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DE69806211T2 - Mechanical device for adjusting the angle of a camshaft relative to a drive wheel in an internal combustion engine - Google Patents

Mechanical device for adjusting the angle of a camshaft relative to a drive wheel in an internal combustion engine

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Publication number
DE69806211T2
DE69806211T2 DE1998606211 DE69806211T DE69806211T2 DE 69806211 T2 DE69806211 T2 DE 69806211T2 DE 1998606211 DE1998606211 DE 1998606211 DE 69806211 T DE69806211 T DE 69806211T DE 69806211 T2 DE69806211 T2 DE 69806211T2
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
toothed
piston
component
toothed part
components
Prior art date
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Application number
DE1998606211
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German (de)
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DE69806211D1 (en
Inventor
Renzo Tortul
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Carraro SpA
Original Assignee
Carraro SpA
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Publication date
Application filed by Carraro SpA filed Critical Carraro SpA
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Publication of DE69806211D1 publication Critical patent/DE69806211D1/en
Publication of DE69806211T2 publication Critical patent/DE69806211T2/en
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01LCYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L1/00Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear
    • F01L1/34Valve-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
    • F01L1/344Valve-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
    • F01L1/34403Valve-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 helically teethed sleeve or gear moving axially between crankshaft and camshaft
    • F01L1/34406Valve-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 helically teethed sleeve or gear moving axially between crankshaft and camshaft the helically teethed sleeve being located in the camshaft driving pulley

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Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine mechanische Vorrichtung zum Variieren der Phase zwischen einer Antriebswelle und einer Nockenwelle eines Verbrennungsmotors gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruches.The present invention relates to a mechanical device for varying the phase between a drive shaft and a camshaft of an internal combustion engine according to the preamble of the main claim.

Eine Vorrichtung mit den oben genannten Eigenschaften ist aus der EP-A-742 350 des gleichen Anmelders bekannt.A device with the above-mentioned properties is known from EP-A-742 350 of the same applicant.

In Vorrichtungen des angegebenen Typs ist vorgesehen, dass das Kolbenelement in den Stopppositionen durch einen Eingriff in die gezahnten Abschnitte der koaxialen Komponenten in einer solchen Weise gestoppt wird, dass das zwischen den gegenseitig miteinander gekoppelten gezahnten Abschnitten existierende Spiel eliminiert wird und infolgedessen das durch die relative Bewegung der gekuppelten gezahnten Abschnitte verursachte Geräusch begrenzt wird. Diese Bewegung ist die Folge der Umkehrung der auf die Nockenwelle wirkenden Belastung, die im Prinzip durch die Zeitsteuerungsdynamik (timing dynamics) hervorgerufen wird.In devices of the indicated type, it is provided that the piston element is stopped in the stop positions by engagement with the toothed portions of the coaxial components in such a way that the clearance existing between the mutually coupled toothed portions is eliminated and, as a result, the noise caused by the relative movement of the coupled toothed portions is limited. This movement is the consequence of the reversal of the load acting on the camshaft, which is in principle caused by the timing dynamics.

Da die Betriebsstundenzahl derartiger Vorrichtungen anwächst, tritt ein bestimmter Verschleiß bei den gekuppelten verzahnten Abschnitten auf, und infolgedessen muss das Kolbenelement, um das Spiel zwischen den gezahnten Abschnitten aufzufangen in den Stopppositionen weiter vorgeschobene Positionen einnehmen. Außerdem können die Druckkräfte zwischen den Seiten der sich gegenseitig kontaktierenden gezahnten Abschnitte, die durch die Eingriffsaktion des Kolbenelementes erzeugt werden, die Bildung kleiner, örtlich auftretender Eindrückungen an den Seiten der gezahnten Abschnitte der koaxialen Komponenten verursachen. Wenn der Verschleiß zunimmt, dann können diese Eindrückungen Tiefen erreichen, die genügen, um eine Stufe an den Seiten der gezahnten Abschnitte auszubilden, welche ein Gleiten des Kolbenelementes relativ zu der gekuppelten koaxialen Komponente behindert, und zwar so weitgehend, dass dieses ganz verhindert wird. Wenn das Vorschieben des Kolbenelementes verhindert wird, dann kann das Spiel zwischen den gezahnten Abschnitten nicht mehr durch die Bewegung des Kolbenelementes aufgefangen werden, und infolgedessen kommt es zu einem unerwünschten Anwachsen beim Geräusch der Vorrichtung.As the operating hours of such devices increase, a certain amount of wear occurs in the coupled toothed sections and, as a result, the piston element must assume more advanced positions in the stop positions in order to absorb the clearance between the toothed sections. In addition, the compressive forces between the sides of the mutually contacting toothed sections generated by the engagement action of the piston element can cause the formation of small, localized indentations on the sides of the toothed portions of the coaxial components. As wear increases, these indentations can reach depths sufficient to form a step on the sides of the toothed portions which impedes sliding of the piston element relative to the coupled coaxial component to such an extent that it is prevented altogether. If the advancement of the piston element is prevented, the play between the toothed portions can no longer be absorbed by the movement of the piston element and, as a result, an undesirable increase in the noise of the device occurs.

