DE10141981C1

DE10141981C1 - Steuertrieb einer Kolbenbrennkraftmaschine mit variablem Brennraum

Info

Publication number: DE10141981C1
Application number: DE10141981A
Authority: DE
Inventors: Michael Busse; Stefan Kuehn; Ingolf Lorenz
Original assignee: IAV GmbH Ingenieurgesellschaft Auto und Verkehr
Current assignee: IAV GmbH Ingenieurgesellschaft Auto und Verkehr
Priority date: 2001-08-23
Filing date: 2001-08-23
Publication date: 2003-04-17
Anticipated expiration: 2021-08-24
Also published as: EP1286029B1; DE50200216D1; EP1286029A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Steuertrieb einer Kolbenbrennkraftmaschine mit variablem Brennraum mit folgender Bauart: DOLLAR A - einem aus Ober- mit Zylinderkopf und Unterteil bestehenden Kurbelgehäuse, das zur Verstellung des Verdichtungsverhältnisses der Kolbenbrennkraftmaschine gegeneinander verstellbar angeordnet ist, DOLLAR A - einem bei Verstellung des Verdichtungsverhältnisses veränderbaren Achsabstand zwischen der Kurbelwelle und wenigstens einer Nockenwelle, DOLLAR A - einem mit der Kurbelwelle der Kolbenbrennkraftmaschine verbundenen Antriebsrad, das über ein Zugmittel mit wenigstens einem Abtriebsrad der Nockenwelle für den Steuertrieb verbunden ist, DOLLAR A - einer Lagerung der Kurbelwelle im Unterteil des Kurbelgehäuses und einer Lagerung der Nockenwelle im mit dem Oberteil des Kurbelgehäuses verbundenen Zylinderkopf, DOLLAR A - einer am Leertrum angeordneten, auf das Zugmittel wirkenden Spannvorrichtung. DOLLAR A Aufgabe der Erfindung ist es, bei einem gattungsgemäßen Steuertrieb den veränderbaren Achsabstand auszugleichen und dabei eine konstante Phasenlage zwischen Kurbel- und Nockenwelle zu sichern. DOLLAR A Erfindungsgemäß ist bei einer Änderung des Verdichtungsverhältnisses des Motors zur Einhaltung einer konstanten Phasenlage von Kurbel- und Nockenwelle drehbar am Unterteil (2) des Kurbelgehäuses eine auf der Seite des Zugtrums des Steuertriebes angeordnete, mit dem Zugmittel (5) in Eingriff stehende, zwangsgeführte Führungsschiene (3) angeordnet, die mit einer am Oberteil (1) angeordneten ...

Description

Die Erfindung betrifft einen Steuertrieb einer Kolbenbrennkraftmaschine mit variab lem Brennraum mit den im Oberbegriff des Patentanspruches 1 genannten Merkma len.

Allgemein vorbekannt sind Motoren, bei denen durch relatives Verlagern der Kurbel welle zum Zylinder deren Verdichtungsverhältnis beeinflusst wird. Vorbekannt sind dabei Lösungen, bei denen eine Verstellung an der Kurbelwelle bzw. am Zylinder kopf erfolgt. Problematisch erweist sich dabei der veränderte Achsabstand zwischen Kurbel- und Nockenwelle. Wird der durch die Änderung des Achsabstandes notwen dige Ausgleich am Steuertrieb einseitig durch den Kettenspanner vorgenommen, so wird ein erhöhter Verstellweg des Kettenspanners erforderlich und die Phasenlage zwischen Nocken- und Kurbelwelle wird verändert.

Vorbekannt ist eine Verstelleinheit für den Steuertrieb eines Motors aus der DE 199 25 268 A1. Die Schrift zeigte eine in exzentrischen Ringen gelagerte Kurbel welle eines Motors. Die exzentrischen Lagerringe sind verdrehbar im Motorgehäuse angeordnet und durch eine Verstelleinheit verdrehbar. Mit dem Verdrehen der Lager ringe wird die Lage der Kurbelwelle relativ zum Zylinder und damit dessen Verdich tungsverhältnis verändert. Der sich verändernde Achsabstand zwischen Nocken- und Kurbelwelle hat eine sich ändernde Kettenspannung zur Folge, die über ein quer zum Verlauf des Kettentrums bewegbares Spannrad ausgeglichen wird. Das Spann rad wird proportional zur Positionsänderung der Kurbelwelle verstellt und sichert eine gleichbleibende Spannung des Steuertriebs. Es ist vorgesehen, das Spannrad über eine Verstellmechanik mit der Verstelleinheit für die Kurbelwelle zu koppeln und da mit eine proportionale Verstellung des Spannrades zu gewährleisten.

