ES2276209T3

ES2276209T3 - Motor de combustion interna con un dispositivo hidraulico para regular el angulo de giro de un arbol de levas con respecto a un cigueñal.

Info

Publication number: ES2276209T3
Application number: ES04024481T
Authority: ES
Inventors: Ulrich Wierl; Rainer Ottersbach; Mike Kohrs; Jochen Auchter
Original assignee: Schaeffler KG
Current assignee: IHO Holding GmbH and Co KG
Priority date: 2003-12-16
Filing date: 2004-10-14
Publication date: 2007-06-16
Anticipated expiration: 2024-10-14
Also published as: US20050145208A1; EP1544419A1; RU2353783C2; CN1629454A; KR20050061338A; CN100416049C; JP2005180433A; DE10359068A1; EP1544419B1; DE502004002434D1; RU2004136797A; US6964250B2; BRPI0406303A; ATE349601T1

Abstract

Motor de combustión interna con un dispositivo hidráulico (1) para regular el ángulo de giro de un árbol de levas (2) con respecto a un cigüeñal, que comprende: un rotor (6) con paletas (10) dispuestas en el mismo, el cual está unido solidariamente en rotación con el árbol de levas (2), y un estator (4) que está provisto de una pared frontal (5) en al menos un lado frontal y que está unido solidariamente en rotación con una rueda motriz (3) accionada por el cigüeñal, estando previstas a ambos lados de las paletas (10) unas cámaras de presión (11, 11'', 11'''', 12, 12'', 12'''') que están limitadas por respectivos tabiques (7, 7'', 7'''') y respectivas paredes interiores (9, 9'', 9'''') y exteriores (8, 8'', 8'''') del estator (4) que discurren concéntricamente una a otra en dirección periférica, y pudiendo dichas cámaras ser solicitadas a presión con fluido hidráulico o vaciadas a través de un sistema hidráulico, caracterizado porque el estator (4) y la pared frontal (5) están construidos como una cubeta(19) realizada en una sola pieza y la cubeta (19) está construida como una pieza de chapa fabricada sin arranque de virutas.

Description

Motor de combustión interna con un dispositivo hidráulico para regular el ángulo de giro de un árbol de levas con respecto a un cigüeñal.

Campo de la invención

La invención concierne a un motor de combustión interna con un dispositivo hidráulico para regular el ángulo de giro de un árbol de levas con respecto a un cigüeñal, que comprende: un rotor con paletas dispuestas en el mismo, el cual está unido solidariamente en rotación con el árbol de levas, y un estator provisto de una pared frontal en su lado frontal, que está unido solidariamente en rotación con una rueda motriz accionada por el cigüeñal, estando previstas a ambos lados de las paletas unas cámaras de presión que están limitadas cada una de ellas por tabiques y paredes interiores y exteriores del estator que discurren concéntricamente una a otra en dirección periférica, y que pueden ser solicitadas a presión con líquido hidráulico o vaciadas a través de un sistema hidráulico.

Antecedentes de la invención

Se conoce por el documento DE 101 34 320 A1 un motor de combustión interna con un dispositivo hidráulico del género expuesto para regular el ángulo de giro de un árbol de levas, que puede variar la posición de fase de un árbol de levas con respecto a un cigüeñal. Este dispositivo está constituido por un rotor y un estator, de los cuales el primero, configurado como una rueda de paletas, abraza al árbol de levas, está fijado a éste con un tornillo central axial y gira en sincronismo con él. El estator está cerrado de manera hermética al medio de presión, por un lado, por una pared frontal que puede ser parte de una carcasa que rodea al estator, y, por otro lado, por una rueda motriz. Dicho estator abraza al rotor y gira en sincronismo con la rueda motriz accionada por el cigüeñal. Unos tabiques del estator que se extienden en dirección sustancialmente radial permiten tan sólo un ángulo de giro limitado del rotor y forman con éste varias cámaras que pueden ser solicitadas a presión con fluido hidráulico o vaciadas.

Sin embargo, en este dispositivo conocido es desventajoso el hecho de que las piezas individuales de dicho dispositivo están hechas predominantemente de acero o hierro y se han fabricado por sinterización o mecanización de arranque de virutas. Resultan de ello:

1.: una alta masa del dispositivo de regulación del ángulo de giro,

2.: altos costes de fabricación debido al coste de la mecanización de arranque de virutas durante la fabricación de las piezas estructurales sinterizadas,

3.: una fuga externa no deseada de aceite a través de las piezas estructurales sinterizadas porosas.

