WO2001011203A1 - Vorrichtung zum verändern der steuerzeiten von gaswechselventilen einer brennkraftmaschine - Google Patents

Vorrichtung zum verändern der steuerzeiten von gaswechselventilen einer brennkraftmaschine Download PDF

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WO2001011203A1
WO2001011203A1 PCT/EP2000/006665 EP0006665W WO0111203A1 WO 2001011203 A1 WO2001011203 A1 WO 2001011203A1 EP 0006665 W EP0006665 W EP 0006665W WO 0111203 A1 WO0111203 A1 WO 0111203A1
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WO
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wing
impeller
drive wheel
pressure medium
pressure
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PCT/EP2000/006665
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English (en)
French (fr)
Inventor
Joachim Dietz
Original Assignee
INA Wälzlager Schaeffler oHG
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L1/00—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear
    • 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

Definitions

  • the invention relates to a device for changing the control times of gas exchange valves of an internal combustion engine according to the preamble-forming features of claim 1, and it can be implemented particularly advantageously on hydraulic camshaft adjusting devices in the type of rotary pistons.
  • Such a device is previously known from EP 0 818 610 A2.
  • This device designed as a so-called vane adjustment device, consists on the one hand of a drive wheel designed as an outer rotor, which is in drive connection with a crankshaft of the internal combustion engine, which has a cavity formed by a hollow cylindrical peripheral wall and two side walls. In this cavity, five hydraulic working spaces are formed by five boundary walls extending from the inside of the peripheral wall and directed towards the longitudinal central axis of the device.
  • the device consists of an impeller, which is designed as an inner rotor and is connected in a rotationally fixed manner to a camshaft of the internal combustion engine and is inserted into the cavity of the drive wheel.
  • the impeller On the circumference of its wheel hub, the impeller in turn has five vanes, each arranged in an axial holding groove, which vanes radially in each Weil extend a hydraulic working space of the drive wheel and subdivide it into two hydraulic pressure chambers acting against each other.
  • Each wing of the impeller is pressed radially against the inside of the peripheral wall of the drive wheel by the force of a spring element arranged on its lower end face in the axial holding groove.
  • the pressure chambers of each hydraulic working chamber are sealed off from one another and, when selectively or simultaneously pressurized with a hydraulic pressure medium, cause a swiveling movement or fixing of the impeller relative to the drive wheel and thus the camshaft relative to the crankshaft.
  • a disadvantage of this known device is that when one or both pressure chambers of each hydraulic working chamber are pressurized, there is also a build-up of pressure in the sealing gap between the upper end face of each wing and the inside of the peripheral wall of the drive wheel. If the pressure force exceeds the value of the spring force of the spring element arranged on the lower end face of each wing, a so-called "wing immersion", ie a radial displacement of the wings counter to the force of their spring elements, can occur despite these spring elements. This in turn causes increased pressure medium leakages between The individual pressure chambers of the hydraulic working spaces, so that the hydraulic clamping of the impeller compared to the drive wheel is worse. In addition, these increased pressure medium leaks are the cause of larger deviations in the specified adjustment angle between the camshaft and crankshaft and for slower adjustment times of the device.
  • the invention is therefore based on the object of designing a device for changing the control times of gas exchange valves of an internal combustion engine, in particular hydraulic camshaft adjusting device of the rotary piston type, in which the pressure build-up in the sealing gap resulting radial displacement of the vanes against the force of their spring elements between the upper end face of each wing of the impeller and the inside of the peripheral wall of the drive wheel is effectively avoided.
  • this object is achieved in a device according to the preamble of claim 1 such that when one or both pressure chambers (n) of each hydraulic working chamber of the device is pressurized, each wing of the impeller in addition to the force of its spring element by the compressive force of the pressure element which can be introduced into its lower end face hydraulic pressure medium with its upper end face can be pressed radially against the inside of the peripheral wall of the drive wheel.
  • each wing of the impeller has on one or both of its side surfaces at least one additional pressure medium channel, which extends from its lower end face and is hydraulically connected directly or indirectly to at least one of the pressure chambers of the device adjacent to the respective wing.
  • this additional pressure medium channel on one or both side surfaces (s) of each wing is preferably arranged on or near the longitudinal central axis of each wing in order to achieve a uniform pressure build-up on its pressure application surface and an axial tilting of the wing in to avoid its holding groove.
  • the direct or indirect hydraulic connection with at least one of the pressure chambers adjacent to the respective wing of the device is achieved by a variable length of the additional pressure medium channel in such a way that it ends either above or below or exactly at the level of the circumferential surface of the wheel hub of the impeller ,
  • This is one Adjustment of the pressure medium pressure acting on the pressure attack surface of the wing possible in such a way that with decreasing length of the additional pressure medium channel in the direction of the pressure attack surface of the wing the pressure medium pressure building up on the pressure attack surface can be reduced.
  • the latter is preferably designed as a radial groove which is machined into the lower end face of the wing and extends from one side surface to the other side surface of the wing.
  • This radial groove has a length that ends below the circumferential surface of the wheel hub of the impeller and is thus indirectly hydraulically connected to both pressure chambers of the device adjoining the vanes.
  • the radial groove preferably has a width approximately corresponding to the thickness of the wing and is incorporated directly into the wing along the longitudinal central axis thereof.
  • the width of the radial groove and / or its arrangement with respect to the longitudinal central axis of the wing can also be made variable.
