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Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der
koreanischen Patentanmeldung mit der Nummer 10-20100110422 , eingereicht am 8. November 2010, deren gesamter Inhalt für alle Zwecke durch diese Bezugnahme hierin einbezogen ist.
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kontinuierlich-Variable-Ventilsteuerzeit(CVVT)-Vorrichtung.
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Ein Verbrennungsmotor ist eine Vorrichtung, die in einer Verbrennungskammer eine Antriebsleistung durch Verbrennung von Kraftstoff mit der Ansaugluft erzeugt. Ein derartiger Verbrennungsmotor ist mit Einlassventilen, um Luft und Kraftstoff einzuführen, und mit Auslassventilen versehen, um Verbrennungsabgas aus der Verbrennungskammer abzuführen. Die Einlass- und die Auslassventile werden durch die Rotation der Nockenwelle betätigt, die wiederum durch die Rotation der Kurbelwelle angetrieben wird.
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Eine optimale Steuerzeit der Ein- und Auslassventile hängt von verschiedenen Faktoren, wie z. B. einer Motordrehzahl und einer Motorlast, ab. Vor diesem Hintergrund ist eine Variable-Ventilsteuerzeit(VVT)-Vorrichtung entwickelt worden, so dass die Nockenwelle von der Kurbelwelle in Abhängigkeit von Motorbetriebsumständen nicht fest (bzw. starr), sondern variabel betätigt wird.
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Eine Kontinuierlich-Variable-Ventilsteuerzeit(CVVT)-Vorrichtung, die einen fortgeschrittenen Typ der Variable-Ventilsteuerzeit(VVT)-Vorrichtung darstellt, ist entwickelt worden, um die Ventilsteuerzeit innerhalb eines vorbestimmten Bereichs auf einen beliebigen Wert zu steuern) bzw. zu regeln (kurz: steuern).
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Verschiedene Entwürfe einer CVVT-Vorrichtung, die hydraulisch oder elektrisch steuerbar sind, versagen bei der Bereitstellung einer Selbstverriegelungsfunktion, d. h. einer Funktion, mit der die Zielventilsteuerzeit fixiert bzw. gehalten werden kann, ohne im Wesentlichen eine Steuerungsenergie dafür zu verbrauchen. Das bedeutet, dass eine wesentliche Menge an elektrischer oder hydraulischer Energie zur Aufrechterhaltung einer Zielventilsteuerzeit verbraucht wird.
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Darüber hinaus ist eine präzise Steuerung eines Nockenwinkels schwierig, da die CVVT-Vorrichtung typischerweise eine Mehrzahl von Getriebeelementen (z. B. Zahnräder) und Nuten verwendet, in denen Fertigungstoleranzen von vielen Komponenten kumulativ zu der Schwierigkeit bei der präzisen Steuerung beitragen. Da in einer CVVT-Vorrichtung viele Getriebeelemente verwendet werden, ist zusätzlich aufgrund von Getriebespiel ein leicht erhöhtes Geräuschproblem aufgetreten, woraus wiederum ein Verlust in der Dauerhaltbarkeit resultiert.
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Die hier im Zusammenhang mit dem allgemeinen Hintergrund der Erfindung offenbarten Informationen sollen lediglich dem besseren Verständnis des allgemeinen Hintergrunds der Erfindung dienen und sollen nicht als eine Anerkennung oder irgendeine Form von Hinweis verstanden werden, dass diese Informationen einen dem Fachmann bekannten Stand der Technik darstellen.
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Verschiedene Aspekte der vorliegenden Erfindung stellen eine Kontinuierlich-Variable-Ventilsteuerzeit-Vorrichtung bzw. Vorrichtung mit kontinuierlich-variablen Ventilsteuerzeiten (kurz: Kontinuierlich-Variable-Ventilsteuerzeit-Vorrichtung) bereit, die aufweist: einen Nockenwellenhalter, der an einer Nockenwelle befestigt ist; ein Nockenwellenrad bzw. Nockenwellenzahnrad (kurz: Nockenwellenrad); eine Leitspindel bzw. bzw. Gewindespindel bzw. Spindel (kurz: Leitspindel), die schraubverbunden bzw. schraubenartig bzw. über Schraubverbindung bzw. Gewindeverbindung bzw. Gewindekopplung (kurz: Schraubverbindung) mit dem Nockenwellenhalter und dem Nockenwellenrad gekoppelt und beweglich ist, um den Nockenwellenhalter und das Nockenwellenrad in einander entgegengesetzten Richtungen zu drehen; und eine Betätigungseinheit, die von einem Motor bzw. einem Verstellmotor bzw. einem Elektromotor (kurz: Motor) angetrieben wird und die Leitspindel bewegt.
