(57)【要約】      （修正有）【課題】油圧液の漏れを防止し、油圧効率に悪影響がないカムシャフト調整装置を提供する。【解決手段】ベーン式モータ原理に基づいて作動する、すなわち一定の角度内で前後に回転できるカムシャフト調整装置１は、一般に、中心に向かう突起７を有するステータ３と、ベーン１１を有するロータ５とを備える。ロータ５自体は、少なくとも２つの部材からなる複合システムとして提供される。その復号システムの一方の部材はカバーである。その複合システムの他方の部材は、ロータコアと呼ぶことができる。そのカバーはロータ上に配置される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベーン式モータ原理に基づくカムシャフト調整装置（１）であって、
中心に向かう少なくとも１つの突起（７）を有するステータ（３）と、
前記突起（７）付近に配置され、かつ角運動を行うことができる少なくとも１つのベーン（１１）を有し、第１および第２の平面（１３、１５）を有するロータ（５）と、
油圧区域（１７、１９）に対する流路（２１、２３）と、を備え、
ステータ（３）とロータ（５）との間では、前記ロータ（５）の角運動により逆方向回転する少なくとも２つの油圧区域（１７、１９）が形成され、
前記流路（２１、２３）の一方が少なくとも部分的にロータ（５）を通って形成されており、
前記ロータ（５）は、少なくとも２つの部材（２５、２７）、すなわちカバー（２９）およびロータコア（３１）からなる複合システムとして構成されており、それらは接触時に第１および第２の平面（１３、１５）の一方の面に平行な被覆された流路部（３３）を形成する、カムシャフト調整装置。
【請求項２】
第１部材（２５）はカバー（２９）であり、
第２部材（２７）はロータコア（３１）であり、
第２部材（２７）は第１部材（２５）に挿入される、請求項１記載のカムシャフト調整装置（１）。
【請求項３】
流路（２１、２３）は、ロータ（５）における第１および第２の平面（１３、１５）に平行に延びており、それぞれ部材（２５）により覆われて、被覆された流路部（３３）となる、請求項１または請求項２記載のカムシャフト調整装置（１）。
【請求項４】
前記カバー（２９）は、特にカムシャフト通路（３７）、センタボルト通路（３９）、好ましくはロータ（５）とステータ（３）との間のすべての回転通路における、カムシャフト（６７）、トリガーホィールおよびカバーといった追加部材を含むカムシャフト調整装置（１）の固定部および可動部と接触（３５）するロータ（５）個所を形成する、請求項１から請求項３のいずれか記載のカムシャフト調整装置（１）。
【請求項５】
流路（２１、２３）は、油圧区域（１７、１９）からロータ（５）において好ましくは軸方向に位置する中央給油部（４３）に到達し、星形の先端状に区分されたカバー（２９）により被覆された流路部（３３）を形成し、特に円形リング（４５）により結合されている、請求項１から請求項４のいずれか記載のカムシャフト調整装置（１）。
【請求項６】
流路（２１、２３）は、軸方向の供給流路（６３、３５）から油圧区域（１７、１９）に到達し、
前記流路（２１、２３）は、供給流路（６３、６３）から、好ましくはできるかぎり最短の流路にわたって径方向に延び、ロータ（５）の平面（１３、１５）において分岐部および曲げ部を持たずに配置されている、請求項１から請求項４のいずれか記載のカムシャフト調整装置（１）。
【請求項７】
前記流路（２１、２３）は浮動式流路であり、油圧液の充填時、特に加圧された油圧液の充填時には、カバー（２９）がロータコア（３１）から外側へステータ側壁（４９）に密閉して押し付ける、請求項１から請求項６のいずれか記載のカムシャフト調整装置（１）。
【請求項８】
前記円形リング（４５）は、好ましくはロータ（５）の全面（１３、１５）にわたり密閉されて延びる環状溝（４７）に配置される、請求項５または請求項６記載のカムシャフト調整装置（１）。
【請求項９】
前記複合システムの外側カバー（２９）は、プラスチック材料要素であり、
当該複合システムの外側カバー（２９）間に配置されたロータコア（３１）は、金属、好ましくは焼結金属からなる、請求項１から請求項８のいずれか記載のカムシャフト調整装置（１）。
【請求項１０】
ａ）ロータコア（３１）に表面に向けて開いた流路を設ける工程と、
ｂ）カバー（２９）をロータコア（３１）の少なくともひとつの環状溝（４７）に挿入する工程と、
ｃ）ロータ（５）の複合システムをステータハウジング（７３）に挿入する工程と、を備えた、請求項１から請求項９のいずれか記載のカムシャフト調整装置（１）の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、油圧調整方式により、かつベーン式モータ原理に基づいて、例えばクランクシャフトなどの他のシャフトに対して内燃機関のカムシャフトを調整することができるカムシャフト調整装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
多種類のカムシャフト調整装置があるが、特許出願時点において最もよく用いられている方式の調整装置はベーン式モータ原理に基づいて作動するものである。互いに対して相対移動可能な２つのホィール、すなわち同軸配置されたステータとロータが油圧室を構成し、それらのうちの少なくとも２つの室は逆方向に回転する。一方の室が増大すれば、別の固定方法も公知であるが、センタボルトによりロータに固定されたカムシャフトは、早める方向に、つまり、ガス交換弁の開放時点を早めるよう移動させる。逆方向に回転する他方の油圧室が増大すれば、カムシャフトは、他のシャフトに対して遅らせる方向に、つまり、ガス交換弁の開放時点を遅らせるよう移動させる。油圧室とされた区域は、簡略的に油圧区域と呼ぶことができる。油圧液は、流路を介して種々の油圧区域へ送られる。これに関連して、例えば個々の流路部はまずカムシャフト自体に沿って案内され、さらにカムシャフト調整装置のカムシャフト通路の区域においてカムシャフト調整装置に至る流路ガイドが本出願人に知られている。流路は、次に一部がロータ内に位置し、かつ同一のロータ材により完全に包囲された個々の油圧区域に移行する。
【０００３】
ロータ駆動式油圧流路部は米国特許６４３９１８３Ｂ（デンソー・コーポレーション、２００１年１０月１日）、特にその図３、図５および図６から公知であり、該流路部は、すべてがロータ表面上に延び、ステータ内壁により覆われるものであり、油圧区域に接続できる。前記文献に開示されたものと同様の外観を有するカムシャフト調整装置のロータは、遅れたロータの平面に沿った切断により押出し成形から得られると考えられるが、その際に流路はフライス加工によりロータ平面内に挿入される。このように製作されたカムシャフト調整装置に関する試験の結果、エンジンオイルなどの油圧液の多量の漏れが主に最大負荷領域において生じた。それゆえ、オイル溜めに流入したエンジンオイルを油圧室へ戻すために無駄な内燃機関のエネルギーが消費された。試験では、作動圧３バールにおいて１リットルの漏れ速度が示された。特にホットアイドル中には、そのような調整装置がオイル漏れの主要個所となっていた。
【０００４】
さらに、米国特許６３６３８９７Ｂ号（ＩＮＡ  ヴェルツラーガー・シェフラー社、２０００年１２月２４日）およびドイツ特許１９９６２９８１Ａ号（ＩＮＡ  ヴェルツラーガー・シェフラー社、１９９９年１２月２４日）を有するパテントファミリーが知られており、その第２実施形態において、ステータ内の内室を密閉するために環状密閉ワッシャが用いられている。これらのシール（環状密閉ワッシャ）は調整装置の外壁に位置している。カムシャフト調整装置の外壁の開口部は、壁にある漏れシールにより回転部に対して密閉される。
