DE602005001122T2

DE602005001122T2 - Bolzenverriegelung für Flügelzellennockenwellenversteller

Info

Publication number: DE602005001122T2
Application number: DE602005001122T
Authority: DE
Inventors: Thomas L. Lipke; Jason M. Urckfitz
Original assignee: Delphi Technologies Inc
Current assignee: Delphi Technologies Inc
Priority date: 2004-02-27
Filing date: 2005-02-22
Publication date: 2008-01-10
Anticipated expiration: 2025-02-23
Also published as: EP1568856A1; US7318400B2; DE602005001122D1; EP1568856B1; ATE362579T1; US20070062474A1; US6948467B2; US20050188933A1

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft Flügelzellennockenwellenversteller, um die Phasenbeziehung zwischen Kurbelwellen und Nockenwellen in einem Verbrennungsmotor zu variieren; insbesondere solche Phasenversteller, in welchen eine Bolzenverriegelungsanordnung verwendet wird, um den Phasenversteller-Rotor zu bestimmten Zeiten im Betriebszyklus in Bezug auf den Stator zu verriegeln; und noch spezieller einen verbesserten Bolzenverriegelungsmechanismus mit einem Bolzenauslösemittel zur Betätigung sowohl im Vorschub- als auch im Verzögerungsphasenstellermodus aufweist.
STAND DER TECHNIK
Nockenwellenversteller zum Verändern der Phasenbeziehung zwischen der Kurbelwelle und einer Nockenwelle eines Verbrennungsmotors sind wohlbekannt. In einem typischen Flügelzellennockenwellenversteller ist ein auf gesteuerte Weise verstellbarer Verriegelungsbolzen auf gleitende Weise in einer Bohrung in einem Rotor-Flügel angeordnet, um unter bestimmten Betriebsbedingungen des Phasenverstellers und des Motors die Rotationssperre des Rotors zum Stator zu erlauben. Ein bekannter Bolzenverriegelungsmechanismus umfasst eine Rückstellfeder, um ein Ende des Bolzens in einen gehärteten Sitz zu spannen, der in der Riemenscheibe oder im Kettenrad (Riemenscheibe/Kettenrad) des Phasenverstellers angeordnet ist, wodurch der Rotor in Bezug auf den Stator verriegelt wird. Der Rotor kann aus Aluminium bestehen, und eine Stahlbuchse ist an einer bestimmten axialen Stelle in die Bohrung gepresst und eingesteckt, um den Bolzen zu führen. In einer Ausführungsform des Stands der Technik ist der Bolzen mit einer Schulter versehen, wobei diese Schulter als Begrenzungsanschlag in die Rotorbuchse eingreift, um die Bolzenbewegung zu stoppen. In Betrieb wird der Bolzen einem programmierten Motorsteuermodul (ECM) entsprechend durch Drucköl, das von einem Regelventil zugeführt wird, aus der Buchse und dem Loch in die Riemenscheibe/das Kettenrad gedrückt, wobei er die Rückstellfeder überwindet, um den Rotor vom Stator zu entriegeln. Das Öl kann über Kanäle, die im Rotor und/oder der Riemenscheibe/dem Kettenrad geformt sind, dem Ende des Bolzens und/oder der Unterseite der Schulter zugeführt werden.
EP 1008 729 offenbart einen bekannten Phasenversteller des dem Stands der Technik.
Ein Phasenversteller des Stands der Technik hat mehrere Nachteile aufzuweisen, die von einem erfindungsgemäßen verbesserten Phasenversteller überwunden werden.
Erstens weisen der Bolzen und der Sitz typischerweise zusammenpassende ringförmige Abschrägungen auf, um den Bolzen im Sitz zu zentrieren und dadurch das Winkelspiel zwischen dem Rotor und der Buchse im verriegelten Zustand zu minimieren. Wenn der Bolzen voll in den Sitz eingreifen kann, kann der Bolzen sich jedoch im Sitz verklemmen und nicht zuverlässig auf den Öffnungsöldruck ansprechen, weshalb die Schulter auf dem Bolzen des Stands der Technik vorgesehen ist, um seinen Weg zu begrenzen. Es ist bekannt, dass die Bolzenschulter bei wiederholtem Gebrauch die Rotorbuchse axial verschieben kann, was einen Ausfall des Phasenverstellers zur Folge hat. Deshalb werden Mittel benötigt, um die Notwendigkeit einer Bolzenschulter zu beseitigen.