  • the possible pressure medium leaks between the two pressure chambers of the device adjoining each wing via an additional pressure medium channel designed in this way are avoided, at least when pressure is applied to only one pressure chamber of the hydraulic working spaces of the device, in that the wings are subjected to a slight tilting movement due to the one-sided pressure application Carry out axial retaining groove in the direction of the pressure-free pressure chamber. Due to the linear arrangement of their the unpressurized Side surfaces delimiting pressure chambers at the transition edge of their axial holding grooves to the circumferential surface to the wheel hub of the impeller, the blades then automatically form a gap seal to the unpressurized pressure chambers, with which a transfer of the hydraulic pressure medium from one pressure chamber to the other pressure chamber is avoided.
  • the additional pressure medium channel designed as a radial groove on each wing with a length ending exactly on or above the circumferential surface of the wheel hub of the impeller and thus to connect it hydraulically directly to the two pressure chambers of the device adjoining each wing.
  • this allows the pressure build-up on the pressure application surface of the wing to be accelerated in an advantageous manner, on the other hand, however, the resulting increased pressure medium leakages between the two pressure chambers and the resulting reduced pressure medium pressure must be taken into account.
  • the additional pressure medium channel on one or both side surfaces of the wing is preferably formed by two subchannels, each machined into a side surface of the wing, which are designed as a radial impression or basic groove in the wing.
  • Each of these subchannels again has a length that preferably ends below the circumferential surface of the wheel hub of the impeller and is thus indirectly hydraulically connected to a pressure chamber of the device adjacent to the wing.
  • the sub-channels preferably have a width corresponding approximately to the thickness of the wing and are machined into the side surfaces of the wing along its longitudinal central axis with a depth corresponding to approximately one third of the thickness of the wing ,
  • a sub-channel in each side surface of the wing with such a width it is also possible to subdivide each sub-channel into two or more narrower channel arms, which are arranged parallel to one another and symmetrically to the longitudinal central axis of the wing on each side surface of the wing. It can also, for example, if the disadvantageous radial displacement of the vanes of the impeller only when pressure is applied.
  • the device designed according to the invention for changing the control times of gas exchange valves of an internal combustion engine, in particular hydraulic camshaft adjusting device of the rotary piston type thus has the advantage over the devices known from the prior art that when one or both pressure chambers are pressurized, each hydraulic one Working space of the device, the so-called "wing immersion", ie the radial displacement of the wings resulting from the pressure build-up in the sealing gap between the upper end face of each wing of the impeller and the inside of the peripheral wall of the drive wheel against the force of its spring elements is effectively avoided the targeted introduction of the pressure force of the hydraulic pressure medium onto the lower end face of each wing, which is designed as a pressure application surface, so that this is in addition to the force of its spring elements by the pressure force of the hydr aul pressure medium with its upper end faces are pressed radially against the inside of the peripheral wall of the drive wheel.
  • an additional pressure medium channel starting from its lower end face is necessary, can be mentioned as
  • FIG 1 shows the longitudinal section A-A according to Figure 2 through an inventive device
  • Figure 2 shows the cross section B-B of Figure 1 by a device designed according to the invention
  • FIG. 3 shows the enlarged front view of a first embodiment of a wing of an impeller
  • Figure 4 shows the cross section C-C of Figure 3 through the first embodiment of a wing of the impeller
  • Figure 5 is an enlarged partial view of the cross section of Figure 2 with the first embodiment of a wing of the impeller in the assembly position;
  • FIG. 6 shows the enlarged front view of a second embodiment of a wing of the impeller
  • FIG. 7 shows the cross section DD of Figure 6 by the second embodiment of a wing of the impeller in two ways;
  • FIG. 8 shows the enlarged front view of a variant of the second embodiment of a wing of the impeller;
  • FIG. 9 shows the cross section E-E according to FIG. 8 through the variant of the second embodiment of a wing of the impeller in two
  • a device 1 designed as a hydraulic camshaft adjusting device in the form of a rotary piston, for changing the timing of gas exchange valves of an internal combustion engine
  • a device 2 which device consists of a drive wheel 2 and 2, which is designed as an outer rotor and is in drive connection with a crankshaft of the internal combustion engine, not shown an impeller 10 designed as an inner rotor and non-rotatably connected to the camshaft 9 of the internal combustion engine.
  • the drive wheel 2 has a cavity 6 formed by a peripheral wall 3 and two side walls 4, 5, in which five hydraulic working spaces 8 are formed by five boundary walls 7 which extend from the inside of the peripheral wall 3 and are directed towards the longitudinal center axis of the drive wheel 2. It can also be seen from FIGS.
  • the impeller 10 on the circumference of its wheel hub 11 likewise has five vanes 13 each arranged in an axial retaining groove 12 and is inserted into the cavity 6 of the drive wheel 2 such that each vane 13 radially engages in one Working space 8 of the drive wheel 2 extends and divided into two hydraulic pressure chambers 14, 15 acting against each other.
  • Each vane 13 of the impeller 10 is clearly visible by the force of a spring element 17 arranged on its lower end face 16 in the axial holding groove 12 with its upper end face 18 pressed radially against the inside of the peripheral wall 3 of the drive wheel 2, so that the pressure chambers 14, 15 are sealed off from one another and, with optional or simultaneous pressurization with a hydraulic pressure medium, a pivoting cause movement or fixation of the impeller 10 relative to the drive wheel 2 and thus the camshaft 9 relative to the crankshaft.
  • each vane 13 of the impeller 10 is at the same time designed as its radial pressure application surface for the hydraulic pressure medium and each vane 13 on one or both side surfaces 19, 20 at least one of its lower end face 16 outgoing total having tzlichen pressure fluid channel 21, which is connected to at least one of the adjacent blades 13 at the respective pressure chambers 14, 15 of the device 1 directly or indirectly hydraulically.
