DE19542024A1 - Getriebliche Vorrichtung zur zeitlichen Beeinflussung der Ventilbetätigung eines Verbrennungsmotors - Google Patents
Getriebliche Vorrichtung zur zeitlichen Beeinflussung der Ventilbetätigung eines VerbrennungsmotorsInfo
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Description
Eine Optimierung der Arbeitsweise von Verbrennungsmotoren hinsichtlich Kraft
stoffverbrauch, Schadstoffarmut des Abgases, weicher Lauf und insbesondere
Leerlaufeigenschaften ist unter anderem von der richtigen Zylinderfüllung mit
dem Brennkraftstoffgemisch und der Entlüftung der Zylinderräume abhängig.
Eine Bemühung in dieser Richtung führt daher zu der Vorstellung, die Betätigung
der Ventile im Verhältnis zum Motorbetrieb hinsichtlich des Zeitpunktes zu ver
ändern, was zu einer Verstellung der die Ventile betätigenden Nockenwelle
führt. Bei konstanten Verhältnissen dreht sich die Nockenwelle mit konstantem
Übersetzungsverhältnis zur Abtriebswelle des Motors. Daher ist bei bekannten
Maschinen die Nockenwelle mit der Motorantriebswelle durch einen Zahnriemen
übersetzungsstarr gekoppelt.
Der Motorbetrieb läßt sich dadurch optimieren, daß man den Zeitpunkt der Be- und
Entlüftung der Zylinder innerhalb eines bestimmten Winkelbereiches ver
stellt. Dies führt zu einer Verstellung der Nockenwelle derart, daß diese um
einen gewissen Winkel dem vorgeschilderten Konstantwert abweichend verstellt
wird.
Die Erfassung der einzelnen Parameter, die zur Optimierung des Motors be
rücksichtigt werden müssen, läßt sich elektronisch und in entsprechender Aufbe
reitung zu einem Endsignal darstellen. Auch kennt man die den optimalen Betrieb
kennzeichnende Sollwertgröße. Die jeweils abgetasteten Istwerte werden also im
Sinne einer Regelung an den Sollwert anzunähern gesucht. Damit wird es erfor
derlich, den Verstellwinkel der Nockenwelle in Abhängigkeit von den jeweilig
herrschenden, in einer Istgröße mündenden Parametern in Richtung des Soll
wertes zu ändern und laufend in Abhängigkeit dieser Parameter zu korrigieren.
Der jeweilige Korrekturwert läßt sich in einer Drehbewegung eines Stellmotors
wiedergeben.
Der Erfindung liegt damit die Aufgabe zugrunde, ein Getriebe für die Winkel
verstellung der Nockenwelle zur Verfügung zu stellen, das in Abhängigkeit von
einem Stellsignal der Regelung aus Sollwert - Istwert - Vergleich eine der Rege
lung entsprechende Einstellung des Verstellwinkels für die Nockenwelle vor
nimmt.
Zu diesem Zwecke wird erfindungsgemäß ein Überlagerungs-Planetengetriebe
vorzugsweise ein Zykloidengetriebe mit einem Doppelplanet oder mit mehreren
Doppelplaneten gemäß DE 44 19 432 A1, vorgeschlagen, an dessen Abtrieb die
Nockenwellendrehzahl und an dessen Antrieb die Drehzahl des Verbrennungs
motors und an dessen weiteren Antrieb die Drehzahl eines Stellmotors angelegt
ist, dessen in das Getriebe eingeleitete Stelldrehzahl im Zuge der Regelung die
Winkelverstellung zwischen dem Antrieb (Motordrehzahl) und dem Abtrieb
(Nockenwellendrehzahl) bewirkt.
Bei Anstehen einer Regelgröße wird demnach die Drehzahl des Stellmotors kurz
fristig geändert, was zu einer Änderung der Nockenwellendrehzahl führt, wo
durch eine Winkelverstellung gegenüber der bisher eingenommenen Winkelstel
lung erreicht wird. Diese Veränderung der Winkelstellung führt zu einer
Änderung des Istzustandes des Verbrennungsmotors derart, daß dieser sich auf
den jeweiligen Sollzustand einstellt.