Zweitens wird der Bolzen durch Drucköl zurückgezogen, das über einen Kanal auf der Buchsenfläche aus der benachbarten Vorschubkammer strömt, um die Drehung des Rotors zuzulassen. Doch in einigen Fällen ist der Druckaufbau in der Vorschubkammer so schnell und so groß, dass der Bolzen im Loch feststeckt, wodurch der Phasenversteller nicht in der Lage ist, die Ventilphase wie angefordert zu verstellen. Daher werden Mittel benötigt, um sicherzustellen, dass der Bolzen nicht in der verriegelten Position feststecken bleibt, wenn die Rotordrehung angefordert wird.
Drittens umfasst der Mechanismus des Stands der Technik den Verriegelungsbolzen und die Rückstellfeder in einer Grundbohrung im Rotor, die der Riemenscheibe/dem Kettenrad gegenüberliegt. Der Mechanismus kann schwer auf zuverlässige zusammenzubauen sein. Daher wird ein simpleres, einfacheres Mittel benötigt, um einen Verriegelungsmechanismus in einem Flügelzellennockenwellenversteller bereitzustellen.
Eine Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Zuverlässigkeit der Entriegelung eines Nockenwellenversteller-Bolzenverriegelungsmechanismus zu verbessern.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Erfindungsgemäß wird ein Flügelzellennockenwellenversteller nach Anspruch 1 bereitgestellt.
Kurz gefasst, ist in einem Rotorverriegelungsmechanismus für einen Flügelzellennockenwellenversteller nach einer Ausführungsform der Erfindung der Verriegelungsbolzen ein geradseitiger Bolzen, der im Rotor angeordnet ist. Die Schulter des Stands der Technik entfällt, was dem Bolzen erlaubt, sich in einem Loch entweder in der Riemenscheibe/dem Ketten rad (hintere Abdeckung) oder in der äußeren Abdeckplatte (vordere Abdeckung) frei zu bewegen. Der Bolzen wird auf konventionelle Weise von einer Rückstellfeder in das Loch gespannt. Der Endabschnitt des Bolzenendes ist dem Öldruck zur Entriegelung des Bolzens ausgesetzt, wenn er voll gesetzt ist. Ein erster Ölkanal ist zwischen der Vorschubölversorgung, die eine Vorschubkammer einschließen kann, und dem Endabschnitt des Bolzens vorgesehen. Zusätzlich ist ein zweiter Ölkanal zwischen der Verzögerungsölversorgung, die eine Verzögerungskammer einschließen kann, und dem Endabschnitt des Bolzens vorgesehen. Die Kanäle können entweder auf jeder der Abdeckungen oder im Rotor selbst geformt sein. Dadurch wird der Bolzen entriegelt, wann immer in der Vorschub- oder Verzögerungsölversorung ein vorbestimmter Öldruck überstiegen wird. Dies gestattet dem Bolzen, durch die meisten Motorbetriebsmodi hindurch unverriegelt zu bleiben und nur unter vorbestimmten Niederdruckbedingungen, wie z.B. beim Anlassen des Motors, verriegelt zu werden.
In einer aktuell bevorzugten Ausführungsform ist das Verriegelungsloch auf der vorderen Abdeckung eines Phasenverstellers vorgesehen, so dass der Verriegelungsbolzen, die Feder und die Federführung in den Rotor eingebaut werden können, nachdem der Rotor in den Stator installiert wurde. Deshalb sind die Kanäle in der vorderen Abdeckung geformt.
Ein Hauptvorzug der Erfindung ist, dass der Rotor frei ist, um in den meisten Modi sofort auf Positionsanforderungen vom Motorsteuermodul anzusprechen, ohne korrekt einem Bolzenentriegelungsschritt nachfolgen zu müssen.