Das der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Problem ist, eine mechanische Vorrichtung zum Variieren der Phase zwischen einer Antriebswelle und einer Nockenwelle eines Verbrennungsmotors zu schaffen, die derartige strukturelle und funktionelle Eigenschaften hat, dass die Nachteile, die mit Bezug auf den beschriebenen Stand der Technik diskutiert wurden, beseitigt werden.The problem underlying the present invention is to provide a mechanical device for varying the phase between a drive shaft and a camshaft of an internal combustion engine, which has such structural and functional characteristics that the disadvantages discussed with reference to the described prior art are eliminated.

Das Problem wird durch die Erfindung mittels einer mechanischen Vorrichtung zum Variieren der Phase zwischen einer Antriebswelle und einer Nockenwelle eines Verbrennungsmotors gelöst, die entsprechend den nachfolgenden Ansprüchen hergestellt wird.The problem is solved by the invention by means of a mechanical device for varying the phase between a drive shaft and a camshaft of an internal combustion engine, which is manufactured according to the following claims.

Die Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden, ins einzelne gehenden Beschreibung einiger ihrer bevorzugten Ausgestaltungen klarer, die anhand von nicht einschränkenden Beispielen mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen illustriert werden, welche zeigen:The features and advantages of the invention will become clearer from the following detailed description of some preferred embodiments thereof, illustrated by way of non-limiting examples with reference to the accompanying drawings, in which:

Fig. 1 und 2 schematische Längsschnittansichten einer mechanischen Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung in zwei verschiedenen Betriebspositionen,Fig. 1 and 2 are schematic longitudinal sectional views of a mechanical device according to the present invention in two different operating positions,

Fig. 3 in einem Schnitt und in einem vergrößertem Maßstab eine Teilansicht einer Einzelheit der Vorrichtung der vorangehenden Figuren,Fig. 3 shows in section and on an enlarged scale a partial view of a detail of the device of the preceding figures,

Fig. 4 eine schematische Ansicht als Teilschnitt entsprechend der Schnittlinie IV-IV in Fig. 3,Fig. 4 is a schematic view as a partial section according to the section line IV-IV in Fig. 3,

Fig. 5 eine Teilansicht einer Einzelheit der Vorrichtung gemäß den Vorangehenden Figuren in einer Abwandlung der Erfindung,Fig. 5 is a partial view of a detail of the device according to the preceding figures in a modification of the invention,

Fig. 6 eine schematische Längsschnittansicht einer weiteren Variante der Vorrichtung gemäß der Erfindung.Fig. 6 is a schematic longitudinal sectional view of a further variant of the device according to the invention.

Mit Bezug auf die Fig. 1 ist eine mechanische Vorrichtung gemäß der Erfindung zum Variieren der Phase zwischen der Antriebswelle und einer Nockenwelle 3 eines Verbrennungsmotors allgemein mit 1 bezeichnet.With reference to Fig. 1, a mechanical device according to the invention for varying the phase between the drive shaft and a camshaft 3 of an internal combustion engine is generally designated 1.

Die Vorrichtung 1 ist von dem Typ, der in der Patentanmeldung Nr. PD95A000094 beschrieben wurde und deren Inhalt durch Bezugnahme auch Bestandteil der vorliegenden Beschreibung ist. Die vorliegende Erfindung wird mit Bezug auf eine der Ausgestaltungen beschrieben, auf die in der oben genannten Patentanmeldung Bezug genommen worden ist, wobei es sich jedoch versteht, dass die Erfindung auch im Prinzip die anderen beschriebenen Ausgestaltungen betreffen kann.The device 1 is of the type described in patent application No. PD95A000094, the content of which is also incorporated into the present description by reference. The present invention will be described with reference to one of the embodiments referred to in the above-mentioned patent application, it being understood, however, that the invention may also in principle relate to the other embodiments described.

Die mechanische Vorrichtung 1 umfasst eine erste Komponente, welche durch einen hohlen ringförmigen Körper 5 gebildet wird, eine zweite Komponente, welche durch eine hohle Welle 2 gebildet wird, die in einer koaxialen Anordnung drehbar in dem Körper 5 gelagert ist, und ein ringförmiges Kolbenelement 4, das zwischen dem Körper 5 und der Welle 2 zwischengeschaltet ist und das in gleicher Weise zu dem Körper 5 koaxial angeordnet ist.The mechanical device 1 comprises a first component, which is formed by a hollow annular body 5, a second component, which is formed by a hollow shaft 2, which is rotatably mounted in the body 5 in a coaxial arrangement, and an annular piston element 4, which is interposed between the body 5 and the shaft 2 and which is likewise arranged coaxially with the body 5.

Der Körper 5 ist durch einen inneren Halbkörper sowie durch einen äußeren Halbkörper gebildet, die jeweils mit 5a bzw. 5b bezeichnet sind und die miteinander mittels einer Schrauben- und Mutter-Verbindung fest miteinander verbunden sind. An dem äußeren Halbkörper 5b ist ein Flansch 7 ausgebildet, um daran mittels Schrauben ein (in der Zeichnung nicht gezeigtes) Zahnrad zu befestigen, welches dazu ausgelegt ist, mit der Antriebswelle mittels eines Zahnriemenantriebes verbunden zu werden.The body 5 is formed by an inner half-body and an outer half-body, which are designated 5a and 5b respectively, and which are firmly connected to one another by means of a screw and nut connection. A flange 7 is formed on the outer half-body 5b in order to fasten thereto by means of screws a gear (not shown in the drawing) which is designed to be connected to the drive shaft by means of a toothed belt drive.

