DE10356907A1

DE10356907A1 - Nockenwellenverstelleinrichtung für Verbrennungskraftmaschinen von Kraftfahrzeugen

Info

Publication number: DE10356907A1
Application number: DE10356907A
Authority: DE
Inventors: Guido Schneider
Original assignee: Hydraulik Ring GmbH
Current assignee: Hilite Germany GmbH
Priority date: 2003-12-02
Filing date: 2003-12-02
Publication date: 2005-07-07

Abstract

Mit Nockenwellenverstelleinrichtungen können die Öffnungs- und Schließzeitpunkte von Gaswechselventilen durch eine Relativverdrehung der Nockenwelle gegenüber der Kurbelwelle verstellt werden. Hierbei wird der Rotor relativ zum Stator verdreht, indem die Flügel von Rotor und Stator an den entsprechenden Seiten mit Druckmedium beaufschlagt werden. Die Rotor- bzw. Statorflügel liegen mit ihren Stirnseiten dichtend an Gegenflächen an. DOLLAR A Der Rotor bzw. der Stator weisen zur Verminderung des Leckagestromes Abrißkanten zwischen den Stirnseiten der Rotor- bzw. Statorflügel und den Gegenflächen auf. Mit den Abrißkanten wird ein eventuell auftretender Leckagestrom optimal vermindert. DOLLAR A Die Nockenwellenverstelleinrichtung wird bei Verbrennungskraftmaschinen von Kraftfahrzeugen eingesetzt, um die Öffnungsdauer der Einspritzventile in Abhängigkeit vom Leistungsbedarf der Verbrennungskraftmaschine zu steuern.

Description

Die Erfindung betrifft eine Nockenwellenverstelleinrichtung für Verbrennungskraftmaschinen von Kraftfahrzeugen nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Solche Nockenwellenverstelleinrichtungen haben die Aufgabe, die Öffnungs- und Schließzeitpunkte der Gaswechselventile durch eine Relativverdrehung der Nockenwelle gegenüber der Kurbelwelle zu verschieben. Die Rotor- und die Statorflügel liegen mit ihren Stirnseiten an den jeweiligen Gegenflächen des Stators bzw. Rotors an. Zur Relativverstellung wird Hydraulikmedium eingesetzt, das die Rotorflügel von beiden Seiten so beaufschlagen kann, daß der Rotor in der gewünschten Richtung relativ zum Stator gedreht wird. Damit ein Leckagestrom des Hydraulikmediums zwischen den aneinanderliegenden Flächen reduziert wird, müssen die Rotor- bzw. Statorflügel mit ihren Stirnseiten dichtend an den Gegenflächen anliegen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die gattungsgemäße Nokkenwellenverstelleinrichtung so auszubilden, daß sie bei einfacher und kostengünstiger Herstellung zuverlässig arbeitet.

Diese Aufgabe wird bei der gattungsgemäßen Nockenwellenverstelleinrichtung erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.

Die Nockenwellenverstelleinrichtung weist die Abrißkanten auf, mit denen ein eventuell auftretender Leckagestrom optimal vermindert wird.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen.