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Vorzugsweise weist die Betätigungseinheit auf: eine Schraubenmutter, die ein Gewinde an ihrem Innenumfang und einen Eingriffsabschnitt an ihrem Außenumfang aufweist, der mit der Leitspindel gekoppelt ist; und eine Gewindewelle (bzw. Schraubenwelle), die ein Gewinde an ihrem Außenumfang aufweist, der mit der Schraubenmutter gekoppelt ist, und die mit dem Motor verbunden ist.
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Vorzugsweise weisen der Nockenwellenhalter und das Nockenwellenrad einander entgegengesetzt gerichtete Gewinde bzw. Gewindegänge auf (z. B. ein Links- und ein Rechtsgewinde), und die Leitspindel weist einander entgegengesetzt gerichtete Gewinde auf, die mit dem Nockenwellenhalter und dem Nockenwellenrad gekoppelt sind bzw., von denen das eine mit dem Nockenwellenhalter gekoppelt ist und von denen das andere mit dem Nockenwellenrad gekoppelt ist.
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Verschiedene Aspekte der vorliegenden Erfindung stellen eine CVVT-Vorrichtung bereit, wobei ein Innenumfang des Nockenwellenhalters und ein Innenumfang des Nockenwellenrades einander entgegengesetzt gerichtete Gewinde aufweisen; wobei die beiden einander entgegengesetzt gerichteten Gewinde der Leitspindel, die mit dem Innenumfang des Nockenwellenhalters und dem Innenumfang des Nockenwellenrades gekoppelt ist, auf einem Außenumfang der Leitspindel geformt sind; und wobei ein Innenabschnitt der Leitspindel zwischen Vorsprüngen der Schraubenmutter gesichert ist.
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Andere Aspekte stellen eine CVVT-Vorrichtung bereit, wobei ein Außenumfang des Nockenwellenhalters und ein Innenumfang des Nockenwellenrades einander entgegengesetzt gerichtete Gewinde aufweisen; wobei die einander entgegengesetzt gerichteten Gewinde der Leitspindel derart an einem Innenumfang und einem Außenumfang der Leitspindel geformt sind, dass der Innenumfang der Leitspindel über Schraubverbindung mit dem Außenumfang des Nockenwellenhalters und der Außenumfang der Leitspindel über Schraubverbindung mit dem Innenumfang des Nockenwellenrades gekoppelt sind; und wobei ein Innenabschnitt der Leitspindel zwischen Vorsprüngen der Schraubenmutter gesichert ist.
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Vorzugsweise ist der Motor in einem Raum angeordnet, der durch den Nockenwellenhalter und die Leitspindel geformt ist; und die Gewindewelle erstreckt sich von dem Motor aus in eine entgegengesetzte Richtung von der Nockenwelle.
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Vorzugsweise ist ferner ein Lager vorgesehen, das zwischen der Betätigungseinheit und der Leitspindel angeordnet ist.
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Vorzugsweise weist die Schraubenmutter einen Längsvorsprung auf, der sich in Richtung bzw. in Axialrichtung des Motors erstreckt; und der Motor weist eine Vorsprungsführung auf, die den Längsvorsprung aufnimmt, der sich in Richtung des Motors erstreckt.
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Verschiedene Aspekte der vorliegenden Erfindung sehen Komponenten zum Variieren der Ventilsteuerzeit vor, die über Schraubverbindungen miteinander gekoppelt sind und daher die Selbstsicherungsfunktion ermöglichen.
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Die Verfahren und Vorrichtungen der vorliegenden Erfindung haben weitere Merkmale und Vorteile, wie im Detail aus den angehängten und den folgenden näheren Beschreibungen sichtbar werden, die hierin einbezogen sind und die zusammen zur Erläuterung gewisser Prinzipien der vorliegenden Erfindung dienen.
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1 ist eine Schnittansicht einer beispielhaften CVVT-Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung.
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2 ist eine Schnittansicht entlang der Linie A-A aus 1.
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3 ist eine Schnittansicht, die die Arbeitsweise einer Betätigungseinheit einer beispielhaften CVVT-Vorrichtung gemäß verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zeigt.