Ein Ende 8a des Körpers 5 hat eine Innenschulter 9, und an dem entgegengesetzten Ende 8b ist ein an dem Körper 5 angeschweißtes Basisteil 10 vorgesehen. Das Basisteil 10 umfasst einen Deckel 11, welcher mit diesem über eine Schrauben- und Mutter-Verbindung verbunden ist.One end 8a of the body 5 has an inner shoulder 9, and at the opposite end 8b there is a base part 10 welded to the body 5. The base part 10 comprises a cover 11 which is connected thereto via a screw and nut connection.

Ein Ende 2a der Welle 2 hat einen Flansch 12, welcher sich gegen die Schulter 9 abstützt, während das entgegengesetzte Ende 2b sich an der Basis 10 des Körpers 5 abstützt.One end 2a of the shaft 2 has a flange 12 which bears against the shoulder 9, while the opposite end 2b bears against the base 10 of the body 5.

Ein Zugbolzen 13 verbindet die Welle 2 axial mit der Nockenwelle 3 und macht diese bezüglich einer Rotation zu einem integralen Teil. Der Zugbolzen 13 umfasst einen Schaft, welcher in die zentrale Öffnung der Welle 2 und in eine zentrale Öffnung der Nockenwelle eingesetzt ist, wobei ein Kopf in einem zylindrischen Sitz der Welle 2 untergebracht und ein mit Gewinde versehenes Ende 13a mit einem entsprechenden, mit Gewinde versehenen Abschnitt der zentralen Öffnung der Nockenwelle 3 verbunden ist. Der Schaft des Zugbolzens 13 hat einen kleineren Durchmesser als derjenige der Öffnungen, in die er eingesetzt ist, so dass ein ringförmiger Kanal 14 innerhalb der Nockenwelle 3 und der Welle 2 definiert ist.A tie bolt 13 connects the shaft 2 axially to the camshaft 3 and makes the latter an integral part with respect to rotation. The tie bolt 13 comprises a shaft which is inserted into the central opening of the shaft 2 and into a central opening of the camshaft, a head being housed in a cylindrical seat of the shaft 2 and a threaded end 13a is connected to a corresponding threaded portion of the central opening of the camshaft 3. The shank of the tie bolt 13 has a smaller diameter than that of the openings into which it is inserted, so that an annular channel 14 is defined within the camshaft 3 and the shaft 2.

Das Kolbenelement 4 umfasst an der Außenseite einen mit einer Schraubenverzahnung versehenen Abschnitt 15, welcher im Eingriff mit einem entsprechenden, innen verzahnten Abschnitt 16 des inneren Halbkörpers 5a ist, und an der Innenseite einen gezahnten Abschnitt 17 vorzugsweise vom geradverzahnten Typ, welcher im Eingriff mit einem entsprechenden außen verzahnten Abschnitt 18 der Welle 2 ist. Die gezahnten Abschnitte 15, 17 sind zwischen axial einander gegenüberliegenden Endkanten 19, 20 des Kolbens 4 definiert (mit Bezug auf einen hypothetischen Axialschnitt durch den Kolben).The piston element 4 comprises on the outside a helical toothed portion 15 which is in engagement with a corresponding internally toothed portion 16 of the inner half-body 5a, and on the inside a toothed portion 17, preferably of the straight toothed type, which is in engagement with a corresponding externally toothed portion 18 of the shaft 2. The toothed portions 15, 17 are defined between axially opposite end edges 19, 20 of the piston 4 (with reference to a hypothetical axial section through the piston).

An einem dem Ende 8a des Körpers 5 zugewandten Ende hat der Kolben 4 einen Kopf 21 mit einer Vorderfläche von größerem Durchmesser als derjenige des verbleibenden Teils, welcher den schraubenverzahnten Abschnitt 15 aufweist. Der Kopf 21 bildet eine axial bewegliche Sperrwand, die eine ringförmige Kammer 22, die im Inneren der mechanischen Vorrichtung 1 durch den inneren Halbkörper 5a, durch den äußeren Halbkörper 5b und durch die Welle 2 definiert wird, in eine erste bzw. eine zweite Halbkammer teilt, die jeweils dem Basisteil 10 bzw. dem Ende 8a des Körpers 5 zugewandt sind. Das Volumen der oben genannten Halbkammern ist eine Funktion der Position des Kopfes 21 in der ringförmigen Kammer 22.At an end facing the end 8a of the body 5, the piston 4 has a head 21 with a front surface of larger diameter than that of the remaining part, which has the helical toothed section 15. The head 21 forms an axially movable barrier which divides an annular chamber 22, defined inside the mechanical device 1 by the inner half-body 5a, by the outer half-body 5b and by the shaft 2, into a first and a second half-chamber, respectively facing the base part 10 and the end 8a of the body 5. The volume of the above-mentioned half-chambers is a function of the position of the head 21 in the annular chamber 22.