  • this is designed as a radial groove which is worked into the lower end face 16 of the wing 13 along its longitudinal central axis and is continuous from one side surface 19 to the other side surface 20 of the wing 13.
  • This radial groove has a length ending below the circumferential surface 22 of the wheel hub 11 of the impeller 10, which is indicated by the dashed line, and is thus indirectly hydraulically connected to both pressure chambers 14, 15 of the device 1 adjoining the vanes 13.
  • this is formed by two sub-channels 23, 24, which are also incorporated opposite each other along the longitudinal central axis in a side surface 19, 20 of the wing 13 and as a radial impression or basic groove are trained.
  • these subchannels 23, 24 also have a length ending below the circumferential surface 22 of the wheel hub 11 of the impeller 10 indicated by a dashed line, so that the subchannel 23 with the one pressure chamber 14 adjoining the vane 13 and the subchannel 24 is indirectly hydraulically connected to the other pressure chamber 15 adjoining the wing 13.
  • FIGS. 8 and 9 it is further shown in FIGS. 8 and 9 that it can also be advantageous to subdivide the partial channels 23, 24 into two channel arms 23 'and 23 "and 24' and 24" , which are also formed as a radial indentation or basic groove and are incorporated opposite each other symmetrically next to the longitudinal axis in the side surfaces 19, 20 of the wing 13.
  • the pressure medium leaks which are also possible in the case of a pressure medium channel 21 subdivided into partial channels 23, 24 or in channel arms 23 ', 23 "and 24', 24", between the two pressure chambers 14, 15 adjoining each vane 13 become, moreover, as with the first Embodiment avoided by the automatic gap seal of the wings 13 indicated in FIG. 5 and described above when pressure is applied from one side.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine hydraulische Nockenwellen-Verstelleinrichtung in Rotationskolbenbauart, welche aus einem mit einer Kurbelwelle in Antriebsverbindung stehenden Antriebsrad (2) und aus einem drehfest mit einer Nockenwelle (9) verbundenen Flügelrad (10) besteht. Das Antriebsrad (2) weist einen durch eine Umfangswand (3) und zwei Seitenwände (4, 5) gebildeten Hohlraum auf, in dem durch mindestens zwei Begrenzungswände (7) mindestens ein hydraulischer Arbeitsraum gebildet wird. Das Flügelrad (10) weist mindestens einen radialen Flügel (13) auf und unterteilt mit jedem Flügel (13) einen hydraulischen Arbeitsraum in zwei hydraulische Druckkammern. Jeder Flügel (13) des Flügelrades (10) wird dabei durch ein Federelement (17) mit seiner oberen Stirnseite (8) an die Umfangswand (3) des Antriebsrades (2) angepresst. Erfindungsgemäss ist jeder Flügel (13) des Flügelrades (10) zusätzlich durch die gezielt auf seine untere Stirnseite (16) einleitbare Druckkraft des hydraulischen Druckmittels mit seiner oberen Stirnseite (18) radial gegen die Umfangswand (3) des Antriebsrades (2) anpressbar, indem dieser an einer oder an beiden seiner Seitenflächen mindestens einen von dessen unterer Stirnseite (16) ausgehenden zusätzlichen Druckmittelkanal (21) aufweist.

Description

Bezeichnung der Erfindung
Vorrichtung zum Verändern der Steuerzeiten von Gaswechselventilen einer Brennkraftmaschine
Beschreibung
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Verändern der Steuerzeiten von Gaswechselventilen einer Brennkraftmaschine nach den oberbegriffsbildenden Merkmalen des Anspruchs 1 , und sie ist insbesondere vorteilhaft an hydraulischen Nockenwellen-Versteileinrichtungen in Rotationskolbenbauart realisierbar.
Hintergrund der Erfindung
Eine derartige Vorrichtung ist gattungsbildend aus der EP 0 818 610 A2 vorbekannt. Diese, als sogenannte Flügelzellen-Verstelleinrichtung ausgebildete Vorrichtung besteht zum einen aus einem als Außenrotor ausgebildeten, mit einer Kurbelwelle der Brennkraftmaschine in Antriebsverbindung stehenden Antriebsrad, welches einen durch eine hohizylindrische Umfangswand und zwei Seitenwände gebildeten Hohlraum aufweist. In diesem Hohlraum werden durch fünf von der Innenseite der Umfangswand ausgehende und zur Längsmittelachse der Vorrichtung gerichtete Begrenzungswände fünf hydraulischer Arbeitsräume gebildet. Zum anderen besteht die Vorrichtung aus einem als Innenrotor ausgebildeten, drehfest mit einer Nockenwelle der Brennkraftmaschine verbundenen Flügelrad, welches in den Hohlraum des Antriebsrades eingesetzt ist. Am Umfang seiner Radnabe weist das Flügelrad wiederum fünf jeweils in einer axialen Haltenut angeordnete Flügel auf, die sich radial in je- weils einen hydraulischen Arbeitsraum des Antriebrades erstrecken und diese in jeweils zwei gegeneinander wirkende hydraulische Druckkammern unterteilen. Jeder Flügel des Flügelrades wird dabei durch die Kraft eines an seiner unteren Stirnseite in der axialen Haltenut angeordneten Federelementes mit seiner oberen Stirnseite radial an die Innenseite der Umfangswand des Antriebsrades angepreßt. Dadurch sind die Druckkammern jedes hydraulischen Arbeitsraumes gegeneinander abgedichtet und bewirken bei wahlweiser oder gleichzeitiger Druckbeaufschlagung mit einem hydraulischen Druckmittel eine Schwenkbewegung oder Fixierung des Flügelrades gegenüber dem Antriebs- rad und damit der Nockenwelle gegenüber der Kurbelwelle.
