ES2328381T3 - Variador de arbol de levas para un motor de combustion interna. - Google Patents

Abstract

Variador de árbol de levas (1) para un motor de combustión interna con un estátor (2) que presenta distribuidas sobre su perímetro alas de estátor (3) que sobresalen hacia dentro radialmente, y estando montado en el estátor (2) un rotor (6), que presenta alas de rotor (7) con por lo menos una escotadura de ala de rotor abierta hacia fuera, caracterizado porque las alas de estátor presentan por lo menos una escotadura de montaje de ala de estátor (4), dispuesta en el estátor (2), que está abierta hacia dentro y en la que está montada una rueda planetaria de ala de estátor (5) y, porque en dicha por lo menos una escotadura de ala de rotor está montada una rueda planetaria de ala de rotor (9), engranando las ruedas planetarias de ala de estátor (5) en un segmento dentado (10) dispuesto sobre el perímetro exterior del rotor (6) respectivamente entre un ala de rotor (7), y engranando las ruedas planetarias de ala de rotor (9) en un segmento dentado (11) dispuesto sobre el perímetro interior del estátor (2) respectivamente entre un ala de estátor (3).

Description

Variador de árbol de levas para un motor de combustión interna.

La invención se refiere a un variador de árbol de levas para motores de combustión interna.

Los variadores de árbol de levas del tipo mencionado anteriormente posibilitan, en cada caso, un control de válvula lo más óptimo posible o variable. Ofrecen la posibilidad de ajustar el ángulo de fase del control de válvula con progresión continua y regulada. Para ello está conectado un variador de árbol de levas, con resistencia a la torsión y de forma no positiva, con el árbol de levas correspondiente.

Dependiendo de la especificación de un dispositivo electrónico de vigilancia y control, se transmite un movimiento de giro sobre el árbol de levas y con ello se ajusta previamente un ajuste deseado en cada caso del árbol de levas con respecto al cigüeñal del motor de combustión interna.

Los variadores de árbol de levas convencionales son accionados generalmente de forma hidráulica. La presión de aceite que se necesita para el ajuste del árbol de levas se obtiene del circuito de aceite lubricante asignado en cada caso al motor de combustión interna. Al mismo tiempo persiste el problema de que el árbol de levas no se encuentra, precisamente en la fase de arranque del motor crítica para el gas de escape, en la posición relativa deseada con respecto al cigüeñal.

La generación actual de variadores de árbol de levas, los cuales varían con progresión continua la posición angular del árbol de levas, está representada por sistemas los cuales están estructurados según el principio del motor oscilante.

Las ventajas de los sistemas de este tipo son el ajuste con progresión continua del árbol de levas y la forma constructiva compacta y con unos costes favorables. Un procedimiento con costes favorables para la fabricación de variadores de árbol de levas es el procedimiento de sinterización, el cual es adecuado también para grandes series.

Los sistemas mencionados anteriormente son alimentados con aceite a presión, a través de la bomba de aceite, desde el circuito de aceite lubricante del motor debiendo funcionar estos sistemas, durante la llamada "marcha en vacío caliente", también a temperaturas del aceite de 150ºC y a presiones de <0,5 bar, para la velocidad de giro de marcha en vacío del motor. Las influencias térmicas de un máximo de 150ºC, que pueden aparecer a causa de las temperaturas alcanzadas durante el funcionamiento del motor, deben ser consideradas durante la concepción del tamaño de los componentes y de las tolerancias.

A partir del documento DE 199 62 981 A1 es conocido un dispositivo de variación de árbol de levas que funciona según el llamado principio de las celdas de ala. Una rueda de accionamiento presenta un espacio hueco, formado por una pared perimétrica y dos paredes laterales en el cual, mediante por lo menos dos paredes de limitación, está formado por lo menos por un espacio de trabajo hidráulico. Un ala que se extiende en el espacio de trabajo hidráulico subdivide el espacio de trabajo hidráulico en dos cámaras de presión hidráulicas. Las rendijas, entre un cabezal de un distribuidor de medio de presión y una calada de una de las paredes laterales de la rueda de accionamiento y/o entre la superficie lateral y una calada de la otra pared lateral de la rueda de accionamiento, son obturadas contra derrames de medio de presión con medios de obturación resistentes al desgaste.