Es wird also jeweils ein Voreilen oder Nacheilen der Nockenwelle gegenüber
ihrem bisherigen Zustand erreicht, und zwar um einen gewissen Winkelschritt.
Bei laufender Änderung der Regelgröße findet natürlich eine ebenso stufenlose
Änderung des Verstellwinkels statt.
Darüberhinaus besteht die Lehre der Erfindung darin, daß alle drei voneinander
abhängigen Drehzahlen des Überlagerungsgetriebes bestimmbar gemacht werden
können. Dabei können alle möglichen Bauformen von Planetengetrieben einge
setzt werden.
Davon ausgehend ergibt sich die Konstruktion des Überlagerungsgetriebes bei
bevorzugter Ausbildung als Zykloidengetriebe nach folgender Bestimmung:
(z-z′)n₁ + z′ (z + 1)n₃ - z (z′ + 1)n3′ = O;
wobei
n₁ die Antriebs-Drehzahl des Stellmotors,
n₃ die Antriebs-Drehzahl des Verbrennungsmotors,
n3′ die Abtriebs-Drehzahl zur Nockenwelle zur Erreichung der Winkelverstellung
z die Zykloidenzähnezahl des großen Planeten,
z die Zykloidenzähnezahl des Meinen Planeten
ist.
n₁ die Antriebs-Drehzahl des Stellmotors,
n₃ die Antriebs-Drehzahl des Verbrennungsmotors,
n3′ die Abtriebs-Drehzahl zur Nockenwelle zur Erreichung der Winkelverstellung
z die Zykloidenzähnezahl des großen Planeten,
z die Zykloidenzähnezahl des Meinen Planeten
ist.
Die konstruktiven und vor allem kostengünstigen Vorteile der Erfindung gegen
über den bekannten und aufwendigen Planetengetrieben mit-Evolventenver
zahnungen eignen sich besonders zur Massenfertigung.
Die Überlagerungsgetriebe, vorzugsweise in Form eines Zykloidengetriebes mit
einem Stufenplanet, wird an Hand beiliegender Zeichnungen näher erläutert.
In den Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Vorrichtungsausführung;
Fig. 2 einen Axialschnitt durch ein Zykliden-Überlagerungs
getriebe mit Stufenplanet 2;
Fig. 3 einen Schnitt längs der Linie II-II in Fig. 1 mit Ansicht
auf den großen Planetrad 2.1
Fig. 4 einen Schnitt längs der Linie III-III in Fig. 1 mit An
sicht auf das kleinen Planetrad 2.2
Das in Fig. 1 wiedergegebene Blockschaltbild zeigt schematisch einen Ver
brennungsmotor 11, an dessen Kurbelwelle 12 ein Antriebsrad 13 angeschlossen
ist, daß über einen praktisch schlupffreien Getriebezug - Zahnriemen oder Kette -
das Moment der Kurbelwelle über ein Antriebsrad 21 auf eine erste Antriebs
welle 18 eines Überlagerungsgetriebes 17 überträgt. Die Abtriebswelle 20 des
Überlagerungsgetriebes ist über eine starre Kupplung 16 mit der bzw. einer der
Nockenwellen 15 des Verbrennungsmotors 11 getrieblich verbunden. Eine zweite
Antriebswelle 19 des Überlagerungsgetriebes 17 ist über eine starre Kupplung 24
mit der Abtriebswelle 23 eines Stellmotors 22 verbunden, dessen Stator - wie bei
25 angedeutet - ortsfest gehalten ist und dessen Betrieb nach Maßgabe der für die
beabsichtigte Nockenwellen-Winkelverstellung maßgebenden Betriebsparameter
gesteuert erfolgt.
Das in Fig. 2 bis 4 dargestellte Zykloidengetriebe mit Stufenplanet 2 besteht
aus einer mit Zentral-Lagern 9.1 und 9.2 gelagerten Anschlußwelle des Stegs 1,
auf dem der Exzenter 1.1 mit Ausgleichsgewicht 1.2 integriert sind und welcher
über das Exzenterlager 8 den Stufenplanet 2 antreibt.