Nachteilig bei dieser Art der einseitigen Verstellung ist, dass einerseits ein größerer Gesamtspannweg des Kettenspanners benötigt wird, um die notwendige Ketten spannung zu erzielen und die zusätzliche Kettenlänge in Folge des sich verändern den Achsabstandes zwischen Nocken- und Kurbelwelle auszugleichen und dass an dererseits durch die einseitige Verstellung des Kettenspanners eine Relativverdre hung zwischen Kurbel- und Nockenwelle des Steuertriebes erfolgt. Die Relativver drehung hat eine Veränderung der Phasenlage zwischen Nocken- und Kurbelwelle und somit eine Steuerzeitänderung im Ventilsteuerbetrieb zur Folge, die wiederum entsprechend ausgeglichen werden muss.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Steuertrieb für den von der Kurbelwelle ausge henden Antrieb mindestens einer Nockenwelle zu schaffen, der für einen Motor vari abler Verdichtung, bei dem der Achsabstand zwischen Nocken- und Kurbelwelle ver änderbar ist, den geänderten Achsabstand ausgleicht und dabei eine konstante Pha senlage zwischen Kurbel- und Nockenwelle sichert.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die im kennzeichnenden Teil des Haupt anspruches beschriebenen Mittel gelöst.

Durch die Anordnung einer drehbar am Unterteil des Kurbelgehäuses angelenkten Führungsschiene und einer am Oberteil angeordneten Verstelleinrichtung, die mit der Führungsschiene in Wirkverbindung steht, wird bei einer Veränderung des Verdich tungsverhältnisses des Motors durch Verschwenkung der Führungsschiene die vari able freie Länge des Zugmittels eines Steuertriebes der Kolbenbrennkraftmaschine ausgeglichen. Gleichzeitig wird durch die Anordnung einer Führungsschiene zur Ausgleichung der auftretenden Zugmitteldifferenz, in Folge des veränderten Achsab standes zwischen Kurbel- und Nockenwelle bei Änderung des Verdichtungsverhält nisses, eine Relativverdrehung zwischen Antriebs- und Abtriebsrad des Steueran triebes vermieden. Dadurch wird sichergestellt, dass die für den Ventilsteuerbetrieb benötigten Steuerzeiten exakt eingehalten werden. Eine Nachregulierung der Steu erzeiten des Steuertriebes ist nicht erforderlich. Die Anordnung der zwangsgeführten Führungsschiene hat weiterhin zur Folge, dass bei einer Verdichtungsänderung der zusätzlich erforderliche Einschwenkwinkel der Spannschiene minimiert werden kann. Der benötigte Spannweg der Spanneinrichtung ist dadurch kleiner gegenüber den bekannten Vorrichtungen.

Durch die Ausnutzung der bei der Veränderung des Verdichtungsverhältnisses des Motors entstehenden Relativbewegung des Unterteils gegenüber dem Oberteil wird eine einfache mechanische Lösung zum Längenausgleich des Zugmittels des Steu ertriebes bei Einhaltung einer konstanten Phasenlage zwischen Kurbel- und No ckenwelle geschaffen.

Durch entsprechende Gestaltung und Ausprägung der geometrischen Verhältnisse der Verstelleinrichtung ist der Längenausgleich des Zugmittels des Steuertriebes be einflussbar, so dass auch bei Verstellung der Achsabstände zwischen Antriebs- und Abtriebsrad des Steuertriebes eine Relativverdrehung von Antriebs- und Abtriebsrad weitestgehend vermieden wird.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben, sie werden in der Beschreibung zusammen mit ihren Wirkungen erläutert.

Anhand einer Zeichnung wird nachfolgend ein Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. In den dazugehörigen Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Steuertriebes im Querschnitt,

Fig. 2 eine Variante der erfindungsgemäßen Lösung.

Die Erfindung wird erläutert an einer Kolbenbrennkraftmaschine mit variablem Brenn raum, bei der die Veränderung des Brennraumes und damit der Veränderung des Achsabstandes zwischen Kurbel- und Nockenwelle durch Verstellung des gegenein ander bewegbar angeordneten Ober- 1 und Unterteils 2 der Kolbenbrennkraftma schine erfolgt. Das Oberteil 1 kann dabei ein Teil des Kurbelgehäuses oder der mit dem Kurbelgehäuseoberteil verbundene Zylinderkopf des Motors sein, während das Unterteil 2 das Unterteil des Kurbelgehäuses ist. Die erfindungsgemäße Lösung kann auch bei anderen an sich bekannten Arten der Verstellung der Achslagen von An triebs- und Abtriebsrad übertragen werden, ohne von den wesentlichen Merkmalen der Erfindung abzuweichen. Die dargelegter Ausführungsbeispiele sind deshalb in jeder Hinsicht als erläuternd und nicht als einschränkend zu betrachten.

