DE102017129349A1

DE102017129349A1 - Nockenwellen-deaktivierungssystem für einen verbrennungsmotor

Info

Publication number: DE102017129349A1
Application number: DE102017129349.3A
Authority: DE
Inventors: Andrew G. BALDING
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2016-12-14
Filing date: 2017-12-08
Publication date: 2018-06-14
Also published as: CN108223033A; US10190450B2; US20180163581A1; CN108223033B

Abstract

Ein Nockenwellenantriebssystem für einen Verbrennungsmotor weist eine Nockenwelle auf, die eine Vielzahl von Nockenvorsprüngen darauf aufweist. Ein Planetenradsystem enthält eine erste Komponente, die antriebsmäßig mit der Nockenwelle verbunden ist. Ein Motor ist antriebsmäßig mit einer zweiten Komponente des Planetenradsystems verbunden, und ein Kettenrad wird durch den Verbrennungsmotor angetrieben und ist antriebsmäßig mit einer dritten Komponente des Planetenradsystems verbunden. Eine Steuerung steuert den Betrieb des Motors zum selektiven Antreiben der zweiten Komponente mit derselben Geschwindigkeit wie die dritte Komponente, um der Nockenwelle eine Drehung zu verleihen und zum selektiven Verhindern einer Drehung der zweiten Komponente des Planetenradsystems zum Verhindern der Drehung der Nockenwelle.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf ein Nockenwellen-Deaktivierungssystem für einen Verbrennungsmotor, um eine Deaktivierung eines Ventiltriebs während einer Zylinderdeaktivierung zu ermöglichen.
HINTERGRUND
Der folgende Abschnitt bietet Hintergrundinformationen zur vorliegenden Offenbarung, wobei es sich nicht notwendigerweise um den Stand der Technik handelt.
Momentan werden Motorsysteme mit Zylindern verwendet, die bei niedrigen Lasten deaktiviert werden können, um die Kraftstoffeinsparung des Motors zu verbessern. In diesen zylinderabgeschalteten Systemen sind die Nockenwellen- und Ventiltriebsysteme noch betriebsfähig. Rotierende Nockenwellen- und Ventiltriebsysteme enthalten als Nebeneffekt ihrer vorgesehenen Funktion Eigenreibung. Diese Reibung so weit wie möglich zu minimieren, führt zu einer verbesserten Kraftstoffeinsparung. Durch die Deaktivierung der Nockenwelle, die den deaktivierten Zylindern zugeordnet ist, wenn diese nicht erforderlich ist, kann die Kraftstoffeinsparung weiter verbessert werden.
ZUSAMMENFASSUNG
Dieser Teil stellt eine allgemeine Kurzdarstellung der Offenbarung bereit und ist keine vollständige Offenbarung des vollen Schutzumfangs oder aller Merkmale.
Die vorliegende Offenbarung verwendet einen Planetenradsatz, der konfiguriert ist, dass das Sonnenrad von einem herkömmlichen Kettenantrieb angetrieben wird. Ein Planetenträger ist starr an der drehbaren Nockenwelle befestigt, und das Hohlrad ist selektiv mit einem Elektromotor verbunden. Das System erlaubt die Bereitstellung mehrerer Betriebsarten einschließlich der vollständigen Entkopplung der Nockenwellendrehung von dem Kettenantrieb, sodass die Nockenwellendrehung gestoppt wird. Das System ermöglicht auch einen normalen Nockenwellenbetrieb bei einer halben Motordrehzahldrehung (für eine Viertaktmotorkonfiguration) und ermöglicht auch, dass die Phasenbeziehung zwischen der Nockenwelle und dem Kettenantrieb für eine geeignete Nockenphaseneinstellung mit dem Verbrennungszyklus synchronisiert wird. Ferner ist es möglich, die Nockenwelle bei variierenden Kurbelwellenkopplungsverhältnissen anzutreiben, sodass gemischte Strategien verwendet werden könnten (z. B. 4-Takt/2-Takt-Wechsel).
Weitere Anwendungsbereiche werden aus der hierin bereitgestellten Beschreibung ersichtlich. Die Beschreibung und speziellen Beispiele in dieser Kurzdarstellung dienen ausschließlich zum Veranschaulichen und sollen keinesfalls den Umfang der vorliegenden Offenbarung einschränken.
Figurenliste
Die hierin beschriebenen Zeichnungen dienen ausschließlich dem Veranschaulichen ausgewählter Ausführungsformen und stellen nicht die Gesamtheit der möglichen Realisierungen dar und sollen den Umfang der vorliegenden Offenbarung nicht einschränken.

