WO2016110286A1 - Nockenwellenversteller - Google Patents

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    • F01L2800/09—Calibrating

Definitions

  • the invention relates to a camshaft adjuster for setting a phase relation between a crankshaft and a camshaft of an internal combustion engine comprising at least indirectly via a chain or belt rotatably connected to the crankshaft drive wheel and at least indirectly rotatably connected to the drive wheel stator and at least indirectly rotatably with the rotor connectable to the camshaft, wherein the rotor and the stator are rotatable relative to each other, and wherein the rotor has radially outwardly disposed wings which engage between radially inwardly arranged separating elements of the stator.
  • camshaft adjusters are used for the variable adjustment of the timing of gas exchange valves in order to be able to variably set the phase relation between crankshaft and camshaft in a defined angular range between a maximum early and a maximum retarded position.
  • the camshaft adjuster is integrated in a drive train via which torque is transmitted from the crankshaft to the camshaft.
  • This drive train can be realized for example as a belt, chain or gear drive.
  • the camshaft adjuster is rotatably connected to a camshaft and has one or more pressure chambers, by means of which the phase relation between the crankshaft and the camshaft can be selectively changed. It is well known that an adjustment angle of the camshaft adjuster is either via a change in a circumferential width of respective vanes of the rotor or adjusted via a change in a circumferential width of respective separator elements of the stator.
  • DE 10 2005 041 282 A1 discloses a camshaft adjuster in which the adjustment angle of the camshaft adjuster is set via the circumferential width of the blades of the rotor.
  • This includes a five-blade wing member fixedly connected to a camshaft end and rotatably disposed in a phase converter housing integrally formed with a sprocket driven by an engine crankshaft.
  • Five phase match chambers and five phase advance chambers are defined by the five leaves of the wing member and the housing to effect a phase change of the wing member relative to the housing.
  • each sheet of a first pair of sheets is dimensioned to be less than a circumferential width of each sheet of a second pair of sheets whose blades are circumferentially more spaced from the first Blade are spaced apart as the first pair.
  • the circumferential width of each blade of the second blade pair is dimensioned to be less than the maximum circumferential width of the first blade.
  • the object of the present invention is to provide a camshaft adjuster, which realizes a cost-effective and production-optimized setting of the adjustment angle.
  • the wings for adjusting an adjustment angle of the camshaft adjuster are unevenly formed on an outer peripheral surface of the rotor. det.
  • an adjustment angle of the camshaft adjuster is not adjusted via a change in the circumferential width of the respective vanes of the rotor or the respective separating elements of the stator, but via the position of the respective vane on the rotor. Consequently, it is possible to dimension all wings identically, in particular identically narrow, and thus to realize a weight-neutral adjustment of the adjustment angle.
  • At most one wing deviates metrologically from the remaining wings.
  • the at most one wing which deviates from the remaining wings in terms of dimensions, performs a locking element.
  • the locking element is guided in particular in an axial bore in the at most one wing and fixes the angular position of the rotor relative to the stator. This is necessary, for example, if sufficient pressure has not built up in the pressure chambers between the rotor and the stator in order to keep the rotor in a certain angular position by the hydraulic fluid.
  • the rotor has four wings, wherein three wings are formed identically.
  • the stator has four identically formed separating elements.
  • an angle between two blades is at least 107 °, resulting in a displacement angle of the camshaft adjuster of at most 42 °. Furthermore, an angle between two blades is preferably at most 139 °, resulting in an adjustment angle of the camshaft adjuster of at least 10 °. Thus, any angle between two wings, which is in a range of 107 ° to 139 °, intended to adjust the adjustment angle.
  • the invention includes the technical teaching that at least two wings have only one stop position on a respective separating element.
  • at least one first wing has a stop position on a first separating element, wherein at least one second wing has a stop position on a second separating element.
  • only the at least one first wing abuts against a first separating element and, with a relative rotation to the other side, only the at least one second flank Wing on a second separator to plant.
  • the at least two wings are loaded on one side.
  • At least one recess for eliminating imbalance in the camshaft adjuster is formed in the rotor and / or in the stator.
  • Figure 1 is a schematic cross-sectional view illustrating the
  • Figure 2 is a schematic cross-sectional view illustrating the
  • a camshaft adjuster has a drive wheel 3 and a stator 4 and a rotor 5 for setting a phase relation between a crankshaft 1 and a camshaft 2 of an internal combustion engine.
  • the drive wheel 3 is connected via a - dashed lines - belt rotatably connected to the crankshaft 1.
  • the stator 4 is rotatably connected to the drive wheel 3.
