WO2000068547A1 - Vorrichtung zur drehwinkelverstellung einer nockenwelle gegenüber der kurbelwelle einer hubkolben-brennkraftmaschine - Google Patents

Vorrichtung zur drehwinkelverstellung einer nockenwelle gegenüber der kurbelwelle einer hubkolben-brennkraftmaschine Download PDF

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Eduard Golovatai-Schmidt
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INA Wälzlager Schaeffler oHG
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    • F01L1/344—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear characterised by the provision of means for changing the timing of the valves without changing the duration of opening and without affecting the magnitude of the valve lift changing the angular relationship between crankshaft and camshaft, e.g. using helicoidal gear
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    • F01L2001/3445—Details relating to the hydraulic means for changing the angular relationship
    • F01L2001/34479—Sealing of phaser devices

Definitions

  • the invention relates to a device for adjusting the angle of rotation of a camshaft relative to the crankshaft of a reciprocating piston internal combustion engine, in particular a rotary vane adjuster, with a stator and with a vane rotor, which is arranged coaxially to this and can be swiveled about an axis, with rotary vanes which are in oil-pressure chambers formed by radial walls of the stator by oil pressure be pivoted.
  • Such hydraulic camshaft adjusters are adjusted by the lubricating oil pressure of the engine. Due to the large number of rotating blades, an adjustment torque is achieved that overcomes the camshaft friction.
  • the drive torque of the camshaft is subject to large fluctuations due to the valve forces acting on the different cam flanks. The peaks of the drive torque far exceed the adjustment torque.
  • the camshafts perform asymmetrical torsional vibrations during the adjustment process, in which longer periodic forward movements are followed by shorter periodic backward movements. In this way, the average adjustment speed is significantly reduced.
  • the camshaft vibrates in an uncontrolled manner, which leads to excessive noise and starting problems.
  • the invention is therefore based on the object of providing a device for adjusting the angle of rotation of a camshaft, which has an increased adjustment speed.
  • the object is achieved in a device according to the preamble of claim 1 in such a way that a roller freewheel acting in two directions is provided on the circumference of at least one of the rotary vanes.
  • the roller freewheel prevents the vane rotor from moving backwards counter to the counteracting peak torque of the camshaft. It causes the vane rotor to come to a standstill as long as the opposing peak torque is greater than the adjusting torque. This applies due to the double design of the roller freewheel for both adjustment directions. This significantly reduces the camshaft adjustment time.
  • roller freewheel has two rollers which are acted upon by compression springs and are arranged parallel to the axis and which are supported on the circumference of the rotating blades on two opposing ramps and on the starter on a cylindrical inner circumference of the outer ring thereof. Due to the pressure springs, the rollers rest on the ramps, so that the roller freewheel locks on the smallest backward movement of the vane rotor and thereby prevents a decisive slowdown of the adjustment movement.
  • rollers have sealing play against the side walls of the rotary leaf adjuster. In this way, the rollers act as sealing elements for the working chambers.
  • the rotary vanes have a radial drain hole, preferably arranged in their symmetry planes, for the space between the rollers.
  • the drainage hole relieves the pressure in the space between the rollers, which gives them the necessary freedom of movement. So that the oil loss through the drainage hole is not too high, it is designed as a throttle.
  • Figure 1 is a plan view of a rotary wing adjuster according to the invention with the side wall removed, with roller freewheels at all ends of the rotary wing;
  • Figure 2 shows a cross section through the rotary wing adjuster of Figure
  • FIG. 1 shows a top view of a rotary leaf adjuster 1 with the side wall 2 removed. This has a starter 3 and a vane rotor 4, which are arranged coaxially with a common axis 5.
  • the starter 3 has an outer ring 6 with four conical walls 7 standing radially in the direction of the axis 5. Between these there are working chambers 8 which are sealed towards the axis 5 by a hub 9 of the vane rotor 4 by gap seals.
  • the rotary vanes 10 divide the working chambers 8 into a first hydraulic chamber 19 and a second hydraulic chamber 20 which can be pressurized with oil through oil channels 18 and 18 ' .