El documento DE 198 08 619 A1 describe un dispositivo de enclavamiento para un dispositivo de ajuste de celdas de ala. Se puede establecer un acoplamiento mecánico entre una rueda de ala y una rueda de accionamiento mediante por lo menos un ala, móvil axialmente, de la rueda de alas, tanto como elemento de giro de rueda de alas como también asimismo como elemento de enclavamiento.

A partir del documento DE 100 20 120 A1 es conocido un dispositivo de ajuste de células de ala en el cual están previstas, entre una rueda de alas de giro y una rueda de accionamiento, rendijas radiales formadas ampliadas, mientras que los elementos de obturación están formados como listones de obturación pendulantes, que se pueden girar en ambas direcciones de giro de la rueda de alas de giro, los cuales con fuerza de presión del medio de presión hidráulico se pueden girar contra la contrasuperficie correspondiente en la rueda de accionamiento o en la rueda de alas de giro.

En el dispositivo de ajuste de células de ala del documento DE 101 09 837 A1 una unidad de accionamiento está apoyada, mediante varios puntos de apoyo radiales, que se pueden hacer girar sobre una unidad de toma de fuerza, estando formadas por lo menos las superficies de los segmentos de apoyo radiales individuales de la unidad de accionamiento y de los segmentos de apoyo radial opuestos de la unidad de toma de fuerza así como, opcionalmente, también las superficies de contacto axiales entre la unidad de accionamiento y la unidad de toma de fuerza con un revestimiento reductor del rozamiento.

A partir del resumen de patente de Japón JP 11013431 es conocido un dispositivo de ajuste de células de ala en el cual, para la consecución de una estructura compacta, tiene lugar una transmisión del giro mediante tres pernos, los cuales engranan en orificios oblongos correspondientes en la carcasa del dispositivo de ajuste de células de ala. El documento japonés JP 405 296 011 muestra también un dispositivo de ajuste de este tipo.

En los variadores de árbol de levas de este tipo es problemático que para evitar un derrame interno mayor en las cámaras de presión haya que cumplir tolerancias estrechas, las cuales se pueden cumplir únicamente con costes, en especial cuando los componentes de este tipo son fabricados mediante técnica de sinterización. En caso de fabricación mediante técnica de sinterización estas tolerancias se pueden alcanzar por ello únicamente mediante un procesamiento mecánico correspondientemente complejo o mediante un número de unidades claramente reducido. Además, hay que montar en la mayoría de los variadores de árbol de levas enclavamientos o resortes de retroceso con el fin de garantizar el funcionamiento durante la llamada "marcha en vacío caliente".

La invención se plantea el problema de proponer un variador de árbol de levas para motores de combustión internas el cual impida derrames radiales internos y que se pueda fabricar de manera económica.

El problema se resuelve según la invención mediante un variador de árbol de levas para un motor de combustión interna con un estátor el cual presenta, distribuidas radialmente a lo largo de su perímetro, alas de estátor que sobresalen hacia dentro, que presentan una escotadura de montaje de ala de estátor dispuesta en el estátor, que está abierta hacia dentro y en la cual está apoyada una rueda de planetario de ala de estátor, estando apoyado en el estátor un rotor, el cual presenta alas de rotor con por lo menos una escotadura de ala de rotor abierta por lo menos hacia fuera, en la cual está apoyada una rueda planetaria de ala de rotor, engranando las ruedas planetarias de ala de estátor en un segmento dentado dispuesto en cada caso entre un ala de rotor dispuesto sobre el perímetro exterior del rotor, entre en cada caso un ala de rotor, y las ruedas planetarias de ala de rotor en un segmento de dentado dispuesto sobre el perímetro interior del estátor entre en cada caso un ala de estátor.

