DE102009041755B4

DE102009041755B4 - Doppeltes unabhängiges Verstellsystem zum unabhängigen Verstellen der Ansaug- und der Ausstoßnockenerhebungen einer konzentrischen Nockenwellenanordnung

Info

Publication number: DE102009041755B4
Application number: DE102009041755.9A
Authority: DE
Inventors: Roger Meyer; Joseph Moon; Jesse Myers
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2008-10-09
Filing date: 2009-09-16
Publication date: 2019-02-21
Anticipated expiration: 2029-09-17
Also published as: US20100093453A1; US8051818B2; DE102009041755A1

Abstract

Verstelleraufbau (120) eines doppelten unabhängigen Verstellsystems (DIPS) für koaxiale Nockenwellen (160, 162), umfassendeinen ersten und einen zweiten Verstellerunteraufbau, jeweils umfassend einen Rotor (122, 128) mit auswärts gerichteten Flügeln (124, 136), einen Stator (128, 142) mit einwärts gerichteten Vorsprüngen (130, 144), wobei sich jeder der Flügel (124, 136) zwischen einem Paar der einwärts gerichteten Vorsprünge (130, 144) erstreckt, um Kammern (146, 148, 132, 134) für mit Druck beaufschlagtes Hydraulikfluid zu definieren, um den Rotor (122, 128) in Bezug auf den Stator (128, 142) vorzuschieben oder zurückzuhalten, und eine vordere und eine hintere Abdeckung (152, 154), die die vordere und die hintere Wand der Kammern (146, 148, 132, 134) definieren, wobei die Rotoren (122, 128) zur Verbindung mit einer inneren Nockenwelle bzw. einer äußeren Nockenwelle (160, 162) geeignet sind;ein Ventiltriebritzel (150) oder eine -scheibe, das oder die mit dem Stator (128, 142) eines der Verstellerunteraufbauten verbunden ist, wobei das Ventiltriebritzel (150) oder die -scheibe eingerichtet ist, um radiale Lasten in die äußere Nockenwelle (162) zu übertragen; undwobei der erste und der zweite Verstellerunteraufbau als eine Einheit zusammen vormontiert sinddadurch gekennzeichnet, dasssich der zweite Verstellerunteraufbau radial um den ersten Verstellerunteraufbau herum befindet, und wobei sich die Flügel (136) des Rotors (128) für den zweiten Versteller vom Stator (128) des ersten Verstellerunteraufbaus auswärts erstrecken.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein doppeltes unabhängiges Verstellsystem zum unabhängigen Einstellen des Phasenwinkels sowohl der Ansaug- als auch der Ausstoßnockenwelle einer inneren und einer äußeren Nockenwelle einer konzentrischen Nockenwelle.
Es ist bekannt, zwei axial voneinander beabstandete Nockenwellenversteller in Verbindung mit einer inneren und einer äußeren Welle eines konzentrischen Nockenwellenaufbaus zu verwenden, um den Zeittakt der inneren und der äußeren Nockenwelle gesondert einzustellen. Dies gestattet, dass der Zeittakt der Ansaug- und der Ausstoßventile eingestellt wird, um ein verbessertes Drehmoment/eine verbesserte Leistung wie auch verbesserte Emissionen zu erhalten. Ferner stellt diese Anordnung zusätzliche Vorteile hinsichtlich der Motorleerlaufstabilität und der Kraftstoffeinsparung bereit.
Nach dem Flügel-Zellen-Prinzip arbeitende Nockenwellenversteller für einzelne Nockenwellen sind bekannt. Sie sind in Veröffentlichungen durch den Zessionär der vorliegenden Erfindung einschließlich US 6 805 080 B2 beschrieben.
Ein bekanntes System zum Einstellen des Steuerzeittakts eines konzentrischen Nockenwellenaufbaus ist in DE 10 2005 039 751 A1 beschrieben. In dieser Veröffentlichung ist ein Nockenwellenversteller, der sich an der Vorderseite des Motors befindet, mit einer äußeren Welle einer konzentrischen Nockenwellenanordnung verbunden, und umfasst ein zweiter Nockenwellenversteller, der sich an der Hinterseite des Motors befindet, ein äußeres Gehäuse, das mit der äußeren Nockenwelle verbunden ist, und einen inneren Rotor, der mit der inneren Nockenwelle verbunden ist. Diese Anordnung stellt gesonderte Versteller bereit, was eine leichtere Steuerung gestattet, doch ist sie mit größeren Schwierigkeiten beim Zugang zum hinteren Nockenwellenversteller wie auch mit einem komplizierteren Zusammenbau und Platzanforderungen im Motorraum verbunden.
DE 10 2006 024 793 A1 beschreibt ein doppeltes Verstellsystem für einen konzentrischen Nockenwellenaufbau generisch, das zwei Nockenwellenversteller umfasst, die sich an der Vorderseite eines Motors befinden und axial beabstandet nebeneinander liegen. Die beiden Nockenwellenversteller gestatten eine unabhängige Steuerung der äußeren und der inneren koaxialen Nockenwelle in Bezug auf die Kurbelwelle, um den Zeittakt der Ansaug- und der Ausstoßventile des Verbrennungsmotors gesondert einzustellen. Die Anordnung stellt eine besondere Schieberventilsteuerung bereit, die sich in der inneren Nockenwelle befindet, um den Fluss des Hydraulikfluids sowohl zum ersten als auch zum zweiten Nockenwellenversteller zu steuern.