  • the rotor 5 is arranged rotatably relative to the stator 4.
  • the drive wheel 3 is driven by the crankshaft 1, wherein the rotor 5 is rotatably connected to the camshaft 2.
  • the rotor 5 has four radially outwardly arranged wings 6a-6d, which engage between four radially inwardly arranged separating elements 7a-7d of the stator 4.
  • the separating elements 7a-7d of the stator 4 are formed identically to each other, wherein three wings 6b-6d of the rotor 5 are formed identical to each other.
  • the one wing 6a which deviates metrologically from the remaining wings 6b-6d, performs a locking element 10th
  • the stator 4 and the rotor 5 form against each other acting pressure men 20, 21.
  • the pressure cans 20, 21 are considered starting from the blades 6a-6d of the rotor 5 as early pressure chambers 20 when viewed in the direction of rotation of the camshaft adjuster in front of a wing 6a-6d of the rotor 5 and referred to as late-pressure chambers 21 when in the direction of rotation of the Camshaft adjuster seen after a wing 6a-6d of the rotor 5 are.
  • the two wings 6b, 6c only a stop position on the respective partition member 7a, 7c, resulting in a one-sided loading of the respective wing 6b, 6c.
  • the phase relation of the rotor 5 relative to the stator 4 and thus the phase relation of the camshaft 2 relative to the crankshaft 1 set variably.
  • the wings 6a-6d for adjusting an adjustment angle 8 of the camshaft adjuster are formed unevenly on an outer circumferential surface 9 of the rotor 5.
  • Figure 1 is an angle 1 1 between two wings 6b, 6c 139 °, resulting in an adjustment of the camshaft adjuster 8 of 10 °.
  • an angle 11 between two vanes 6b, 6c is 107 °, resulting in an adjustment angle 8 of the camshaft adjuster of 42 °.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Nockenwellenversteller zur Einstellung einer Phasenrelation zwischen einer Kurbelwelle (1) und einer Nockenwelle (2) einer Brennkraftmaschine, umfassend ein zumindest mittelbar über eine Kette oder einen Riemen drehfest mit der Kurbelwelle (1) verbindbares Antriebsrad (3) sowie einen zumindest mittelbar drehfest mit dem Antriebsrad (3) verbindbaren Stator (4) und einen zumindest mittelbar drehfest mit der Nockenwelle (2) verbindbaren Rotor (5), wobei der Rotor (5) und der Stator (4) relativ zueinander verdrehbar sind, und wobei der Rotor (5) radial nach außen angeordnete Flügel (6a-6d) aufweist, die zwischen radial nach innen angeordnete Trennelemente (7a-7d) des Stators (4) eingreifen. Erfindungsgemäß sind die Flügel (6a-6d) zur Einstellung eines Verstellwinkels (8) des Nockenwellenverstellers ungleichmäßig an einer Außenumfangsfläche (9) des Rotors (5) ausgebildet.

Description

Titel
Nockenwellenversteller
Beschreibung
Die Erfindung betrifft einen Nockenwellenversteller zur Einstellung einer Phasenrelation zwischen einer Kurbelwelle und einer Nockenwelle einer Brennkraftmaschine, umfassend ein zumindest mittelbar über eine Kette oder einen Riemen drehfest mit der Kurbelwelle verbindbares Antriebsrad sowie einen zumindest mittelbar drehfest mit dem Antriebsrad verbindbaren Stator und einen zumindest mittelbar drehfest mit der Nockenwelle verbindbaren Rotor, wobei der Rotor und der Stator relativ zueinander verdrehbar sind, und wobei der Rotor radial nach außen angeordnete Flügel aufweist, die zwischen radial nach innen angeordnete Trennelemente des Stators eingreifen.
Gebiet der Erfindung
In modernen Brennkraftmaschinen werden Nockenwellenversteller zur variablen Einstellung der Steuerzeiten von Gaswechselventilen eingesetzt, um die Phasenrelation zwischen Kurbelwelle und Nockenwelle in einem definierten Winkelbereich, zwischen einer maximalen Früh- und einer maximalen Spätposition, variabel einstellen zu können. Der Nockenwellenversteller ist in einem Antriebsstrang integriert, über welchen Drehmoment von der Kurbelwelle auf die Nockenwelle übertragen wird. Dieser Antriebsstrang kann beispielsweise als Riemen-, Ketten- oder Zahnradtrieb realisiert sein. Darüber hinaus ist der Nockenwellenversteller drehfest mit einer Nockenwelle verbunden und weist eine oder mehrere Druckkammern auf, mittels derer die Phasenrelation zwischen der Kurbelwelle und der Nockenwelle gezielt verändert werden kann. Es ist allgemein bekannt, dass ein Verstellwinkel des Nockenwellenverstellers entweder über eine Veränderung einer Umfangsweite von jeweiligen Flügeln des Rotors oder über eine Veränderung einer Umfangsweite von jeweiligen Trennelementen des Stators eingestellt wird.