【０００５】
その流路が完全にロータ内に延びるロータを備えたカムシャフト調整装置では、丸くあけられた伸長流路を設けることが多い。流路の丸い断面形状は、前記流路形状と同じ圧力減少においてより大きな穴直径を必要とする。この流路形状は望ましくない大きな圧力減少を生じる恐れがある、なぜならば、流路圧力の減少も油圧効率に対して悪影響を与えるからである。
【特許文献１】米国特許第６４３９１８３Ｂ号（株式会社デンソー）、２００１年１０月１日
【特許文献２】米国特許第６３６３８９７Ｂ号（ＩＮＡ  ヴェルツラーガー・シェーファー社）、２０００年１２月２４日
【特許文献３】ドイツ国特許第１９９６２９８１Ａ号（ＩＮＡ  ヴェルツラーガー・シェーファー社）、１９９９年１２月２４日
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
１つのまたは他のロータ方式の欠点を認識した上で、本発明者は２つの公知のカムシャフト調整装置の欠点を低減する内燃機関のカムシャフト調整装置の提供を模索した。そのために、多数の流路設計に関する試験を行った。特に、各部分の最適化を図るために、流路の個々の流路部について考察した。この場合の流路部とは、流路の各流路長の全体も包括し得る流路区域も意味している。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
認識された困難は、請求項１に基づくカムシャフト調整装置により少なくとも部分的に解消される。適切な製造可能性は、請求項９から得られる。有利な実施形態については、従属請求項に記載されている。
【発明の効果】
【０００８】
ベーン式モータ原理に基づいて作動するカムシャフト調整装置、つまり一定の角度内で正転および逆転できるカムシャフト調整装置は、一般にステータおよびロータを含む。したがって、ベーン式モータ様式のカムシャフト調整装置の動作は、角運動とみなすことができる。ステータは、複数の部材から構成できる外部スリーブである。ステータ内部には、ステータ中心に向かう少なくともひとつの突起がある。ベーンは、該突起に向かって、またそれから離れるように径方向に移動できる。公知のカムシャフト調整装置の大半は複数（例えば、５個など）の突起を有するが、それらは実質的に円形のステータの円周上に配置されており（通常は均等に配置されている）、すべてカムシャフト調整装置の中心に向かっている。これらの突起の間では、多数（通常は突起と同数である）のロータベーンが往復運動を行う。カムシャフト調整装置は、２つの平面を持つ平坦円板のようである。したがって、ロータも同様の設計であり、２つの平面を有する。ロータのベーンとそれに対応する突起および／またはステータとの間には対向する油圧区域が形成され、該区域には流路を介して油圧液が浸入する。これらの流路の少なくともひとつは、部分的にロータにより構成される。ロータ自体は、少なくとも２つの部材からなる複合システムとして製作される。これらの部材のひとつはカバーである。該複合システムの他方の部材は、ロータコアと呼ぶことができる。カバーはロータ上に設置される。ロータコアとカバーは、側面からサンドウィッチ状に機能する積層表面構造とみなすことができる。ロータコアの短い周回側は、比較的より平坦なカバーまで到達する。カバーは、ロータコアの円形の面上に置かれる。この場合に、カバーは一部が流路に進入することもできる。さらに、第２部材が第１部材に挿入されてもよい。主として、カバーとロータコアとの間に一種の接触が見られる。有利には、線接触であり得る。より有利には、多数の線形接触であり得る。接触は一方の側に対して平行となるべきである。覆われた流路部は、その２つの部材により形成される。カバーは覆われるべき流路部に沿った馬蹄形またはＵ字形部材であることも想定できるのであり、平面に対して９０度の角度をなして配置される垂直壁がロータの複合システムのその２つの部材により形成される。これらは、ロータコア内に延びる流路部の側壁および対応カバーの側壁である。
【０００９】
ロータの２つの平面上の類似の流路ガイドでは、対応カバーはロータコアの両面に対して設けることもできる。この場合にカバーが互いに同一であるか、あるいは異なるカバーが使用されるかは、実際の流路ガイドによる。
【００１０】
カムシャフト調整装置の固定部分および可動部分が接触するロータ個所にカバーがあれば特に有利であり、その場合の追加部材としてはカムシャフト、トリガーホィールまたはカムシャフト調整装置カバーが挙げられる。ひとつの実施形態によれば、カムシャフト通路に接触個所がある。これは、カムシャフトがカムシャフト調整装置に突き出る個所である。本発明の別の観点によれば、カバーは中心ボルト通路に接触している。中心ボルト通路は、カムシャフト調整装置をカムシャフトに固定するために、軸方向に配置された中心ボルトがカムシャフト調整装置に入る個所である。
【００１１】
カムシャフト調整装置内の流路は、例えばオイルなどの油圧液を、油圧区域から駆動モータの別の区域に帰属するオイル供給部へ送らなければならない。有利な流路ガイドでは、オイル供給はカムシャフトを介して中心に別々に進入し、カムシャフトによりカムシャフト調整装置の流路に送られ、軸方向に配置された中央給油部から極めて短い経路、特に直線経路で、星形の先端のように油圧区域へ進入する。したがって、カムシャフト調整装置の旋回点は中央で単一連続カバーにより被覆できる。特に有利な中心カバーは、例えば円形リングである。
【００１２】
流路における圧力ロスの原因は、流路が多数の分岐と転向部を有することにある。それとは逆に圧力ロスが低減されるのは、流路が中央の軸方向流入部から十分な大きさをもって、かつできるかぎり分岐および曲げ部の少ない構造で設計されており、ロータ平面を介して油圧区域に進入する場合である。
【００１３】
さらに有利な局面は、カバーが被覆すべき流路区域において自由な浮遊状態で装着されることである。油圧液の圧力が増せば、カバーはロータコアから離れるように外側へ押される。圧力増加による漏れの恐れが高まれば、臨界ねじり負荷された区域がカムシャフトにおいてより有効に密閉されることになる。
【００１４】
構造全体のスペースを小さくするために、ロータ周囲には環状溝が設けてあり、環状溝と同様に形成されたカバーリングが挿入できる。その結果として、ロータコアおよびその部分のみを覆う対応側面カバーが単一表面を形成する。
【００１５】
さらに有利なのは、適切な材料が選択されることである。焼結金属は特にロータコア用に適しており、ロータコアでは適切な流路が焼結工程中に既に挿入されている。シールは、有利にはプラスチック材料、特に高耐久性プラスチック材から製造できる。材料選択により、ロータコアはカムシャフト上に有利に装着され、また所望の稼働性能に対して稼働を継続することができるのであり、さらにその合成特性のゆえにシールは特に有利な密閉特性を発揮することができる。
【００１６】
本発明によるカムシャフト調整装置を製造するための対応する製造方法は、ロータコアの製造、適切なカバーの挿入、さらにステータ・ハウジングにおける全体複合システムの形成の各工程からなる。特に焼結されたロータコアについては、表面に向けて開いた流路が焼結工程と同時にロータコア内に製造できる。押出し部の使用により、ロータコアは押出し部からその適正厚さの長さに切断され、また流路は第１処理工程において例えばフライス加工や打抜き加工により挿入される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