Ein zweiter Vorzug ist, dass der Verriegelungsmechanismus während der Montage des Phasenverstellers leicht und zuverlässig in diesen eingebaut werden kann.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die vorliegende Erfindung wird nun beispielhaft Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben, wobei:
1 eine auseinandergezogene isometrische Ansicht eines typischen Flügelzellennockenwellenverstellers des Stands der Technik ist;
2 eine auseinandergezogene isometrische Ansicht eines Flügelzellennockenwellenverstellers ist, die eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Bolzenverriegelungsmechanismus zeigt;
3 eine detaillierter Querschnittsaufriss des in 2 gezeigten Bolzenverriegelungsmechanismus ist;
4 eine isometrische Ansicht von der Unterseite eines Rotors ist, die einen Ölkanal zur Bolzenbetätigung zeigt, der im Rotor selbst geformt ist;
5 ein Aufriss eines Flügelzellennockenwellenverstellers ist, der eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen Bolzenverriegelungsmechanismus zeigt, und die die Orte der in 9 und 10 gezeigten Querschnittsansichten zeigt;
6 ein Grundriss des in 5 gezeigten Phasenverstellers ist, der die Orte der in 7 und 8 gezeigten Querschnittsansichten zeigt;
7 eine Querschnittsansicht entlang der Linie 7-7 in 6 ist;
8 eine Querschnittsansicht entlang der Linie 8-8 in 6 ist;
9 eine Querschnittsansicht entlang der Linie 9-9 in 5 ist;
10 eine Querschnittsansicht entlang der Linie 10-10 in 5 ist; und
11 ein Grundriss der Unterseite einer erfindungsgemäßen vorderen Abdeckplatte ist, die Ölversorgungskanäle und ein Bolzenverriegelungsloch aufweist.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Bezug nehmend auf 1, umfasst ein typischer Flügelzellennockenwellenversteller 10 nach dem Stand der Technik eine Riemenscheibe oder ein Kettenrad 12, das mit einer Steuerkette oder einem Steuerriemen (nicht gezeigt) im Eingriff steht, der von einer Motorkurbelwelle (nicht gezeigt) angetrieben wird. Die obere Fläche 14 der Riemenscheibe/des Kettenrads 12 formt eine erste Wand von mehreren Hydraulikkammern im zusammengebauten Phasenversteller. Ein Stator 16 ist gegen die Seite 14 angeordnet und durch einen ersten Dichtring 18 abgeschlossen. Wie unten erläutert, ist der Stator 16 der Riemenscheibe/dem Kettenrad 12 gegenüber in der Drehrichtung festgestellt. Der Stator 16 ist mit einer Vielzahl von nach innen verlaufenden Lappen 20 versehen, die in der Umfangsrichtung beabstandet sind, um einen Rotor 21 aufzunehmen, der nach außen verlaufende Flügel 22 aufweist, die in die Zwischenräume zwischen den Lappen 20 hinein verlaufen. Dadurch werden zwischen den Lappen 20 und den Flügeln 22 hydraulische Vorschub- und Verzögerungskammern (in der auseinandergezogenen Zeichnung nicht zu sehen) geformt. Eine Druckscheibe 24 ist konzentrisch am Rotor 21 angeordnet, und eine Abdeckplatte 26 schließt den Stator 16 über einen zweiten Dichtring 28 ab. Bolzenschrauben 30 verlaufen durch Bohrungen 32 im Stator 16 und werden in Gewindebohrungen 34 in der Riemenscheibe/im Kettenrad 12 aufgenommen, wodurch der Stator in Bezug auf die Riemenscheibe/das Kettenrad festgestellt wird. Bei der Installation an eine Motornockenwelle wird der Phasenversteller 10 über eine zentrale Bolzenschraube (nicht gezeigt) durch die Druckscheibe 24 befestigt, die von einem Stopfen 36 bedeckt ist, der in die Bohrung 38 in der Abdeckplatte 26 geschraubt wird.
