DE102016219700A1 - Arrangement for changing the valve timing of an internal combustion engine - Google Patents

Arrangement for changing the valve timing of an internal combustion engine Download PDF

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DE102016219700A1
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Vlad-Mihai Otelea
Bogdan-Costel Paduret
Bogdan Fratila
Doru Groza
Liviu Jelenschi
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    • F01L1/344Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear characterised by the provision of means for changing the timing of the valves without changing the duration of opening and without affecting the magnitude of the valve lift changing the angular relationship between crankshaft and camshaft, e.g. using helicoidal gear
    • F01L1/352Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear characterised by the provision of means for changing the timing of the valves without changing the duration of opening and without affecting the magnitude of the valve lift changing the angular relationship between crankshaft and camshaft, e.g. using helicoidal gear using bevel or epicyclic gear
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    • F01L2820/00Details on specific features characterising valve gear arrangements
    • F01L2820/03Auxiliary actuators
    • F01L2820/031Electromagnets

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Änderung der Ventilsteuerzeiten einer Brennkraftmaschine, mit einem elektrischen Motor (1) und einem Planetenradgetriebe mit einem Sonnenrad (4), einem Satz Planetenräder (5), die von einem Planetenradträger (6) getragen werden, und einem Hohlrad (7), dadurch gekennzeichnet, dass das Sonnenrad (4) drehfest mit einer Kurbelwelle (3) der Brennkraftmaschine und der Planetenradträger (5) drehfest mit einer Motorwelle (2) des elektrischen Motors (1) verbunden ist, wobei das Hohlrad (7) über einen Zugmitteltrieb (8) in Antriebsverbindung mit einem mit einer Nockenwelle (9) der Brennkraftmaschine drehfest verbunden Antriebsrad (10) steht.The invention relates to an arrangement for changing the valve timing of an internal combustion engine, having an electric motor (1) and a planetary gear with a sun gear (4), a set planetary gears (5), which are supported by a planet carrier (6), and a ring gear ( 7), characterized in that the sun gear (4) rotatably connected to a crankshaft (3) of the internal combustion engine and the planet carrier (5) rotatably connected to a motor shaft (2) of the electric motor (1), wherein the ring gear (7) via a traction mechanism drive (8) in drive connection with a drive wheel (10) connected in a rotationally fixed manner to a camshaft (9) of the internal combustion engine.

Description

Gebiet der ErfindungField of the invention

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Änderung der Ventilsteuerzeiten einer Brennkraftmaschine gemäß der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 näher definierten Art.The invention relates to an arrangement for changing the valve timing of an internal combustion engine according to the closer defined in the preamble of claim 1. Art.

Eine derartige Anordnung ist aus DE 35 36 919 A1 bekannt. Dort ist eine Vorrichtung zur Änderung der relativen Drehlage einer Steuerwelle gegenüber einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine beschrieben. Die Vorrichtung weist ein Planetengetriebe auf, das über ein Hohlrad mit der Steuerwelle drehfest verbunden ist, wobei an einem Steg des Planetenradgetriebes eine Verstellungseinrichtung zur Drehlagenänderung angreift. Nachteilig ist bei dieser Vorrichtung die bauraumintensive und aufwendige Ausgestaltung sowie das hohe Gewicht.Such an arrangement is made DE 35 36 919 A1 known. There is described a device for changing the relative rotational position of a control shaft relative to a crankshaft of an internal combustion engine. The device has a planetary gear, which is rotatably connected via a ring gear with the control shaft, wherein an adjusting device for changing the rotational position acts on a web of the planetary gear. A disadvantage of this device, the space-consuming and complex design and high weight.

Zusammenfassung der ErfindungSummary of the invention

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung der vorgenannten Art hinsichtlich ihres Aufbaues zu vereinfachen, bauraumsparend und gewichtsreduzierend zu gestalten. The invention is therefore based on the object to simplify an arrangement of the aforementioned type with regard to their structure, to make space-saving and weight-reducing.

Die Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den jeweiligen Unteransprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung.The object is solved by the features of patent claim 1. Further advantageous embodiments will become apparent from the respective dependent claims, the description and the drawings.

