WO2002042614A1 - Vorrichtung zur relativen drehwinkelverstellung einer nockenwelle einer brennkraftmaschine zu einem antriebsrad - Google Patents

Vorrichtung zur relativen drehwinkelverstellung einer nockenwelle einer brennkraftmaschine zu einem antriebsrad Download PDF

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Wolfgang Stephan
Axel-Willi Jochim
Andreas Knecht
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Hydraulik Ring Gmbh
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    • F01L1/34—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
    • 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
    • F01L1/3442—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 using hydraulic chambers with variable volume to transmit the rotating force
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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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 the relative rotation angle adjustment of a camshaft of an internal combustion engine to a drive wheel according to the preamble of the main claim.
  • sealing elements are arranged on the end faces of the rotor blades of the camshaft adjuster in a fifth exemplary embodiment (see FIGS. 15 to 18). These sealing elements, which are not described in any more detail, are intended to prevent the hydraulic oil used to adjust the rotor relative to the stator from passing from the pressure chambers charged with hydraulic oil via the end face of the rotor blades to the currently unpressurized adjustment chambers.
  • vane cell camshaft adjuster in which recesses are provided on the end faces of the rotor blades, in which roller-shaped rolling elements are accommodated. These rolling elements serve to reduce the frictional forces between the drive wheel and the impeller (rotor), the rolling elements being supported on one side directly in the recess and on the other side directly on the inner wall of the drive wheel.
  • recesses are also provided on the end faces of the rotor blades, in which rectangular sealing bodies are arranged.
  • hydraulic oil is conveyed into the recesses via a leakage gap formed between the rotor blades and the stator (drive wheel); the rectangular sealing bodies are thus pressed against the stator with a first side surface and against the inner flank of the sealing groove with a second side surface (see, for example, FIG. 7).
  • the rollers provided as sealing bodies in the recesses of the rotor blades ensure a line contact both on the stator (drive wheel) and on the inner surface of the sealing groove, which has a greater contact pressure than a surface contact (see DE 199 22 194 AI) and thus a more reliable sealing of the two of the rotor blades ensure separate pressure chambers.
  • the friction compared to the rectangular sealing elements is significantly lower.
  • Fig. 2 shows a section along the line II-ll in Fig. 1 and
  • Fig. 3 shows an enlarged section of a rotor blade.
  • the camshaft of an internal combustion engine is schematically indicated at 2, at the free end of which an inner part, hereinafter referred to as rotor 4, of an adjusting unit 5 is arranged.
  • the rotor 4 is provided with five radially arranged vanes 6a to 6e, which start from a hub 8 of the rotor 4.
  • the rotor 4 is surrounded in the area of its blades 6a to 6e by a cellular wheel 10, which is provided with five inwardly projecting radial webs 12a to 12e.
  • the cell wheel 10 forming the stator of the adjusting unit 5 is closed on its end face facing the camshaft 2 by a chain wheel 14 which is rotatably and sealingly guided on the hub 8 of the rotor 4.
  • the sprocket 14 serves as a drive for the camshaft 2, which takes place, for example, via a drive chain connected to the crankshaft.
  • the opposite end face of the cellular wheel 10 is closed by a disk 16, the chain wheel 14 and the disk 16 being firmly connected to the cellular wheel 10 by means of fastening screws 18.
  • the through holes 20 provided in the webs 12a to 12e in the cellular wheel 10 serve to receive or guide these fastening screws 18.
  • a signal transmitter disk 30 is attached to the outside of the rotor 4, with the aid of which the rotational position of the camshaft 2 relative to the crankshaft can be detected.
  • the five axial bores 32a to 32e arranged in the hub 8 of the rotor 4 represent part of the oil supply channels for the pressure spaces 24a to 24e.
  • the pressure spaces 22a to 22e are also supplied with hydraulic oil via radial bores (not shown) arranged in the hub ,
  • the hydraulic oil supply for the two pressure chambers 22a to 22e and 24a to 24e takes place via a camshaft bearing 34 the corresponding control lines for the oil pressure supply of the adjustment unit 5 are connected.