図１および図２は、開放状態のカムシャフト調整装置１の全体図を示す。ステータ３内にはロータ５が装着されており、各突起部７、９間には該ロータのベーン１１が油圧により前後可動に取り付けられている。ステータ３の片面に、スプロケット５１を設けてもよい。図１および図２のカムシャフト調整装置の図において、ステータ・ハウジング７３のステータは開放された状態で描かれている。ステータ・ハウジング７３は、スプロケット５１と一体構造の皿状体、あるいはスプロケット５１により片側が覆われた受容リング形式の複数部品からなる皿状体として製造できる。ロータ５は、そのロータ５を出力軸に取り付けるための手段に対する軸凹部つまり図面のセンタボルト・ガイド５７を設けて形成できる。カムシャフト調整装置の円板状部材は、該部材の周縁部に配設され、突起部７、９の突起孔５３を貫通してそれぞれステータ・ハウジング７３の反対側に達することができる皿頭ボルトにより結合できる。運転中に第１油圧区域１７または第２油圧区域１９の作動油を周囲に対して封止するために、シール類はカムシャフト調整装置１の各位置に挿入できる。一例として、ステータ３の端部区域周縁に配設された周縁ステータ・シール５５と突起孔５３の周囲に配設された環状突起孔シール５９を示す。２つの油圧区域１７、１９を区画するベーン１１を備えた星形外観を有するロータ５は、２つの面１３、１５を有する。運転中にはステータ３およびロータ５がほぼ連続的に回動するのに対して、油圧室が極力液密を保持できるように油圧区域１７、１９のオイルも給排可能でなければならない。
【００１８】
図３のカムシャフト調整装置１はステータ３とロータ５を含み、カムシャフト６７のセンタボルト６１を通した図で示されている。ロータ５に加えて、ステータ・ハウジング７３も各油圧区域１７、１９を包囲している。本実施の形態で示すように、第１の溝６９および第２の溝７１、カムシャフト内に延びる第１および第２の供給流路６３、６５、並びに第１および第２の流路２１、２３を介して加圧された油圧液を油圧区域１７、１９まで案内するために、特にカムシャフト６７が使用される。カムシャフト６７端部に螺挿されたセンタボルト６１（このセンタボルトはセンタボルト通路を介してロータ５と係合している）によってカムシャフト通路３７を介してロータ５と係合するカムシャフト６７が、カムシャフト６７とロータの一平面との間に摩擦接触を生じるように、図３に示された多層ステータ・ハウジング７３はカムシャフト側に配設されたカバー仕様としてのスプロケット５１により封止されている。本実施の形態において、センタボルト・ガイドはセンタボルト６１のシャンク径を上回る直径を有する。そのため、オイル流路の一部であり、１つの平面に誘導され得る給油部４３として使用されるその径差において、センタボルト６１は、油圧液により送られたオイルを、いわば行き渡らせる。例えば３３などのその他の流路部はロータコア３１内で部分的に延び、例えばセンタボルト６１などの回転部品と、例えばステータ・ハウジング７３などの相対的な準定常部品との間に設けられた接触個所３５にまたがっている。その切り替わりは、ロータコア３１端部において延びる第１流路および第２流路２１、２３内に存在する。回転通路として設けられた区域４１は、摩擦に影響されずにねじり耐性を有するように、サンドイッチ構造の多層ロータ５の第２部材２７により確実に封止される。第１部材２５および第２部材２７は、選択的にその他の部材と共にロータ５を形成する。第１および第２流路２１、２３の流路ガイドを通る数個の孔によって形成された開口部がロータ５の遮断された第１平面および第２平面１３、１５を形成するように、第２部材２７は少なくとも部分的に第１部材２５に挿入することができる。ロータ５の平面１３、１５は、個別の流路部３３でもあり得る接触ラインおよびステータ側壁４９、特にステータ内壁に摺接する。
【００１９】
本発明に基づいて構成された大きな横断面を有する部材としてのロータ流路ガイドの６つの異なる実施形態を、図４、図５、図６、図７、図８および図９に示す。図４において、給油部４３は、センタボルト・ガイド５７の部分においてロータ５中心から径方向に延び、さらにロータ５の第１平面１３に沿ってベーン１１方向へ直進して、ベーン１１間の拡張部に進入する。ロータ５の端部区域に導かれた流路２１は、ロータのベーン間の円弧状連結部において開口する。流路２１は流路２３に対してスリップ角および／または調整角だけオフセットされた位置で終端している。その流路２３は、ロータ５の背面である第２平面１５に位置するものであり、別の油圧区域を設けることができるものである。図５のロータ５は、図４のロータ５とほぼ同様の仕様である。２つのロータ５は、それらの径方向ベーン外端部に広がったシール長さを有するハンマ状ベーン１１を含む。ただし、図４および図５のロータ５は、カバー２９の種類、および／またはカバー２９と流路２１との連携性において異なる。図４および図５のカバー２９は小型の四辺形、好ましくは正方形のプレートであり、その長さはカムシャフト調整装置１の可動部と定常部の間の接触箇所に付加的な残りの封止部を加えたものである。そのカバーは、ある場合には、例えばロータコア３１において締まりばめにより流路２１に確実に挿入された精密ばめクランプカバーであってもよく、他の場合には、ロータ５の相対位置に取り付けられた高さ調節可能な浮動式カバー２９であって、加圧下でステータ側壁４９に対して押し付けられる形式とすることができる。図４および図５はロータ５の一平面１３の立体図を示すが、ロータ５の回転角だけオフセットされた流路２３は後部反対側の第２平面１５における流路終端によって概略のみを示す。２つの流路２１、２３は、ロータコア３１の端部区域内に延びている。ロータ内周面では、流路２１、２３は半円形の流路底区域を有し、それらの流路底区域は互いに平行に延びる縦壁に開口している。給油部４３は、センタボルト・ガイドの端部において星形を形成するように流路２１へ径方向に分岐するために、センタボルト・ガイド５７に沿って延びると共に、該センタボルト・ガイド５７を包囲している。特に漏れにより影響される危険区域のみが封止されるため、材料節減が望ましい場合には、流路と同数のカバー２９とする仕様が有利である。
【００２０】
図６および図７は、互いに極めて類似している。図７は、油圧液の加圧時に流路底から持ち上がりうる圧力反応式の位置が変わりうるカバー２９を示す。図６では、カバー２９はロータ５のロータコア３１周囲上の固定位置にある。カバー２９は一体構造である。該カバーは、すべての流路２１にまたがると共に、各流路カバー中央の連結リングによって結合される。すべての流路２１が一回の操作において完全に覆われるため、図６および図７の一体構造カバー２９は製造原価を極力節減したい場合に有利である。
【００２１】
図８および図９におけるカバー２９の形状は円形リング４５であり、該リングはベーン１１近傍にあるロータコア３１の覆いのない一面１３の周囲にわたって延びる環状溝４７に配設される。流路２１の各部分のみが覆われる。図８に基づくロータ５は精密ばめカバー２９を備えており、図９のロータ５はフレキシブルな可動式のカバー２９を備えている。
【００２２】
図１０はロータ５の他方の面１５を示しており、該面のカバー２９は、ロータ５の第１面１３上のカバー２９とは異なる半径、例えば、より大きな半径に設けられた流路２３の流路部３３にまたがっている。給油流路はロータ５の前面１３の中央給油部４３の外側に設けられており、ロータコア３１のベーン１１に対して径方向に接近する。部品数を低減するために、円形リング４５形式のカバー２９は図８または図９の環状カバーと同じ直径および半径である。
【００２３】