Es wird eine Anordnung zur Änderung der Ventilsteuerzeiten einer Brennkraftmaschine vorgeschlagen. Die Anordnung weist einen elektrischen Motor und ein Planetenradgetriebe mit einem Sonnenrad, einen Satz Planetenräder, die um das Sonnenrad umlaufen und von einem Planetenradträger getragen werden, und ein Hohlrad auf. Erfindungsgemäß ist das Sonnenrad drehfest mit einer Kurbelwelle der Brennkraftmaschine und der Planetenradträger drehfest mit einer Motorwelle des elektrischen Motors verbunden. Dabei steht das Hohlrad über einen Zugmitteltrieb mit einem mit einer Nockenwelle der Brennkraftmaschine drehfest verbunden Antriebsrad in unmittelbarer Antriebsverbindung. Durch die erfindungsgemäße Anordnung wird eine einfach aufgebaute, bauraumsparende und gewichtsreduzierende Nockenwellen-Phasenverstellung erreicht, durch die die relative Phasenlage zwischen Nocken- und Kurbelwelle und damit die Steuerzeiten der Gaswechselventile der Brennkraftmaschine zur variablen Ventilsteuerung in Abhängigkeit vom Betriebszustand der Brennkraftmaschine veränderbar sind. Auf diese Weise sind Eingangs- und Ausgangsgrößen zwischen Kurbel- und Nockenwelle durch Verwendung eines Planeten-Differenzialgetriebes steuerbar, wobei zumindest eine Komponente durch ein Hilfssystem antreibbar ist. Zur Antriebsverbindung zwischen dem Hohlrad und der Nockenwelle kann statt dem Zugmitteltrieb auch eine andere Übertragungseinrichtung vorgesehen sein. It is proposed an arrangement for changing the valve timing of an internal combustion engine. The assembly includes an electric motor and a planetary gear having a sun gear, a set of planet gears that revolve around the sun gear and are supported by a planet carrier, and a ring gear. According to the invention, the sun gear is non-rotatably connected to a crankshaft of the internal combustion engine and the planet gear rotatably connected to a motor shaft of the electric motor. In this case, the ring gear is connected via a traction drive with a drive wheel rotatably connected to a camshaft of the engine in direct drive connection. The inventive arrangement a simple design, space-saving and weight-reducing camshaft phase adjustment is achieved by the relative phase angle between the cam and crankshaft and thus the timing of the gas exchange valves of the internal combustion engine for variable valve timing depending on the operating condition of the internal combustion engine can be changed. In this way, input and output variables between crankshaft and camshaft are controllable by using a planetary differential gear, wherein at least one component is drivable by an auxiliary system. For the drive connection between the ring gear and the camshaft, instead of the traction mechanism drive, another transmission device may also be provided.

Kurze Beschreibung der ZeichnungShort description of the drawing

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und aus der Zeichnung, in der ein Ausführungsbeispiel der Erfindung vereinfacht dargestellt ist. Further features of the invention will become apparent from the following description and from the drawing, in which an embodiment of the invention is shown in simplified form.

Ausführliche Beschreibung der ZeichnungDetailed description of the drawing

Die einzige Figur zeigt beispielhaft eine erfindungsgemäße Anordnung zur Änderung der Ventilsteuerzeiten einer Brennkraftmaschine. Die Anordnung besteht aus einem elektrischen Motor 1 mit einer Motorwelle 2, einem Sonnenrad 4, das mit einer Kurbelwelle 3 der Brennkraftmaschine drehfest verbunden ist, drei um das Sonnenrad 4 umlaufende Planetenräder 5, die von einem Planetenradträger 6 getragen werden, der mit der Motorwelle 2 drehfest verbunden ist, einem drehbar angeordneten Hohlrad 7 mit einer Innenverzahnung in Eingriff mit den Planetenrädern 5 und einem Riemen eines Zugmitteltriebs 8 der eine Nockenwelle 9 antreibt. Dieser greift einerseits am Außendurchmesser des Hohlrads 7 und andererseits an einem mit der Nockenwelle 9 drehfest verbundenen Antriebsrad 10 an, das als Riemenscheibe ausgeführt ist. Der Motor 1 mit der Motorwelle 2, das Sonnenrad 4, der Planetenradträger 5, das Hohlrad 7 sind koaxial zur Kurbelwelle 3 angeordnet. Der elektrische Motor 1, der an einem Motorblock der Brennkraftmaschine befestigt ist, treibt über die Motorwelle 2 den Planetenradträger 6 drehend an. Dadurch versetzt dieser die von ihm getragenen und in Eingriff mit dem Sonnenrad 4 stehenden Planetenräder 5 in eine Umlaufbewegung um das Sonnenrad 4. Dabei treiben die Planetenräder 5 das Hohlrad 7 an, dessen Drehbewegung über den Riemen des Zugmitteltriebs 8 auf das Antriebsrad 10 und die Nockenwelle 9 übertragen wird. Das Hohlrad 7 bildet dabei eine Riemenscheibe, an der der Riemen des Zugmitteltriebs 8 angreift. The single figure shows an example of an arrangement according to the invention for changing the valve timing of an internal combustion engine. The arrangement consists of an electric motor 1 with a motor shaft 2 a sun wheel 4 that with a crankshaft 3 the internal combustion engine is rotatably connected, three to the sun 4 revolving planet gears 5 coming from a planet carrier 6 be worn with the motor shaft 2 rotatably connected, a rotatably mounted ring gear 7 with an internal toothing in engagement with the planetary gears 5 and a belt of a traction mechanism drive 8th the one camshaft 9 drives. This engages on the one hand on the outer diameter of the ring gear 7 and on the other hand at one with the camshaft 9 rotatably connected drive wheel 10 on, which is designed as a pulley. The motor 1 with the motor shaft 2 , the sun wheel 4 , the planetary carrier 5 , the ring gear 7 are coaxial with the crankshaft 3 arranged. The electric engine 1 , which is attached to an engine block of the internal combustion engine, drives over the motor shaft 2 the planet carrier 6 turning on. As a result, this puts the worn by him and engaged with the sun 4 stationary planet gears 5 in a revolving motion around the sun gear 4 , The planetary gears are driving 5 the ring gear 7 whose rotational movement over the belt of the traction drive 8th on the drive wheel 10 and the camshaft 9 is transmitted. The ring gear 7 forms a pulley on which the belt of the traction drive 8th attacks.