  • the way in which the oil is supplied to the pressure chambers 22a to 22e or 24a to 24e is, for. B. from DE 199 30 711 Cl known, so that the more precise design of the oil supply channels to the pressure chambers is not discussed further.
  • Groove-shaped recesses 38 are provided on the free end face 36 of each wing 6a to 6e, in which a sealing body 40 designed as metallic rollers is accommodated.
  • the rollers 40 are provided with a diameter of 3 mm (-0.006 / -0.002) and the groove-shaped recesses 38 are provided with 3 mm H7 (0 / + 0.0D clearance fit.
  • a gap a is formed in the range from 0.01 to 0.1 mm and the inner wall 42 of the cellular wheel 10.
  • the rotor 4 is adjusted in the desired manner in the counterclockwise direction, due to the fact that the gap a is formed between the free end face 36 of the vanes 6a to 6e and the inner wall 42 of the cellular wheel 10, a quantity of leakage oil reaches the groove-shaped recesses via the gap a 38.
  • the pressure chambers 22a to 22e are pressurized with oil.
  • the end faces 36 are sealed off from the inner wall 42 of the cellular wheel 10 in Analogously: the sealing bodies 40 form a line contact LK1 ' with the inner wall 42 and a line contact LK2 ' with the side walls 44 'of the groove-shaped recesses 38, so that it is also ensured here during the adjustment process that the hydraulic oil located in the pressure chambers 22a to 22e cannot get into the pressure chambers 24a to 24e via the gap a.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur relativen Drehwinkelverstellung einer Nockenwelle einer Brennkraftmaschine zu einem Antriebsrad, mit einem drehfest mit der Nockenwelle verbundenen Innenteil (4), das zumindest annähernd radial verlaufende Stege oder Flügel (6a bis 6e) aufweist, und mit einem angetriebenen Zellenrad (10), das mehrere über den Umfang verteilte, durch Stege (12a bis 12e) begrenzte Zellen aufweist, die von den darin winkelbeweglich geführten Stegen oder Flügeln (6a bis 6e) des Innenteils (4) in jeweils zwei Druckräume (22a bis 22e bzw. 24a bis 24e) unterteilt sind, bei deren hydraulischer Druckbeaufschlagung bzw. Druckentlastung über Steuerleitungen die Nockenwelle über die Stege oder Flügel zwischen zwei Endstellungen relativ zum Zellenrad (10) verdrehbar ist, sowie mit an der freien Stirnseite (36) der Stege oder Flügel angeordneten Dichtungselementen (40), die zur Abdichtung der beiden von den Stegen oder Flügeln begrenzten Druckräumen dienen, dadurch gekennzeichnet, dass an der Stirnseite (36) der Stege oder Flügel (6a bis 6e) Ausnehmungen (38) vorgesehen sind, in denen Dichtkörper (40) angeordnet sind, die zur Abdichtung der Druckräume durch eine hydraulische Beaufschlagung gegen eine Innenwand (42) des Zellenrades (10) gedrückt werden. Es wird vorgeschlagen, dass die Dichtkörper als Rollen (40) ausgebildet sind, die mit einem Einbauspiel versehen, in den Ausnehmungen (38) Aufnahme finden, wobei die Rollen (40) während des Betriebs der Verstelleinheit (5) zur Abdichtung einen Linienkontakt (LK1, LK1") mit der Innenwand (42) des Zellenrades (10) und einen Linienkontakt (LK2, LK2") mit den Seitenwänden (44, 44") der Ausnehmungen (40) bilden.

Description

Vorrichtung zur relativen Drehwinkelverstellung einer Nockenwelle einer Brennkraftmaschine zu einem Antriebsrad
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur relativen Drehwinkelverstellung einer Nockenwelle einer Brennkraftmaschine zu einem Antriebsrad nach der Gattung des Hauptanspruchs.