Eine Schraubenfeder 24 ist in der oben genannten ersten Halbkammer angeordnet, und sie wirkt auf den Kopf 21 des Kolbens ein, so dass sie den Kolben zu dem Ende 2a der Welle 2 hin drückt.A coil spring 24 is arranged in the above-mentioned first half-chamber and acts on the head 21 of the piston so as to urge the piston towards the end 2a of the shaft 2.

Mehrere in der Welle 2 ausgebildete radiale Kanäle 25 bringen die erste Halbkammer in eine Fluidverbindung mit dem ringförmigen Kanal 14, der seinerseits in Fluidverbindung mit einem ersten Druckfluid-Hydraulikkreis der Nockenwelle 3 steht.A plurality of radial channels 25 formed in the shaft 2 bring the first half-chamber into fluid communication with the annular channel 14, which in turn is in fluid communication with a first pressure fluid hydraulic circuit of the camshaft 3.

Ein weiterer, in der Welle 2 ausgebildeter Kanal 26 bringt die zweite Halbkammer in eine Fluidverbindung mit einem Kanal 27, der seinerseits in einer Fluidverbindung mit einem zweiten Druckfluid-Hydraulikkreis der Nockenwelle 3 steht.A further channel 26 formed in the shaft 2 brings the second half-chamber into fluid communication with a channel 27, which in turn is in fluid communication with a second pressure fluid hydraulic circuit of the camshaft 3.

Ein an sich bekanntes und in der Zeichnung nicht gezeigtes Solenoidventil ist von einer elektronischen Steuereinheit so steuerbar, dass es aus einer ersten Betriebsposition, in welcher es den ersten Hydraulikkreis in eine Fluidverbindung mit einem Haupt-Druckfluidkreis des Motors bringt und gleichzeitig den zweiten Hydraulikkreis für eine Entleerung freigibt, in eine zweite Betriebsposition übergeht, in welcher es den ersten Hydraulikkreis für eine Entleerung freigibt und gleichzeitig den zweiten Hydraulikkreis in eine Fluidverbindung mit dem Hauptkreis bringt.A solenoid valve known per se and not shown in the drawing can be controlled by an electronic control unit in such a way that it changes from a first operating position, in which it brings the first hydraulic circuit into fluid communication with a main pressure fluid circuit of the engine and at the same time releases the second hydraulic circuit for emptying, to a second operating position, in which it releases the first hydraulic circuit for emptying and at the same time brings the second hydraulic circuit into fluid communication with the main circuit.

Die mechanische Vorrichtung 1 umfasst auch ein Hilfsringelement 30, welches koaxial zwischen den Körper 5 und die Welle 2 zwischengeschaltet ist, und welches wie der Kolben 4 einen äußeren schraubenverzahnten Abschnitt 31 hat, welcher im Eingriff mit dem entsprechenden gezahnten Abschnitt 16 des inneren Halbkörpers 5a ist, sowie einen inneren geradverzahnten Abschnitt 32, welcher im Eingriff mit dem entsprechenden gezahnten Abschnitt 18 der Welle 2 ist. Das Hilfsringelement 30 ist axial zwischen dem Basisteil 10 und dem Kolben 4 in einer vorgegebenen Distanz von dem letzteren angeordnet. Die mechanische Vorrichtung 1 umfasst auch mehrere Stifte 33, die zwischen das Hilfsringelement 30 und den Kolben 4 zwischengeschaltet sind, und die mit einem gleichmäßigen Abstand über den Umfang der Welle 2 angeordnet sind. Die Stifte 33 sind vorzugsweise in Sitzen untergebracht, die axial in dem Kolben 4 ausgebildet sind. Eine axiale Schulter 34, die die axiale Gleitbewegung der Stifte 33 zu dem Ende 2a der Welle 2 hin begrenzt, ist an der Welle 2 ausgebildet.The mechanical device 1 also comprises an auxiliary ring element 30 which is interposed coaxially between the body 5 and the shaft 2 and which, like the piston 4, has an external helical toothed portion 31 which engages with the corresponding toothed portion 16 of the inner half-body 5a, and an internal straight toothed portion 32 which engages with the corresponding toothed portion 18 of the shaft 2. The auxiliary ring element 30 is arranged axially between the base part 10 and the piston 4 at a predetermined distance from the latter. The mechanical device 1 also comprises a plurality of pins 33 which are interposed between the auxiliary ring element 30 and the piston 4 and which are arranged at a uniform distance around the circumference of the shaft 2. The pins 33 are preferably accommodated in seats formed axially in the piston 4. An axial shoulder 34 which limits the axial sliding movement of the pins 33 towards the end 2a of the shaft 2 is formed on the shaft 2.