Ein Bolzenverriegelungsmechanismus 40 umfasst einen hohlen Verriegelungsbolzen 42, der eine ringförmige Schulter 43, eine Rückstellfeder 44 und eine Buchse 46 aufweist. Die Feder 44 ist im Inneren des Bolzens 42 angeordnet, und die Buchse, der Bolzen und die Feder werden in einer Längsbohrung 48 aufgenommen, die in einem vergrößert dargestellten Flügel 22 des Rotors 21 geformt ist, wobei ein Ende des Bolzens 42 durch die Feder 44 aus der Unterseite des Flügels ausgestreckt werden kann. Eine Bolzenführung 47 ist in einem Loch 49 angeordnet, das in der Riemenscheibe/im Kettenrad 12 geformt ist, um einen Endabschnitt des Bolzens 42 aufzunehmen, wenn er aus der Bohrung 48 ausgestreckt ist, um den Rotor 21 mit der Riemenscheibe/dem Kettenrad 12 und demnach mit dem Stator 16 in der Drehrichtung zu verriegeln. Der Axialhub des Bolzen 42 wird durch den Zusammenstoß der Schulter 43 mit der Buchse 46 begrenzt. Ein flacher Kanal 51, der in der Riemenscheibe/dem Kettenrad 12 geformt ist, verläuft von unterhalb der Führung 47 und schneidet die Fläche 14 in einer Region dieser Fläche, die im zusammengebauten Phasenversteller eine Wand einer gewählten Vorschubkammer formt. Wenn Öl zugeführt wird, um den Rotor in Bezug auf den Stator vorzuschieben, fließt daher auch Öl durch den Kanal 51, um auf die Endfläche (Axialseite) 53 des Bolzens 42 Druck auszuüben, was bewirkt, dass der Bolzen aus der Führung 47 geschoben wird und der Rotor dadurch vom Stator entriegelt wird. Wie oben erwähnt, hat es sich in einigen Fällen erwiesen, dass der Druckaufbau in der Vorschubkammer, der den Rotor in der Drehrichtung spannt, bewirkt, dass der Bolzen 42 in der Führung 47 feststeckt und nicht wie gewünscht dem durch den Kanal 51 zugeführten Öldruck entsprechend zurückgezogen wird.
Bezug nehmend auf 2 und 3, umfasst eine erste Ausführungsform 60 eines erfindungsgemäßen Bolzenverriegelungsmechanismus für einen Nockenwellephasenversteller 10' zur Verwendung in einem Verbrennungsmotor 300 einen ersten Entriegelungskanal 51, der in einer Riemenscheibe/einem Kettenrad 14 geformt ist, im Wesentlichen dem Stand der Technik entsprechend, und der im zusammengebauten Phasenversteller von einer Vorschubkammer in das Loch 49 hinein verläuft (die Führung 47 wurde der Klarheit halber aus der Riemenscheibe/dem Kettenrad ausgelassen). Als neuartiger Zusatz ist in der Fläche 14 ein zweiter Entriegelungskanal 51' vorgesehen, der vom Loch 49 aus verläuft und mit einer benachbarten Verzögerungskammer im Phasenversteller 10' verbunden ist. Dadurch ist der Bolzen 42 an seiner Endfläche 53 Drucköl sowohl aus der Vorschub- als auch aus der Verzögerungsölversorgung des Phasenverstellers ausgesetzt. Wenn eine der beiden Versorgungen einen vorbestimmten Druckpegel übersteigt, wird die Feder 44 überwunden und der Bolzen 42 wird zurückgezogen und bleibt zurückgezogen, so lange dieser Druckpegel aufrechterhalten wird. Die relativen Querschnittsflächen und Längen der Kanäle 51, 51' sind verschieden, um die jeweiligen Druckölströme an der Endfläche 53 zu regeln.
Bezug nehmend auf 4, können in einer alternativen Ausführungsform des Phasenverstellers 10' zweite Kanäle 51' in der Fläche 54 des Rotors 21 geformt sein, statt in der Fläche 14 der Riemenscheibe/des Kettenrads, mit gleicher Wirkung.