Los derrames radiales internos, que se forman entre los puntos de contacto del estátor y el rotor interior en forma de pérdidas en la rendija, deben ser impedidos mediante la disposición de un elemento de obturación entre el rotor interior y el estátor, o mediante tolerancias estrechadas. Las pérdidas en la rendija se impiden mediante la disposición de un segmento de dentado en forma de una dentado exterior entre dos alas de rotor en el rotor interior y una rueda planetaria apoyada en la rueda de estátor, que están en engarce con el segmento de dentado del rotor interior. De manera complementaria está previsto en el estátor un segmento de dentado en forma de un dentado interior entre las alas de estátor, estando apoyada en el ala de rotor una rueda planetaria de ala de rotor, la cual está engranada con el segmento de dentado del estátor.

En caso de una variación de la posición angular del rotor interior con respecto al estátor la rueda planetaria del estátor rueda sobre el segmento de dentado del rotor interior y la rueda planetaria de ala de rotor, la cual está apoyada en el ala de rotor, lo hace sobre el segmento de dentado del estátor.

Para evitar perturbaciones de engrane la geometría del dentado debe estar concebida de tal manera que los datos de dentado de las ruedas planetarias, que están apoyadas en el ala de rotor y en el ala de estátor, sean iguales. Con ello se reducen también los costes de fabricación, dado que durante la fabricación mediante técnica de sinterización de las ruedas planetarias de ala de rotor y de las ruedas planetarias de estátor se utiliza únicamente una herramienta. El ajuste del rotor interior tiene lugar gracias a que se proporciona presión a una cámara de presión, teniendo lugar, dependiendo de la cámara de presión cargada, la presión contra las alas de rotor interior y girándolas correspondientemente. Mediante la presión de aceite en la cámara de presión la rueda planetaria de ala de estátor, que está engranada en el segmento de dentado del rotor interior, es cargada con presión, siendo presionadas, mediante esta carga con presión, las cabezas de diente de la rueda planetaria de ala de estátor contra la pared de la escotadura de montaje de ala de estátor y siendo presionados los flancos de diente de la rueda planetaria de ala de estátor contra los flancos de diente del segmento de dentado del rotor interior.

Mediante la compresión de las cabezas de diente y de los flancos de diente se obtienen grandes superficies de obturación las cuales separan la cámara de presión, de manera radialmente por completo obturada, de la cámara sin presión. Se posibilita así una obturación radial del variador de árbol de levas.

En una forma de realización ventajosa de la invención está previsto que el estátor presente por lo menos dos alas de estátor y el rotor por lo menos dos alas de rotor. En otra estructuración ventajosa está previsto que el estátor presente tres alas de estátor y el rotor tres alas de rotor. En una estructuración, asimismo ventajosa, está previsto que el estátor presente cuatro alas de estátor y el rotor cuatro alas de rotor. Los variadores de árbol de levas conocidos presentan, generalmente, cuatro alas de estátor y cuatro alas de rotor, con lo cual los ángulos de giro posibles ángulos de torsión del árbol de levas están limitados condicionados constructivamente. Una reducción del número de alas de estátor y alas de rotor a dos o tres alas, conduce al resultado de que, por un lado, se pueden realizar ángulos de torsión mayores y, por el otro, los variadores de árbol de levas resultan más ligeros y existe una masa menor de piezas que hay que mover. Constructivamente son posibles también más de cuatro alas.

En una forma de realización especialmente ventajosa de la invención está previsto que el estátor, el rotor interior y/o las ruedas planetarias estén hechas de metal sinterizado. Estas piezas pueden ser fabricadas mediante técnica de sinterización con grandes tolerancias sin empeorar la estanqueidad radial. Además, la sensibilidad frente al aceite sucio es pequeña.

Otra ventaja de las tolerancias de fabricación relativamente grandes es la posibilidad se utilizar otros materiales como aluminio sinterizado o plástico. Es ventajoso cuando el rotor, el estátor y las ruedas planetarias presentan, coeficientes de dilatación térmica por lo menos aproximadamente iguales, para que estos componentes puedan ser emparejados entre sí. Es posible por ejemplo, para coeficiente de dilatación térmica aproximadamente iguales, utilizar un rotor y un estátor realizados en metal sinterizado y las ruedas planetarias de plástico (duroplástico). Resulta así en especial una reducción de los ruidos mediante el emparejamiento acero sinterizado/plástico.