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4 ist eine perspektivische Explosionsansicht von wesentlichen Teilen der CVVT-Vorrichtung aus 1.
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5 zeigt eine Schnittansicht, die einen Phasenunterschied zwischen einem Nockenwellenhalter und einem Nockenwellenrad bei einer Früh- und einer Spätverstellung einer CVVT-Vorrichtung gemäß verschiedenen Aspekten der vorliegenden Erfindung illustriert.
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6 ist eine Schnittansicht einer beispielhaften CVVT-Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung.
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7 ist eine Schnittansicht einer beispielhaften CVVT-Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung.
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8 ist eine Schnittansicht, die im Detail einen Eingriff von einem Motor und einer Betätigungseinrichtung gemäß verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung illustriert.
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Es wird nun im Detail Bezug genommen auf die verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, von denen Beispiele in den beiliegenden Zeichnungen dargestellt sind. Während die Erfindung im Zusammenhang mit den Ausführungsbeispielen beschrieben wird, versteht sich, dass die vorliegende Beschreibung nicht beabsichtigt, die Erfindungen auf diese beispielhafte Ausführungsformen zu beschränken. Auf der anderen Seite ist beabsichtigt, dass die Erfindung nicht nur die beispielhaften Ausführungsformen, sondern auch verschiedene Alternativen, Modifikationen Äquivalente und andere Ausführungsformen decken, die in den Sinn und Schutzbereich der Erfindung fallen, wie in den angehängten Patentansprüchen definiert.
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Mit Bezug auf 1 bis 3, weist eine CVVT-Vorrichtung gemäß verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung einen Nockenwellenhalter 130, ein Nockenwellenrad 140, eine Leitspindel 230, eine Betätigungseinrichtung 215 und einen Motor 330 (z. B. einen Elektromotor) auf. Der Nockenwellenhalter 130 ist über ein Befestigungselement, wie z. B. eine Schraube oder einen Bolzen 120, an einer Nockenwelle 100 befestigt und rotiert daher integral mit der Nockenwelle 100. Das Nockenwellenrad 140 wird von einer Kurbelwelle (nicht dargestellt) über eine Kette oder einen Riemen (beide nicht dargestellt) angetrieben. Die Leitspindel 230 (z. B. Gewindespindel) ist über Schraubverbindungen mit sowohl dem Nockenwellenhalter 130 als auch dem Nockenwellenrad 140 gekoppelt und ermöglicht eine Relativdrehung des Nockenwellenhalters 130 und des Nockenwellenrades 140 in einander entgegengesetzte Richtungen. Die Betätigungseinheit 215 ist über Schraubverbindung mit der Leitspindel 230 gekoppelt und ermöglicht eine Bewegung der Leitspindel 230. Die Betätigungseinheit 215 wird durch den Motor 300 betätigt.
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Wie in 3 gezeigt, weist die Betätigungseinheit 215 eine Schraubenmutter 210 und eine Gewindewelle 200 auf. Die Schraubenmutter 210 weist ein Gewinde an ihrem Innenumfang bzw. ein Innengewinde auf und die Gewindewelle 200 weist ein Gewinde an ihrem Außenumfang bzw. ein Außengewinde auf, so dass die Gewindewelle 200 über Schraubverbindung mit der Schraubenmutter 210 gekoppelt ist. Daher wird eine Rotation der Gewindewelle 200 in eine lineare Bewegung der Schraubenmutter 210 umgewandelt.
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Wieder bezugnehmend auf 1 ist die Schraubenmutter 210 mit Vorsprüngen 211, 212 versehen und die Leitspindel 230 ist an ihrem Innenabschnitt 233 zwischen den Vorsprüngen 211, 212 gesichert. Somit wird die Leitspindel 230 durch die Bewegung der Schraubenmutter 210 linear betätigt.
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Der Motor 300 ist mit einem Ende der Gewindewelle 200 verbunden, wie in 8 gezeigt ist.
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Längsvorsprünge 216 sind an den Vorsprüngen 211 der Schraubenmutter 210 entlang einer axialen Richtung der Gewindewelle 200 in Richtung des Motors 300 geformt, und Längsvorsprungsführungen 217, die beispielsweise als Vertiefungen gestaltet sind, die die Längsvorsprünge 216 aufnehmen, sind im Motor 300 geformt. Somit rotiert der Motor 300 mit der Schraubenmutter 210.