Die Erfindung wird anhand einiger in den Zeichnungen dargestellter Ausführungsformen näher erläutert. Es zeigen
1 in perspektivischer Darstellung einen Teil eines Rotors einer erfindungsgemäßen Nockenwellenverstelleinrichtung,
2 eine Draufsicht auf den Teil des Rotors gemäß 1,
3 in Ansicht einen Teil der erfindungsgemäßen Nockenwellenverstelleinrichtung,
4 bis
6 in Darstellungen entsprechend den 1 bis 3 eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Nockenwellenverstelleinrichtung,
7 bis
9 in Darstellungen entsprechend den 1 bis 3 eine dritte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Nockenwellenverstelleinrichtung.
Die Nockenwellenverstelleinrichtung wird bei Verbrennungskraftmaschinen von Kraftfahrzeugen eingesetzt und dient dazu, die Öffnungsdauer der Einspritzventile in Abhängigkeit vom Leistungsbedarf der Verbrennungskraftmaschine zu steuern. Während des Motorbetriebes wird mit der Nockenwellenverstelleinrichtung die Winkellage zwischen der Kurbelwelle und der Nockenwelle verändert. Auf der Nockenwelle sitzt drehfest ein Rotor 1, der einen zylindrischen Grundkörper 2 aufweist. Mit ihm ist der Rotor 1 drehfest auf der (nicht dargestellten) Nockenwelle befestigt. Vom Grundkörper 2 stehen in gleichmäßigen Abständen radial nach außen Flügel 3 ab, die sich im Ausführungsbeispiel vorteilhaft radial nach außen verbreitern.
Der Rotor 1 ist von einem Stator 4 umgeben, der drehfest mit einem (nicht dargestellten) Ketten- oder Riemenrad verbunden ist und der relativ zum Rotor 1 gedreht werden kann. Der Stator 4 ist über das Ketten/Riemenrad und eine entsprechende Kette bzw. einen Riemen mit der (nicht dargestellten) Kurbelwelle verbunden. Der Stator 4 hat, wie 3 zeigt, einen ringförmigen Grundkörper 5, von dem in gleichmäßigen Abständen radial nach innen Flügel 6 abstehen. Zwischen benachbarten Statorflügeln 6 werden Druckräume 7 gebildet. Zwischen benachbarte Statorflügel 6 ragt jeweils ein Rotortlügel 3, durch den die jeweiligen Druckräume 7 in zwei Druckkammern 7a und 7b unterteilt werden. In die Druckkammern 7a, 7b mündet jeweils mindestens eine Bohrung 24, 25, über die ein Hydraulikmedium in die jeweilige Druckkammer gelangen bzw. aus der jeweiligen Druckkammer verdrängt werden kann. Das Hydraulikmedium gelangt über (nicht dargestellte) Ventile gesteuert in die jeweiligen Druckkammern.
Der ringförmige Grundkörper 5 des Stators 4 hat eine zylindrische Innenwand 8, an der die Rotortlügel 3 mit ihren Stirnseiten 9 dichtend anliegen. Die Stirnseiten 10 der Statorflügel 6 liegen ihrerseits dichtend an der zylindrischen äußeren Mantelfläche 11 des Rotorgrundkörpers 2 an.
Die Rotortlügel 3 weisen ebene Seitenflächen 12, 13 auf, mit denen der Rotor 1 in der jeweiligen Endstellung an entsprechenden Seitenflächen 14, 15 der Statorflügel 6 anliegt. Die Relativverdrehung zwischen Rotor 1 und Stator 4 wird durch Druckbeaufschlagung des Mediums in der jeweiligen Druckkammer 7a und 7b erreicht. Bei der in 3 dargestellten Endlage des Rotors 1 ist das Druckmedium in der Druckkammer 7b unter Druck gesetzt, während die Druckkammer 7a zum Tank hin entlastet ist. Soll der Rotor 1 aus der Stellung gemäß 3 entgegen dem Uhrzeigersinn gegenüber dem Stator 4 gedreht werden, wird die Druckkammer 7a unter Druck gesetzt, während die Druckkammer 7b druckentlastet wird. Dann kann der Rotor 1 so weit gedreht werden, bis die Rotorflügel 3 mit den Seitenflächen 12 an den Seitenflächen 14 der Statorflügel 6 anliegen. Es ist auch möglich, den Rotor 1 in eine Zwischenlage zu bringen. In diesem Falle werden die Rotorflügel 3 von beiden Seiten mit Druck beaufschlagt.
Mit geringem Abstand von der Mantelfläche 11 des Rotorgrundkörpers 2 sind an den Seitenflächen 12, 13 der Rotorflügel 3 vorstehende Rippen 16, 17 vorgesehen, die auf gleicher Höhe liegen und sich über die gesamte axiale Breite des Rotorflügels 3 erstrecken. Die Rippen 16, 17 haben abgerundete Stirnseiten. Die der Mantelfläche 11 zugewandten Seiten der Rippen 16, 17 gehen stetig gekrümmt in die Mantelfläche 11 über. An der von der Mantelfläche 11 abgewandten Seite befindet sich an den Seitenflächen 12, 13 der Rotortlügel 3 im Anschluß an die Rippen 16, 17 jeweils eine Nut 18, 19, die sich über die axiale Breite der Rotorflügel 3 erstreckt.
Die Rotortlügel 3 und die Statorflügel 6 liegen mit ihren jeweiligen Stirnseiten 9, 10 dichtend an der Innenwand 8 des Statorgrundkörpers 5 bzw. an der äußeren Mantelfläche 11 des Rotorgrundkörpers 2 an. Dadurch soll verhindert werden, daß zwischen den Stirnseiten 9, 10 und den Mantelflächen 8, 11 Hydraulikmedium von der einen Druckkammer 7a zur anderen Druckkammer 7b gelangt. Um die Lekkageverluste so klein wie möglich zu halten, sind in der Stirnseite 9 der Rotorflügel 3 und in der Mantelfläche 11 des Rotorgrundkörpers 2 Abrißkanten 20, 21 vorgesehen, die einen Leckagestrom von der einen Druckkammer zur anderen optimal verringern. Sie erstrecken sich über die axiale Breite der Rotorflügel 3 sowie des Rotorgrundkörpers 2. Die achsparallel liegenden Abrißkanten 20, 21 sind an schmalen Rippen 22, 23 vorgesehen, die rechteckigen Querschnitt haben und mit geringem Abstand voneinander liegen. Die Höhe dieser Rippen 22, 23 liegt beispielsweise im Bereich zwischen etwa 0,5 mm bis etwa 1 mm.