図１１にはインハウス式のカムシャフト調整装置１を示しており、該装置はカムシャフト６７上で軸方向に延びるセンタボルト６１によりステータ３とロータ５とに螺嵌されており、該カムシャフト６７は油密方式でセンタボルト６１のヘッドを介して受動的にロータ５を第１および第２流路６３、６５に圧接する。センタボルト通路３９はセンタボルト６１のボルトヘッド側面に設けられ、カムシャフト通路３７はロータ５の他方の面１５に設けられ、面１３はセンタボルト通路３９からそれている。ステータ３は、一体構造のスプロケット５１、ステータ・ハウジング７３を含む複数の部材から構成される。ロータ５は、その角変位中にステータ側壁４９に摺接する。センタボルト６１周囲に延びる給油部４３は、本実施の形態では完全に内側にある流路を介して油圧液を油圧区域１７または１９に供給する。油圧液は、カムシャフト６７によって、該カムシャフト６７に設けられた２つの溝６９、７１を介してカムシャフト調整装置１に送られる。
【００２４】
図４から図９に示された流路ガイドは、ロータコア３１において図１１に示された２つの流路の一方と接続することもできる。
【００２５】
上に開示された発明は、換言するならば、運転中にロータ接続部の回転通路に対するロータの縦方向面に設けられ、ロータに平行な内燃機関区域の空洞部に対して漏れを最小化する、圧力室の供給流路を封止し、かつ浮動的に被覆するロータ流路用浮動式リングシールであると表現できる。それに関連して、本発明は加圧時つまり一般には内燃機関のオイルポンプの高速回転時に封止機能がさらに向上し、その結果として漏れが低減されるという重要な原理によって特徴づけられる。
【００２６】
この詳細な説明の範囲においては、一般的な発明概念を明確にすることを目的として各実施形態が単に説明されたものであり、当然ながらこれらに限定されるものではない。この関連において、プラスチック―プラスチック、金属―金属などの同一合成系挙動を有する材料の適切な選択が本発明に帰属することも妥当である。本発明によるロータの流路の実際の仕様は、同様に上記実施の形態に限定されるものではない。
【産業上の利用可能性】
【００２７】
本発明によるカムシャフト調整装置は、油圧調整方式により、かつベーン式モータ原理に基づいて、例えばクランクシャフトなどの他のシャフトに対して内燃機関のカムシャフトを調整することができるものであり、漏れが低減されたベーン式モータ用ロータを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】カムシャフト調整装置の斜視図
【図２】カムシャフト調整装置の側面図
【図３】カムシャフト上に取り付けられた本発明によるカムシャフト調整装置の縦断面
【図４】本発明によるロータの第１の実施形態を示す図
【図５】本発明によるロータの第２の実施形態を示す図
【図６】本発明によるロータの第３の実施形態を示す図
【図７】本発明によるロータの第４の実施形態を示す図
【図８】本発明によるロータの第５の実施形態を示す図
【図９】本発明によるロータの第６の実施形態を示す図
【図１０】本発明によるロータの斜視図
【図１１】インハウスの従来技術によるカムシャフト調整装置を示す図
【符号の説明】
【００２９】
１  カムシャフト調整装置
３  ステータ
５  ロータ
７  第１突起部
９  第２突起部
１１  ベーン
１３  ロータの第１平面
１５  ロータの第２平面
１７  第１油圧区域
１９  第２油圧区域
２１  第１流路
２３  第２流路
２５  第１部材
２７  第２部材
２９  カバー
３１  ロータコア
３３  流路部
３５  接触個所
３７  カムシャフト通路
３９  センタボルト通路
４１  回転通路
４３  給油部
４５  円形リング
４７  環状溝
４９  ステータ側壁
５１  スプロケット
５３  突起孔
５５  周縁ステータ・シール
５７  センタボルト・ガイド（ロータ内）
５９  突起孔シール
６１  センタボルト
６３  第１供給流路
６５  第２供給流路
６７  カムシャフト
６９  第１溝、好ましくは周縁
７１  第２溝、好ましくは周縁
７３  ステータ・ハウジング
【図１】
2006342803.tif 000003
【図２】
2006342803.tif 000004
【図３】
2006342803.tif 000005
【図４】
2006342803.tif 000006
【図５】
2006342803.tif 000007
【図６】
2006342803.tif 000008
【図７】
2006342803.tif 000009
【図８】
2006342803.tif 000010
【図９】
2006342803.tif 000011
【図１０】
2006342803.tif 000012
【図１１】
2006342803.tif 000013
【外国語明細書】
Rotor for vane-type motor with reduced leakage
Technical Field
[0001]  The present invention relates to a camshaft adjuster which, in a hydraulically adjustable manner and according to a vane-type motor principle, may adjust the camshafts of an internal combustion engine relative to a further shaft, such as for example the crankshaft.
Prior Art
[0002]  There are many different types of camshaft adjuster and the most frequently used type of adjuster, at the date of filing, is that which works according to the vane-type motor principle. Two wheels which are movable relative to one another, a stator and a rotor, which are positioned coaxially, together form hydraulic chambers of which at least two chambers are contra-rotating. With the increase of the one chamber, the camshaft attached to the rotor by a central screw, other types of fastening being also known, is moved in the advanced direction, for an advanced opening time of the gas exchange valves, whilst with the increase of the other contra-rotating hydraulic chamber the camshaft is moved in the retarded direction relative to the other shaft, for a retarded opening time of the gas exchange valve. The regions denoted as hydraulic chambers may also be denoted more simply as hydraulic regions. The hydraulic medium is displaced into the various hydraulic regions via channels. In this connection, for example, channel guides are known to the applicant, in which individual channel portions are firstly guided along the camshaft itself and are transferred to the camshaft adjuster in a region of a camshaft passage of the camshaft adjuster. The channels then lead to the individual hydraulic regions, partially located within the rotor and completely surrounded by the same rotor material.