1 ist eine schematische Ansicht eines Nockenwellen-Deaktivierungssystems für einen Verbrennungsmotor gemäß den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung.

Ähnliche Bezugszeichen geben in den verschiedenen Ansichten der Zeichnungen ähnliche Bauabschnitte an.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Es werden nun exemplarische Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen ausführlicher beschrieben.
Es werden exemplarische Ausführungsformen bereitgestellt, damit diese Offenbarung gründlich ist und den Fachleuten deren Umfang vollständig vermittelt. Es werden zahlreiche spezifische Details dargelegt, wie etwa Beispiele für spezifische Komponenten, Vorrichtungen und Verfahren, um ein tiefgreifendes Verständnis für die Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung zu vermitteln. Fachleute werden erkennen, dass spezifische Details möglicherweise nicht erforderlich sind, dass exemplarische Ausführungsformen in vielen verschiedenen Formen ausgeführt werden können und dass keine der Ausführungsformen dahingehend ausgelegt werden soll, dass sie den Umfang der Offenbarung einschränkt. In manchen exemplarischen Ausführungsformen sind wohlbekannte Verfahren, wohlbekannte Vorrichtungsstrukturen und wohlbekannte Techniken nicht ausführlich beschrieben.
Die hier verwendete Terminologie dient ausschließlich der Beschreibung bestimmter exemplarischer Ausführungsformen und soll in keiner Weise einschränkend sein. Die hier verwendeten Singularformen, z. B. „ein“, „der/die/das“, schließen ggf. auch die Pluralformen ein, sofern der Kontext dies nicht klar ausschließt. Die Begriffe „umfasst“, „beinhaltend“, „einschließlich“ und „hat“ sind nicht ausschließlich und geben daher das Vorhandensein der angegebenen Funktionen, ganzheitlichen Einheiten, Schritte, Vorgänge, Elemente und/oder Bauteile an, schließen aber nicht das Vorhandensein oder das Hinzufügen von weiteren Funktionen, ganzheitlichen Einheiten, Schritten, Vorgängen, Elementen, Bauteilen und/oder Gruppen hiervon aus. Die hier beschriebenen Verfahrensschritte, Prozesse und Vorgänge sind nicht so auszulegen, dass die beschriebene oder dargestellte Reihenfolge unbedingt erforderlich ist, sofern diese nicht spezifisch als Reihenfolge der Ausführung angegeben ist. Es sei außerdem darauf hingewiesen, dass zusätzliche oder alternative Schritte angewendet werden können.
Wenn Elemente oder Ebenen als „an/auf‟, „in Verbindung mit“, „verbunden mit“ oder „gekoppelt mit“ einem anderen Element oder einer Ebene beschrieben werden, können sie entweder direkt mit anderen Elementen oder Ebenen in Verbindung stehen oder gekoppelt sein oder es können zwischenliegende Elemente oder Ebenen vorhanden sein. Wenn ein Element im Gegenzug als „direkt an/auf‟, „direkt in Verbindung mit“ oder „direkt gekoppelt mit“ anderen Elementen oder Ebenen beschrieben wird, sind ggf. keine zwischenliegenden Elemente oder Ebenen vorhanden. Andere Wörter, die zum Beschreiben des Verhältnisses zwischen Elementen verwendet werden, sind in gleicher Weise zu verstehen (z. B. „zwischen“ und „direkt zwischen“, „angrenzend“ und „direkt angrenzend“ usw.). Der Begriff „und/oder“ schließt alle Kombinationen der zugehörigen aufgelisteten Elemente ein.