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Drehwinkelverstellung einer Nockenwelle gegenüber der Kurbelwelle einer Hubkolben-Brennkraftmaschine, insbesondere einen Drehflügelversteller (1), mit einem Stator (3) und mit einem koaxial zu diesem angeordneten, um eine Achse (5) schwenkbaren Flügelrotor (4), mit Drehflügeln (10), die in von radialen Wänden (7) des Stators (3) gebildeten Arbeitskammern (8) durch Öldruck geschwenkt werden. Der Nachteil einer zu geringen Verstellgeschwindigkeit durch eine Rückwärtsbewegung des Flügelrotors (4) unter dem entgegengerichteten Spitzendrehmoment der Nockenwelle wird dadurch verhindert, dass am Umfang mindestens eines der Drehflügel (10) ein in zwei Richtungen wirkender Rollenfreilauf (23) vorgesehen ist.

Description

Bezeichnung der Erfindung
Vorrichtung zur Drehwinkelverstellung einer Nockenwelle gegenüber der Kurbelwelle einer Hubkolben-Brennkraftmaschine
Beschreibung
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Drehwinkelverstellung einer Nokkenwelle gegenüber der Kurbelwelle einer Hubkolben-Brennkraftmaschine, insbesondere ein Drehflügelversteller, mit einem Stator und mit einem koaxial zu diesem angeordneten um eine Achse schwenkbaren Flügelrotor mit Drehflügeln, die in von radialen Wänden des Stators gebildeten Arbeitskammern durch Öldruck geschwenkt werden.
Hintergrund der Erfindung
Derartige hydraulische Nockenwellenversteller werden durch den Schmieröldruck des Motors verstellt. Durch die Vielzahl der Drehflügel wird ein Verstellmoment erreicht, das die Nockenwellenreibung überwindet. Das Antriebsmoment der Nockenwelle ist großen Schwankungen unterworfen, bedingt durch die auf die unterschiedlichen Nockenflanken wirkenden Ventilkräfte. Die Spitzen des Antriebsmoments übersteigen das Verstellmoment bei weitem. Dadurch führt die Nockenwellen beim Verstell Vorgang asymmetrische Drehschwingungen aus, bei denen längere periodische Vorwärtsbewegungen von kürzeren periodischen Rückwärtsbewegungen gefolgt sind. Auf diese Weise wird die mittlere Verstellgeschwindigkeit deutlich herabgesetzt. Außerdem kommt es beim Motorstart eines Öldrucks zu unkontrollierten Schwingungen der Nockenwelle, die zu starke Geräuschentwicklung und zu Startproblemen führen. In der gattungsbildenden DE 196 23 818 A1 ist eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 bekannt. Sinkt bei dieser Vorrichtung der Öldruck unter einen Mindestwert (z. B. beim Motorstart oder bei niedriger Motordrehzahl), so wird ein Verriegelungselement, das in einem Drehflügel des Rotors axial verschiebbar gelagert ist, durch Federkraft in eine Öffnung eines Seitenteils geschoben. Auf diese Weise sind Flügelrotor und Startor starr gekoppelt. Dadurch werden Klappergeräusche vermieden und die für den Motorstart optimale Stellung der Einlaßnockenwelle sichergestellt. Mit steigender Motordrehzahl und damit steigendem Öldruck wird die Verriegelung durch eben diesen Öldruck aufgehoben, so daß die Drehwinkelverstellung wieder wirksam wird. Der Nachteil der asymmetrischen Drehschwingungen bei der Drehwinkel- verstellvorrichtung gemäß DE 196 23 818 A1 mit der daraus folgenden Absenkung der Verstellgeschwindigkeit bleibt jedoch erhalten.
Aufgabe der Erfindung
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Drehwinkelverstellung einer Nockenwelle zu schaffen, die eine erhöhte Verstellges- schwindigkeit aufweist.
Zusammenfassung der Erfindung
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei einer Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 derart gelöst, daß am Umfang mindestens eines der Drehflügel ein in zwei Richtungen wirkender Rollenfreilauf vorgesehen ist. Der Rollenfreilauf verhindert eine Rückwärtsbewegung des Flügelrotors entgegen das entgegenwirkende Spitzendrehmoment der Nockenwelle. Er bewirkt einen Stillstand des Flügelrotors solange das entgegengerichtete Spitzendrehmoment größer als das Verstellmoment ist. Dies gilt aufgrund der doppelten Ausführung des Rollenfrei lauf s für beide Verstellrichtungen. Dadurch wird die Verstellzeit der Nockenwelle deutlich verringert. Eine vorteilhafte Weiterentwicklung besteht darin, daß der Rollenfreilauf zwei durch Druckfedern beaufschlagte, parallel zu der Achse angeordnete Rollen aufweist, die sich am Umfang der Drehflügel auf zwei gegenläufigen Rampen und am Startor auf einen zylindrischen Innenumfang von dessen Außenring abstützen. Durch die Druckfedern liegen die Rollen an den Rampen an, so daß der Rollenfreilauf bei der kleinsten Rückwärtsbewegung des Flügelrotors diesen festsetzt und dadurch eine entschiedene Verlangsamung der Verstellbewegung verhindert.