[0003]  Rotor-driven hydraulic channel portions are known from US 6439183 B (Denso Corporation) 01.10.2001, primarily Figures 3, 5 and 6 thereof and which allow connections to the hydraulic regions which all extend on the rotor surface and are covered by the stator inner wall. It is apparent that rotors of camshaft adjusters which have a similar appearance to those disclosed in the publication, come from an extruded profile by cutting off along the planar faces of the retarded rotor, the channels being inserted into the planar faces of the rotor by milling. Tests on camshaft adjusters produced in this manner led to high amounts of leakage of the hydraulic medium, such as for example engine oil, primarily in the full load range. Thus unnecessary energy of the internal combustion engine is used to pump the engine oil which has escaped into the oil sump back into the hydraulic chambers. In tests, leakage rates of one liter have been shown at an operating pressure of 3 bar. In particular during hot idling, such an adjuster is shown to be the main point of oil leakage.
[0004]  In addition, the patent family with the members US 6363897 B (INA WALZLAGER SCHAEFFLER OHG) 24.12.2000 and DE 19962981 A (INA WALZLAGER SCHAEFFLER OHG) 24.12.1999 is known which in its second embodiment uses a circular sealing washer to seal the inner chamber within the stator. The seals are located in the outer walls of the adjuster. The openings in the outer walls of the camshaft adjuster are sealed relative to the rotating parts by the leakage seals present in the walls.
[0005]  Camshaft adjusters with rotors, whose channels extend completely within the rotor, are frequently provided with round drilled elongate channels. The round cross-sectional shape of the channel requires a larger drilled diameter at the same decrease in pressure as the aforementioned channel shape. The shape of the channel may produce a greater decrease in pressure which is undesirable, as decreases in the channel pressure also have a negative effect on the degree of hydraulic efficiency.
Disclosure of the Invention
Technical Object
[0006]  Knowing the drawbacks of one or other type of rotor, the inventor sought to provide a camshaft adjuster of an internal combustion engine which reduces the drawbacks of the two known camshaft adjusters. In this connection, numerous designs of channel were tested. Amongst others, individual channel sections of a channel were considered in order to allow optimization, section by section. In this connection, the channel section is also understood to be regions of a channel which may also encompass all the individual channel lengths of a channel.
Technical Solution
[0007]  The acknowledged difficulties are at least partially overcome by a camshaft adjuster according to claim 1. A suitable manufacturing possibility may be derived from claim 9. Advantageous embodiments may be derived from the sub-claims.