Dado que en la metalurgia de sinterización los delgados espesores de pared, especialmente en relación con fluctuaciones del espesor de pared, son problemáticos en cuanto a la distribución de densidad así como en cuanto a la resistencia y la rigidez y, además, los moldes complejos con alturas de llenado diferentes sólo pueden realizarse a menudo con compuertas caras en el útil, los dispositivos actuales de regulación del ángulo de giro se fabrican casi siempre a partir de piezas estructurales relativamente pesadas y macizas. En los dispositivos fabricados por arranque de virutas la problemática es semejante; las formas complicadas adaptadas a la carga están ligadas a un alto coste de la mecanización de arranque de virutas.

Una propuesta para reducir la masa del dispositivo de regulación del ángulo de giro puede encontrarse, por ejemplo, en el documento DE 101 48 687 A1 o en el documento DE 101 34 320, para lo cual se fabrican algunas piezas del dispositivo en aluminio o en una aleación de aluminio o en otro metal ligero. Esto tiene la desventaja de que, debido a coeficientes de dilatación térmica diferentes, pueden aumentar las rendijas de fuga por efecto del calentamiento y resulta así una fuga elevada. Además, a iguales dimensiones, el aluminio se deforma bajo carga en mayor medida que el acero o el hierro. Particularmente cuando se afianzan después una con otra las piezas individuales por medio de tornillos de carcasa, las hendiduras correspondientemente grandes tienen que admitir una deformación. Los tornillos de carcasa representan una complejidad de fabricación incrementada, ocasionan por ello mayores costes y, además, tienen como consecuencia un flujo de fuerza no óptimo para el dispositivo.

Cometido de la invención

Por este motivo, la invención se basa en el problema de concebir un dispositivo para regular el ángulo de giro de un árbol de levas con respecto a un cigüeñal para un motor de combustión interna de tal manera que, por un lado, se efectúe una reducción de la masa del dispositivo y, por otro lado, se consiga al mismo tiempo una minimización de las fugas.

Descripción de la invención

Según la invención, el problema se resuelve en un dispositivo para un motor de combustión interna con las características del preámbulo de la reivindicación 1 por el hecho de que el estator está construido como una cubeta formando una sola pieza con la pared frontal, habiéndose fabricado el estator, incluyendo un disco de sellado eventualmente dispuesto en el mismo, como una pieza de chapa sin virutas. Por tanto, las unidades del lado de accionamiento que forman piezas estructurales sinterizadas macizas en calidad de cámara de presión se sustituyen por piezas de chapa y piezas conformadas de chapa de pared delgada. Por supuesto, en lugar de chapa se puede emplear también un fleje, empleándose en lo que sigue la palabra chapa como término para designar chapa o fleje. Por tanto, dado que tienen que fabricarse menos piezas estructurales sinterizadas, resultan una reducción del coste de la mecanización por arranque de virutas y una reducción de las fugas externas de aceite debido a la supresión de las piezas sinterizadas porosas. Por supuesto, la fabricación sin virutas del estator y de la carcasa no significa que estas piezas no se mecanicen ulteriormente sin arranque de virutas siempre que esto demuestre ser necesario.

Una reducción adicional de las fugas de aceite se deriva directamente de la constitución del estator y la pared frontal en una sola pieza de conformidad con la invención: Entre estas piezas está presente un espacio de ensamble menos que en los dispositivos conocidos, el cual, por consiguiente, no tiene tampoco que ser sellado. Debido a la constitución en una sola pieza se reduce también el coste de las piezas estructurales o de la fabricación, dado que la pared frontal no tiene que unirse adicionalmente con el estator. Por último, se reducen las deformaciones por tensiones de compresión en comparación con una unión atornillada axial de acoplamiento de fuerza.

Para que el dispositivo, a pesar de su menor masa, presente una alta rigidez y capacidad de carga, las piezas de chapa y las piezas conformadas de chapa de pared delgada pueden adaptarse localmente de manera ideal a la carga, a lo largo de las direcciones de carga, por medio de protuberancias conformadas o perfilados correspondientes, sin que sean necesarios espesores de pared globalmente mayores ni, por tanto, tenga que aceptarse una alta masa. Frente a una reducción de masa mediante el empleo de metal ligero, como se propone, por ejemplo, en el documento DE 101 34 320 A1, esto tiene la ventaja de que se mantiene igual el coeficiente de dilatación térmica de todas las piezas estructurales y, por tanto, no pueden producirse faltas de estanqueidad a consecuencia de efectos térmicos.