Obwohl die Begriffe erste, zweite, dritte usw. hierin verwendet werden können, um verschiedene Elemente, Komponenten, Regionen, Schichten und/oder Abschnitte zu beschreiben, sollten diese Elemente, Komponenten, Regionen, Schichten und/oder Abschnitte nicht durch diese Begriffe beschränkt werden. Diese Begriffe können nur verwendet werden, um ein Element, eine Komponente, Region, Schicht oder einen Abschnitt von einem anderen Bereich, Schicht oder Abschnitt zu unterscheiden. Begriffe, wie „erste“, „zweite“ und andere Zahlenbegriffe, wenn hier verwendet, implizieren keine Sequenz oder Reihenfolge, es sei denn, dies wird eindeutig durch den Kontext angegeben. Somit könnte ein weiter unten erörtertes erstes Element, Komponente, Bereich, Schicht oder Abschnitt als ein zweites Element, Komponente, Bereich, Schicht oder Abschnitt bezeichnet werden, ohne von den Lehren der exemplarischen Ausführungsformen abzuweichen.
Raumbezogene Begriffe, wie „innere“, „äußere“, „unterhalb“, „unter“, „untere“, „über“, „obere“ und dergleichen, können hier zur besseren Beschreibung der Beziehung von einem Element oder einer Ausrüstung zu anderen Elementen oder Eigenschaften, wie in den Figuren dargestellt, verwendet werden. Räumlich relative Begriffe können bezwecken, unterschiedliche Ausrichtungen der Vorrichtung im Gebrauch oder Betrieb neben der in den Figuren dargestellten Orientierung zu umspannen. Wird beispielsweise die Vorrichtung in den Figuren umgedreht, würden Elemente, die als „unterhalb“ von oder „unter“ anderen Elementen oder Eigenschaften beschrieben werden, dann „oberhalb“ anderer Elemente oder Eigenschaften ausgerichtet sein. Daher kann der Beispielbegriff „unterhalb“ sowohl eine Orientierung von oberhalb als auch von unterhalb beinhalten. Die Vorrichtung kann anderweitig ausgerichtet werden (um 90 Grad gedreht oder in andere Richtungen) und die hierin verwendeten räumlich bezogenen Schlagworte können dementsprechend interpretiert werden.
Mit Bezug auf 1 ist die vorliegende Offenbarung auf einen Verbrennungsmotor 10 gerichtet, der ein Nockenwellen-Deaktivierungssystem 12 beinhaltet. Das Nockenwellen-Deaktivierungssystem 12 weist eine Nockenwelle 14 auf, die in einen Ventiltrieb des Motors 10 eingreift, wie dies in der Technik bekannt ist. Ein Planetenradsystem 16 ist zum selektiven Deaktivieren und Aktivieren der Nockenwelle 14 zur Drehung mit dem Motor 10 vorgesehen. Insbesondere beinhaltet, wie in 1 gezeigt, das Planetenradsystem 16 einen Planetenträger 18, der an der Nase 14a der Nockenwelle 14 durch einen Befestigungsbolzen 20 befestigt ist. Der Planetenträger 18 stützt drehbar eine Vielzahl von Planetenrädern 22 in kämmendem Eingriff mit einem Hohlrad 24 und einem Sonnenrad 26 des Planetenradsystems 16. Das Hohlrad 24 ist antriebsmäßig mit einer Antriebswelle 28 eines Elektromotors 30 verbunden, der an einer Frontabdeckung 32 des Verbrennungsmotors 10 montiert werden kann. Der Motor 30 kann ein Kompakt-Scheibenläufermotor sein, der eine dünne axiale Abmessung aufweist. Das Sonnenrad 26 ist mit einem Kettenrad 34 verbunden, das von einem Kettenantriebssystem angetrieben werden kann, das mit einer Kurbelwelle des Verbrennungsmotors 10 verbunden ist, wie dies in der Technik bekannt ist. Obwohl ein Kettenrad 34 und ein Kettenantriebssystem gezeigt sind, sollte verstanden werden, dass ein Riemen- und Riemenscheibenantriebssystem als eine alternative Eingangsvorrichtung verwendet werden kann.
Das Sonnenrad 26 kann drehbar am Nockenwellenende 14a der Nockenwelle 14 durch einen oder mehrere Lagersätze 36 gelagert sein. Das Sonnenrad 26 und das Kettenrad 34 können einteilig mit dem Kettenrad 34 ausgebildet sein, das von dem Sonnenrad 26 direkt radial nach außen angeordnet ist, sodass das integrale Sonnenrad 26 und das Kettenrad 34 einen C-förmigen halben Querschnitt bilden.
Die Nockenwelle 14 weist eine Vielzahl von Nockenvorsprängen 14b zum Eingriff mit dem Ventiltrieb des Verbrennungsmotors 10 auf, wie in der Technik bekannt ist.
Der Planetenträger 18 beinhaltet einen sich axial erstreckenden ringförmigen Zapfen 40, an dem ein Nabenabschnitt 24a des Hohlrads 24 drehbar durch einen oder mehrere Lagersätze 42 gelagert ist.