Gemäß Fig. 1 besteht der erfindungsgemäße Steuertrieb einer Kolbenbrennkraft maschine mit variablem Brennraum und somit mit einer veränderbaren Verdichtung aus einem Antriebsrad 10 und wenigstens einem Abtriebsrad 6, die über ein Zugmit tel 5 miteinander verbundenen sind. Als Zugmittel 5 fungiert eine bekannte Steuer kette, ein Zahnriemen oder dergleichen. Das Antriebsrad 10 ist auf einer nicht darge stellten Kurbelwelle der Kolbenbrennkraftmaschine (Motor), während das Abtriebsrad 6 auf einer nicht dargestellten Nockenwelle des Motors angeordnet ist. Die Lagerung der Kurbelwelle erfolgt im Unterteil 2 des Kurbelgehäuses und die der Nockenwelle im mit dem Kurbelgehäuseoberteil verbundenen Zylinderkopf. In dem Ausführungs beispiel besteht der Steuertrieb aus zwei Nockenwellen, auf denen jeweils ein Ab triebsrad 6 angeordnet ist. Am Leertrum des Zugmittels 5 ist eine an sich bekannte Spannschiene 4 mit einem Kettenspanner 9 angeordnet, der das Zugmittel 5 des Steuertriebes entsprechend vorspannt.

Ober- 1 und ein Unterteil 2 des Kurbelgehäuses sind gegeneinander bewegbar an geordnet, wodurch ein variabler Brennraum und somit eine unterschiedliche Verdich tung des Motors einstellbar ist. Durch die Relativbewegung von Oberteil 1 und Unter teil 2 des Kurbelgehäuses verändert sich der Achsabstand der Kurbelwelle gegen über der Nockenwelle.

Erfindungsgemäß ist zur Ausgleichung der Länge des Zugmittels 5, in Folge des ge änderten Achsabstandes zwischen Kurbel- und Nockenwelle bei einer Brennraum veränderung, am Zugtrum des Steuertriebes eine zwangsgeführte Führungsschiene 3 angeordnet. Die Führungsschiene 3 ist in ihrem unteren Bereich über einen Dreh punkt 13 am Unterteil 2 des Kurbelgehäuses angelenkt. Im oberen Teil ist die Füh rungsschiene 3 mit einer am Oberteil 1 angeordneten Verstelleinrichtung 14 verbun den, die eine Zwangsführung der Führungsschiene 3 bewirkt.

Gemäß Fig. 1 besteht die Verstelleinrichtung 14 aus einem am Oberteil 1 schwenk bar an einem Pleuelanlenkpunkt 8 angelenkten Pleuel 7, der mit einem an der Füh rungsschiene 3 angeordneten Anlenkpunkt 15 verbunden ist. Die Anordnung des Pleuelanlenkpunktes 8 am Oberteil 1, die Länge des Pleuels 7 und die Anordnung des Anlenkpunktes 15 an der Führungsschiene 3 erfolgt derart, dass der Ein schwenkwinkel des Pleuels 7 und der Führungsschiene 3 die variable freie Länge des Zugmittels 5 entsprechend der Achsabstandsänderung von Kurbel- und No ckenwelle ausgleicht.

Eine Variante der erfindungsgemäßen Lösung ist in Fig. 2 dargestellt. Dabei be steht die Verstelleinrichtung 14 aus einer an der Führungsschiene 3 angeordneten Formkurve 11 und einem fest am Oberteil 1 angeordneten Bolzen 12, wobei der Bol zen 12 an Formkurve 11 der Führungsschiene 3 anliegt. Die Formkurve 11 der Ver stelleinrichtung 14 ist derart gestaltet, dass der Einschwenkwinkel der Führungs schiene 3 die variable freie Länge des Zugmittels 5 entsprechend der Achsabstands änderung von Kurbel- und Nockenwelle ausgleicht.

Die Formkurve 11 kann ebenfalls fest mit dem Oberteil 1 verbunden sein und gegen einem Anlenkpunkt an der Führungsschiene 3 wirken.