Nachteilig bei dieser bekannten Vorrichtung ist es, daß es bei Druckbeaufschlagung einer oder beider Druckkammer(n) jedes hydraulischen Arbeitsraumes auch zu einem Druckaufbau im Dichtspalt zwischen der oberen Stirnseite jedes Flügels und der Innenseite der Umfangswand des Antriebsrades kommt. Übersteigt dabei die Druckkraft den Wert der Federkraft des an der unteren Stirnseite jedes Flügel angeordneten Federelementes, kann es trotz dieser Federelemente zu einem sogenannten „Flügeleintauchen", d. h. zu einer Radialverschiebung der Flügel entgegen der Kraft ihrer Federelemente, kommen. Dies verursacht wiederum erhöhte Druckmittelleckagen zwischen den einzelnen Druckkammern der hydraulischen Arbeitsräume, so daß es zu einer schlechteren hydraulischen Einspannung des Flügelrades gegenüber dem Antriebsrad kommt. Darüber hinaus sind diese erhöhten Druckmittelleckagen ursächlich für größere Abweichungen des vorgegebenen Verstellwinkels zwi- sehen Nockenwelle und Kurbelwelle sowie für verlangsamte Verstellzeiten der Vorrichtung.
Aufgabe der Erfindung
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Verändern der Steuerzeiten von Gaswechselventilen einer Brennkraftmaschine, insbesondere hydraulische Nockenwellen-Verstelleinrichtung in Rotationskolbenbauart, zu konzipieren, bei welcher die aus dem Druckaufbau im Dichtspalt zwischen der oberen Stirnseite jedes Flügels des Flügelrades und der Innenseite der Umfangswand des Antriebsrades resultierende Radialverschiebung der Flügel entgegen der Kraft ihrer Federelemente wirksam vermieden wird.
Zusammenfassung der Erfindung
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einer Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 derart gelöst, daß bei Druckbeaufschlagung einer oder beider Druckkammern(n) jedes hydraulischen Arbeitsraumes der Vorrichtung jeder Flügel des Flügelrades zusätzlich zur Kraft seines Federelementes durch die gezielt auf seine untere Stirnseite einleitbare Druckkraft des hydraulischen Druckmittels mit seiner oberen Stirnseite radial gegen die Innenseite der Umfangswand des Antriebsrades anpreßbar ist.
In zweckmäßiger Weiterbildung der Erfindung ist dabei die gesamte untere Stirnseite des Flügels des Flügelrades zugleich als dessen in Radialrichtung zur Umfangswand des Antriebsrades wirkende Druckangriffsfläche für das hydraulische Druckmittel ausgebildet. Darüber hinaus weist jeder Flügel an einer oder an beiden seiner Seitenflächen mindestens einen von dessen unterer Stirnseite ausgehenden zusätzlichen Druckmittelkanal auf, welcher mit zumindest einer der an den jeweiligen Flügel angrenzenden Druckkammern der Vorrichtung direkt oder indirekt hydraulisch verbunden ist.
Dieser zusätzliche Druckmittelkanal an einer oder beiden Seitenflächen(n) je- des Flügels ist in weiterer Ausgestaltung der Erfindung je nach Ausführungsform bevorzugt auf oder nahe der Längsmittelachse jedes Flügels angeordnet, um einen gleichmäßigen Druckaufbau an dessen Druckangriffsfläche zu erreichen und ein axiales Verkippen des Flügels in dessen Haltenut zu vermeiden. Die direkte oder indirekte hydraulische Verbindung mit zumindest einer der an den jeweiligen Flügel angrenzenden Druckkammern der Vorrichtung wird dagegen durch eine variable Länge des zusätzlichen Druckmittelkanals in der Art erreicht, daß dieser wahlweise oberhalb oder unterhalb oder genau auf der Höhe der Umfangsfläche der Radnabe des Flügelrades endet. Dadurch ist eine Einstellung des auf die Druckangriffsfläche des Flügels wirkenden Druckmitteldrucks dahingehend möglich, daß mit abnehmender Länge des zusätzlichen Druckmittelkanals in Richtung der Druckangriffsfläche des Flügels der sich an der Druckangriffsfläche aufbauende Druckmitteldruck reduziert werden kann. Dies bedeutet, daß bei einem zusätzlichen Druckmittelkanal mit oberhalb oder genau auf der Höhe der Umfangsfläche der Radnabe des Flügelrades endender Länge der Druckmitteldruck in der mit dem Druckmittelkanal direkt verbundenen Druckkammer auch an der Druckangriffsfläche des Flügels anliegt. Je weiter jedoch der zusätzliche Druckmittelkanal unterhalb der Höhe der Um- fangsfläche der Radnabe des Flügelrades endet, desto geringer wird der durch den Spalt zwischen der Seitenfläche des Flügels und der Nutwand der Haltenut des Flügels gedrosselte Druckmitteldruck an der Druckangriffsfläche des Flügels.