Eine Motorsteuereinheit oder eine andere Steuerung 50 kann zum Steuern des Betriebs des Nockenwellen-Deaktivierungssystems 12 vorgesehen sein. Insbesondere kann die Steuerung 50 den Betrieb des Elektromotors 30 in einem von fünf Betriebsmodi steuern. Insbesondere kann das Nockenwellen-Deaktivierungssystem 12 die Nockenwellendrehung vollständig von dem Kettenantrieb entkoppeln, sodass die Nockenwellendrehung gestoppt wird. Dies kann dadurch erreicht werden, dass der Elektromotor 30 mit einer proportionalen Geschwindigkeit, die dem Verhältnis zwischen Sonnenrad und Hohlrad entspricht, freilaufend oder gegebenenfalls elektrisch angetrieben werden kann. Der Elektromotor 30 kann auch mit einer Drehzahl angetrieben werden, die gleich einer Drehzahl des Kettenrads 34 und des Sonnenrads 26 ist, um den Planetenradsatz 16 wirksam zu blockieren, um die Nockenwelle 14 basierend auf dem Untersetzungsverhältnis des Kettenrads und Kettenantriebssystems mit der halben Motordrehzahl anzutreiben. Der Elektromotor 30 kann auch betrieben werden, um die Drehposition der Nockenwelle 14 in Phase mit dem Verbrennungszyklus des Verbrennungsmotors 10 zu bringen. Zusätzlich kann der Elektromotor 30 gehalten (gestoppt) werden, was es der Nockenwelle 14 ermöglicht, sich über den Planetenträger 18 in einem Verhältnis zu drehen, das von der spezifischen Verhältnisbeziehung zwischen dem Hohlrad 24 und dem Sonnenrad 26 abhängt. Schließlich kann der Elektromotor 30 beschleunigt werden, um, falls gewünscht, höhere Übersetzungen zwischen der Kurbelwelle und der Nockenwelle zu ermöglichen. Die Steuerung des Motors 30 kann durch die Steuerung 50 basierend auf einem Nockenwellenpositionssensor 52 und anderen Motorsteuerungsparametern gesteuert werden. Sobald der Betrieb der Nockenwelle und des Ventils in Phase gebracht ist, kann der Betrieb der deaktivierten Zylinder durch Kraftstoffeinspritzung und Fremdzündung über die Motorsteuereinheit oder eine andere Steuerung 50 begonnen werden. Die Motorsteuereinheit oder andere Steuerung 50 kann verschiedene Steuermodule beinhalten, die zahlreiche steuerungsbezogene Signale empfangen und senden, die sich auf den Motor und den Fahrzeugbetrieb beziehen.
Die vorliegende Offenbarung stellt ein System bereit, um die Ventile des Motorventiltriebs zu deaktivieren, während der Motor mit deaktivierten Zylindern betrieben wird. Das vorliegende System ermöglicht eine vollständige Ventiltriebdeaktivierung durch vollständige Deaktivierung der angetriebenen Nockenwelle, um die Reibung so weit wie möglich für eine verbesserte Kraftstoffeinsparung zu minimieren. Das System der vorliegenden Anmeldung ermöglicht es, eine Ventildeaktivierung bei hohen Motordrehzahlen zu erreichen, die 3500 U/min. überschreiten, während existierende Technologien aufgrund mechanischer Grenzen eine begrenzte funktionale Deaktivierung unterhalb von 3500 U/min. haben.
Die vorstehende Beschreibung der Ausführungsformen dient lediglich der Veranschaulichung und Beschreibung. Sie ist nicht erschöpfend und soll die Offenbarung in keiner Weise beschränken. Einzelne Elemente oder Merkmale einer bestimmten Ausführungsform sind im Allgemeinen nicht auf diese bestimmte Ausführungsform beschränkt, sondern gegebenenfalls gegeneinander austauschbar und in einer ausgewählten Ausführungsform verwendbar, auch wenn dies nicht gesondert dargestellt oder beschrieben ist. Auch diverse Variationen sind denkbar. Diese Variationen stellen keine Abweichung von der Offenbarung dar, und alle Modifikationen dieser Art verstehen sich als Teil der Offenbarung und fallen in ihren Schutzumfang.