DE 10 2006 028 611 A1 offenbart ebenfalls zwei Nockenwellenversteller, die sich axial nebeneinander an der Vorderseite eines konzentrischen Nockenwellenaufbaus eines Verbrennungsmotors befinden. Der erste Nockenwellenversteller ist mit einer vorderen Nockenwellenlageranordnung verbunden, die Öldurchgänge enthält, um Hydraulikfluid zum und vom Nockenwellenversteller für die äußere Nockenwelle zu liefern. Hydraulikfluid zum Steuern des Nockenwellenverstellers, der mit der inneren Nockenwelle verbunden ist, wird über innere Hydraulikfluiddurchgänge geliefert, die sich zwischen der äußeren und der inneren Nockenwelle und im Inneren der inneren Nockenwelle befinden, und die durch eine gesonderte Nockenwellenanbringungslageranordnung mit Hydraulikfluid versorgt werden.
Die DE 10 2008 033 230 A1 zeigt einen Nockenwellenversteller mit einem ersten rotorartigen Abtriebskörper und einem zweiten rotorartigen Abtriebskörper, die zueinander mit ihren Drehflügelkörperteilen parallel angeordnet sind. Der Nockenwellenversteller ist zur Steuerung einer Doppelnockenwelle bestimmt.
Diese bisher bekannten doppelten unabhängigen Verstellsysteme für konzentrische Nockenwellen leiden an einer Anzahl von Nachteilen in Bezug auf Platzanforderungen und die Leichtigkeit der Montage als einzelner Aufbau an der Vorderseite einer Nockenwelle. Ferner leiden die bisher bekannten Anordnungen infolge des Verfahrens der Anbringung der Flügel an den Abdeckungen der Nockenwellenversteller an einem hohen externen Ölaustritt. Ferner ist kein System bereitgestellt, um die Nockenwellenversteller für die innere und die äußere Welle unabhängig so zu steuern, dass sie in Basispositionen gesperrt werden können. Ferner wäre es nützlich, ein doppeltes unabhängiges Verstellsystem bereitzustellen, das in ungefähr den gleichen Raum im Motoraufbau passt, wie ein Standardversteller, so dass keine zusätzliche Raumzuteilung im Motorraum benötigt wird.
Zusammenfassung der Erfindung
Es ist Aufgabe der Erfindung ein alternatives zu dem im Stand der Technik bekannten doppelten unabhängigen Verstellsystem für konzentrische Nockenwellen bereitzustellen, das die Nachteile der bisher bekannten doppelten unabhängigen Verstellsysteme behebt.
So stellt die vorliegende Erfindung ein doppeltes unabhängiges Verstellsystem für konzentrische Nockenwellenanwendungen bereit, das sich den Mängeln bei den bekannten Anordnungen widmet.
Erfindungsgemäß umfasst der DIPS-Verstelleraufbau eine radial geschichtete Verstelleranordnung, die einen inneren Versteller und einen äußeren Versteller, der konzentrisch über dem inneren Versteller angeordnet ist, umfasst. Der äußere Versteller umfasst einen äußeren Stator, der mit dem Ventiltriebkettenring oder der Ventiltriebriemenscheibe verbunden ist. Der Rotor des äußeren Nockenwellenverstellers ist mit der äußeren Nockenwelle verbunden und umfasst Flügel, die sich in Räume erstrecken, die durch einwärts gerichtete Vorsprünge des äußeren Stators definiert werden, wodurch an jeder Seite der Flügel gesonderte Kammern definiert werden. Der Stator des inneren Nockenwellenverstellers, der radial einwärts gerichtete Vorsprünge umfasst, erstreckt sich vom Rotor des äußeren Nockenwellenverstellers radial einwärts. Die Flügel vom inneren Rotor des inneren Nockenwellenverstellers erstrecken sich zwischen den radial einwärts gerichteten Vorsprüngen, um in Verbindung mit den einwärts gerichteten Vorsprüngen an jeder Seite der inneren Rotorflügel gesonderte Kammern zu definieren. Der Rotor des inneren Nockenwellenverstellers ist an der inneren Nockenwelle angebracht. Bei dieser Anordnung kann die äußere Nockenwelle in Bezug auf die Kurbelwelle vorgeschoben oder zurückgehalten werden, indem ein mit Druck beaufschlagtes Hydraulikfluid zum ersten oder zum zweiten Satz von Kammern des äußeren Nockenwellenverstellers geliefert wird, wodurch verursacht wird, dass die Flügel in den Kammern den Rotor des äußeren Nockenwellenverstellers entweder vorschieben oder zurückhalten und dadurch die Zeitsteuerungsposition der äußeren Nockenwelle einstellen. Die Phasenposition der inneren Nockenwelle wird auf die gleiche Weise eingestellt, indem dem ersten oder dem zweiten Satz von Kammern des inneren Nockenwellenverstellers mit Druck beaufschlagtes Hydraulikfluid bereitgestellt wird, um die Flügel, die die Kammern trennen, zu drehen, um die Position der inneren Nockenwelle in Bezug auf die Position der äußeren Nockenwelle einzustellen. Das Motorsteuerungsmodul für diese Ausführungsform ist dazu programmiert, die zusammengesetzte Bewegung des inneren Rotors, die durch die Bewegung des äußeren Rotors erzeugt wird, auszugleichen, so dass die Motorsteuerung dann, wenn der äußere Versteller um 10° vorgeschoben werden soll, während die Position des inneren Verstellers beibehalten wird, den äußeren Versteller um die gewünschten 10° vorschieben müsste, während der innere Versteller um 10° zurückgehalten würde, um ihn statisch zeitgesteuert zu behalten.
Weitere Gesichtspunkte der Erfindung, die allein oder in Kombination verwendet werden können, sind nachstehend ausführlich beschrieben.
Figurenliste
Die vorhergehende Kurzdarstellung und die folgende ausführliche Beschreibung werden besser verstanden werden, wenn sie in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen gelesen werden, die bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung veranschaulichen. In den Zeichnungen