Beispielsweise geht aus der DE 10 2005 041 282 A1 ein Nockenwellenversteller her- vor, bei dem der Verstellwinkel des Nockenwellenverstellers über die Umfangsweite der Flügel des Rotors eingestellt wird. Dieser weist ein Flügelglied mit fünf Blättern auf, das fest verbunden ist mit einem Nockenwellenende und das drehbar angeordnet ist in einem Phasenumwandler-Gehäuse, das integral mit einem Kettenrad ausgebildet ist, welches durch eine Motorkurbelwelle angetrieben wird. Fünf Phasennachver- Stellungs-Kammern und fünf Phasenvorverstellungs-Kammern werden durch die fünf Blätter des Flügelglieds und das Gehäuse definiert zum Bewirken einer Phasenänderung des Flügelglieds relativ zu dem Gehäuse. Die Umfangsweite jedes Blattes eines ersten Blattpaares, dessen Blätter an beiden Seiten eines ersten Blattes angeordnet sind, das eine maximale Umfangsweite besitzt, ist so dimensioniert, dass sie geringer ist als eine Umfangsweite jedes Blattes eines zweiten Blattpaares, dessen Blätter in Umfangsrichtung mehr von dem ersten Blatt beabstandet sind als das erste Paar. Die Umfangsweite jedes Blattes des zweiten Blattpaares ist so dimensioniert, dass sie geringer ist als die maximale Umfangsweite des ersten Blattes. Nachteilig an dem zuvor genannten Stand der Technik ist, dass die Einstellung des Verstellwinkels des Nockenwellenverstellers mit einer Gewichtszunahme des gesamten Nockenwellenverstellers einhergeht. Dadurch wird sowohl der Wirkungsgrad des Nockenwellenverstellers herabgesetzt als auch die Herstellungskosten erhöht. Aufgabenstellung
Daher besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, einen Nockenwellenversteller zu schaffen, der eine kostengünstige und fertigungstechnisch optimierte Einstellung des Verstellwinkels realisiert.
Erfindungsgemäße Lösung
Erfindungsgemäß sind die Flügel zur Einstellung eines Verstellwinkels des Nockenwellenverstellers ungleichmäßig an einer Außenumfangsfläche des Rotors ausgebil- det. Mit anderen Worten wird im Vergleich zum Stand der Technik ein Verstellwinkel des Nockenwellenverstellers nicht über eine Veränderung der Umfangsweite der jeweiligen Flügel des Rotors oder der jeweiligen Trennelemente des Stators eingestellt, sondern über die Position des jeweiligen Flügels am Rotor. Mithin ist es möglich alle Flügel abmaßtechnisch identisch, insbesondere identisch schmal auszubilden und somit eine gewichtsneutrale Einstellung des Verstellwinkels zu realisieren.
Vorzugsweise weicht höchstens ein Flügel abmaßtechnisch von den restlichen Flügeln ab. Insbesondere führt der höchstens eine Flügel, der abmaßtechnisch von den restlichen Flügeln abweicht, ein Verriegelungselement. Das Verriegelungselement ist insbesondere in einer axialen Bohrung in dem höchstens einen Flügel geführt und fixiert die Winkellage des Rotors gegenüber dem Stator. Dies ist beispielsweise notwendig, wenn sich in den Druckkammern zwischen Rotor und Stator noch kein ausreichender Druck an Hydraulikflüssigkeit aufgebaut hat, um den Rotor durch die Hyd- raulikflüssigkeit in einer bestimmten Winkellage zu halten. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist der Rotor vier Flügel auf, wobei drei Flügel identisch ausgebildet sind. Vorzugsweise weist der Stator vier identisch ausgebildete Trennelemente auf. Besonders bevorzugt beträgt ein Winkel zwischen zwei Flügeln mindestens 107°, wobei daraus ein Verstellwinkel des Nockenwellenverstellers von höchstens 42° resultiert. Des Weiteren bevorzugt beträgt ein Winkel zwischen zwei Flügel höchstens 139°, wobei daraus ein Verstellwinkel des Nockenwellenverstellers von mindestens 10° resultiert. Mithin ist jeder Winkel zwischen zwei Flügel, der sich in einem Bereich von 107° bis 139° befindet, dazu vorgesehen den Verstellwinkel einzustellen.