Claims

Nockenwellenantriebssystem für einen Verbrennungsmotor, umfassend: eine Nockenwelle, die eine Vielzahl von Nockenvorsprängen darauf aufweist; ein Planetenradsystem mit einer ersten Komponente, die operativ mit der Nockenwelle verbunden ist; einen Motor, der antreibend mit einer zweiten Komponente des Planetenradsystems verbunden ist; und eine Eingabevorrichtung, die von dem Verbrennungsmotor angetrieben wird und antriebsmäßig mit einer dritten Komponente des Planetenradsystems verbunden ist; und eine Steuerung zum Steuern des Betriebs des Motors zum selektiven Antreiben der zweiten Komponente mit derselben Geschwindigkeit wie die dritte Komponente und zum selektiven Verhindern einer Drehung der zweiten Komponente des Planetenradsystems zum Verhindern der Drehung der Nockenwelle.
Nockenwellensystem nach Anspruch 1, worin die erste Komponente des Planetenradsystems ein Planetenträger ist.
Nockenwellenantriebssystem nach Anspruch 1, worin die zweite Komponente des Planetenradsystems ein Hohlrad ist.
Nockenwellenantriebssystem nach Anspruch 1, worin die dritte Komponente des Planetenradsystems ein Sonnenrad ist.
Nockenwellenantriebssystem nach Anspruch 1, worin die Eingangsvorrichtung ein Kettenrad beinhaltet.
Nockenwellenantriebssystem nach Anspruch 1, ferner umfassend einen Nockenwellenpositionssensor zum Erfassen einer Position der Nockenwelle und zum Bereitstellen eines Signals an die Steuerung, worin die Steuerung eine Drehzahl des Motors einstellt, um die Nockenwelle in Phase mit einem Verbrennungszyklus des Verbrennungsmotors zu bringen.
Nockenwellenantriebssystem nach Anspruch 1, worin die Eingabevorrichtung ein Kettenrad ist und die dritte Komponente des Planetenradsystems ein Sonnenrad ist, worin das Kettenrad und das Sonnenrad einteilig miteinander ausgebildet sind, worin das Kettenrad direkt radial nach außen von dem Sonnenrad angeordnet ist.
Nockenwellenantriebssystem nach Anspruch 7, worin das Sonnenrad drehbar an der Nockenwelle gelagert ist.
Nockenwellenantriebssystem nach Anspruch 8, worin die erste Komponente des Planetenradsystems ein Planetenträger ist, der einen sich axial erstreckenden Lagerzapfen beinhaltet und die zweite Komponente des Planetenradsystems ein Hohlrad ist, das drehbar auf dem sich axial erstreckenden Lagerzapfen des Planetenträgers gelagert ist.