Der elektrische Motor 1 ist bei jeder beliebigen Drehzahl der Kurbelwelle 3 oder der Nockenwelle 9 betreibbar und kann eine beschleunigte oder eine verzögerte Drehbewegung der Nockenwelle 9 und damit eine phasenverschobene Drehbewegung dieser gegenüber der Kurbelwelle 3 bewirken. Auf diese Weise wird eine einfache Phasenverstellung der Nockenwelle 9 zur Änderung der Ventilsteuerzeiten der Brennkraftmaschine erreicht. Da der elektrische Motor 1 elektronisch ansteuerbar ist, ist durch die erfindungsgemäße Anordnung eine einfache elektronische Phasenverstellung der Nockenwelle 9 möglich. Die erfindungsgemäße Anordnung bildet so einen elektronisch ansteuerbaren Nockenwellen-Phasenversteller mit einem Planetengetriebe, das an der Kurbelwelle 3 angebracht ist und eine variable Ventilsteuerung ermöglicht und nur eine Übertragungseinrichtung benötigt.The electric engine 1 is at any speed of the crankshaft 3 or the camshaft 9 operable and may be an accelerated or a delayed rotational movement of the camshaft 9 and thus a phase-shifted rotational movement of this relative to the crankshaft 3 cause. In this way, a simple phase adjustment of the camshaft 9 achieved to change the valve timing of the internal combustion engine. Because the electric motor 1 is electronically controlled, is a simple electronic phase adjustment of the camshaft by the inventive arrangement 9 possible. The arrangement according to the invention thus forms an electronically controllable camshaft phase adjuster with a planetary gear, which on the crankshaft 3 is mounted and allows variable valve timing and requires only one transmission device.

Den Eingang der Anordnung bildet das mit der Kurbelwelle 3 drehfest verbundene Sonnenrad 4 und als Ausgang fungiert das Hohlrad 7, an dem der Riemen des Zugmitteltriebs 8 zum Antrieb der Nockenwelle 9 angreift. Die Steuerung erfolgt durch den Planetenradträger 6, der durch den elektrischen Motor 1 oder durch ein anderes Hilfssystem antreibbar ist. Der Planetenradträger 6 ist mit der Motorwelle 2 drehfest verbunden, wodurch die Eingangs- und Ausgangsgrößen des Systems beeinflussbar sind. Auf diese Weise steuert die erfindungsgemäße Anordnung die Eingangs-/Ausgangsgrößen zwischen Kurbelwelle 3 und Nockenwelle 9 unter Verwendung eines Planetenraddifferenzials, wobei zumindest eine Komponente durch ein Hilfssystem antreibbar ist. Die erfindungsgemäße Anordnung weist nur eine Planetengetriebestufe mit einem Satz Planetenräder 5 auf. Die Stellung des Planetenradträgers 6 ist unabhängig von der Kurbelwelle 3, während die Stellung der Nocken der Nockenwelle 9 vom Hohlrad 7 abhängig ist. Letzteres ermöglicht die Anordnung eines Riemens oder Kette oder andere Hilfseinrichtungen, insbesondere Riemenspanner, zwischen dem Hohlrad 7 und der Nockenwelle 9. Im Falle eines Ausfalls des Motors 1 ist die Anordnung mit der Standübersetzung des Planetenradgetriebes weiterbetreibbar.The input of the arrangement forms with the crankshaft 3 rotatably connected sun gear 4 and the output is the ring gear 7 at which the belt of the traction drive 8th for driving the camshaft 9 attacks. The control is carried out by the planet carrier 6 that by the electric motor 1 or is drivable by another auxiliary system. The planet carrier 6 is with the motor shaft 2 rotatably connected, whereby the input and output variables of the system can be influenced. In this way, the arrangement according to the invention controls the input / output variables between the crankshaft 3 and camshaft 9 using a Planetenraddifferenzials, wherein at least one component is driven by an auxiliary system. The arrangement according to the invention has only one planetary gear stage with a set planetary gears 5 on. The position of the planet carrier 6 is independent of the crankshaft 3 while the position of the cam of the camshaft 9 from the ring gear 7 is dependent. The latter allows the arrangement of a belt or chain or other auxiliary equipment, in particular belt tensioner, between the ring gear 7 and the camshaft 9 , In case of failure of the engine 1 the arrangement with the state translation of the planetary gear is weiterbetreibbar.