Bezug nehmend auf 5 bis 11, ist eine zweite Ausführungsform 10'' eines erfindungsgemäßen Nockenwellenverstellers hinsichtlich der Bauteile, des Zusammenbaus und der Funktion mit der ersten Ausführungsform 10 vergleichbar. Es werden gleiche Bezugszeichen benutzt oder mit einem Indexstrich versehen. Doch der Bolzenverriegelungsmechanismus 60' wurde so umgekehrt, dass das Loch 49' in der vorderen Abdeckplatte 26' geformt ist, ebenso wie der erste und zweite Kanal 251, 251', wie in 11 gezeigt. Ferner ist auch die Ausrichtung der Bolzenschrauben 30' umgekehrt, so dass die Köpfe 31 der Bolzenschrauben in Versenkungen in der hinteren Abdeckung 12' aufgenommen werden und die gewindeten Enden in Gewindebohrungen 34' in der vorderen Abdeckplatte 26' aufgenommen werden.
Das heißt, in der zweiten Ausführungsform 10'' ist das Kettenrad mit dem Stator 16' aus einem Stück geformt, statt mit der hinteren Abdeckung 12', wie im Stand der Technik. Diese Anordnung verbessert die Herstellbarkeit und senkt die Kosten. Eine gewundene Vorspannfeder 200 ist in einem zentralen Loch 202 angeordnet, das im Rotor 21' geformt ist, und ist durch einen Zapfen 204 in der Abdeckung 26' verankert, um den Rotor 21' beim Abstellen des Motors in eine vorbestimmte Ruhestellung vorzuspannen, zum Beispiel voll verzögert. Eine Bohrung 48' durch den Rotorflügel 22'' nimmt die Bolzenanordnung 60' auf, umfassend eine Federführung 206 und einen Bolzen 42', der eine Senkung zur Aufnahme einer Rückstellfeder 44 aufweist. Der Bolzen 42' wird bei der Verriegelung von der Feder 44 in ein Loch 49' gespannt, das in der vorderen Abdeckung 26' geformt ist. In der vorderen Abdeckung 26' sind auch Vorschub- und Verzögerungskanäle 251, 251' geformt und verlaufen seitlich vom Loch 49', den oben beschriebenen Kanälen 51, 51' entsprechend. Alternativ dazu können die Kanäle 251, 251' in der Gegenfläche des Rotors 21 geformt sein. Der Kanal 251 tritt bevorzugt exzentrisch in das Loch 49' ein. Die Querschnittstiefe des Kanals 251' ist auch bevorzugt kleiner als die Querschnittstiefe des Kanals 251. Doch es ist anzumerken, dass die Querschnittstiefen der Kanäle 251, 251' unabhängig auf jede relative Größe geändert werden können, um an der Bolzenendfläche 53 die gewünschten Entriegelungskräfte zu erhalten.
Es versteht sich, dass „Vorschub" und „Verzögerung" sich hierin nur auf die relative Richtung des Rotors im Inneren des Stators bezieht. Wie in 5–11 gezeigt, wird der Rotor an einer Endposition der Rotordrehung verriegelt, die allgemein im Stand der Technik voll verzögert ist, doch wenn gewünscht, kann der Rotor auch in der voll vorgeschoben Position verriegelt werden, wobei in diesem Fall die Bedeutung von Vorschub und Verzögerung in dieser Beschreibung einfach umzukehren ist.
In 8 bis 10 wird der Vorschubölversorgungsweg zum Bolzenverriegelungsloch 49' gezeigt. Öl, das den Vorschub des Phasenverstellers bewirkt, wird von einem ringförmigen Verteiler 212 Steigleitungen 210 und von dort über Kanäle 214 dem Rotor radial zugeführt. Ein axialer Kanal ist an der Basis des vergrößerten Flügels 22'' im Rotor geformt, wodurch Öl dem Kanal 251 und von dort dem Loch 49' radial zugeführt wird. Der Kanal 216 gewährleistet die Ölversorgung zum Entriegeln der Bolzenanordnung 60' auch dann, wenn der Rotor in voller verzögert Stellung verriegelt ist, so dass die Vorschubkammer, die zwischen dem Flügel 22' und dem Statorlappen 218 geformt wird, null Volumen hat, wie in 9 und 10 gezeigt.