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Es ist bemerkenswert, dass die Leitspindel 230, die Gewindewelle 200 und die Schraubenmutter 210 über Schraubverbindungen miteinander gekoppelt sind und daher mechanisch selbstsichernd sind. Dies bedeutet, dass kein hydraulischer oder elektrischer Energieverbrauch erforderlich ist, um einen gewünschten Winkel bzw. eine Zielwinkeleinstellung der Nockenwelle 100 aufrechtzuerhalten. Des Weiteren kann, da die Leitspindel 230, die Gewindewelle 200 und die Schraubenmutter 210 über Schraubverbindungen miteinander gekoppelt sind und nicht über Getriebeverzahnung, das Geräusch, das durch ein Getriebespiel verursacht wird, minimiert werden.
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Ein Lager 220 kann zwischen der Schraubenmutter 210 und der Leitspindel 230 angeordnet sein, um eine sanfte Relativbewegung zwischen ihnen zu ermöglichen.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung weisen der Nockenwellenhalter 130 und das Nockenwellenrad 140 in einander entgegengesetzte Richtungen drehende Gewinde (z. B. ein Links- und ein Rechtsgewinde) auf und sind mit der Leitspindel 230 über Schraubverbindungen gekoppelt, so dass der Nockenwellenhalter 130 und das Nockenwellenrad 140 in einander entgegengesetzte Richtungen drehen, wenn die Leitspindel 230 linear bewegt wird.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, wie in 1 gezeigt, sind der Nockenwellenhalter 130 und das Nockenwellenrad 140 im Eingriff mit dem Außenabschnitt 233 der Leitspindel 230. Wie in 4 gezeigt, sind ein Linksgewinde an dem einen Ende des Außenumfangs 231 der Leitspindel 230 und ein Rechtsgewinde an dem anderen Ende des Außenumfangs 231 der Leitspindel 230 geformt. Ein Linksgewinde, das über Schraubverbindung mit dem Linksgewinde der Leitspindel 230 gekoppelt werden kann, ist an dem Innenumfang 131 des Nockenwellenhalters 130 geformt. Ein Rechtsgewinde, das über Schraubverbindung mit dem Rechtsgewinde der Leitspindel 230 gekoppelt werden kann, ist an dem Innenumfang 141 des Nockenwellenrades 140 geformt.
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Durch eine solche Anordnung rotieren der Nockenwellenhalter 130 und das Nockenwellenrad 140 bei einer Vorwärts- oder Rückwärtsbewegung der Leitspindel 230 relativ zueinander in einander entgegengesetzte Richtungen, so dass ein Winkelversatz zwischen der Nocke 110 und dem Nockenwellenrad 140 variiert werden kann.
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Mit Bezug auf 6C, sind Gewinde unterschiedlicher Richtungen (bzw. Windungen) auf dem Innenumfang 232 und dem Außenumfang 231 des Außenabschnitts 233 der Leitspindel 230 geformt. Der Außenumfang 132 des Nockenwellenhalters 130 weist ein Gewinde auf, um mit dem Innenumfang 232 des Außenabschnitts 233 der Leitspindel 230 gekoppelt zu werden, und der Innenumfang 141 des Nockenwellenrades 140 weist ein Gewinde auf, um mit dem Außenumfang 231 des Außenabschnitts 233 der Leitspindel 230 gekoppelt zu werden. Der Innenabschnitt 234 der Leitspindel 230 ist zwischen Vorsprüngen 211 und 212 der Schraubenmutter 210 gesichert.
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Durch eine solche Anordnung rotieren der Nockenwellenhalter 130 und das Nockenwellenrad 140 bei einer Vorwärts- oder Rückwärtsbewegung der Leitspindel 230 dazwischen relativ zueinander in einander entgegengesetzte Richtungen, so dass ein Winkelversatz zwischen der Nocke 110 und dem Nockenwellenrad 140 variiert werden kann.
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Wie in 7 gezeigt, weist eine CVVT-Vorrichtung gemäß verschiedenen Aspekten der vorliegenden Erfindung ein ähnliches Schema wie das der oben beschriebenen CVVT-Vorrichtung auf, insbesondere der in 6 gezeigten CVVT-Vorrichtung, mit dem Unterschied, dass der Nockenwellenhalter 130 und das Nockenwellenrad 140 in axialer Richtung verlängert sind, so dass ein Raum dazwischen geformt wird, in den der Motor 300 installiert wird. Durch eine solche Anordnung kann die Größe einer CVVT-Vorrichtung noch weiter verkleinert werden.