In einer besonders vorteilhaften ersten Ausführungsform des zusätzlichen Druckmittelkanals an einer oder an beiden Seitenflächen jedes Flügels ist dieser bevorzugt als in die untere Stirnseite des Flügels eingearbeitete und von einer Seitenfläche zur anderen Seitenfläche des Flügels durchgehende Radialnut ausgebildet. Diese Radialnut weist eine unterhalb der Umfangsfläche der Radnabe des Flügelrades endende Länge auf und ist somit mit beiden an den Flügel angrenzenden Druckkammern der Vorrichtung indirekt hydraulisch verbunden. Darüber hinaus weist die Radialnut bevorzugt eine etwa der Dicke des Flügels entsprechende Breite auf und ist direkt entlang der Längsmittelachse des Flügels in diesen eingearbeitet. Die Breite der Radialnut und/oder deren Anordnung in Bezug auf die Längsmittelachse des Flügels kann jedoch auch variabel gestaltet werden. Die über einen derart ausgebildeten zusätzlichen Druckmittelkanal möglichen Druckmittelleckagen zwischen den beiden an jeden Flügel angrenzenden Druckkammern der Vorrichtung werden dabei zumindest bei Druckbeaufschlagung nur jeweils einer Druck- kammer der hydraulischen Arbeitsräume der Vorrichtung dadurch vermieden, daß die Flügel durch die einseitige Druckbeaufschlagung eine leichte Kippbewegung innerhalb ihrer axialen Haltenut in Richtung der jeweils drucklosen Druckkammer vollführen. Durch die linienförmige Anlage ihrer die drucklosen Druckkammern begrenzenden Seitenflächen an der Übergangskante ihrer axialen Haltenuten zur Umfangsfläche zur Radnabe des Flügelrades bilden die Flügel dann selbsttätig eine Spaltdichtung zu den drucklosen Druckkammern, mit der ein Übertritt des hydraulischen Druckmittels von einer Druckkammer zur anderen Druckkammer vermieden wird. Möglich ist es jedoch auch, den als Radialnut ausgebildeten zusätzlichen Druckmittelkanal an jedem Flügel mit einer genau auf oder oberhalb der Umfangsfläche der Radnabe des Flügelrades endenden Länge auszubilden und somit direkt mit den beiden an jeden Flügel angrenzenden Druckkammern der Vorrichtung hydraulisch zu verbinden. Dadurch kann einerseits der Druckaufbau an der Druckangriffsfläche des Flügels in vorteilhafter Weise beschleunigt werden, andererseits müssen jedoch die dadurch auftretenden verstärkten Druckmittelleckagen zwischen den beiden Druckkammern und der daraus resultierende verminderte Druckmitteldruck berücksichtigt werden.
Bei einer ebenso vorteilhaften zweiten Ausführungsform des zusätzlichen Druckmittelkanals an einer oder beiden Seitenflächen(n) des Flügels wird dieser dagegen bevorzugt durch zwei jeweils in eine Seitenfläche des Flügels eingearbeitete Teilkanäle gebildet, die als radiale Einprägung oder Grundnut im Flügel ausgebildet sind. Jeder dieser Teilkanäle weist dabei wieder eine bevorzugt unterhalb der Umfangsfläche der Radnabe des Flügelrades endende Länge auf und ist somit jeweils mit einer an den Flügel angrenzenden Druckkammer der Vorrichtung indirekt hydraulisch verbunden. Darüber hinaus weisen die Teilkanäle, ebenso wie bei der ersten Ausführungsform des zusätzli- chen Druckmittelkanals, bevorzugt eine etwa der Dicke des Flügels entsprechende Breite auf uns sind mit einer etwa einem Drittel der Dicke des Flügels entsprechenden Tiefe entlang seiner Längsmittelachse in die Seitenflächen des Flügels eingearbeitet. Anstelle eines Teilkanals in jeder Seitenfläche des Flügels mit einer derartigen Breite ist es jedoch auch möglich, jeden Teilkanal in zwei oder mehrere schmalere Kanalarme zu unterteilen, die parallel zueinander und symmetrisch zur Längsmittelachse des Flügels an jeder Seitenfläche des Flügels angeordnet sind. Ebenso kann es, beispielsweise wenn die nachteilige Radialverschiebung der Flügel des Flügelrades nur bei Druckbeauf- schlagung der einen Druckkammer der Vorrichtung vermieden werden soll, von Vorteil sein, nur einen oder mehrere dieser Teilkanäle oder Kanalarme in nur eine Seitenfläche jedes Flügels einzuarbeiten. Unabhängig davon werden die über einen derartigen zusätzlichen Druckmittelkanal möglichen Druckmittel- leckagen zwischen den beiden an jeden Flügel angrenzenden Druckkammern der Vorrichtung, wie bei der ersten Ausführungsform, wieder durch die bei einseitiger Druckbeaufschlagung linienförmige Anlage der Seitenflächen der Flügel an der Übergangskante ihrer axialen Haltenuten zur Umfangsfläche der Radnabe des Flügelrades vermieden. Darüber hinaus ist es auch bei dieser Ausführungsform zum beschleunigten Druckaufbau an der Druckangriffsfläche jedes Flügels möglich, den in Teilkanäle oder auch in Kanalarme unterteilten zusätzlichen Druckmittelkanal mit einer genau auf oder oberhalb der Umfangsfläche der Radnabe des Flügelrades endenden Länge auszubilden und somit direkt mit den beiden an jeden Flügel angrenzenden Druckkammern der Vor- richtung hydraulisch zu verbinden, wobei jedoch auch hier die verstärkten Druckmittelleckagen zwischen den beiden Druckkammern zu berücksichtigen sind.