Die Erfindung schließt die technische Lehre ein, dass mindestens zwei Flügel lediglich eine Anschlagposition an einem jeweiligen Trennelement aufweisen. Mit anderen Worten weist mindestens ein erster Flügel eine Anschlagposition an einem ersten Trennelement, wobei mindestens ein zweiter Flügel eine Anschlagposition an einem zweiten Trennelement aufweist. Somit kommt bei einer Relativdrehung zur einen Seite lediglich der mindestens eine erste Flügel an einem ersten Trennelement zur Anlage und bei einer Relativdrehung zur anderen Seite lediglich der mindestens eine zweite Flügel an einem zweiten Trennelement zur Anlage. Mithin werden die mindestens zwei Flügel einseitig belastet.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist im Rotor und/oder im Stator mindes- tens eine Aussparung zur Beseitigung von Unwucht im Nockenwellenversteller ausgebildet.
Kurzbeschreibung der Zeichnung Weitere die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigen
Figur 1 eine schematische Querschnittdarstellung zur Veranschaulichung des
Aufbaus eines erfindungsgemäßen Nockenwellenverstellers, umfassend
Antriebsrad, Stator und Rotor, und
Figur 2 eine schematische Querschnittdarstellung zur Veranschaulichung des
Aufbaus eines erfindungsgemäßen Nockenwellenverstellers gemäß ei- nem weiteren Ausführungsbeispiel.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnung
Gemäß der Figuren 1 und 2 weist ein erfindungsgemäßer Nockenwellenversteller zur Einstellung einer Phasenrelation zwischen einer Kurbelwelle 1 und einer Nockenwelle 2 einer Brennkraftmaschine ein Antriebsrad 3 sowie ein Stator 4 und ein Rotor 5 auf. Das Antriebsrad 3 ist über einen - gestrichelt gezeichneten - Riemen drehfest mit der Kurbelwelle 1 verbunden. Ferner ist der Stator 4 drehfest mit dem Antriebsrad 3 verbunden. Innerhalb des Stators 4 ist der Rotor 5 relativ verdrehbar zum Stator 4 ange- ordnet. Das Antriebsrad 3 wird von der Kurbelwelle 1 angetrieben, wobei der Rotor 5 drehfest mit der Nockenwelle 2 verbunden ist. Ferner weist der Rotor 5 vier radial nach außen angeordnete Flügel 6a-6d auf, die zwischen vier radial nach innen angeordnete Trennelemente 7a-7d des Stators 4 eingreifen. Die Trennelemente 7a-7d des Stators 4 sind identisch zueinander ausgebildet, wobei auch drei Flügel 6b-6d des Ro- tors 5 identisch zueinander ausgebildet sind. Der eine Flügel 6a, der abmaßtechnisch von den restlichen Flügeln 6b-6d abweicht, führt ein Verriegelungselement 10.
Der Stator 4 und der Rotor 5 bilden gegeneinander wirkende Druckkannnnern 20, 21 aus. Die Druckkannnnern 20, 21 werden ausgehend von den Flügeln 6a-6d des Rotors 5 betrachtet als Frühdruckkammern 20 bezeichnet, wenn sie in Drehrichtung des Nockenwellenverstellers gesehen vor einem Flügel 6a-6d des Rotors 5 liegen und als Spätdruckkammern 21 bezeichnet, wenn sie in Drehrichtung des Nockenwellenverstellers gesehen nach einem Flügel 6a-6d des Rotors 5 liegen. Wenn beispielsweise eine Hydraulikflüssigkeit in die Frühkammern 20 gepumpt wird, werden die Flügel 6a- 6d des Rotors 5, in Drehrichtung des Nockenwellenverstellers vom Stator 4 aus gesehen, solange in Spät-Richtung geschoben, bis der Flügel 6c gegen das Trennelement 7c am Stator 4 anschlägt. Wird die Hydraulikflüssigkeit umgekehrt in die Spätkammern 21 gepumpt, werden die Flügel 6a-6d des Rotors 5, in Drehrichtung des No- ckenwellenverstellers vom Stator 4 aus gesehen, solange in Früh-Richtung geschoben, bis der Flügel 6b gegen das Trennelemente 7a am Stator 4 anschlägt. Somit weisen die beiden Flügel 6b, 6c lediglich eine Anschlagposition an dem jeweiligen Trennelement 7a, 7c auf, was zu einer einseitigen Belastung des jeweiligen Flügels 6b, 6c führt. Mithin wird durch Druckmittelzufuhr zu einer Gruppe von Druckkammern 20 oder 21 bei gleichzeitigem Abfluss von Druckmittel aus der anderen Gruppe von Druckkammern 21 oder 20 die Phasenrelation des Rotors 5 relativ zu dem Stator 4 und damit die Phasenrelation der Nockenwelle 2 relativ zur Kurbelwelle 1 variabel eingestellt. Wie aus beiden Figuren hervorgeht sind die Flügel 6a-6d zur Einstellung eines Verstellwinkels 8 des Nockenwellenverstellers ungleichmäßig an einer Außenumfangsflä- che 9 des Rotors 5 ausgebildet. Dies ermöglicht eine gewichtsneutrale Einstellung eines Verstellwinkels 8 des Nockenwellenverstellers, so dass die Breite einzelner Flügel 6a-6d oder einzelner Trennelemente 7a-7d nicht unverändert bleibt. Zur Beseitigung von Unwucht im Nockenwellenversteller sind im Stator 4 eine Vielzahl von Aussparungen 12 ausgebildet.