Advantageous Effects
[0008]  A camshaft adjuster which operates according to the vane-type motor principle, which means being able to move to and fro within a certain angle, generally comprises a stator and a rotor. The motion of the vane-type motor-like camshaft adjuster may thus be denoted as angular motion. The stator is the outer sleeve which may consist of a plurality of parts. Within the stator there is at least one protrusion facing toward the centre of the stator. A vane may move radially toward the protrusion and away from the protrusion. Most of the known camshaft adjusters have numerous protrusions, such as for example 5, which are distributed, usually evenly distributed, over the periphery of the substantially circular stator and which all face toward the centre of the camshaft adjuster, between which a number, generally the same number, of rotor vanes move with reciprocating motion. The camshaft adjuster is like a planar disk of which there are two planar faces. Accordingly, the rotor is also of similar design, also having two planar faces. Between the vanes of the rotor and the corresponding protrusions and/or the stator, opposing hydraulic regions are formed into which the hydraulic medium may enter via channels. At least one of the channels is partially formed by the rotor. The rotor itself is produced as a composite system of at least two components. One of the components is a cover. A further component of the composite system may be denoted as a rotor core. The cover is placed on the rotor. The rotor core and cover may be considered as being of layered surface structure which from the side act in a sandwich-like manner. The shorter, peripheral side of the rotor core extends as far as the cover which is noticeably flatter by comparison. The cover rests on the round face of the rotor core. In this connection, it may also partially extend into a channel. It may also be said that the second component is inserted into the first component. Principally, there is some kind of contact between the cover and the rotor core. Advantageously there may be linear contact. More advantageously, there may be multiple linear contact. The contact should be made parallel to one side. A covered channel portion is formed by the two components. It is also conceivable that the cover is a horseshoe-shaped or U- section-shaped piece along the channel portion to be covered, so that the perpendicular walls which are located at a 90° angle to the planar faces are formed by two components of the composite system of the rotor. These are the side walls of the channel portion extending in the rotor core and the side walls of the corresponding cover.
[0009]  With similar channel guides on the two planar faces of the rotor, corresponding covers may also be provided for both faces of the rotor core. In this connection it depends on the actual channel guide, whether the covers are identical to one another or whether different covers are used.
[0010]  It is particularly advantageous if there are covers on the points of the rotor where a stationary part and moving part of the camshaft adjuster are in contact, the add-on parts such as the camshaft, trigger wheel or cover of the camshaft adjuster also being understood. According to an embodiment, there is a point of contact on the camshaft passage. This is the point at which the camshaft projects into the camshaft adjuster. According to a further aspect of the invention, the cover is in contact with the central screw passage. The central screw passage is the point at which the relevant central axially located screw for fixing the camshaft adjuster to the camshaft leads into the camshaft adjuster.
[0011]  The channels in the camshaft adjuster have to feed the hydraulic medium, such as for example oil, from the hydraulic regions to the oil feeds, which come from another region of the drive motor. An advantageous channel guide is that the oil supply enters centrally and separately via the camshaft, is transferred by the camshaft to the channels in the camshaft adjuster, and enters the hydraulic regions from the axially positioned central oil feed, like the points of a star, over a very short path, in particular a straight path. Thus the pivoting points in the camshaft adjuster may be covered at the center by a single continuous cover. A particularly advantageous central cover is, for example, an annulus.
[0012]  Pressure losses in the channels may arise from the channels having numerous branches and diverted portions. In contrast thereto, the pressure losses are reduced when the channels are designed to be sufficiently wide from the central axial inflow and with as few branches and bends as possible and enter the hydraulic regions via the planar faces of the rotor.
[0013]  A further advantageous aspect is that the covers are mounted to be freely floating in the regions of the channels which they are to cover. When the pressure of the hydraulic medium increases, the covers are pressed outwardly away from the rotor core. The greater the risk of leakage due to an increase in pressure, the better the critical torsionally loaded regions are sealingly closed in the camshaft.
[0014]  In order to save total construction space, in the rotor circuit an annular groove is provided in which the cover ring formed as an annular groove may be inserted. As a result, the rotor core and its corresponding lateral cover, which only covers part of the rotor core, form a single surface.
[0015]  A further advantage is that suitable materials are selected. Sintered metal is particularly suitable for the rotor core, in which the appropriate channels have already been inserted during the sintering process. The seals may advantageously be manufactured from plastics material, in particular highly resistant plastics material. By the choice of material the rotor core may be advantageously mounted on the camshaft and continue to operate for the desired running performance, whilst due to their synthetic properties, the seals may develop particularly advantageous sealing properties.
[0016]  The corresponding manufacturing method for producing a camshaft adjuster according to the invention comprises the steps of producing a rotor core, inserting an appropriate cover and the formation of the entire composite system in the stator housing. In particular with sintered rotor cores, the channels which are open toward the surface may be produced in the rotor cores at the same time as the sintering process. With the use of extruded sections, the rotor core is cut to length at its appropriate thickness from the extruded section and the channels are inserted in the first processing step, for example by milling or stamping.
Brief Description of the Drawings
[0017]  The invention may be better understood with reference to the accompanying Figures, Figure 1 and Figure 2 showing a perspective and lateral view of an open camshaft adjuster,
[0018]  Figure 3 showing a camshaft adjuster according to the invention, built onto a camshaft in longitudinal section,
[0019]  Figure 4 showing a first embodiment of a rotor according to the invention,
[0020]  Figure 5 showing a second embodiment of a rotor according to the invention,
[0021]  Figure 6 showing a third embodiment of a rotor according to the invention,
[0022]  Figure 7 showing a fourth embodiment of a rotor according to the invention,
[0023]  Figure 8 showing a fifth embodiment of a rotor according to the invention,
[0024]  Figure 9 showing a sixth embodiment of a rotor according to the invention,
[0025]  Figure 10 showing a perspective view of a rotor according to the invention, and
[0026]  Figure 11 showing a camshaft adjuster of the in-house prior art.
Embodiment(s) of the Invention
[0027]  Figure 1 and Figure 2 show an open camshaft adjuster 1 in an overall view. In the stator 3 a rotor 5 is located of which the vane 11 is mounted to be movable to and fro between individual protrusions 7, 9 by means of hydraulic pressure. The one face of the stator 3 may optionally comprise a further sprocket 51. The views of the camshaft adjuster are illustrated with an open stator of the stator housing 73 in Figures 1 and 2. The stator housing 73 may be produced as a dish in a single piece with integral sprocket 51 or in a plurality of parts in the form of a receiving ring which is covered on one side by the sprocket 51. The rotor 5 may be formed with an axial recess for a means for fastening the rotor to the output shaft, a central screw guide 57 in the drawing. The disk-like components of the camshaft adjuster may be held together by countersunk screws distributed over their circumference which may respectively reach the other side of the stator housing 73 through the protrusion bores 53 in the protrusions 7, 9. Seals may be optionally inserted at different points of the camshaft adjuster 1 in order to seal, during operation, the hydraulic fluids of the first hydraulic region 17 or the second hydraulic region 19 relative to the surroundings. By way of example, a peripheral stator seal 55 peripherally arranged in the edge region of the stator 3 and annular protrusion bore seals 59 located around the protrusion bores 53 are indicated. The rotor 5 which has a star-shaped appearance with its vanes 11 to separate the two hydraulic regions 17, 19, has dihedral faces 13, 15. During operation, the stator 3 and the rotor 5 move almost continuously, whilst the oil of the hydraulic regions 17, 19 should be able to be supplied and discharged in a manner which maintains the chamber as fluid-tight as possible.