Die erfindungsgemäß ausgebildete Vorrichtung zum Verändern der Steuerzei- ten von Gaswechselventilen einer Brennkraftmaschine, insbesondere hydraulische Nockenwellen-Verstelleinrichtung in Rotationskolbenbauart, weist somit gegenüber den aus dem Stand der Technik bekannten Vorrichtungen den Vorteil auf, daß bei Druckbeaufschlagung einer oder beider Druckkammer(n) jedes hydraulischen Arbeitsraumes der Vorrichtung das sogenannte „Flügel- eintauchen", d. h. die aus dem Druckaufbau im Dichtspalt zwischen der oberen Stirnseite jedes Flügels des Flügelrades und der Innenseite der Umfangswand des Antriebsrades resultierende Radialverschiebung der Flügel entgegen der Kraft ihrer Federelemente wirksam vermieden wird. Dies erfolgt erfindungsgemäß durch die gezielte Einleitung der Druckkraft des hydraulischen Druckmit- tels auf die als Druckangriffsfläche ausgebildete untere Stirnseite jedes Flügels, so daß diese zusätzlich zur Kraft ihrer Federelemente durch die Druckkraft des hydraulischen Druckmittels mit ihren oberen Stirnseiten radial gegen die Innenseite der Umfangswand des Antriebsrades angepreßt werden. Da hierzu lediglich an einer oder an beiden Seitenfläche(n) jedes Flügels ein von dessen unterer Stirnseite ausgehender zusätzlicher Druckmittelkanal notwendig ist, kann als weiterer Vorteil der erfindungsgemäß ausgebildeten Vorrichtung deren kostengünstige Herstellung genannt werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. In den dazugehörigen Zeichnungen zeigen dabei:
Figur 1 den Längsschnitt A-A nach Figur 2 durch eine erfindungsgemäß ausgebildete Vorrichtung;
Figur 2 den Querschnitt B-B nach Figur 1 durch eine erfindungsgemäß ausgebildete Vorrichtung;
Figur 3 die vergrößerte Vorderansicht einer ersten Ausführungsform eines Flügels eines Flügelrades;
Figur 4 den Querschnitt C-C nach Figur 3 durch die erste Ausführungsform eines Flügels des Flügelrades;
Figur 5 eine vergrößerte Teilansicht des Querschnittes nach Figur 2 mit der ersten Ausführungsform eines Flügels des Flügelrades in Montagestellung;
Figur 6 die vergrößerte Vorderansicht einer zweiten Ausführungsform eines Flügels des Flügelrades;
Figur 7 den Querschnitt D-D nach Figur 6 durch die zweite Ausführungsform eines Flügels des Flügelrades in zwei Möglichkeiten; Figur 8 die vergrößerte Vorderansicht einer Variante der zweiten Ausführungsform eines Flügels des Flügelrades;
Figur 9 den Querschnitt E-E nach Figur 8 durch die Variante der zwei- ten Ausführungsform eines Flügels des Flügelrades in zwei
Möglichkeiten.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
Aus den Figuren 1 und 2 geht deutlich eine als hydraulische Nockenwellen- Versteileinrichtung in Rotationskolbenbauart ausgebildete Vorrichtung 1 zum Verändern der Steuerzeiten von Gaswechselventilen einer Brennkraftmaschine hervor, welche aus einem als Außenrotor ausgebildeten, mit einer nicht dargestellten Kurbelwelle der Brennkraftmaschine in Antriebsverbindung stehenden Antriebsrad 2 und aus einem als Innenrotor ausgebildeten, drehfest mit der Nockenwelle 9 der Brennkraftmaschine verbundenen Flügelrad 10 besteht. Das Antriebsrad 2 weist dabei einen durch eine Umfangswand 3 und zwei Seitenwände 4, 5 gebildeten Hohlraum 6 auf, in welchem durch fünf von der Innenseite der Umfangswand 3 ausgehende und zur Längsmittelachse des An- triebsrades 2 gerichtete Begrenzungswände 7 fünf hydraulische Arbeitsräume 8 gebildet werden. Desweiteren ist den Figuren 1 und 2 entnehmbar, daß das Flügelrad 10 am Umfang seiner Radnabe 11 ebenfalls fünf jeweils in einer axialen Haltenut 12 angeordnete Flügel 13 aufweist und derart in den Hohlraum 6 des Antriebsrades 2 eingesetzt ist, daß jeder Flügel 13 sich radial in einen Arbeitsraum 8 des Antriebsrades 2 erstreckt und diesen in jeweils zwei gegeneinander wirkende hydraulische Druckkammern 14, 15 unterteilt. Deutlich sichtbar wird dabei jeder Flügel 13 des Flügelrades 10 durch die Kraft eines an seiner unteren Stirnseite 16 in der axialen Haltenut 12 angeordneten Federelementes 17 mit seiner oberen Stirnseite 18 radial an die Innenseite der Umfangswand 3 des Antriebsrades 2 angepreßt, so daß die Druckkammern 14, 15 gegeneinander abgedichtet sind und bei wahlweiser oder gleichzeitiger Druckbeaufschlagung mit einem hydraulischen Druckmittel eine Schwenkbe- wegung oder Fixierung des Flügelrades 10 gegenüber dem Antriebsrad 2 und damit der Nockenwelle 9 gegenüber der Kurbelwelle bewirken.
Um bei Druckbeaufschlagung einer oder beider Druckkammer(n) 14, 15 jedes hydraulischen Arbeitsraumes 8 der Vorrichtung 1 ein aus dem Druckaufbau im Dichtspalt zwischen der oberen Stirnseite 18 jedes Flügels 13 und der Innenseite der Umfangswand 3 resultierendes „Flügeleintauchen" zu vermeiden, ist erfindungsgemäß jeder Flügel 13 des Flügelrades 10 zusätzlich zur Kraft seines Federelementes 17 durch die gezielt auf seine untere Stirnseite 16 einleit- bare Druckkraft des hydraulischen Druckmittels mit seiner oberen Stirnseitel 8 radial gegen die Innenseite der Umfangswand 3 des Antriebsrades 2 anpreßbar. Aus Figur 1 ist dabei ersichtlich, daß zu diesem Zweck die gesamte untere Stirnseite 16 jedes Flügels 13 des Flügelrades 10 zugleich als dessen in Radialrichtung wirkende Druckangriffsfläche für das hydraulische Druckmittel ausgebildet ist und jeder Flügel 13 an einer oder an beiden Seitenfläche(n) 19, 20 mindestens einen von dessen unterer Stirnseite 16 ausgehenden zusätzlichen Druckmittelkanal 21 aufweist, welcher mit zumindest einer der an den jeweiligen Flügel 13 angrenzenden Druckkammern 14, 15 der Vorrichtung 1 direkt oder indirekt hydraulisch verbunden ist.