Die Rippen 22, 23 auf der Stirnseite 9 der Rotorflügel 3 und auf der Mantelfläche 11 des Rotorgrundkörpers 2 sind vorteilhaft gleich ausgebildet. Auf der Mantelfläche 11 sind im Ausführungsbeispiel zwei der Rippen 23 durch die Bohrungen 24, 25 unterbrochen. Sie liegen in Umfangsrichtung des Rotorgrundkörpers 2 mit Abstand hintereinander und haben einen axialen Abstand 26 (2) voneinander.
Die Bohrung 24 ist unmittelbar benachbart zur Seitenfläche 13 des Rotorflügels 3 vorgesehen. Die andere Bohrung 25 liegt unmittelbar benachbart zur Seitenfläche 12 des entsprechend benachbarten Rotorflügels 3. Da die Rippen 22, 23 und damit die scharfen Abrißkanten 20, 21 über die Umfangslänge der Stirnseite 9 der Rotorflügel 3 und der Mantelfläche 11 des Rotorgrundkörpers 2 gleichmäßig verteilt vorgesehen sind, wird ein Leckagestrom zwischen den beiden Druckkammern 7a, 7b optimal verringert. Der Leckagestrom zwischen den Stirnseiten 9, 10 der Rotorflügel 3 und der Statorflügel 6 und der Innenwand 8 des Statorgrundkörpers 5 sowie der Mantelfläche 11 des Rotorgrundkörpers 2 wird an den Abrißkanten 20, 21 verwirbelt. Diese Verwirbelungen führen zu einer Verringerung der Strömungsgeschwindigkeit des Leckagestroms und damit zu einer erheblichen Verringerung der Leckage. Der Abstand zwischen den benachbarten Rippen 22, 23 ist höchstens gleich der in Umfangsrichtung gemessenen Breite der Rippen 22, 23.
Die Rippen 22, 23 sind ausreichend breit, so daß in Verbindung mit der Innenwand 8 des Statorgrundkörpers 5 sowie der Stirnseite 10 der Statorflügel 6 eine optimale Abdichtung zwischen den Druckkammern 7a, 7b erreicht wird. Die Rippen 22, 23 haben ebene Stirnseiten 27, 28, mit denen sie an der Innenwand 8 und an der Stirnseite 10 der Statorflügel 6 anliegen.
Der Rotor 1 und der Stator 4 können aus Kunststoff oder auch aus metallischem Werkstoff, insbesondere aus Leichtmetall, vorzugsweise aus Aluminium, bestehen. Es ist ferner möglich, den Rotor 1 und den Stator 4 aus unterschiedlichen Materialien herzustellen, so beispielsweise den Rotor 1 aus Kunststoff und den Stator 1 aus Aluminium.
Für die Bildung der Abrißkanten können alle in der Strömungstechnik bekannten Geometrien und Formen verwendet werden, die die Strömungseigenschaften des Leckagestromes beeinflussen können. Das beschriebene sowie auch die noch zu beschreibenden Ausführungsbeispiele sind lediglich beispielhafte Ausbildungen.
Beim Ausführungsbeispiel nach den 4 bis 6 sind die Rippen 22, 23 in der Stirnseite 9 der Rotorflügel 3 sowie in der Mantelfläche 11 des Rotorgrundkörpers 2 im Querschnitt dreieckförmig. Die durch die Dreieckspitze gebildeten Abrißkanten 20, 21 erstrecken sich parallel zueinander in Achsrichtung des Rotors 1 über dessen gesamte axiale Breite. Im Unterschied zur vorigen Ausführungsform hat jede Rippe 22, 23 nur eine Abrißkante 20, 21. Die Rippen 22, 23 sind gleich ausgebildet und haben beispielsweise eine maximale Höhe von nur etwa 0,5 mm bis etwa 1 mm. Im übrigen ist dieses Ausführungsbei spiel gleich ausgebildet wie die Ausführungsform nach den 1 bis 3.
Die Rotorflügel 3 liegen mit den Abrißkanten 20 ihrer Rippen 22 an der glatten Innenwand 8 des Statorgrundkörpers 5 an. In gleicher Weise liegt die glatte Stirnseite 10 der Statorflügel 6 an den Abrißkanten 21 der Rippen 23 der Mantelfläche 11 des Rotorgrundkörpers 2 an. Wie schon beim vorigen Ausführungsbeispiel wird durch die Abrißkanten 20, 21 erreicht, daß ein eventuell zwischen der Stirnseite 9 der Rotorflügel 3 und der Innenwand 8 des Statorgrundkörpers 5 bzw. zwischen der Stirnseite 10 der Statorflügel 6 und der Mantelfläche 11 des Rotorgrundkörpers 2 auftretender Leckagestrom schon kurz nach dem Eintritt in diesen Bereich in der beschriebenen Weise abgerissen wird. Dadurch wird ein Leckageübertritt von der einen Druckkammer 7a in die andere Druckkammer 7b optimal verringert.
Beim Ausführungsbeispiel nach den 7 bis 9 hat jede Rippe 22, 23 an der Stirnseite 9 der Rotorflügel 3 und in der Mantelfläche 11 des Rotorgrundkörpers 2 zwei Abrißkanten 20, 21 (7). Im Gegensatz zum Ausführungsbeispiel nach den 1 bis 3 verbreitern sich die Rippen 22, 23 von ihrer freien Stirnseite aus stetig. Die einander zugewandten Seitenflächen der Rippen 22, 23 gehen stetig gekrümmt ineinander über. Die Abrißkanten 20, 21 begrenzen die glatten Stirnseiten 27, 28 der Rippen 22, 23. Die Rippen 22, 23 liegen parallel zueinander und erstrecken sich in Achsrichtung des Rotors 1 über dessen axiale Breite. Im übrigen ist der Rotor 1 gleich ausgebildet wie das Ausführungsbeispiel nach den 1 bis 3.
In montierter Lage (9) liegen die Rotorflügel 3 mit den Stirnseiten 27 ihrer Rippen 22 an der glatten Innenwand 8 des Statorgrundkörpers 5 dichtend an. Die Statorstege 6 liegen mit ihrer glatten Stirnseite 10 an den Stirnseiten 28 der Rippen 23 des Rotorgrundkörpers 2 an. Die Abrißkanten 20, 21 gewährleisten, daß Leckageöl von der einen in die andere Druckkammer 7a, 7b in nur sehr geringem Maße gelangen kann.
Während bei den zuvor beschriebenen Ausführungsformen die Abrißkanten 20, 21 am Rotor 1 vorgesehen sind, können sie auch am Stator 4 vorhanden sein.