Otras características, ventajas y estructuraciones ventajosas de la invención podrán apreciarse a partir de las reivindicaciones subordinadas así como de la descripción siguiente de la invención haciendo referencia a los dibujos adjuntos. En los dibujos, las figuras representan en:

la Fig. 1, una sección a través de una variador de árbol de levas según la invención con cuatro alas de estátor y de rotor,

la Fig. 2, en detalle "X" según la Fig. 1, y

la Fig. 3, una sección a través del variador de árbol de levas según la invención con dos alas de estátor y de rotor.

La Fig. 1 representa un variador de árbol de levas 1 para un motor de combustión interna no representado con un estátor 2, el cual presenta, distribuidas radialmente a lo largo de su perímetro, alas de estátor 3 que sobresalen radialmente hacia dentro. Las alas de estátor 3 presentan, en cada caso, una escotadura de montaje de ala de estátor 4, la cual está abierta hacia dentro y en la cual está apoyada una rueda planetaria de ala de estátor 5. En el estátor 2 está apoyado un rotor 6, el cual presenta alas de rotor 7. Cada ala de rotor 7 presenta una escotadura de montaje de ala de rotor 8, en la cual está apoyado un planetario de ala de rotor 9.

Las alas de estátor 3 sobresalen radialmente hacia dentro en cada caso al interior del espacio intermedio existente entre dos alas de rotor 7. Es válido lo mismo para las alas de rotor 7, las cuales sobresalen en cada caso al interior del espacio intermedio. Resulta por consiguiente que el rotor 6 está formado aproximadamente en forma de estrella.

La rueda planetaria de ala de estátor 5, dispuesta en el ala de estátor 3, engrana en un segmento de dentado 10 dispuesto sobre el perímetro exterior del rotor 6 entre en cada caso un ala de rotor 7. La rueda planetaria de ala de rotor 9, dispuesta en el ala de rotor 7, engrana en un elemento de dentado 11 dispuesto sobre el perímetro interior del estátor 2 entre en cada caso un ala de estátor 3.

Son evitados los derrames radiales internos, que se forman entre los puntos de contacto del estátor 2 y del rotor interior 6, en forma de pérdidas en la rendija, mediante la utilización de los segmentos de dentado y de las ruedas planetarias que engranan en estos.

El ajuste del rotor 6 tiene lugar gracias a que a través del taladro de presión 12 la presión es introducida en la cámara de presión 13 o, para la dirección de giro alternativa, gracias a que la presión es introducida en la cámara de presión 15. Dependiendo de la cámara de presión 13, 15 cargada, la presión tiene lugar contra las alas de rotor 7, con lo cual éste es girado correspondientemente. Mediante la presión de aceite en la cámara de presión 13 ó 15 la rueda planetaria de ala de estátor 5, la cual está engranada con el segmento de dentado 10 del rotor 6, es cargada con presión, siendo presionados, mediante esta carga con presión de las cabezas de los dientes de la rueda planetaria de ala de estátor 5, contra la pared de la escotadura de montaje de ala de estátor 4 y los flancos de diente de la rueda planetaria de ala de estátor 5 es presionada contra los flancos de diente del segmento de dentado 10 del rotor 6. Mediante la compresión de las cabezas de diente y de los flancos de diente se producen grandes superficies de obturación las cuales separan las cámaras de presión 13, 15, de forma absolutamente estanca, de la cámara 13, 15 en cada caso sin presión, de manera que se hace posible una obturación radial del variador de árbol de levas 1.

La Fig. 2 representa en detalle "X" de la Fig. 1 con el variador de árbol de levas 1 indicado parcialmente, el cual consta de un estátor 2 y de un rotor 6 apoyado en él, mostrándose un estado en el cual la cámara de presión 15 es cargada con presión, por ejemplo mediante un líquido hidráulico.