Bei der in den Figuren 3 und 4 gezeigten ersten Ausführungsform des zusätzlichen Druckmittelkanals 21 ist dieser als in die untere Stirnseite 16 des Flügels 13 entlang seiner Längsmittelachse eingearbeitete und von einer Seitenfläche 19 zur anderen Seitenfläche 20 des Flügels 13 durchgehende Radialnut aus- gebildet. Diese Radialnut weist eine unterhalb der als Strichellinie angedeuteten Umfangsfläche 22 der Radnabe 11 des Flügelrades 10 endende Länge auf und ist somit mit beiden an den Flügeln 13 angrenzenden Druckkammern 14, 15 der Vorrichtung 1 indirekt hydraulisch verbunden. Die stark idealisierte Darstellung in Figur 5 verdeutlicht dabei, daß die über eine solche Radialnut mög- liehen Druckmittelleckagen zwischen den beiden an jeden Flügeln 13 angrenzenden Druckkammern 14, 15 zumindest bei Druckbeaufschlagung nur jeweils einer Druckkammer 14 oder 15 der hydraulischen Arbeitsräume 8 derart vermieden werden, daß die Flügel 13 durch die mit Pfeilen angedeutete einseitige Druckbeaufschlagung eine leichte Kippbewegung innerhalb ihrer axialen Haltenuten 12 vollführen und durch die linienförmige Anlage ihrer Seitenflächen 20 an der Übergangskante ihrer axialen Haltenuten 12 zur Umfangsfläche 22 der Radnabe 11 des Flügelrades 10 selbsttätig eine Spaltdichtung bilden.
Bei der in den Figuren 6 und 7 dargestellten zweiten Ausführungsform des zusätzlichen Druckmittelkanals 21 wird dieser dagegen durch zwei Teilkanäle 23, 24 gebildet, die sich gegenüberliegend ebenfalls entlang der Längsmittelachse jeweils in eine Seitenfläche 19, 20 des Flügels 13 eingearbeitet und als radiale Einprägung oder Grundnut ausgebildet sind. Wie bei der ersten Ausführungsform weisen auch diese Teilkanäle 23, 24 eine unterhalb der durch eine Strichellinie angedeuteten Umfangsfläche 22 der Radnabe 11 des Flügelrades 10 endende Länge auf, so daß der Teilkanal 23 mit der einen an den Flügel 13 angrenzenden Druckkammer 14 und der Teilkanal 24 mit der anderen an den Flügel 13 angrenzenden Druckkammer 15 indirekt hydraulisch verbunden ist. Mit der unteren Darstellung in Figur 7 soll darüber hinaus angedeutet werden, daß es auch möglich ist, nur einen Teilkanal 23 in die Seitenfläche 19 des Flügels 13 bzw., ohne dies näher darzustellen, nur einen Teilkanal 24 in die Seitenfläche 20 des Flügels 13 einzuarbeiten. Als Alternative zu dieser zweiten Ausführungsform des zusätzlichen Druckmittelkanals 21 ist des weiteren in den Figuren 8 und 9 dargestellt, daß es auch vorteilhaft sein kann, die Teilkanäle 23, 24 in jeweils zwei Kanalarme 23' und 23" sowie 24' und 24" zu unterteilen, die ebenso als radiale Einprägung oder Grundnut ausgebildet sowie sich gegenüberliegend symmetrisch neben der Längsachse in die Seitenflächen 19, 20 des Flügels 13 eingearbeitet sind. Die untere Darstellung in Figur 9 soll dabei wiederum nur die Möglichkeit andeuten, beispielsweise nur die beiden Kanalarme 23' und 23" in die Seitenfläche 19 des Flügels 13 oder nur die beiden Kanalarme 24' und 24" in nicht näher dargestellter Weise in die Seitenfläche 20 des Flügels 13 einzuarbeiten. Auch dieser in Kanalarme 23', 23" und 24', 24" unterteilte zusätzliche Druckmittelkanal 21 endet unterhalb der durch Strichellinie angedeuteten Umfangsfläche 22 der Radnabe 11 des Flügelrades 10 und ist somit in gleicher Weise wie die Ausführung gemäß der Figuren 6 und 7 mit den an den Flügel 13 angrenzenden Druckkammern 14, 15 indirekt hydraulisch verbunden. Die auch bei einem in Teilkanäle 23, 24 oder in Kanalarme 23', 23" und 24', 24" unterteilten Druckmittelkanal 21 möglichen Druckmittel leckagen zwischen den beiden an jedem Flügel 13 angrenzenden Druckkammern 14, 15 werden im Übrigen, ebenso wie bei der ersten Ausführungsform, durch die in Figur 5 angedeutete und oben beschriebene selbsttätige Spaltdichtung der Flügel 13 bei einseitiger Druckbeaufschlagung vermieden.