Aus der DE 196 23 818 AI ist eine gattungsgemäße Vorrichtung bekannt, bei der in einem fünften Ausführungsbeispiel (siehe Fig. 15 bis 18) an den Stirnseiten der Rotorflügel des Nockenwellenverstellers Dichtungselemente angeordnet sind. Diese nicht näher bezeichneten Dichtungselemente sollen verhindern, dass das zum Verstellen des Rotors gegenüber dem Stator verwendete Hydrauliköl nicht von den mit Hydrauliköl beaufschlagten Druckkammern über die Stirnseite der Rotorflügel zu den momentan drucklosen Verstellkammern gelangt.
Aus der DE 197 45 908 AI ist ebenfalls ein sog. Flügelzellen-Nockenwellenversteller bekannt, bei dem an den Stirnseiten der Rotorflügel Ausnehmungen vorgesehen sind, in denen rollenförmige Wälzkörper Aufnahme finden. Diese Wälzkörper dienen zur Reduzierung der Reibkräfte zwischen dem Antriebsrad und dem Flügelrad (Rotor), wobei sich die Wälzkörper auf der einen Seite direkt in der Ausnehmung und auf der anderen Seite direkt an der Innenwand des Antriebsrades abstützen.
Bei der in der DE 199 22 194 AI dargestellten Verstelleinheit sind ebenfalls an den Stirnseiten der Rotorflügel Ausnehmungen vorgesehen, in denen rechteckförmige Dichtkörper angeordnet sind. Im Betrieb der Brennkraftmaschine wird über einen zwischen den Rotorflügeln und dem Stator (Antriebsrad) ausgebildeten Leckagespalt Hydrauliköl in die Ausnehmungen gefördert; damit werden die rechteckförmigen Dichtkörper mit einer ersten Seitenfläche an den Stator und mit einer zweiten Seitenfläche an die Innenflanke der Dichtungsnut gedrückt (siehe z.B. Fig. 7). Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine gattungsgemäße Vorrichtung zur relativen Drehwinkelverstellung einer Nockenwelle zur ihrem Antriebsrad dahingehend zu verbessern, dass eine einfache, und gegenüber dem Stand der Technik verbesserte Abdichtung der beiden von einem Rotorflügel abgetrennten Druckräume des Nockenwellenverstellers erfolgt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Haupanspruchs gelöst.
Die als Dichtungskörper in den Ausnehmungen der Rotorflügel vorgesehenen Rollen gewährleisten sowohl am Stator (Antriebsrad) als auch an der Innenfläche der Dichtungsnut einen Linienkontakt, der gegenüber einem Flächenkontakt (siehe DE 199 22 194 AI) eine größere Anpreßkraft und damit ein zuverlässigeres Abdichten der beiden von den Rotorflügeln getrennten Druckräume gewährleistet. Darüber hinaus ist aufgrund der beiden Linienberührungen der verwendeten Rollen die Reibung gegenüber den rechteckförmigen Dichtungselementen wesentlich geringer.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der nachfolgenden Beschreibung und Zeichnung näher erläutert.
