, 40c) aufweist, die miteinander verbunden sind durch eine Endwand (40a) und dadurch einen im allgemeinen, ringförmigen Trog bzw. Behälter bilden, der an einem axial weisenden Ende offen ist zur Aufnahme der zweiten Ringmittel (32) darinnen, wobei der äußere zylindrische Wandteil (40c) eine Vielzahl von Öffnungen aufweist, die jeweils umfangsmäßig beabstandete Kontaktoberflächen (40e, 40d) aufweisen, die jedes Paar von Walzen (36, 34) umarmen zum Bewirken der Bewegung der ersten und zweiten Walzen (36, 34) jedes Paar von Walzen ansprechend auf eine Bewegung der Spinne (40) in den ersten und zweiten entgegengesetzten Richtungen.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei die Spinne (174 oder 218) eine zylindrische Wand aufweist, die um die äußere zylindrische Oberfläche der zweiten Ringmittel (32) angeordnet ist, wobei die zylindrische Wand der Spinne eine Vielzahl von Öffnungen aufweist, die jeweils umfangsmäßig beabstandete Kontaktoberflächen (40e, 40d) besitzen, die jedes Paar von Walzen (36, 34) umarmen zum Bewirken der Bewegung der ersten und zweiten Walzen (36, 34), jedes Paar von Walzen ansprechend auf eine Bewegung der Spinne (174 oder 218) in den ersten und zweiten Richtungen.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei die Vorrichtung ferner folgendes aufweist:

eine Vielzahl von gewinkelten Schlitzen (40f) in einer der zylindrischen Wände (40c) der Spinne und umfangsmäßig beabstandet; und

eine Vielzahl von Stiften (50) gleich in der Anzahl der gewinkelten Schlitze (40f), die radial von den zweiten Ringmitteln (158c) vorragen und zwar in die gewinkelten Schlitze zum Bewirken einer Drehung der Spinne relativ zu den zweiten Ringmitteln (32) ansprechend auf eine relative Axialbewegung zwischen den Stiften (50) und den Schlitzen (40f).

7. Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei die Vorrichtung ferner folgendes aufweist: eine Vielzahl von gewinkelten Schlitzen (174a) in der zylindrischen Wand der Spinne (174 oder 218) und zwar jeweils umfangsmäßig beabstandet zwischen den Spinnenöffnungen; und

eine Vielzahl von Stiften (176) gleich in der Anzahl der gewinkelten Schlitze (174a), die radial von den zweiten Ringmitteln (158c) vorragen und zwar in die gewinkelten Schlitze zum Bewirken einer Drehung der Spinne relativ zu den zweiten Ringmitteln ansprechend auf eine relative Axialbewegung zwischen den Stiften und Schlitzen.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, wobei die relative Axialbewegung ansprechend auf eine Axialbewegung der Spinne bewirkt wird.