Bezugszahlenliste
Vorrichtung
Antriebsrad
Umfangswand
Seitenwand
Seitenwand
Hohlraum
Begrenzungswände
Arbeitsraum
Nockenwelle
Flügelrad
Radnabe
Haltenut
Flügel
Druckkammer
Druckkammer untere Stirnseite
Federelement obere Stirnseite
Seitenfläche
Seitenfläche
Druckmittelkanal
Umfangsfläche
Teilkanal ' Kanalarm " Kanalarm
Teilkanal ' Kanalarm " Kanalarm

Claims

Patentansprüche
Vorrichtung zum Verändern der Steuerzeiten von Gaswechselventilen einer Brennkraftmaschine, insbesondere hydraulische Nockenwellen-Verstelleinrich- tung in Rotationskolbenbauart, mit im wesentlichen folgenden Merkmalen:
■ die Vorrichtung (1 ) besteht aus einem als Außenrotor ausgebildeten, mit einer Kurbelwelle der Brennkraftmaschine in Antriebsverbindung stehendem Antriebsrad (2), welches einen durch eine hohizylindrische Umfangswand (3) und zwei Seitenwände (4, 5) gebildeten Hohlraum (6) aufweist,
■ im Hohlraum (6) des Antriebsrades (2) wird durch mindestens zwei von der Innenseite der Umfangswand (3) ausgehende und zur Längsmittelachse des
Antriebsrades (2) gerichtete Begrenzungswände (7) mindestens ein hydraulischer Arbeitsraum (8) gebildet,
■ die Vorrichtung (1 ) besteht weiterhin aus einem als Innenrotor ausgebil- deten, drehfest mit einer Nockenwelle (9) der Brennkraftmaschine verbundenem Flügelrad (10), welches in den Hohlraum (6) des Antriebsrades (2) eingesetzt ist,
■ das Flügelrad (10) weist am Umfang seiner Radnabe (11) mindestens einen, in einer axialen Haltenut (12) angeordneten Flügel (13) auf, der sich radial in einen Arbeitsraum (8) des Antriebsrades (2) erstreckt und diesen in jeweils zwei gegeneinander wirkende hydraulische Druckkammern (14, 15) unterteilt,
■ jeder Flügel (13) des Flügelrades (10) wird durch die Kraft eines an sei- ner unteren Stirnseite (16) in der axialen Haltenut (12) angeordneten Fe- der-elementes (17) mit seiner oberen Stirnseite (18) radial an die Innenseite der Umfangswand (3) des Antriebsrades (2) angepreßt,
■ die Druckkammern (14, 15) bewirken bei wahlweiser oder gleichzeitiger Druckbeaufschlagung mit einem hydraulischen Druckmittel eine Schwenkbewegung oder Fixierung des Flügelrades (10) gegenüber dem Antriebsrad (2) und damit der Nockenwelle (9) gegenüber der Kurbelwelle,
dadurch gekennzeichnet, daß
■ bei Druckbeaufschlagung einer oder beider Druckkammer(n) (14, 15) jedes hydraulischen Arbeitsraumes (8) der Vorrichtung (1) jeder Flügel (13) des Flügelrades (10) zusätzlich zur Kraft seines Federelementes (17) durch die gezielt auf seine untere Stirnseite (16) einleitbare Druckkraft des hydraulischen Druckmittels mit seiner oberen Stirnseite (18) radial gegen die Innenseite der Umfangswand (3) des Antriebsrades (2) anpreßbar ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß
■ die gesamte untere Stirnseite (16) jedes Flügels (13) des Flügelrades (10) zugleich als dessen in Radialrichtung wirkende Druckangriffsfläche für das hydraulische Druckmittel ausgebildet ist und
■ jeder Flügel (13) an einer oder beiden Seitenfläche(n) (19, 20) mindestens einen von dessen unterer Stirnseite (16) ausgehenden zusätzlichen Druckmittelkanal (21 ) aufweist,
■ welcher mit zumindest einer der an den jeweiligen Flügel (13) angrenzen- den Druckkammern (14, 15) der Vorrichtung (1) direkt oder indirekt hydraulisch verbunden ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß
■ der zusätzliche Druckmittelkanal (21) an einer oder beiden Seitenfläche(n) (14, 15) jedes Flügels (13) bevorzugt auf oder nahe der Längsmittelachse jedes Flügels (13) angeordnet ist und
■ durch eine wahlweise oberhalb oder unterhalb oder genau auf der Höhe der Umfangsfläche (22) der Radnabe (11 ) des Flügelrades (10) endende Länge direkt oder indirekt mit zumindest einer der an den Flügel (13) angrenzenden Druckkammern (14, 15) der Vorrichtung (1) hydraulisch verbunden ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß
■ der zusätzliche Druckmittelkanal (21) bevorzugt als in die untere Stirnseite (16) des Flügels (13) eingearbeitete und von einer Seitenfläche (19) zur anderen Seitenfläche (20) des Flügels (13) durchgehende Radialnut ausgebildet ist,
■ welche eine unterhalb der Umfangsfläche (22) der Radnabe (11) des Flügelrades (10) endende Länge aufweist und mit beiden an den Flügel (13) angrenzenden Druckkammern (14, 15) der Vorrichtung (1) indirekt hydraulisch verbunden ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß
■ der zusätzliche Druckmittelkanal (21 ) bevorzugt durch zumindest zwei jeweils in eine Seitenfläche (19, 20) des Flügels (13) eingearbeitete und als radiale Einprägung oder Grundnut ausgebildete Teilkanäle (23, 24) gebildet wird,
■ welche eine unterhalb der Umfangsfläche (22) der Radnabe (11) des Flügelrades (10) endende Länge aufweisen und jeweils mit einer an den Flügel (13) angrenzenden Druckkammer (14, 15) der Vorrichtung (1) indirekt hydraulisch verbunden sind.
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