ist 1 eine vordere perspektivische Ansicht einer Ausführungsform des DIPS-Verstelleraufbaus nach der vorliegenden Erfindung und
2 eine Querschnittansicht entlang der Linien 13-13 in 1.

Ausführliche Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
In der folgenden Beschreibung wird nur zur Bequemlichkeit eine bestimmte Terminologie verwendet, die nicht beschränkend ist. Die Worte „vorder“, „hinter“, „ober“ und „unter“ bezeichnen Richtungen in den Zeichnungen, auf die Bezug genommen wird. Die Worte „einwärts“ und „auswärts“ beziehen sich auf Richtungen zu den Teilen, auf die in den Zeichnungen Bezug genommen wird, hin und davon weg. Eine Bezugnahme auf eine Liste von Objekten, die als „zumindest eines aus a, b oder c“ angegeben sind (wobei a, b und c die aufgelisteten Objekte darstellen), bedeutet jedes beliebige der Objekte a, b oder c oder Kombinationen davon. Die Terminologie enthält die oben ausdrücklich angeführten Worte, Ableitungen davon, und Worte von ähnlicher Bedeutung.
Unter nun erfolgender Bezugnahme auf 1 und 2 wird eine Ausführungsform des DIPS-Verstelleraufbaus 120 gezeigt. Der DIPS-Verstelleraufbau 120 umfasst zwei radial geschichtete Versteller, um die innere und die äußere Nockenwelle 160, 162 einer konzentrischen Nockenwellenanordnung gesondert zu verstellen.
Der radial geschichtete DIPS-Verstelleraufbau 120 umfasst einen inneren Rotor 122, der mit der inneren Nockenwelle 162 verbunden ist. Der innere Rotor 122 umfasst auswärts vorgespannte, sich radial erstreckende Flügel 124, die sich in Räume erstrecken, welche zwischen einwärts gerichteten Vorsprüngen 130 eines Innerer-Stator/Äußerer-Rotor-Rings 128 gebildet sind. Die Flügel 124 teilen die Räume in erste und zweite Kammern 132 bzw. 134. Der Innerer-Stator/Äußerer-Rotor-Ring 128 umfasst ferner auswärts gerichtete Flügel 136, die an ihren Enden radiale, auswärts gerichtete Dichtungen 138 aufweisen. Diese Flügel 136 des Innerer-Stator/Äußerer-Rotor-Rings 128 erstrecken sich in Räume, die sich zwischen einwärts gerichteten Vorsprüngen 144 eines äußeren Stators 142 befinden. Diese äußeren Flügel 136 teilen die Räume in dritte und vierte Kammern 146, 148. Ein Ventiltriebkettenrad 150, oder alternativ eine Ventiltriebriemenscheibe, ist am äußeren Stator 142 fixiert. Die ersten, zweiten, dritten und vierten Kammern 132, 134, 146, 148 sind an der vorderen und an der hinteren Seite über eine vordere Abdeckung 152 und eine hintere Abdeckung 154 begrenzt. Zwischen der vorderen Abdeckung 152 und dem inneren Rotor 122, dem Innerer-Stator/Äußerer-Rotor-Ring 128 und dem äußeren Stator 142 befindet sich eine Öldurchgangsplatte 153, die verwendet wird, um Durchgänge für mit Druck beaufschlagtes Hydraulikfluid bereitzustellen, die sich zu den dritten und vierten Kammern 146, 148 erstrecken. Durchgänge für mit Druck beaufschlagtes Hydraulikfluid zu den ersten und zweiten Kammern 132, 134 sind auf eine bekannte Weise über einen zentralen Hydraulikfluidverteiler 156 durch Öffnungen (nicht gezeigt) im inneren Rotor 122 bereitgestellt. Der innere Rotor 122 ist vorzugsweise auf eine bekannte Weise durch eine mittlere Schraube mit der inneren Nockenwelle 162 verbunden.
Der Innerer-Stator/Äußerer-Rotor-Ring 128 ist über einen Adapter 140 mit der äußeren Nockenwelle 162 verbunden. Wie in 2 gezeigt können ein oder mehr Stifte 164 benutzt werden, um einen gesperrten Drehanschluss zwischen dem Verbindungsteil 140 und der äußeren Nockenwelle 162 sicherzustellen.
Die radialen Lasten von der Ventiltriebkette oder vom -riemen werden über die Lagerflächen des äußeren Stators 142 zum Innerer-Stator/Äußerer-Rotor-Ring 128 und in die äußere Nockenwelle 162 getragen.