Gemäß Figur 1 beträgt ein Winkel 1 1 zwischen zwei Flügel 6b, 6c 139°, wobei daraus ein Verstellwinkel 8 des Nockenwellenverstellers von 10° resultiert. Nach Figur 2 beträgt ein Winkel 11 zwischen zwei Flügel 6b, 6c 107°, wobei daraus ein Verstellwinkel 8 des Nockenwellenverstellers von 42° resultiert.
Bezugszeichenliste
Kurbelwelle
Nockenwelle
Antriebsrad
Stator
Rotor
a-6d Flügel
a-7d Trennelement
Verstell winkel
Außenumfangsfläche
0 Verriegelungselement
1 Winkel
2 Aussparung 0 Frühdruckkammer
1 Spätdruckkammer

Claims

Patentansprüche
1 . Nockenwellenversteller zur Einstellung einer Phasenrelation zwischen einer Kurbelwelle (1 ) und einer Nockenwelle (2) einer Brenn kraftmasch ine, umfassend ein zumindest mittelbar über eine Kette oder einen Riemen drehfest mit der Kurbelwelle (1 ) verbindbares Antriebsrad (3) sowie einen zumindest mittelbar drehfest mit dem Antriebsrad (3) verbindbaren Stator (4) und einen zumindest mittelbar drehfest mit der Nockenwelle (2) verbindbaren Rotor (5), wobei der Rotor (5) und der Stator (4) relativ zueinander verdrehbar sind, und wobei der Rotor (5) radial nach außen angeordnete Flügel (6a-6d) aufweist, die zwischen radial nach innen angeordnete Trennelemente (7a-7d) des Stators (4) eingreifen,
dadurch gekennzeichnet, dass die Flügel (6a-6d) zur Einstellung eines Verstellwinkels (8) des Nockenwellenverstellers ungleichmäßig an einer Außenumfangsflache (9) des Rotors (5) ausgebildet sind.
2. Nockenwellenversteller nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass höchstens ein Flügel (6a) abmaßtechnisch von den restlichen Flügeln (6b-6d) abweicht.
3. Nockenwellenversteller nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, dass der höchstens eine Flügel (6a), der abmaßtechnisch von den restlichen Flügeln (6b-6d) abweicht, ein Verriegelungselement (10) führt.
4. Nockenwellenversteller nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass ein Winkel (1 1 ) zwischen zwei Flügel (6a-6d) mindestens 107° beträgt, wobei daraus ein Verstellwinkel (8) des Nockenwellenverstellers von höchstens 42° resultiert.
5. Nockenwellenversteller nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass ein Winkel (1 1 ) zwischen zwei Flügel (6a-6d) höchstens 139° beträgt, wobei daraus ein Verstellwinkel (8) des Nockenwellenverstellers von mindestens 10° resultiert.
6. Nockenwellenversteller nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Flügel (6b, 6c) lediglich eine Anschlagposition an einem jeweiligen Trennelement (7a, 7c) aufweisen.
7. Nockenwellenversteller nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass im Rotor (5) und/oder im Stator (4) mindestens eine Aussparung (12) zur Beseitigung von Unwucht im Nockenwellenversteller ausgebildet ist.
8. Nockenwellenversteller nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (5) vier Flügel (6a-6d) aufweist, wobei drei Flügel (6a-6c) identisch ausgebildet sind.
9. Nockenwellenversteller nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass der Stator (4) vier identisch ausgebildete Trennelemente (7a-7d) aufweist.
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