Wenn das Solenoidventil sich in seiner ersten Betriebsposition befindet, dann fließt das Druckfluid in die zweite Halbkammer, was eine Verschiebung des Kolbens 4 und des Hilfsringelementes 30 zu dem Basisteil 10 hin entgegen der Wirkung der Feder 24 und außerdem eine relative Winkeldrehung der Komponenten 2, 5 bewirkt. Die Verschiebebewegung bewirkt, dass sich das Hilfsringelement 30 an das Basisteil 10 in einer ersten Stoppposition (Fig. 1) anlegt, was zur Folge hat, dass der Kolben 4 durch Eingriff in die gezahnten Abschnitte 16 und 18 stoppt, was eine weitere relative Drehung der Komponenten 2, S verhindert. In dieser ersten Stoppposition sind die Stifte 33 axial frei, sich zwischen dem Kolben 4 und dem Hilfsringelement 30 zu bewegen.When the solenoid valve is in its first operating position, the pressurized fluid flows into the second half-chamber, causing a displacement of the piston 4 and the auxiliary ring element 30 towards the base part 10 against the action of the spring 24 and also a relative angular rotation of the components 2, 5. The displacement movement causes the auxiliary ring element 30 to abut the base part 10 in a first stop position (Fig. 1), resulting in the piston 4 stopping by engaging the toothed portions 16 and 18, preventing further relative rotation of the components 2, 5. In this first stop position, the pins 33 are axially free to move between the piston 4 and the auxiliary ring element 30.

Wenn im Gegensatz dazu das Solenoidventil sich in seiner zweiten Betriebsposition befindet, dann bewirken die Wirkung des Druckfluides, welches in die erste Halbkammer strömt, zusammen mit der federelastischen Kraft der Feder 24 und dem Entleerungsvorgang des Fluides aus der zweiten Halbkammer, dass sich der Kolben 4 und das Hilfsringelement 30 zu dem Ende 2a der Welle 2 hin verschieben. Während der Verschiebebewegung werden die Stifte 33 durch das Hilfsringelement 30 angestoßen und veranlasst, sich zu dem Ende 2a der Welle 2 hin zu verschieben, bis sie an die axiale Schulter 34 der Welle 2 (Fig. 2) anstoßen. Als Ergebnis dessen wird das Hilfsringelement 30 Veranlasst, in Anlage an den Stiften 33 in einer zweiten Stoppposition zu stoppen, und der Kolben 4 wird veranlasst, zu stoppen, indem er in Eingriff mit den gezahnten Abschnitten 16 und 18 gebracht wird. Während des Überganges von einer der oben erwähnten Stopppositionen in die andere geht mit einer axialen Verschiebung des Kolbens 4 auf dem geradverzahnten Abschnitt 18 der Welle 2 eine entsprechende Drehung des Körpers 5 relativ zu der Welle 2 einher, die eine Folge der Schraubenverzahnungsabschnitt-Kopplung zwischen dem Kolben 4 und dem Körper 5 ist, was die Veränderung bei dem Zeitsteuersystem mit sich bringt. Die relative Drehung bewirkt ihrerseits eine axiale Verschiebung des Hilfsringelementes 30 auf dem geradverzahnten Abschnitt 18 der Welle 2. Diese Verschiebung ist die gleiche wie diejenige des Kolbens 4, da das Ringelement auch im Eingriff mit dem schraubenverzahnten Abschnitt 16 des Körpers 2 ist.On the contrary, when the solenoid valve is in its second operating position, the action of the pressurized fluid flowing into the first half-chamber, together with the resilient force of the spring 24 and the evacuation of the fluid from the second half-chamber, cause the piston 4 and the auxiliary ring element 30 to slide towards the end 2a of the shaft 2. During the sliding movement, the pins 33 are pushed by the auxiliary ring element 30 and caused to slide towards the end 2a of the shaft 2 until they abut the axial shoulder 34 of the shaft 2 (Fig. 2). As a result, the auxiliary ring element 30 is caused to stop in abutment against the pins 33 in a second stop position and the piston 4 is caused to stop by engaging the toothed sections 16 and 18. During the transition from one of the above-mentioned stop positions to the other, an axial displacement of the piston 4 on the spur-toothed section 18 of the shaft 2 is accompanied by a corresponding rotation of the body 5 relative to the shaft 2, which is a consequence of the helical-toothed section coupling between the piston 4 and the body 5, which brings about the change in the timing system. The relative rotation in turn causes an axial displacement of the auxiliary ring element 30 on the spur-toothed section 18 of the shaft 2. This displacement is the same as that of the piston 4, since the ring element is also in engagement with the helical-toothed section 16 of the body 2.

In beiden der oben genannten Stopppositionen ermöglicht der Eingriff des Kolbens 4 es, dass die gekoppelten gezahnten Abschnitte in engem Kontakt gehalten werden, womit die kontinuierliche Hin- und Herbewegung zwischen diesen ausgeschaltet und infolgedessen das Geräusch der Vorrichtung reduziert wird.In both of the above-mentioned stop positions, the engagement of the piston 4 allows the coupled toothed sections to be kept in close contact, thus eliminating the continuous reciprocating movement between them and consequently reducing the noise of the device.