A través del taladro de presión 14 se introduce presión en la cámara de presión 15, estando dibujado en negro el espacio cargado con presión ocupado por el líquido hidráulico. Se muestra que, adicionalmente a la cámara de presión 15, la cual es formada por el espacio situado entre el ala de estátor 3 y el ala de rotor 7, se cargan con presión también otras zonas.

Mediante la carga de la cámara de presión 15 se ejerce presión sobre las alas de rotor 7, con lo cual el rotor gira en la dirección de la flecha A. Simultáneamente se produce asimismo un giro de la rueda planetaria de ala de rotor 9, apoyada en la escotadura de montaje de ala de rotor 8, en la dirección de la flecha B mientras que ésta rueda sobre el segmento de dentado 11 dispuesto entre las alas de estátor 3. Mediante la carga con presión las cabezas de diente 16 de la rueda planetaria de ala de rotor 9 con presionadas contra la pared 17 de la escotadura de montaje de ala de rotor 8. Simultáneamente los flancos de diente 18 de la rueda planetaria de ala de rotor 9 son presionados contra los flancos de diente 19 del segmento de dentado 11. Mediante la compresión de las cabezas de diente 16 contra la pared 17 y de los flancos de diente 18 contra los flancos de diente 19 del segmento de dentado 11, se forman grandes superficies de obturación, las cuales separan la cámara de presión 15, radialmente estanca de manera absoluta, de la cámara 13 sin presión, de manera que está garantizada una obturación radial del variador de árbol de levas 1.

\newpage

Esta obturación se consigue, sobre uno de los lados de la cámara de presión, mediante la obturación en la zona de la rueda planetaria de ala de rotor 9 y, sobre el otro lado de la cámara, en la zona de la rueda planetaria de ala de estátor 5. En la rueda planetaria del ala de estátor 5 se presionan, correspondientemente, las cabezas de diente 20 de la rueda planetaria de ala de estátor contra la pared 21 de la escotadura de montaje de ala de estátor 4 y al mismo tiempo se presionan los flancos de diente 22 de la rueda planetaria de ala de estátor 5 contra los flancos de diente 23 del elemento de dentado 10.

La Fig. 3 representa un variador de árbol de levas 1 para un motor de combustión interna no representado con un estátor 2 el cual, distribuidas a lo largo de su perímetro, presenta alas de estátor 3 que sobresalen radialmente hacia dentro. Las alas de estátor 3 presentan en cada caso una escotadura de montaje de ala de estátor 4, la cual está abierta hacia dentro y en la cual está apoyada una rueda planetaria de ala de estátor 5. En el estátor 2 está apoyado un rotor 6, que presenta alas de rotor 7. Cada ala de rotor 7 presenta una escotadura de montaje de ala de rotor 8, abierta hacia fuera, en la cual está apoyado un planetario de ala de rotor 9. Las alas de estátor 3 sobresalen radialmente hacia dentro en cada caso al interior del espacio intermedio existente entre dos alas de rotor 7. Resulta igualmente válido para las alas de rotor 7, las cuales asoman en cada caso al interior del espacio intermedio. Resulta, por consiguiente, que el rotor 6 está formado, aproximadamente, en forma de estrella. La rueda planetaria de ala de estátor 5, dispuesta en el ala de estátor 3, engrana en un segmento de dentado 10 dispuesto en el perímetro exterior del rotor 6, entre en cada caso un ala de rotor 7. La rueda planetaria de ala de rotor 9, dispuesta en el ala de rotor 7, engrana en un segmento de dentado 11, dispuesto sobre el perímetro interior del estátor 2 entre en cada caso un ala de estátor 3. Los derrames radiales internos, que se forman entre los puntos de contacto del estátor 2 y el rotor interior 6 en forma de pérdidas en la rendija, se impiden mediante la utilización de segmentos de dentado y las ruedas planetarias que engranan en estos. El ajuste del rotor 6 tiene lugar gracias a que a través del taladro de presión 12 se introduce presión en la cámara de presión 13 o, para la dirección de giro alternativa, gracias a que se introduce presión en la cámara de presión 15. Dependiendo de la cámara de presión 13, 15 cargada tiene lugar la presión contra las alas de rotor 7, con lo cual éste es girado correspondientemente. Mediante la presión de aceite en la cámara de presión 13 ó 15 se carga con presión la rueda planetaria de ala de estátor 5, que está engranada con el segmento de dentado 10 del rotor 6, siendo presionadas para esta carga con presión las cabezas de diente de la rueda planetaria de ala de estátor 5 contra la pared de la escotadura de montaje de ala de estátor 4 y siendo presionados los flancos de diente de la rueda planetaria de ala de estátor 5 contra los flancos de diente del segmento de dentado 10 del rotor 6. Mediante la compresión de las cabezas de diente y de los flancos de diente se producen grandes superficies de obturación, las cuales separan las cámaras de presión 13, 15, radialmente de manera absolutamente estanca, con respecto a la cámara 13, 15 en cada caso sin presión, posibilitando así una obturación radial del variador de árbol de levas 1. Debido a que el variador de árbol de levas 1 de la Fig. 3 presenta únicamente dos alas de estátor 3 y dos alas de rotor 7, se consigue, mediante esta reducción del número de alas de estátor y de alas de rotor de cuatro alas 3, 7 a dos alas que, por un lado, se puedan realizar ángulos de giro mayores y, por otro lado, los variadores de árbol de levas se hagan más ligeros y exista una masa menor de las piezas que hay que mover. De manera adicional se reduce el rozamiento dado que al mismo tiempo engranan menos ruedas planetarias en los segmentos de dentado correspondientes.