Es ist von Vorteil, das die Rollen gegenüber Seitenwänden des Drehflügelverstellers Dichtspiel aufweisen. Auf diese Weise wirken die Rollen als Dichtelemente für die Arbeitskammern.
Vorteilhaft ist auch, daß die Drehflügel eine radiale, vorzugsweise in deren Symmetriebenen angeordnete Drainagebohrung für den Raum zwischen den Rollen aufweisen. Durch die Drainagebohrung kommt es zu einer Druckentlastung des Raumes zwischen den Rollen, die diesen die erforderliche Bewegungsfreiheit gewährt. Damit der Ölverlust durch die Drainagebohrung nicht zu hoch wird, ist diese als Drossel ausgebildet.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Zeichnungen sowie aus den Zeichnungen selbst, in denen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch dargestellt ist.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. In den dazugehörigen Zeichnungen zeigen dabei:
Figur 1 eine Draufsicht auf einen erfindundungsgemäßen Drehflügelversteller bei abgenommener Seitenwand, mit Rollenfreiläufen an allen Drehflügelenden; Figur 2 einen Querschnitt durch den Drehflügelversteller von Figur
1.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
In Figur 1 ist eine Draufsicht auf einen Drehflügelversteller 1 mit abgenommener Seitenwand 2 dargestellt. Dieser weist einen Startor 3 und einen Flügelrotor 4 auf, die koaxial mit gemeinsamer Achse 5 angeordnet sind.
Der Startor 3 besitzt einen Außenring 6 mit vier radial in Richtung Achse 5 stehenden, konischen Wänden 7. Zwischen diesen befinden sich Arbeitskammern 8, die zur Achse 5 hin von einer Nabe 9 des Flügelrotors 4 durch Spaltdichtungen abgedichtet sind.
Mit der Nabe 9 des Flügelrotors 4 sind vier Drehflügel 10 fest verbunden, die umgekehrt konisch wie die Wände 7 ausgebildet sind. Am Umfang der Drehflügel 10 befindet sich ein Rollenfrei lauf mit einer ersten Rampe 11 und einer ersten Rolle 12 sowie eine zweite Rampe 13 mit einer zweiten Rolle 14. Die Rollen 12, 14 werden durch Druckfedern 15 gegen die Rampen 11 , 13 sowie gegen die Innenfläche des Außenrings 5 gedrückt. Der Raum 16 zwischen den Rollen 12, 14 wird über eine radiale Drainagebohrung 17 entlastet, die durch ihren kleinen Querschnitt als Drossel wirkt.
Die Drehflügel 10 teilen die Arbeitskammern 8 in eine erste Hydraulikkammer 19 und eine zweite Hydraulikkammer 20, die durch Olkanäle 18 bzw. 18' mit Drucköl beaufschlagbar sind.
Aus Figur 2 geht hervor, daß der Startor 3 und der Flügelroator 4 durch die Wand 7 und ein als andere Wand wirkendes Antriebsrad 21 seitlich abge- schlössen sind. Wand 2, Antriebsrad 21 und Startor 3 sind durch Schrauben 22 fest verspannt, während der Flügelrotor 4 seitlich Dichtspiel aufweist. Die erfindungsgemäße Vorrichtung funktioniert folgenermaßen:
Zur Verstellung des Flügelrotors 4 im Uhrzeigersinn gelangt Drucköl durch die Olkanäle 18 in die ersten Hydraulikkammern 19 und beaufschlagt die Drehflü- gel 10 und ihre ersten Rollen 12. Diese bewegen sich auf den ersten Rampen 11 und lösen dadurch die Rollenfrei laufe 23. Dadurch können sich die Drehflügel im Uhrzeigersinn bewegen. Dabei lösen sich auch die zweiten Rollen 14. Wenn das Nockenwellenmoment im Uhrzeigersinn wirkt, treibt es den Flügelrotor 4 im gewünschten Sinn an. Bei entgegengesetzm wirkenden Nockenwel- lenmoment kommt sofort die zweite Rolle 14 auf der zweiten Rampe 13 zum Eingriff und verhindert so eine Drehbewegung des Flügelrotors 4 entgegen dem Uhrzeigersinn. Dadurch wird dessen Bewegung solange unterbrochen, bis das Antriebsmoment auf der Seite der ersten Hydraulikkammer 19 wieder die Oberhand erhält und die Verstellung im Uhrzeigersinn fortsetzt. Bei einer ge- wünschten Verstellung des Flügelrotors entgegen dem Uhrzeigersinn verlaufen die Vorgänge analog. Auf diese Weise verläuft die Verstellung des Flügelrotors 4 im Uhrzeiger- und gegen Uhrzeigersinn zwar mit kurzen Unterbrechungen, aber ohne Rückwärtsbewegung und somit zügig.
Bezugszeichen
Drehflügel versteller
Seitenwand
Startor
Flügelrotor
Achse
Außenring
Wand
Arbeitskammer
Nabe
Drehflügel erste Rampe erste Rolle zweite Rampe zweite Rolle
Druckfeder
Raum
Drainagebohrung
Ölkanal anderer Ölkanal erste Hydraulikkammer zweite Hydraulikkammer
Antriebsrad, als Seitenwand ausgebildet
Schraube
Rollenfreilauf