Gemäß einem weiteren Merkmal der vorliegenden Erfindung ist ein Spalt in dem axialen Profil der Seiten der jeweiligen gezahnten Abschnitte 16 bzw. 18 des Körpers 5 bzw. der Welle 2 vorgesehen. Gemäß einer ersten Ausgestaltung der Erfindung umfasst der oben genannte Spalt eine erste und eine zweite Nut 36, 38. Die Nuten sind über den Umfang an dem Körper 5 und an der Welle 2 in einer solchen Weise ausgebildet, dass sie an jedem Zahn der gezahnten Abschnitte 16 und 18 angreifen. Mit Bezug auf die Fig. 3 sind die erste und die zweite Nut 36, 38 in einer solchen Position ausgebildet, dass sie die Kante 19 des Kolbens 4 übergreifen, wenn sich der Kolben in der ersten Stoppposition befindet. Relativ zu dieser Position erstreckt sich jede Nut 36, 38 axial über eine Distanz nahe bei dem jeweiligen gezahnten Abschnitt 15, 17 des Kolbens und über eine weitere Distanz über den gezahnten Abschnitt 15, 17 hinaus in der Richtung eines weiteren Weges über die erste Stoppposition hinaus (in der Richtung zu dem Basisteil 10 hin).According to a further feature of the present invention, a gap is provided in the axial profile of the sides of the respective toothed portions 16 and 18 of the body 5 and the shaft 2, respectively. According to a first embodiment of the invention, the above-mentioned gap comprises a first and a second groove 36, 38. The grooves are formed circumferentially on the body 5 and on the shaft 2 in such a way that they engage each tooth of the toothed portions 16 and 18. With reference to Fig. 3, the first and the second groove 36, 38 are formed in such a position that they engage the edge 19 of the piston 4 when the piston is in the first stop position. Relative to this position, each groove 36, 38 extends axially over a distance close to the respective toothed portion 15, 17 of the piston and over a further distance beyond the toothed portion 15, 17 in the direction of a further path beyond the first stop position (in the direction towards the base part 10).

Für jeden Zahn des jeweiligen gezahnten Abschnittes 16 und 18 sind die Nuten 36, 38 durch Flächen 36a, b und 38a, b definiert, die einander zugewandt sind und die sich von der Basis der entsprechenden Nut aus erstrecken. Vorzugsweise erstreckt sich jede Fläche 36b, 38b, d. h. die dem gezähnten Abschnitt des Kolbens in der ersten Stoppposition benachbarte Fläche von der Nutenbasis aus, wobei sie gegenüber der äußeren Fläche 36a, 38a divergiert. Die geneigten Flächen 36b, 38b erleichtern das Ineinandergreifen der gezahnten Abschnitte 31, 32 des Hilfselementes 30 in die jeweiligen gezahnten Abschnitte 16, 48 während des Betätigungshubes des Hilfselementes.For each tooth of the respective toothed portion 16 and 18, the grooves 36, 38 are defined by surfaces 36a, b and 38a, b facing each other and extending from the base of the corresponding groove. Preferably, each surface 36b, 38b, i.e. the surface adjacent to the toothed portion of the piston in the first stop position, extends from the groove base, diverging from the outer surface 36a, 38a. The inclined surfaces 36b, 38b facilitate the engagement of the toothed portions 31, 32 of the auxiliary element 30 into the respective toothed portions 16, 48 during the actuating stroke of the auxiliary element.

Der oben genannte Spalt in den gezahnten Abschnitten umfasst auch eine dritte Nut 40, die in einer solchen Position ausgebildet ist, dass sie die Kante 20 des Kolbens übergreift, wenn der Kolben sich in der zweiten Stoppposition befindet. Vorteilhafterweise kann die dritte Nut 40 durch die Freischneidenut gebildet sein, die für die Herstellung des gezahnten Abschnittes der Welle 2 in dem Bereich der Schulter 34 vorgesehen ist. In einer Weise, die analog zu der für die erste und zweite Nut 36, 38 beschriebenen ist, erstreckt sich auch die dritte Nut 40 bezüglich der zweiten Stoppposition des Kolbens über eine Distanz in der Nähe des gezahnten Abschnittes 17 des Kolbens sowie über eine weitere Distanz über diesen gezahnten Abschnitt 17 hinaus in der Richtung eines weiteren Weges über die zweite Stoppposition hinaus (in der Richtung zu der Schulter 34 hin).The above-mentioned gap in the toothed portions also comprises a third groove 40 formed in such a position that it overlaps the edge 20 of the piston when the piston is in the second stop position. Advantageously, the third groove 40 can be formed by the free-cutting groove provided for the manufacture of the toothed portion of the shaft 2 in the region of the shoulder 34. In a manner analogous to that described for the first and second grooves 36, 38, the third groove 40 also extends with respect to the second stop position of the piston over a distance in the vicinity of the toothed portion 17 of the piston as well as over a further distance beyond this toothed portion 17 in the direction of a further path beyond the second stop position (in the direction towards the shoulder 34).