Claims (7)

1. Variador de árbol de levas (1) para un motor de combustión interna con un estátor (2) que presenta distribuidas sobre su perímetro alas de estátor (3) que sobresalen hacia dentro radialmente, y estando montado en el estátor (2) un rotor (6), que presenta alas de rotor (7) con por lo menos una escotadura de ala de rotor abierta hacia fuera, caracterizado porque las alas de estátor presentan por lo menos una escotadura de montaje de ala de estátor (4), dispuesta en el estátor (2), que está abierta hacia dentro y en la que está montada una rueda planetaria de ala de estátor (5) y, porque en dicha por lo menos una escotadura de ala de rotor está montada una rueda planetaria de ala de rotor (9), engranando las ruedas planetarias de ala de estátor (5) en un segmento dentado (10) dispuesto sobre el perímetro exterior del rotor (6) respectivamente entre un ala de rotor (7), y engranando las ruedas planetarias de ala de rotor (9) en un segmento dentado (11) dispuesto sobre el perímetro interior del estátor (2) respectivamente entre un ala de estátor (3).

2. Variador de árbol de levas (1) para un motor de combustión interna según la reivindicación 1, caracterizado porque el estátor (2) presenta por lo menos dos alas de estátor (3), y el rotor (6) presenta por lo menos dos alas de rotor (7).

3. Variador de árbol de levas (1) para un motor de combustión interna según la reivindicación 1, caracterizado porque el estátor (2) presenta tres alas de estátor (3) y el rotor (6) presenta tres alas de rotor (7).

4. Variador de árbol de levas (1) para un motor de combustión interna según la reivindicación 1, caracterizado porque el estátor (2) presenta cuatro alas de estátor (3) y el rotor (6) presenta cuatro alas de rotor (7).

5. Variador de árbol de levas según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque el estátor (2), el rotor interior (6) y/o las ruedas planetarias (5), (9) están realizadas en metal sinterizado.

6. Variador de árbol de levas según una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque el estátor (2), el rotor interior (6) y/o las ruedas planetarias (5), (9) están realizadas en plástico.

7. Variador de árbol de levas según una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque el estátor (2), el rotor interior (6) y/o las ruedas planetarias (5), (9) presentan un coeficiente de dilatación térmica por lo menos aproximadamente igual.