Im Betrieb wird der radial geschichtete DIPS-Verstelleraufbau 120 des radial geschichteten DIPS-Verstelleraufbaus 10 wie folgt betrieben. Die Position der äußeren Nockenwelle 162 in Bezug auf das Ventiltriebkettenrad 150 oder alternativ die Ventiltriebriemenscheibe, das bzw. die sich über ein Zugelement wie etwa eine Ventiltriebkette oder einen -riemen in einer festen Phasenbeziehung mit der Kurbelwelle befindet, wird gesteuert, indem Hydraulikfluid zu einem oder beiden aus den dritten und den vierten Kammern 146, 148 geliefert wird, um zu verursachen, dass sich der Innerer-Stator/Äußerer-Rotor-Ring 128 in Bezug auf den äußeren Stator 142 dreht. Durch das Liefern von mit Druck beaufschlagtem Hydraulikfluid zu einem aus den dritten und den vierten Kammern 146, 148 kann der Zeittakt der äußeren Nockenwelle 162 entweder vorgeschoben oder zurückgehalten werden, und das Liefern von mit Druck beaufschlagtem Hydraulikfluid sowohl zu den dritten als auch den vierten Kammern 146, 148 sperrt den äußeren Rotor 128 in Bezug auf den äußeren Stator 142 in seiner Position. Vorzugsweise ist eine Basispositions-Sperrstiftanordnung bereitgestellt, um den Innerer-Stator/Äußerer-Rotor-Ring 128 während Perioden von niedrigem Hydraulikfluiddruck wie etwa während des Anlassens in einer festen Position in Bezug auf den äußeren Stator 142 zu halten.
Um den Zeittakt der inneren Nockenwelle 160 einzustellen, wird einem aus den ersten und den zweiten Kammern 132, 134 mit Druck beaufschlagtes Hydraulikfluid bereitgestellt, um den inneren Rotor 122 in Bezug auf den Innerer-Stator/Äußerer-Rotor-Ring 128 zu drehen. Das Liefern von mit Druck beaufschlagtem Hydraulikfluid sowohl zu den ersten als auch den zweiten Kammern 132, 134 sperrt den inneren Rotor 122 in Bezug auf den inneren Stator 128 in seiner Position. Vorzugsweise ist auch ein zweiter Sperrmechanismus bereitgestellt, um den inneren Rotor 122 an den Innerer-Stator/Äußerer-Rotor-Ring 128 zu sperren, um den inneren Rotor 122 während des Motoranlassens oder zu Zeiten, in denen nicht genügend mit Druck beaufschlagtes Hydraulikfluid zu einem oder beiden aus den ersten und den zweiten Kammern 132, 134 geliefert wird, in einer Basisposition zu halten.
Wegen der radial geschichteten Anordnung der Versteller für die innere und die äußere Nockenwelle 160, 162 wird vom Motorsteuermodul (nicht gezeigt) ein komplexeres Steuersystem benötigt. Zum Beispiel muss die Motorsteuerung zum Vorschieben des äußeren Verstellers, während die Position des inneren Verstellers beibehalten wird, den äußeren Versteller zum gewünschten Winkel, zum Beispiel 10° vorgeschoben, vorschieben, während der hintere Versteller um ein gleiches Ausmaß, in diesem Beispiel um 10° in der zurückgehaltenen Richtung, zurückgehalten wird, um den inneren Versteller statisch zeitgesteuert zu behalten.
Der radial geschichtete DIPS-Verstelleraufbau 120 stellt alle Vorteile, die oben im Hinblick auf die Fähigkeit zur gesonderten und von einem Motor getrennten Vormontage eines modularen DIPS-Verstellers und das Erlauben einer leichten Anbringung am Motor während des Zusammenbaus erwähnt wurden, bereit. Dies gestattet auch eine leichtere Wartung des DIPS-Verstelleraufbaus 120, da er auf eine einfache Weise als ein modularer Aufbau entfernt und ersetzt werden kann. Zusätzlich stellt der radial geschichtete DIPS-Versteller 120 verglichen mit den bekannten Systemen weitere Vorteile hinsichtlich der verringerten axialen Platzanforderungen bereit.