Im Betrieb wird der Kolben in jeder Stoppposition durch Eingriff in die gezahnten Abschnitte 16 und 18 verriegelt, wie oben beschrieben wurde. Die Druckkräfte, die zwischen den Seiten der einander berührenden gezahnten Abschnitte aufgebracht werden, sind so, dass dann, wenn die Betriebsstundenzahl ansteigt, diese einen Verschleiß an den Seiten der gezahnten Abschnitte mit der Ausbildung kleiner Vertiefungen oder Eindrückungen verursachen können, und zwar insbesondere entlang den Seiten der gezahnten Abschnitte 16 und 18. Als Ergebnis hat das Spiel zwischen den gekuppelten gezahnten Abschnitten die Tendenz, sich wegen dieses Verschleißes zu vergrößern, und der Kolben 4 wird gezwungen, sich axial über die entsprechende Endposition hinaus zu bewegen, um das oben genannte Spiel aufzufangen. Diese axiale Bewegung wird nicht durch irgendwelche Vertiefungen oder Stufen behindert, die durch Verschleiß verursacht und an der Seite der gezahnten Abschnitte 16, 18 vorhanden sind, weil die entsprechende Kante 19, 20 des Kolbens nicht im Kontakt mit der Seite der gezahnten Abschnitte 16, 18 ist, sondern die entsprechende Nut 36, 38, 40 übergreift. Die Kante 19, 20 wird deshalb nicht in ihrer axialen Bewegung behindert, und der Kolben 4 kann unter der Wirkung des Druckfluides (und der Feder 24 in der zweiten Stoppposition) über die zugeordnete Stoppposition hinaus axial bewegt werden, um das Spiel aufzufangen und wieder durch Eingriff in die gezahnten Abschnitte 16 und 18 verriegelt zu werden.In operation, the piston is locked in each stop position by engagement with the toothed sections 16 and 18 as described above. The compressive forces applied between the sides of the contacting toothed sections are such that, as the number of operating hours increases, they can cause wear on the sides of the toothed sections with the formation of small pitches or depressions, particularly along the sides of the toothed sections 16 and 18. As a result, the clearance between the coupled toothed sections tends to increase due to this wear and the piston 4 is forced to move axially beyond the corresponding end position to take up the above-mentioned clearance. This axial movement is not hindered by any recesses or steps caused by wear and present on the side of the toothed sections 16, 18 because the corresponding edge 19, 20 of the piston is not in contact with the side of the toothed sections 16, 18 but overlaps the corresponding groove 36, 38, 40. The edge 19, 20 is therefore not hindered in its axial movement and the piston 4 can be moved axially beyond the associated stop position under the action of the pressurized fluid (and the spring 24 in the second stop position) to absorb the play and be locked again by engagement with the toothed sections 16 and 18.

Gemäß einer zweiten Ausgestaltung der Erfindung liegt der Spalt in dem axialen Profil der Seiten der gezahnten Abschnitte 16 und 18 in der Form einer Vertiefung 41 vor, die man durch eine Höhenreduzierung der Seite des gezahnten Abschnittes erreicht, wie in Fig. 5 gezeigt ist.According to a second embodiment of the invention, the gap in the axial profile of the sides of the toothed sections 16 and 18 is in the form of a recess 41, which is achieved by reducing the height of the side of the toothed section, as shown in Fig. 5.

Es sei bemerkt, dass gegenwärtig sowohl die Nuten 36, 38, 40 als auch die Eindrückungen 41, welche die Höhe des Axialprofils des gezahnten Abschnittes reduzieren, die axiale Erstreckung des Spaltabschnittes, welcher sich nahe zu den gezahnten Abschnitten 15, 17 des Kolbens erstreckt (relativ zu den Stopppositionen) kleiner ist als die axiale Erstreckung der gezahnten Abschnitte des Kolbens, so dass die Seiten der gezahnten Abschnitte 15, 17 des Kolbens immer im Kontakt mit den jeweiligen Seiten der gekuppelten gezahnten Abschnitte 16, 18 sind, ohne jemals in die Nuten 36, 38, 40 oder die Eindrückungen 41 zu fallen.It should be noted that currently both the grooves 36, 38, 40 and the indentations 41, which determine the height of the axial profile of the toothed portion, the axial extension of the gap portion extending close to the toothed portions 15, 17 of the piston (relative to the stop positions) is smaller than the axial extension of the toothed portions of the piston, so that the sides of the toothed portions 15, 17 of the piston are always in contact with the respective sides of the coupled toothed portions 16, 18, without ever falling into the grooves 36, 38, 40 or the indentations 41.

Fig. 6 zeigt eine weitere Variante der Erfindung, die sich von den vorangehenden Beispielen dahingehend unterscheidet, dass die dritte Nut 40 nicht als eine Freischneidenut bei der Herstellung des gezahnten Abschnittes 18 der Welle 2 vorgesehen wird. Die Welle 2 wird in diesem Fall in zwei Abschnitten 2c, 2d hergestellt, von denen der den gezahnten Abschnitt 18 aufweisende Abschnitt 2c auf den Flanschabschnitt 2d gepresst wird, und die Herstellung des gezahnten Abschnittes wird vor der Operation des Aufpressens der Abschnitte 2c, 2d aufeinander durchgeführt, so dass deshalb das Vorsehen einer Freischneidenut entfällt. Infolgedessen sollte die Nut 40 in einer für die Zwecke der Erfindung geeigneten Weise ausgebildet werden.Fig. 6 shows a further variant of the invention, which differs from the previous examples in that the third groove 40 is not provided as a free-cutting groove in the manufacture of the toothed section 18 of the shaft 2. The shaft 2 is in this case manufactured in two sections 2c, 2d, of which the section 2c having the toothed section 18 is pressed onto the flange section 2d, and the manufacture of the toothed section is carried out before the operation of pressing the sections 2c, 2d onto one another, so that the provision of a free-cutting groove is therefore omitted. Consequently, the groove 40 should be formed in a manner suitable for the purposes of the invention.