[0028]  The camshaft adjuster 1 shown in Figure 3, comprising a stator 3 and a rotor 5, has been illustrated in a view through a central screw 61 on the camshaft 67. In addition to the rotor 5, the stator housing 73 also surrounds the various hydraulic regions 17, 19. In the embodiment shown, the camshaft 67 is used, amongst other things, to guide the pressurized hydraulic medium via a first groove 69 and a second groove 71, via first and second feed channels 63, 65 extending in the camshaft and via a first and a second channel 21, 23 to the hydraulic regions 17, 19. The multi-tiered stator housing 73 shown in Figure 3 is sealed by the sprocket 51 designed as a cover which is located on the camshaft side such that the camshaft 67, engaging the rotor 5 through the camshaft passage 37 by means of the central screw 61 which is screwed into the end of the camshaft 67, engaging the rotor 5 through the central screw passage, produces a frictional connection between the camshaft 67 and the one planar face of the rotor. In the embodiment provided, the central screw guide is provided with a larger diameter than the shank diameter of the central screw 61 so that the central screw 61 flushes round, so to speak, oil carried by the hydraulic medium in the diameter difference used as an oil feed 43, a portion of the oil channel may lead to one of the planar faces. Further channel portions, such as for example 33, extend partially within the rotor core 31 and bridge over points of contact 35 which are provided between rotating parts, such as for example the central screw 61 and relatively quasi-stationary parts such as a stator housing 73, the transition being present between the first and second channel 21, 23 extending on the edge of the rotor core 31. The regions 41 provided as rotary passages are sealingly sealed by the second component 27 of the multi-tiered rotor 5 of sandwich-like construction in a manner which is insensitive to friction and torsionally resistant. The first component 25 and the second component 27, optionally with further components, form the rotor 5. The second component 27 may be inserted at least partially into the first component 25 such that apertures produced by just a few holes through the channel guide of the first and second channel 21, 23, produce the interrupted first and second planar faces 13, 15 of the rotor 5. The planar faces 13, 15 of the rotor 5 brush against lines of contact, which may also be individual channel portions 33, and against stator side walls 49, in particular the inner stator side walls.
[0029]  Six different embodiments of rotor channel guides as components constructed according to the invention with large, transverse surfaces may be derived from Figures 4, 5, 6, 7, 8 and 9. In Figure 4 the oil feed 43 enters the expanded portions between the vanes 11, moving out radially from the center of the rotor 5 in part of the central screw guide 57 and moving outwards straight in the direction of the vanes 11 along the first planar face 13 of the rotor 5. The channel 21 guided in the edge regions of the rotor 5 opens out at the circular arc shaped connecting portions between the vanes of the rotor. The channel 21 ends at a position relative to the channel 23 offset by the angle of slippage and/or adjustment and which, located on the rear face, the second planar face 15 of the rotor 5, may provide the other hydraulic region. The rotor 5 according to Figure 5 is of substantially similar design to the rotor 5 of Figure 4. The two rotors 5 comprise hammer-like vanes 11 with widened sealing lengths on their radial external vane ends. However, the rotors 5 of Figure 4 and Figure 5 differ in the type of cover 29 and/or in the cooperation between the covers 29 and the channels 21. The covers 29 which in Figure 4 and Figure 5 are small, quadrilateral, preferably square plates with such lengths which are as long as the contact points between the movable and stationary part of the camshaft adjuster 1 plus an additional remaining sealing portion are, in one case, precision-fit clamp covers which are positively inserted in the channel 21 and with an interference fit in the rotor core 31 and, in the other case, covers 29 which are floatable, fixed in a relative position to the rotor 5, height adjustable, and may be pressed outwardly under pressure against the stator side wall 49. The two figures 4, 5 show in a three-dimensional view the one planar face 13 of the rotor 5 whilst the channel 23 offset by the angle of rotation of the rotor 5 is only visible in outline on the rear opposing second planar face 15 through its channel end. The two channels 21, 23 extend within the edge regions of the rotor core 31. On the face which faces the interior of the rotor, the channels 21, 23 have semi-circular channel floor regions which open into longitudinal walls extending parallel to one another. The oil feed 43 extends along and surrounds the central screw guide 57 in order to diverge radially into the channels 21 in a star shape at the end of the central screw guide. It is advantageous to design the same number of covers 29 as channels when it is desirable to save on materials, as only the critical regions particularly affected by leakage are sealed.
[0030]  Figure 6 and Figure 7 are again very similar to one another. Figure 7 shows the pressure-reactive, positionable cover 29 which can be lifted from the channel floor when the hydraulic medium is pressurized. In Figure 6 the cover 29 is in a fixed position on the surrounding rotor core 31 of the rotor 5. The cover 29 is made of one piece. It bridges all channels 21 and is held together by a connecting ring in the center of the individual channel covers. The one-piece cover 29 according to Figure 6 and Figure 7 is advantageous when it is desirable to keep production costs as low as possible, because all channels 21 are completely covered in one operation.
[0031]  The shape of the cover 29 according to Figure 8 and Figure 9 is an annulus 45 which is located in an annular groove 47 which extends circumferentially over the uncovered surface of the one face 13 of the rotor core 31, in the vicinity of the vanes 11. Only the individual portions of the channels 21 are covered. The rotor 5 according to Figure 8 is provided with a cover 29 which is of a precise fit, whilst the rotor 5 according to Figure 9 is provided with a flexible, movable cover 29.
[0032]  Figure 10 shows the other face 15 of the rotor 5, of which the cover 29 bridges the channel portion 33 of the channel 23 which is located on a different radius, for example a larger radius, from the cover 29 on the first face 13 of the rotor 5. The oil feed channels are located outside the central oil feed 43 of the front face 13 of the rotor 5, radially approaching the vanes 11 of the rotor core 31. To save on the number of parts, the cover 29 designed as an annulus 45 has the same diameter and the same radius as the annular cover of Figure 8 or 9.