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Die Arbeitsweise einer CVVT-Vorrichtung gemäß verschiedenen Ausführungsformen wird hiernach im Detail beschrieben.
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Wieder bezugnehmend auf 1 rotieren gemäß verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung normalerweise das von der Kurbelwelle angetriebene Nockenwellenrad 140, die von dem Nockenwellenrad 140 angetriebene Leitspindel 230 und der von der Leitspindel 230 angetriebene Nockenwellenhalter 130 integral mit der gleichen Drehzahl.
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Im Falle einer vorzeitigen Ventilsteuerzeit (bzw. Frühverstellung) wird die Gewindewelle 200 durch den Antrieb des Motors 300 rotiert. Dadurch bewegt sich die Schraubenmutter 210 nach vorn (bzw. nach rechts in 3), so dass sich auch die Leitspindel 230 nach vorn bewegt.
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Da der Nockenwellenhalter 130 und das Nockenwellenrad 140 mit der Leitspindel 230 über einander entgegengesetzt gerichtete (bzw. verlaufende) Gewinde gekoppelt sind, wird der Winkelunterschied (bzw. Winkelversatz) zwischen dem Nockenwellenhalter 130 und dem Nockenwellenrad 140 vergrößert, so dass die Ventilsteuerzeit vorgezogen werden kann, wie in 5A gezeigt.
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Im Falle einer verspäteten Ventilsteuerzeit (bzw. Spätverstellung) wird die Gewindewelle 200 durch den Betrieb des Motors 300 in die entgegengesetzte Richtung rotiert, so dass sich die Schraubenmutter 210 nach hinten (bzw. nach links in 3) bewegt. Somit bewegt sich auch die Leitspindel 230 nach hinten, und der Nockenwellenhalter 130 und das Nockenwellenrad 140 rotieren in einander entgegengesetzte Richtungen, um den Winkelunterschied zwischen ihnen zu verringern, so dass die Ventilsteuerzeit verspätet (bzw. verzögert) werden kann, wie in 5B gezeigt.
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Bezugnehmend auf 6 führt die CVVT-Vorrichtung gemäß verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung auch die vorzeitige und verspätete Ventilsteuerzeit (bzw. Früh- und Spätverstellung) in der gleichen Weise aus wie die aus 1. 6A veranschaulicht einen Zustand von maximal erlaubter Ventilfrühverstellung und 6B veranschaulicht einen Zustand von maximal erlaubter Ventilspätverstellung. Der Wegunterschied D1 indiziert den maximalen Bereich der Variation der Ventilsteuerzeit.
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Bezugnehmend auf 7 führt die CVVT-Vorrichtung gemäß verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung auch die vorzeitige und verspätete Ventilsteuerzeit (bzw. Früh- und Spätverstellung) in der gleichen Weise aus wie die oben beschriebenen, da der einzige Unterschied zu der in 6 gezeigten Vorrichtung darin besteht, dass der Motor 300 in einem Raum untergebracht ist, der durch den Nockenwellenhalter 130 und die Leitspindel 230 geformt ist. Der Wegunterschied D2 indiziert den maximalen Bereich der Variation der Ventilsteuerzeit.
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Zwecks Erläuterung und genauer Definition der angehängten Ansprüche werden Begriffe wie zum Beispiel „hintere” etc. zur Beschreibung der Merkmale der beispielhaften Ausführungsformen mit Bezug auf die Positionen verwendet, wie sie in den Figuren dargestellt sind.
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Die vorhergehenden Beschreibungen der spezifischen beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung dienen dem Zweck der Darstellung und Beschreibung. Sie sollen nicht als erschöpfend oder die Erfindung auf die genaue offenbarte Form einschränkend verstanden werden. Es sind offensichtlich viele Modifikationen und Variationen möglich angesichts der obigen Lehre. Die beispielhaften Ausführungsformen wurden ausgewählt und beschrieben, um bestimmte Grundsäte der Erfindung und deren praktische Anwendung zu erläutern und damit dem Fachmann die Herstellung und den Gebrauch der verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sowie von deren zahlreichen Alternativen und Modifikationen zu ermöglichen. Es ist beabsichtigt, dass der Schutzumfang der Erfindung durch die angeführten Ansprüche und deren Äquivalente definiert werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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