Claims (4)

1. Mechanische Vorrichtung zur Winkelverstellung zwischen einer Antriebswelle und einer Nockenwelle (3) in einer Brennkraftmaschine, des Typs umfassend eine erste Komponente (5) und eine zweite Komponente (2), die zueinander koaxial sind und die kinematisch mit der Antriebswelle bzw. der Nockenwelle (3) verbunden sind, ein zwischen die Komponenten (2, 5) eingesetztes Kolbenelement (4) und mit zwei gezahnten Teilen (15, 17), von denen eines relativ zum anderen einen Schraubwinkel aufweist und die mit einem gezahnten Teil (16) der ersten Komponente (5) bzw. einem gezahnten Teil (18) der zweiten Komponente in Eingriff stehen, wobei die gezahnten Teile (15, 17) des Kolbenelements (4) axial gegenüberliegende Endkanten (19. 20) aufweisen, wobei das Kolbenelement relativ zu diesen Komponenten unter der Wirkung eines Druckfluids zwischen zwei gegenüberliegenden Stoppositionen verschiebbar ist, um die Winkelposition zwischen der ersten (5) und der zweiten (2) Komponente und folglich die Phase zwischen der Antriebswelle und der Nockenwelle zu verändern, und zwischen die Komponenten eingesetzte Stopmittel (30), um die relative Rotation der Komponenten zu stoppen und das Kolbenelement (4) durch seinen Eingriff in die gezahnten Teile (16,18) der Komponenten in jeder der Stoppositionen zu stoppen, dadurch gekennzeichnet, dass sie auf mindestens einem der gezahnten Teile (16, 18) der Komponenten (2, 5) mindestens einen Spalt (36, 38, 40) im axialen Profil der jeweiligen Seiten des gezahnten Teils aufweist, wobei der mindestens eine Spalt in einer solchen Position ist, dass er die Kante (19, 20) des Kolbenelements (4) in der entsprechenden Endposition umgibt, wobei sich der Spalt über einen Abstand angrenzend an den gezahnten Teil (15, 17) des Kolbenelements und über einen weiteren Abstand jenseits des gezahnten Teils (15, 17) in weiterer Vorschubrichtung über die Stopposition hinaus erstreckt, wobei die Ausdehnung des Teils angrenzend an den gezahnten Teil des Kolbens kleiner ist als die axiale Ausdehnung des gezahnten Teils des Kolbens.1. Mechanical device for angular adjustment between a drive shaft and a camshaft (3) in an internal combustion engine, of the type comprising a first component (5) and a second component (2) which are coaxial with one another and which are kinematically connected to the drive shaft and the camshaft (3), respectively, a piston element (4) inserted between the components (2, 5) and with two toothed parts (15, 17), one of which has a screw angle relative to the other and which engage with a toothed part (16) of the first component (5) and a toothed part (18) of the second component, respectively, the toothed parts (15, 17) of the piston element (4) having axially opposite end edges (19, 20), the piston element being displaceable relative to these components under the action of a pressurized fluid between two opposite stop positions in order to adjust the angular position between the first (5) and the second second (2) component and consequently the phase between the drive shaft and the camshaft, and stop means (30) inserted between the components to stop the relative rotation of the components and to stop the piston element (4) by its engagement in the toothed parts (16,18) of the components in each of the stop positions, characterized in that it has on at least one of the toothed parts (16, 18) of the components (2, 5) at least one gap (36, 38, 40) in the axial profile of the respective sides of the toothed part, the at least one gap being in such a position that it surrounds the edge (19, 20) of the piston element (4) in the corresponding end position, the gap extending over a distance adjacent to the toothed part (15, 17) of the piston element and over a further distance beyond the toothed part (15, 17) in the further advancement direction beyond the stop position extends beyond, the extent of the part adjacent to the toothed part of the piston being smaller than the axial extension of the toothed part of the piston. 2 Vorrichtung nach Anspruch 1, worin der Spalt für jeden Zahn des gezahnten Teils (16, 18) der mindestens einen Komponente (2, 5) eine entsprechende Nut (36, 3ß) aufweist, wobei die Nuten auf der Komponente umlaufend ausgerichtet sind.2 Device according to claim 1, wherein the gap has a corresponding groove (36, 38) for each tooth of the toothed part (16, 18) of the at least one component (2, 5), wherein the grooves are circumferentially aligned on the component. 3. Vorrichtung nach Anspruch 2, worin jede der Nuten (36, 38) durch gegenüberstehende Seitenflächen (36a, b; 38a, b) definiert ist, die sich von der Basis der Nut erstrecken, wobei beginnend an der Basis der Nut, mindestens eine der Flächen (36b, 38b) von der anderen Fläche (36a, 38a) divergiert.3. The device of claim 2, wherein each of the grooves (36, 38) is defined by opposing side surfaces (36a, b; 38a, b) extending from the base of the groove, wherein beginning at the base of the groove, at least one of the surfaces (36b, 38b) diverges from the other surface (36a, 38a). 4. Vorrichtung nach Anspruch 1, worin der Spalt im Profil des gezahnten Teils (16, 18) mindestens eine auf der entsprechenden Seite des gezahnten Teils (16,18) der mindestens einen Komponente (5, 2) ausgebildete Vertiefung (41) aufweist.4. Device according to claim 1, wherein the gap in the profile of the toothed part (16, 18) has at least one recess (41) formed on the corresponding side of the toothed part (16, 18) of the at least one component (5, 2).
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