El estator está constituido por un fondo formado por la pared frontal, unas paredes interiores y exteriores que discurren en dirección periférica y unos tabiques que unen dos extremos respectivos de paredes interiores y exteriores contiguas extendidas en dirección periférica, que discurren sustancialmente en dirección radial y que delimitan unas incisiones frente a una pared exterior imaginaria. Frente a un estator que se haya fabricado de chapa de pared delgada y que no esté construido formando una sola pieza con una pared frontal, se incrementa sensiblemente la estabilidad, ya que la pared frontal de la cubeta amortigua sensiblemente las vibraciones introducidas por fuerzas radiales o impide de antemano la aparición de estas vibraciones. Se puede prescindir así de una carcasa que rodee a la cubeta y, por tanto, se puede reducir una vez más la masa del dispositivo.

El amarre de la cubeta a la rueda motriz sin una carcasa que la rodee puede materializarse haciendo que las incisiones en el lado alejado de la pared frontal estén limitadas por pestañas. Estas pestañas se unen con la rueda motriz. Por ejemplo, en las pestañas están conformados unos rebajos de paso a través de los cuales se puede atornillar la cubeta con la rueda motriz. La ventaja de esta clase de conformación de las pestañas es que la cubeta es de construcción muy compacta y dicha cubeta obtiene una estabilidad adicional conferida por las superficies de las pestañas, ya que éstas pueden apuntalar las cámaras de presión individuales una contra otra. Sin embargo, la cohesión de las partes estator y rueda motriz queda garantizada en general por tecnologías de unión de la técnica de conformación o por tecnologías generalmente de acoplamiento de fuerza, de forma o de material de rozamiento, tal como, por ejemplo, moleteado, rebordeado, soldadura, recalcado, remachado, pegadura o apéndices de retención doblados.

La cubeta se fabrica a partir de una rodaja de chapa por el procedimiento de embutición profunda. Las paredes interiores y exteriores que discurren en dirección periférica y los tabiques pueden conformarse mediante embutición profunda radial. En este caso, las paredes de estator de la cubeta no formarán en general un ángulo exactamente recto con la pared frontal de dicha cubeta. Sin embargo, este ángulo es necesario para sellar completamente las cámaras de presión. Por tanto, para evitar pérdidas por fugas, es ventajoso disponer un disco de sellado inmediatamente delante de la pared frontal, de modo que, después de la inserción del rotor con paletas, se produzcan cámaras de presión en ángulo recto.

El disco de sellado está perfilado preferiblemente en acero de pared delgada y está adaptado en su tamaño y su forma a la cubeta de tal manera que cierra las cámaras de presión en forma hermética al medio de presión delante de la pared frontal. Dicho disco cumple la finalidad suplementaria de incrementar adicionalmente la estabilidad de la cubeta cuando se une ésta fijamente con la pared frontal. En lugar de unir un disco de sellado con la pared frontal, es posible también rociar el espacio dispuesto por el lado del árbol de levas delante de la pared frontal para lograr un sellado de las cámaras de presión lo más plano posible y en ángulo recto con respecto a los tabiques y a las paredes exteriores que discurren en dirección periférica. Como material de rociado puede emplearse, por ejemplo, plástico o bien otro material manipulable en estado líquido que sea sólido en estado de funcionamiento.

Las incisiones que se encuentran entre los tabiques pueden rellenarse con insertos de plástico o de metal que refuercen y rigidicen adicionalmente la cubeta.

El espesor de pared de los tabiques del estator puede reducirse aún más cuando se impida que las paletas del rotor en sus respectivas posiciones finales se apliquen a los tabiques del estator y ejerzan presión sobre éstos. Es necesaria para ello una limitación del ángulo de regulación. Ésta puede materializarse, por ejemplo, por medio de un elemento de limitación del ángulo de regulación que esté unido con el rotor y que encaje en una corredera correspondiente.

Por tanto, el dispositivo construido según la invención es más ligero que un dispositivo del estado de la técnica, necesita menos coste de mecanización por arranque de virutas y reduce así los costes de fabricación, necesita menos piezas individuales y reduce con ello los costes de montaje y puede prescindirse también de una impregnación con resina artificial o un tratamiento con vapor de agua del material sinterizado que ya no se necesita ahora para el sellado. Redu-
ce el número de sitios de ensamble y así el número de juntas necesarias y minimiza con ello las pérdidas por fugas.

Breve descripción de los dibujos

Se explica seguidamente la invención con más detalle haciendo referencia a ejemplos de realización y se la representa esquemáticamente en los dibujos correspondientes a tales ejemplos.

Muestran:

La figura 1, una sección longitudinal de un dispositivo de regulación del ángulo de giro, estando construido el estator en una sola pieza con una pared frontal;

La figura 2, la combinación de dos secciones transversales del dispositivo de la figura 1;

La figura 3, una sección longitudinal de un segundo dispositivo; y

La figura 4, una vista en perspectiva de un tercer dispositivo.