[0033]  In Figure 11 a camshaft adjuster 1 of the in-house type is shown screwed to a stator 3 and a rotor 5 by an axially extending central screw 61 on a camshaft 67 which presses the rotor 5 non-positively via the head of the central screw 61 in an oil tight manner to the first and second feed channel 63, 65. The central screw passage 39 is present on the side of the screwhead of the central screw 61, a camshaft passage 37 is present on the other face 15 of the rotor 5, the face 13 facing away from the central screw passage 39. The stator 3 is made up of a plurality of components including the integral sprocket 51 and stator housing 73. The rotor 5 brushes against the stator side wall 49 during its angular displacement. The oil feed 43, which extends around the central screw 61, supplies the hydraulic medium to the hydraulic regions 17 or 19 via channels which, in the present embodiment, are completely internal. The hydraulic medium is transferred by the camshaft 67 to the camshaft adjuster 1 via the two grooves 69, 71 which are located in the camshaft 67.
[0034]  The channel guide shown in Figures 4 to 9 may also be combined with one of the two channels, shown in Figure 11, in a rotor core 31.
[0035]  
[0036]  The invention disclosed above may also be denoted, using another term, as a floating ring seal for rotor channels which sealingly and floatingly covers the pressure chamber feed channels, located during operation in the longitudinal faces of the rotor, relative to the rotary passages of the rotor connections, minimizing leakage relative to the cavities in the engine region which are parallel to the rotor. In this connection, the invention is characterized according to one principal aspect in that with increasing pressure, i.e. generally at higher rotational speeds of the oil pump of the internal combustion engine, the sealing function increases further and, as a result, the leakage is reduced.
[0037]  It is understandable that, within the scope of this description, only individual embodiments are explained which are intended to clarify the general inventive concepts without being restricted to the embodiments explained. In this connection it is also reasonable that suitable choices of material which have the same composite system behavior, such as for example plastics-plastics, metal-metal, etc. belong to the invention. The actual channel designs of rotors according to the invention are similarly not restricted to the embodiments.
[0038]  Table 1
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[0039]
References
[0040]  US 6439183 B (DENSO CORPORATION) 01.10.2001
US 6363897 B (INA WALZLAGER SCHAEFFLER OHG)
24.12.2000
DE 19962981 A (INA WALZLAGER SCHAEFFLER OHG)
24.12.1999
1.  A camshaft adjuster (1) according to the vane-type motor principle, comprising a stator (3) which has at least one protrusion (7) facing its center, and a rotor (5) which has at least one vane (11) located in the vicinity of the protrusion (7) and which is angularly movable, with a first and a second planar face (13, 15), between which by an angular movement of the rotor (5) at least two contra-rotating hydraulic regions (17, 19) are formed, and channels (21, 23) to the hydraulic regions (17, 19), one of the channels (21, 23) being formed at least partially through the rotor (5), wherein the rotor (5) is provided as a composite system of at least two components (25, 27), a cover (29) and a rotor core (31) which upon contact form a covered channel portion (33) parallel to one face (13, 15).
2.  A camshaft adjuster (1) as claimed in claim 1, wherein the first component (25) is a cover (29), the second component (27) is a rotor core (31) and the second component (27) is inserted into the first component (27).
3.  A camshaft adjuster (1) as claimed in claim 1 or 2, wherein channels (21, 23) extend parallel to the first and second face (13, 15) in the rotor (5) and which are covered by one respective component (25) as a covered channel (33).
4.  A camshaft adjuster (1) as claimed in claims 1 to 3, wherein the cover (29) forms a point of the rotor (5) which is in contact (35) with a stationary part and a moving part of the camshaft adjuster (1) including its add-on parts, such as the camshaft (67), trigger wheel and cover, in particular on a camshaft passage (37) and in particular on a centered screw passage (39) preferably on all rotary passages between the rotor (5) and stator (3).
5.  A camshaft adjuster (1) as claimed in any one of the preceding claims, wherein channels (21, 23) lead from the hydraulic regions (17, 19) to a central oil feed (43) preferably axially positioned in the rotor (5), and which form the covered channel portions (33) by means of a cover (29) divided like the points of a star, in particular linked together by an annulus (45).
6.  A camshaft adjuster (1) as claimed in any one of claims 1 to 4, wherein the channels (21, 23) lead to the hydraulic regions (17, 19) from axial feed channels (63, 65), the channels (21, 23) extending preferably in the radial direction over the shortest possible path from the feed channels (63, 65), located without branches and bends in the planar faces (13, 15) of the rotor (5).
7.  A camshaft adjuster (1) as claimed in any one of the preceding claims, wherein the channels (21, 23) are floating channels which, when filled by a hydraulic medium, in particular by a pressurized hydraulic medium, sealingly press the cover (29) away from the rotor core (31) outwardly to a stator side wall (49).
8.  A camshaft adjuster as claimed in claim 5 or 6, wherein the annulus (45) is located in an annular groove (47) which preferably extends sealed over the entire face (13, 15) of the rotor (5).
9.  A camshaft adjuster (1) as claimed in any one of the preceding claims, wherein the outer covers (29) of the composite system are plastics material elements and the rotor core (31) located between the outer covers (29) of the composite system consists of a metal, preferably a sintered metal.
10.  A method for producing a camshaft adjuster (1) as claimed in any one of claims 1 to 9, which comprises the following steps:
a)  providing a rotor core (31) with channels open toward the surface,
b)  inserting a cover (29) in at least one annular groove (47) of the rotor core (31) and
c)  inserting the composite system of the rotor (5) into a stator housing (73).
A camshaft adjuster which operates according to the vane-type motor principle, which means being able to move to and fro within a certain angle, generally comprises a stator and a rotor. The rotor itself is provided as a composite system of at least two components. One of the components is a cover. A further component of the composite system may be denoted as the rotor core. The cover is placed on the rotor.
(Fig. 1) 
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Fig. 1
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Fig. 2
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Fig. 3
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Fig. 4
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Fig. 5
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Fig. 6
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Fig. 7
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Fig. 8
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Fig. 9
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Fig. 10
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Fig. 11