Es zeigen
Fig. 1 einen Schnitt durch einen Nockenwellenversteller,
Fig. 2 einen Schnitt entlang der Linie ll-ll in Fig. 1 und
Fig. 3 einen vergrößerten Ausschnitt eines Rotorflügels.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels In der Zeichnung ist mit 2 schematisch die Nockenwelle einer Brennkraftmaschine angedeutet, an deren freien Ende ein Innenteil, im folgenden als Rotor 4 bezeichnet, einer Verstelleinheit 5 angeordnet ist. Der Rotor 4 ist in diesem Ausführungsbeispiel mit fünf radial angeordneten Flügel 6a bis 6e versehen, die von einer Nabe 8 des Rotors 4 ausgehen. Der Rotor 4 wird im Bereich seiner Flügel 6a bis 6e von einem Zellenrad 10 umfasst, dass mit fünf nach innen ragenden radialen Stegen 12a bis 12e versehen ist. Das den Stator der Verstelleinheit 5 bildende Zellenrad 10 wird auf seiner der Nockenwelle 2 zugewandten Stirnseite von einem Kettenrad 14 abgeschlossen, das drehbeweglich und dichtend auf der Nabe 8 des Rotors 4 geführt ist. Das Kettenrad 14 dient als Antrieb für die Nockenwelle 2, der beispielsweise über eine mit der Kurbelwelle verbundene Antriebskette erfolgt. Die gegenüberliegende Stirnseite des Zellenrades 10 wird von einer Scheibe 16 verschlossen, wobei das Kettenrad 14 und die Scheibe 16 über Befestigungsschrauben 18 mit dem Zellenrad 10 fest verbunden sind. Die in den Stegen 12a bis 12e im Zellenrad 10 vorgesehenen Durchgangsbohrungen 20 dienen der Aufnahme bzw. der Führung dieser Befestigungsschrauben 18. Durch die Stege 12a bis 12e des Zellenrades 10 werden fünf durch das Kettenrad 14 und die Scheibe 16 in axialer Richtung begrenzte Zellen ausgebildet, die durch die Flügel 6a bis 6e des Rotors 4 in jeweils zwei Druckräume 22a bis 22e bzw. 24a bis 24e unterteilt sind. Der Rotor 4 und das auf diesem drehbar geführte Zellenrad 10 sind mit Hilfe einer Zylinderschraube (nicht dargestellt) an der Nockenwelle 2 befestigt. Zur Aufnahme der Zylinderschraube weist die Nabe 10 eine zentrale Bohrung 26 auf.
Mit Hilfe von zwei Spannstiften 28 und der Zylinderschraube ist an der Außenseite des Rotors 4 eine Signalgeberscheibe 30 befestigt, mit deren Hilfe die Drehlageposition der Nockenwelle 2 gegenüber der Kurbelwelle erfasst werden kann. Die fünf in der Nabe 8 des Rotors 4 angeordneten axialen Bohrungen 32a bis 32e stellen einen Teil der Ölversorgungskanäle für die Druckräume 24a bis 24e dar. Die Druckräume 22a bis 22e werden ebenfalls über in der Nabe angeordnete radial verlaufende Bohrungen (nicht dargestellt) mit Hydrauliköl versorgt. Die Hydraulikölversorgung für die beiden Druckräume 22a bis 22e bzw. 24a bis 24e erfolgt über ein Nockenwellenlager 34, an dem entsprechende Steuerleitungen für die Öldruckversorgung der Verstelleinheit 5 angeschlossen sind. Die Art und Weise wie die Olzufuhr zu den Druckräumen 22a bis 22e bzw. 24a bis 24e erfolgt ist z. B. aus der DE 199 30 711 Cl bekannt, so dass auf die genauere Ausbildung der Ölzufuhrkanäle zu den Druckräumen nicht weiter eingegangen wird.