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung zur Drehwinkelverstellung einer Nockenwelle gegenüber der Kurbelwelle einer Hubkolben-Brennkraftmaschine, insbesondere ein Drehflügelversteller (1 ), mit einem Startor (3) und mit einem koaxial zu diesem angeordneten, um eine Achse (5) schwenkbaren Flügelrotor (4), mit Drehflügeln (10), die im von radialen Wänden (7) des Startors (3) gebildeten Arbeitskammer (8) durch Öldruck geschwenkt werden, dadurch gekenn- zeichnet, daß am Umfang mindestens eines der Drehflügel (10) ein in zwei
Richtungen wirkender Rollenfreilauf (23) vorgesehen ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß der Rollenfreilauf (23) zwei durch Druckfedern (15) beaufschlagte, parallel zu der Achse (5) angeordnete Rollen (12, 14) aufweist, die sich am Außenumfang der Drehflügel (10) auf zwei gegenläufigen Rampen (11 , 13) und am Startor (3) auf einem zylindrischen Innenumfang von dessen Außenring (6) abstützen.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Rollen (12, 14) gegenüber Seitenwänden (2, 23) des Drehflügelverstellers (1 ) Dichtspiel aufweisen.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehflü- gel (10) eine radiale, vorzugsweise in deren Symmetrieebenen angeordnete
Drainagebohrung (17) für einen Raum (16) zwischen den Rollen (12, 14) aufweisen.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Draina- gebohrung (17) als Drossel ausgebildet ist.
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