Öl, das die Verzögerung des Phasenverstellers bewirkt, wird auf konventionelle Weise über eine zentrale Bohrung 220 und radiale Kanäle 222 zugeführt.

Claims

Flügelzellennockenwellenversteller (10, 10''), umfassend einen Bolzenverriegelungsmechanismus, um einen Rotor (21, 21') auf variable Weise mit einem Stator (16, 16') zu verriegeln, eine hintere Abdeckplatte (12, 12') und eine vordere Abdeckplatte (26, 26'), die am Stator (16, 16') befestigt sind und den Rotor (21, 21') im Inneren des Stators (16, 16') umschließen, wobei der Phasenversteller Mittel umfasst, um jeweiligen Vorschub- und Verzögerungskammern, die zwischen dem Rotor und dem Stator geformt sind, Phasenvorschubsöl und Phasenverzögerungsöl zuzuführen, wobei der Bolzenverriegelungsmechanismus umfasst: a) einen Verriegelungsbolzen (42, 42'), der in einer axialen Bohrung (48, 48') in dem Rotor angeordnet ist; b) ein Loch (49, 49'), das in einem von der hinteren Abdeckplatte (12, 12') und der vorderen Abdeckplatte (26, 26') geformt ist, um einen Abschnitt des Verriegelungsbolzens im Verriegelungsmodus aufzunehmen; c) Mittel zum Leiten des Phasenvorschubsöls zum Bolzen, um den Bolzen aus dem Loch zu drücken; und d) Mittel zum Leiten des Phasenverzögerungsöls zum Bolzen, um diesen Bolzen aus dem Loch zu drücken, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel zum Leiten des Phasenvorschubsöls einen ersten Kanal (51, 251) umfasst, der das Loch (49, 49') mit einer Versorgung des Phasenvorschuböls verbindet, und das Mittel zum Leiten des Phasenverzögerungsöls einen zweiten Kanal (51', 251') umfasst, um das Loch (49, 49') mit einer Versorgung des Phasenverzögerungsöls zu verbinden, und wobei die Querschnittsflächen dieses ersten und zweiten Kanals verschieden sind.
Phasenversteller nach Anspruch 1, außerdem umfassend eine Rückstellfeder (44), die in der Bohrung (48, 48') angeordnet ist, um den Bolzen (42, 42') in das Loch (49, 49') zu spannen.
Phasenversteller nach Anspruch 1, außerdem umfassend eine Federführung (206), die in der Bohrung (48') angeordnet ist.
Phasenversteller nach Anspruch 1, wobei das Loch (49) in der hinteren Abdeckplatte (12) geformt ist und der erste Kanal (51, 251) in einem von der hinteren Abdeckplatte (12) und dem Rotor (21) geformt ist.
Phasenversteller nach Anspruch 1, wobei das Loch (49') in der vorderen Abdeckplatte (26') geformt ist und der erste Kanal (251) in einem von der vorderen Abdeckplatte (26') und dem Rotor (21') geformt ist.
Phasenversteller nach Anspruch 1, wobei das Loch (49) in der hinteren Abdeckplatte (12) geformt ist und der zweite Kanal (51') in einem von der hinteren Abdeckplatte (12) und dem Rotor (21) geformt ist.
Phasenversteller nach Anspruch 1, wobei das Loch (49') in der vorderen Abdeckplatte (26') geformt ist und der zweite Kanal (251') in einem von der vorderen Abdeckplatte (26') und dem Rotor (21') geformt ist.
Phasenversteller nach Anspruch 1, wobei die Querschnittsfläche des zweiten Kanals (51', 251') kleiner ist als die Querschnittsfläche des ersten Kanals (51, 251).
Verbrennungsmotor, umfassend einen Flügelzellennockenwellenversteller nach einem der vorherigen Ansprüche.