An der freien Stirnseite 36 jedes Flügels 6a bis 6e sind nutenförmige Ausnehmungen 38 vorgesehen, in denen ein als metallische Rollen ausgebildete Dichtkörper 40 Aufnahme finden. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die Rollen 40 mit einem Durchmesser von 3 mm (- 0,006/ - 0,002) und die nutenförmigen Ausnehmungen 38 mit 3 mm H7 (0/+0,0D- Spielpassung versehen. Zwischen der freien Stirnseite 36 der Flügel 6a bis 6e und der Innenwand 42 des Zellenrades 10 ist ein Spalt a ausgebildet, der im Bereich von 0,01 bis 0,1 mm toleriert ist. Wenn zur Verstellung des Rotors 4 gegenüber dem Zellenrad 10 die Öldruckzufuhr zu den Druckräumen 24a bis 24e erfolgt, so wird der Rotor 4 entgegen dem Uhrzeigersinn in gewünschter Weise verstellt. Dadurch, dass zwischen der freien Stirnseite 36 der Flügel 6a bis 6e und der Innenwand 42 des Zellenrades 10 der Spalt a ausgebildet ist, gelangt eine Leckage-Ölmenge über den Spalt a in die nutenförmigen Ausnehmungen 38. Da die Rollen 40 als Spielpassung in den Nuten 38 Aufnahme finden, werden durch das in die Nuten 38 einströmende Hydrauliköl die Dichtkörper 40 gegen die Innenwand 42 des Zellenrades 10 gedrückt. Durch den Linienkontakt LKl zwischen den Rollen 40 und der Innenwand 42 und dem Linienkontakt LK2 zwischen den Rollen 40 und den Seitenwänden 44 der nutenförmigen Ausnehmungen 38 wird sicher gestellt, dass das in den Druckkammern 24a bis 24e befindliche Hydrauliköl nicht über den Spalt a in die Druckkammern 22a bis 22e gelangt, wobei letztgenannte zu diesem Zeitpunkt drucklos sind.
Wenn eine Verstellung des Rotors 4 gegenüber dem Zellenrad 10 bzw. dem Kettenrad 14 in entgegengesetzter Richtung, d.h. im Uhrzeigersinn erfolgen soll, so findet eine Druckölbeaufschlagung der Druckräume 22a bis 22e statt. In diesem Fall erfolgt die Abdichtung der Stirnseiten 36 gegenüber der Innenwand 42 des Zellenrades 10 in analoger Weise: die Dichtkörper 40 bilden einen Linienkontakt LKl' mit der Innenwand 42 und einen Linienkontakt LK2' mit den Seitenwänden 44' der nutenförmigen Ausnehmungen 38, so dass auch hier während des Verstellvorgangs sichergestellt ist, dass das in den Druckkammern 22a bis 22e befindliche Hydrauliköl nicht über den Spalt a in die Druckkammern 24a bis 24e gelangen kann.

Claims

Patentanspruch
Vorrichtung zur relativen Drehwinkelverstellung einer Nockenwelle einer Brennkraftmaschine zu einem Antriebsrad, mit einem drehfest mit der Nockenwelle verbundenen Innenteil (4), das zumindest annähernd radial verlaufende Stege oder Flügel (6a bis 6e) aufweist, und mit einem angetriebenen Zellenrad (10), das mehrere über den Umfang verteilte, durch Stege (12a bis 12e) begrenzte Zellen aufweist, die von den darin winkelbeweglich geführten Stegen oder Flügeln (6a bis 6e) des Innenteils (4) in jeweils zwei Druckräume (22a bis 22e bzw. 24a bis 24e) unterteilt sind, bei deren hydraulischer Druckbeaufschlagung bzw. Druckentlastung über Steuerleitungen die Nockenwelle über die Stege oder Flügel zwischen zwei Endstellungen relativ zum Zellenrad (10) verdrehbar ist, sowie mit an der freien Stirnseite (36) der Stege oder Flügel angeordneten Dichtungselementen (40), die zur Abdichtung der beiden von den Stegen oder Flügeln begrenzten Druckräumen dienen, dadurch gekennzeichnet, dass an der Stirnseite (36) der Stege oder Flügel (6a bis 6e) Ausnehmungen (38) vorgesehen sind, in denen Dichtkörper (40) angeordnet sind, die zur Abdichtung der Druckräume durch eine hydraulische Beaufschlagung gegen eine Innenwand (42) des Zellenrades (10) gedrückt werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtkörper als Rollen (40) ausgebildet sind, die mit einem Einbauspiel versehen, in den Ausnehmungen (38) Aufnahme finden, wobei die Rollen (40) während des Betriebs der Verstelleinheit (5) zur Abdichtung einen Linienkontakt (LKl, LKl') mit der Innenwand (42) des Zellenrades (10) und einen Linienkontakt (LK2, LK2') mit den Seitenwänden (44, 44') der Ausnehmungen (40) bilden.
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