Claims

Nockenwellenverstelleinrichtung für Verbrennungskraftmaschinen von Kraftfahrzeugen, mit einem Stator und einem Rotor, die relativ zueinander verdrehbar sind und jeweils radial abstehende Flügel aufweisen, die mit ihren Stirnseiten dichtend an einer Gegenfläche des Rotors bzw. des Stators anliegen, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (1) bzw. der Stator (4) Abrißkanten (20, 21) zur Verminderung eines Leckagestromes zwischen den Stirnseiten (9, 10) der Rotor- bzw. Statorflügel (3, 6) und den Gegenflächen (8, 11) aufweisen.
Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abrißkanten (20, 21) gleichmäßig verteilt angeordnet sind.
Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Abrißkanten (20, 21) parallel zur Achse des Rotors (1) bzw. des Stators (4) erstrecken.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Abrißkanten (20, 21) über die axiale Breite des Rotors (1) bzw. des Stators (4) erstrecken.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Abrißkanten (20, 21) aus schließlich am Rotor (1) vorgesehen sind.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Abrißkanten (20, 21) am Rotor (1) und am Stator (4) vorgesehen sind.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Abrißkanten (20, 21) an Rippen (22, 23) vorgesehen sind.
Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Rippen (22, 23) an der Stirnseite (9, 10) der Rotor- bzw. der Statorflügel (3, 6) vorgesehen sind.
Einrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Rippen (22, 23) an den Gegenflächen (8, 11) des Rotors (1) bzw. des Stators (4) vorgesehen sind.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Rippen (22, 23) rechteckigen Querschnitt haben.
Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Rippen (22, 23) mit ihren Stirnseiten (27, 28) an den Gegenflächen (8, 11) des Rotors (1) bzw. des Stators (4) anliegen.
Einrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Abrißkanten (20, 21) die Seitenränder der Stirnseiten (27, 28) der Rippen (22, 23) sind.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Rippen (22, 23) dreieckförmigen Querschnitt haben.
Einrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Rippen (22, 23) mit der Abrißkante (20, 21) an den Gegenflächen (8, 11) anliegen.