In der erfindungsgemäßen Anordnung sind alle möglichen Arten von Zahnrädern oder Zahnradprofilen einsetzbar, insbesondere ist die Anordnung nicht auf Stirnräder begrenzt. Die erfindungsgemäße Anordnung ist in jedem Ventiltrieb insbesondere unabhängig von dessen Ventilbetätigungsmechanismus und dessen Antriebsweise, Riemen- oder Kettentrieb oder einer anderen Übertragungseinrichtung, einsetzbar. Die erfindungsgemäße Anordnung ist zur Steuerung der Einlass- und/oder Auslassventile der Brennkraftmaschine verwendbar.In the arrangement according to the invention all possible types of gears or gear profiles can be used, in particular, the arrangement is not limited to spur gears. The arrangement according to the invention can be used in each valve drive, in particular independently of its valve actuation mechanism and its drive mode, belt or chain drive or another transmission device. The arrangement according to the invention can be used to control the intake and / or exhaust valves of the internal combustion engine.

Weiterhin kann ein Riemenspanner-Aktor bzw. -system vorgesehen sein, der bzw. das die Phasenlage zwischen einer Einlassventil- und einer Auslassventil-Nockenwelle verändern kann, um den Kraftstoffverbrauch zu reduzieren und die Motorleistung der Brennkraftmaschine zu erhöhen.Further, a belt tensioner actuator or system may be provided that can vary the phase relationship between an intake valve and an exhaust valve camshaft to reduce fuel consumption and increase engine output of the internal combustion engine.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Motor engine
22
Motorwelle motor shaft
33
Kurbelwelle crankshaft
44
Sonnenrad sun
55
Planetenrad planet
66
Planetenradträger  planet
77
Hohlrad ring gear
88th
Zugmitteltrieb traction drive
99
Nockenwelle camshaft
1010
Antriebsrad drive wheel

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 3536919 A1 [0002] DE 3536919 A1 [0002]

Claims (1)

Anordnung zur Änderung der Ventilsteuerzeiten einer Brennkraftmaschine, mit einem elektrischen Motor (1) und einem Planetenradgetriebe mit einem Sonnenrad (4), einem Satz Planetenräder (5), die von einem Planetenradträger (6) getragen werden, und einem Hohlrad (7), dadurch gekennzeichnet, dass das Sonnenrad (4) drehfest mit einer Kurbelwelle (3) der Brennkraftmaschine und der Planetenradträger (5) drehfest mit einer Motorwelle (2) des elektrischen Motors (1) verbunden ist, wobei das Hohlrad (7) über einen Zugmitteltrieb (8) in Antriebsverbindung mit einem mit einer Nockenwelle (9) der Brennkraftmaschine drehfest verbunden Antriebsrad (10) steht. Arrangement for changing the valve timing of an internal combustion engine, with an electric motor ( 1 ) and a planetary gear with a sun gear ( 4 ), a set of planet gears ( 5 ), by a planet carrier ( 6 ), and a ring gear ( 7 ), characterized in that the sun gear ( 4 ) rotatably with a crankshaft ( 3 ) of the internal combustion engine and the planet carrier ( 5 ) rotatably with a motor shaft ( 2 ) of the electric motor ( 1 ), wherein the ring gear ( 7 ) via a traction mechanism drive ( 8th ) in drive connection with one with a camshaft ( 9 ) of the internal combustion engine rotatably connected drive wheel ( 10 ) stands.
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Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3536919A1 (en) 1985-10-17 1987-04-23 Bayerische Motoren Werke Ag Device for changing the relative rotational position of a driven machine component with respect to a driving machine component, in particular of a control shaft with respect to a crank shaft of an internal combustion engine

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DE3536919A1 (en) 1985-10-17 1987-04-23 Bayerische Motoren Werke Ag Device for changing the relative rotational position of a driven machine component with respect to a driving machine component, in particular of a control shaft with respect to a crank shaft of an internal combustion engine

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