Claims

Verstelleraufbau (120) eines doppelten unabhängigen Verstellsystems (DIPS) für koaxiale Nockenwellen (160, 162), umfassend einen ersten und einen zweiten Verstellerunteraufbau, jeweils umfassend einen Rotor (122, 128) mit auswärts gerichteten Flügeln (124, 136), einen Stator (128, 142) mit einwärts gerichteten Vorsprüngen (130, 144), wobei sich jeder der Flügel (124, 136) zwischen einem Paar der einwärts gerichteten Vorsprünge (130, 144) erstreckt, um Kammern (146, 148, 132, 134) für mit Druck beaufschlagtes Hydraulikfluid zu definieren, um den Rotor (122, 128) in Bezug auf den Stator (128, 142) vorzuschieben oder zurückzuhalten, und eine vordere und eine hintere Abdeckung (152, 154), die die vordere und die hintere Wand der Kammern (146, 148, 132, 134) definieren, wobei die Rotoren (122, 128) zur Verbindung mit einer inneren Nockenwelle bzw. einer äußeren Nockenwelle (160, 162) geeignet sind; ein Ventiltriebritzel (150) oder eine -scheibe, das oder die mit dem Stator (128, 142) eines der Verstellerunteraufbauten verbunden ist, wobei das Ventiltriebritzel (150) oder die -scheibe eingerichtet ist, um radiale Lasten in die äußere Nockenwelle (162) zu übertragen; und wobei der erste und der zweite Verstellerunteraufbau als eine Einheit zusammen vormontiert sind dadurch gekennzeichnet, dass sich der zweite Verstellerunteraufbau radial um den ersten Verstellerunteraufbau herum befindet, und wobei sich die Flügel (136) des Rotors (128) für den zweiten Versteller vom Stator (128) des ersten Verstellerunteraufbaus auswärts erstrecken.