Descripción detallada de los dibujos

Se desprenden de la figura 1 las partes esenciales de un dispositivo hidráulico 1 para regular el ángulo de giro de un árbol de levas 2 con respecto a un cigüeñal no representado que está construido como un accionamiento de ajuste hidráulico para variar los tiempos de apertura y de cierre de válvulas selectoras de gas de un motor de combustión interna. Este dispositivo 1 es accionado por una rueda motriz 3 que está unida con el cigüeñal, por ejemplo por medio de una cadena no representada con detalle. El dispositivo 1 está constituido sustancialmente por un estator 4 unido fijamente con la rueda motriz 3, el cual está construido como una cubeta 19 formando una sola pieza con una pared frontal 5 y está cerrado por ésta y por la rueda motriz 3 de una manera hermética al medio de presión, y por un rotor 6 unido solidariamente en rotación con el árbol de levas 2 por medio de un tornillo central axial 18, estando configurado el rotor 6 en forma de una rueda de paletas. Debido a la constitución del estator 4 y la pared frontal 5 como una cubeta realizada en una sola pieza, no está presente especialmente ningún sitio de ensamble entre el estator 4 y la pared frontal 5. En la figura 1 el estator 4 está unido con la rueda motriz 3 por medio de una costura de soldadura 13.

La figura 2 muestra el estator 4 del dispositivo 1, que forma con el rotor 6 y sus paletas 10, por medio de tabiques 7, 7', 7'' y paredes exteriores 8, 8', 8'' e interiores 9, 9', 9'' que discurren en dirección periférica, unas primeras cámaras 11, 11', 11'' y unas segundas cámaras 12, 12', 12'' que, llenas de líquido hidráulico, establecen una regulación angular entre el rotor 6 y el estator 4. Las cámaras de presión 11, 11', 11'', 12, 12', 12'' se cierran por el lado del árbol de levas por medio de la rueda motriz 3 y en el lado alejado del árbol de levas por medio de la pared frontal 5 de la cubeta 19. Las cámaras de presión primeras 11, 11', 11'' y segundas 12, 12', 12'' producen bajo una solicitación de presión discrecional o simultánea con líquido hidráulico, dentro de un ángulo de basculación máximo, un movimiento de basculación o una inmovilización del rotor 6 con respecto a la rueda motriz 3 y, por tanto, un giro relativo del árbol de levas con respecto al cigüeñal del motor de combustión interna.

En la figura 1 puede apreciarse, además, un elemento 16 (figura 1) de regulación del ángulo de giro que está unido con el rotor 6 y que encaja en una corredera correspondiente 17 (figura 1). Con este elemento se efectúa una limitación del campo de regulación del rotor 6, lo que reduce las cargas del estator 4 o de la cubeta 19. La corredera 17 está construida aquí como una ranura de limitación de forma de corona circular.

La figura 3 muestra una sección longitudinal de una segunda versión de un estator 4 configurado en forma de una cubeta 19. Con miras a sellar las cámaras de presión 11, 11', 11'', 12, 12', 12'' se ha dispuesto por el lado del árbol de levas dentro de la cubeta 19 y sobre la pared frontal 5 un disco de sellado 14 que está adaptado a la forma interior de la cubeta 19. Este disco reduce las pérdidas por fugas siempre que la transición del estator a la pared frontal 5 de la cubeta no forme un ángulo recto exacto.

Por último, se puede apreciar en la figura 4 que la cubeta 19 presenta por el lado del árbol de levas unas pestañas 20 que a su vez tienen aberturas 21 destinadas a recibir medios de fijación (no representados). Las pestañas 20 apuntalan las cámaras de presión una contra otra y rigidizan la cubeta 19. Los medios de fijación unen la cubeta con la rueda motriz 3 por medio de un acoplamiento de fuerza.

Resumiendo, debido a la constitución del estator 4 y la pared frontal 5 fabricados sin arranque de virutas como una cubeta 19 realizada en una sola pieza se obtiene una reducción del número de piezas estructurales empleadas y, por tanto, del coste de montaje. Al mismo tiempo, se aminoran las pérdidas por fugas, ya que está presente un sitio de ensamble menos, y en comparación con un dispositivo sinterizado se tiene que, prescindiendo de piezas estructurales sinterizadas porosas, se puede prescindir de un complicado tratamiento con vapor de agua o de una complicada impregnación con resina artificial.