Die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Verstellung des Steuertriebes der Kol benbrennkraftmaschine mit variablem Brennraum und somit mit einer einstellbaren Verdichtung ist folgende:
Die Veränderung der Verdichtung erfolgt durch Verstellung des gegeneinander be wegbar angeordneten Ober- 1 und Unterteils 2 des Kurbelgehäuses. Bei einer ent sprechenden Änderung des Verdichtungsverhältnisses wird, gemäß der in Fig. 1 dargestellten Variante, durch die Relativbewegung von Ober- 1 und Unterteil 2 die am Unterteil 2 drehbar gelagerte Führungsschiene 3 durch das am Oberteil 1 ange lenkte Pleuel 7 verschwenkt. Bei einer Relativbewegung von Oberteil 1 und Unter teil 2 in Richtung maximaler Verdichtung schwenkt die Führungsschiene 3 in Rich tung des Zugmittels 3 und gleicht gemeinsam mit dem Kettenspanner 9 und der Spannschiene 4 die dabei entstehende größere Freilänge des Zugmittels 3 aus. Der Einschwenkwinkel des Pleuels 7 und somit der Führungsschiene 3 ist so pro portional zur Achsabstandsänderung von Kurbel- und Nockenwelle gestaltet, dass eine konstante Phasenlage von Kurbel- und Nockenwelle gesichert wird. Entspre chend der zweiten Variante wird die Führungsschiene 3 bei einer Relativbewegung von Oberteil 1 und Unterteil 2 aufgrund des sich auf der Formkurve 11 verschie benden Anlagepunktes des Stehbolzens 12 verschwenkt. Entsprechend der jewei ligen Änderung der Verdichtung schwenkt die Führungsschiene 3 entweder in Rich tung Zugtrum des Steuertriebes oder von diesem weg. Die Formkurve 11 ist dabei ebenso gestaltet, dass bei Ausgleich der variablen freien Länge des Zugmittels 5 eine konstante Phasenlage von Nocken- und Kurbelwelle gesichert wird.

Claims

1. Steuertrieb einer Kolbenbrennkraftmaschine mit variablem Brennraum mit folgen der Bauart:
einem aus Ober- und Unterteil bestehenden Kurbelgehäuse, das zur Verstel lung des Verdichtungsverhältnisses der Kolbenbrennkraftmaschine gegenein ander verstellbar angeordnet sind,
einem bei Verstellung des Verdichtungsverhältnisses veränderbaren Achsab stand zwischen einer Kurbelwelle und wenigstens einer Nockenwelle,
einem mit der Kurbelwelle der Kolbenbrennkraftmaschine verbundenem An triebsrad, das über ein Zugmittel mit wenigstens einem Abtriebsrad der No ckenwelle für den Steuertrieb verbunden ist,
einer Lagerung der Kurbelwelle im Unterteil des Kurbelgehäuses und einer La gerung der Nockenwelle im mit dem Oberteil des Kurbelgehäuses verbunde nen Zylinderkopf,
dadurch gekennzeichnet,
dass bei einer Änderung des Verdichtungsverhältnisses des Motors zur Einhaltung einer konstanten Phasenlage von Kurbel- und Nockenwelle eine auf der Seite des Zugtrums des Steuertriebes angeordnete, mit dem Zugmittel (5) in Eingriff stehen de, zwangsgeführte Führungsschiene (3) drehbar am Unterteil (2) des Kurbelge häuses angeordnet ist, die mit einer am Oberteil (1) des Kurbelgehäuses ange ordneten Verstelleinrichtung (14) zur Ausgleichung der Länge des Zugmittels (5) verbunden ist.

2. Steuertrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstelleinrichtung (14) aus einem am Oberteil (1) schwenkbar an einem Pleuelanlenkpunkt (8) angelenkten Pleuel (7) besteht, das mit einem an der Führungsschiene (3) angeordneten Anlenkpunkt (15) verbunden ist.

3. Steuertrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung des Pleuelanlenkpunktes (8) am Oberteil (1), die Länge des Pleuels (7) und die Anordnung des Anlenkpunktes (15) an der Führungsschiene (3) so erfolgt, dass der Einschwenkwinkel des Pleuels (7) und der Führungsschie ne (3) die variable freie Länge des Zugmittels (5) entsprechend der Achsab standsänderung von Kurbel- und Nockenwelle ausgleicht.

4. Steuertrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstelleinrichtung (14) aus einer an der Führungsschiene (3) angeordneten Formkurve (11) und einem fest am Oberteil (1) angeordneten Bolzen (12) besteht, wobei der Bolzen (12) an der Formkurve (11) der Führungsschiene (3) anliegt.

5. Steuertrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstelleinrichtung (14) aus einer fest am Oberteil (1) angeordneten Formkurve (11) besteht, die an einem Punkt der Führungsschiene (3) anliegt.

6. Steuertrieb nach einem der Ansprüche 1, 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Formkurve (11) der Verstelleinrichtung (14) derart gestaltet ist, dass der Einschwenkwinkel der Führungsschiene (3) die variable freie Länge des Zugmit tels (5) entsprechend der Achsabstandsänderung von Kurbel- und Nockenwelle augleicht.

7. Steuertrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass am Leertrum des Zugmittels (5) eine an sich bekannte Spannschiene (4) mit einem Kettenspanner (9) angeordnet ist.