Lista de símbolos de referencia

1: Dispositivo hidráulico de regulación de ángulo de giro

2: Árbol de levas

3: Rueda motriz

4: Estator

5: Pared frontal

6: Rotor

7, 7', 7'': Tabiques

8, 8', 8'': Paredes exteriores que discurren en dirección periférica

9, 9', 9'': Paredes interiores que discurren en dirección periférica

10: Paleta

11, 11', 11'': Primeras cámaras de presión

12, 12', 12'': Segundas cámaras de presión

13: Costura de soldadura

14: Disco de sellado

15, 15', 15'': Incisiones

16: Elemento de limitación del ángulo de regulación

17: Corredera

18: Tornillo central axial

19: Cubeta

20: Pestaña

21: Aberturas.

Claims

1. Motor de combustión interna con un dispositivo hidráulico (1) para regular el ángulo de giro de un árbol de levas (2) con respecto a un cigüeñal, que comprende: un rotor (6) con paletas (10) dispuestas en el mismo, el cual está unido solidariamente en rotación con el árbol de levas (2), y un estator (4) que está provisto de una pared frontal (5) en al menos un lado frontal y que está unido solidariamente en rotación con una rueda motriz (3) accionada por el cigüeñal, estando previstas a ambos lados de las paletas (10) unas cámaras de presión (11, 11', 11'', 12, 12', 12'') que están limitadas por respectivos tabiques (7, 7', 7'') y respectivas paredes interiores (9, 9', 9'') y exteriores (8, 8', 8'') del estator (4) que discurren concéntricamente una a otra en dirección periférica, y pudiendo dichas cámaras ser solicitadas a presión con fluido hidráulico o vaciadas a través de un sistema hidráulico, caracterizado porque el estator (4) y la pared frontal (5) están construidos como una cubeta (19) realizada en una sola pieza y la cubeta (19) está construida como una pieza de chapa fabricada sin arranque de virutas.

2. Motor de combustión interna según la reivindicación 1, caracterizado porque, partiendo de la pared frontal (5), un respectivo segmento del estator (4) ha sido desplazado en dirección axial por un proceso de conformación sin arranque de virutas de tal manera que en un lado de la pared que discurre conjuntamente con la pared exterior (8, 8', 8'') en dirección periférica están formadas cámaras de presión (11, 11', 11'', 12, 12', 12'') por un tramo a manera de segmento de la pared frontal (5) y por tabiques (7, 7', 7'') conformados juntamente con éste y en el otro lado de la pared interior (9, 9', 9'') que discurre en dirección periférica, de los tabiques (7, 7', 7'') y del segmento axialmente desplazado de la pared frontal (5) están formadas unas incisiones (15, 15', 15'') a manera de segmentos.

3. Motor de combustión interna según la reivindicación 2, caracterizado porque las incisiones (15, 15', 15'') están reforzadas o apuntaladas.

4. Motor de combustión interna según la reivindicación 1, caracterizado porque las cámaras de presión (11, 11, 11'', 12, 12', 12'') están cerradas en ángulo recto en el lado frontal por un material aplicado sobre la pared frontal (5).

5. Motor de combustión interna según la reivindicación 4, caracterizado porque el material está configurado como un disco de sellado (14) adaptado a la forma del estator.

6. Motor de combustión interna según la reivindicación 5, caracterizado porque el disco de sellado (14) está unido fijamente con la cubeta (19).

7. Motor de combustión interna según la reivindicación 4, caracterizado porque las cámaras de presión (11, 11', 11'', 12, 12', 12'') están cerradas en el lado frontal por plástico aplicado por pulverización sobre la pared frontal (5).

8. Motor de combustión interna según la reivindicación 1, caracterizado porque en el rotor (6) está dispuesto un elemento (16) de limitación del ángulo de regulación que encaja en una corredera correspondiente (17).

9. Motor de combustión interna según la reivindicación 1, caracterizado porque la cubeta (19) se ha fabricado por embutición profunda a partir de una pieza bruta de chapa.

10. Motor de combustión interna según la reivindicación 1, caracterizado porque las incisiones (15, 15', 15'') están cerradas en el lado alejado de la pared frontal (5) por unas pestañas (20), siendo las pestañas (20) parte del estator (4).

11. Motor de combustión interna según la reivindicación 10, caracterizado porque las pestañas (20) presentan aberturas (21) destinadas a recibir medios de fijación.

12. Motor de combustión interna según la reivindicación 1, caracterizado porque las partes cubeta (19) y rueda motriz (3) se han fijado una a otra por medio de tecnologías de unión de la técnica de conformación, por ejemplo moleteado, rebordeado, soldadura, recalcado, remachado, pegadura o apéndices de retención doblados.