Der Stufenplanet 2 besitzt ein großes Planetenrad 2.1 mit Zykloidenverzahnung
z, welche in einen Wälzkörperring 6.1 des großen Hohlrades 3.1 eingreift.
Außerdem besitzt der Stufenplanet 2 ein kleines Planetenrad 2.2 mit Zykloiden
verzahnung z′, welche in einen Wälzkörperring 6.2 des kleinen Hohlrades 3.2
eingreift.
Die axiale Fixierung des Doppelplaneten 2 und der Wälzkörper 6.1 und 6.2
übernimmt die Trennscheibe 5.
Das Kreuzrollenlager 7 übernimmt über die Hohlräder 3.1 und 3.2 die Radial- und
Axiallagerung des gesamten Getriebes, wobei das große Hohlrad 3.1 mit dem
Deckel 4 durch Verschraubung komplementiert wird.
Der Antrieb vom Verbrennungsmotor auf ein Verbindungselement - hier nicht
gezeichnet - erfolgt auf das große Hohlrad 3.1 mittels der Verschraubung 10.
Der Antrieb durch Kupplung von dem Stellmotor, vorzugsweise Elektromotor -
hier nicht gezeichnet -, erfolgt auf die Anschlußwelle des Steges 1.
Der Abtrieb auf die Nockenwelle - hier ebenfalls nicht gezeichnet - erfolgt durch
drehfeste Aufsteckung des kleinen Hohlrades 3.2 auf die Nockenwelle, wodurch
ein umlaufendes Aufsteckgetriebe, also ein Überlagerungsgetriebe mit Laufgrad F
=2, entsteht.
Das Einfach-Planetengetriebe mit einem zentralen Steg und mit wenigstens einem
zykliodenverzahnten Stufenplaneten und mit zwei zentralen Hohlrädern wird nach
folgend betrachtet.
Der Zykloidenzug ist mit dem Wälzkörperring im formschlüssigen Eingriff, wobei
die EPI-(HYPO-)Zykloiden den Planetenrädern(Hohlrädern) und die Walzkörperringe
den Hohlrädern(Planetenrädern) zugeordnet sind. Die Anzahl der Walzkörper ist
um eins größer(kleiner) als die Anzahl der Zykloidenzähne.
- 1.1 Steg: auch Exzenter bzw. Planetenträger genannt, trägt wälzgelagert die Planeten
- 2. Stufenplanet: ist ein Planet mit zwei Planetenrädern, welche Zykloidenver zahnungen besitzen;
- 2.1 großes Planetenrad: besitzt eine größere Anzahl von Zykloiden-Zähnen als das kleine Stufenrad;
- 2.1 kleines Planetenrad: dito;
- 6. Wälzkörper: stehen in ringförmiger Anordnung bei der Paarung im Eingriff mit den Zykloiden;
- 3.1 großes Hohlrad: besitzt den Wälzkörperring mit größere Anzahl von Wälzkörpern als das kleine Hohlrad;
- 3.2 kleines Hohlrad: dito;
- 1.2 Ausgleichselement: gleicht im Getriebe mit einem Planet die statische und dyna mische Unwucht der exzentrischen Planeten aus;
- Laufgrad F: kennzeichnet wieviele voneinander unabhängige Drehzahlen an den Anschlußwellen des Getriebes gleichzeitig vorgegeben werden müssen, damit sein Bewegungszustand (= Betriebszustand) eindeutig bestimmt ist;
- Übersetzung: i = nan/nab Verhältnis der Drehzahlen von Antriebswelle zu Abtriebswelle bei Laufgrad F = 1;
- Standübersetzung: i₀ = <+1 = i(3,3′)1; bei gestellfestem Steg und Laufgrad F = 1;
freies Drehzahlverhältnis: z. B. k1,31′ = i(1,3′)3; bei Laufgrad F = 2; - Überlagerungsgetriebe: einfaches Planetengetriebe im Bewegungszustand mit Lauf grad F = 2; zur Überlagerung von Drehzahlen bzw. Leistungen;
- Drehmoment-Wandlung: Verhältnis der äußeren Drehmomente von Abtrieb zum Antrieb;
Summe der Drehmomente = 0;
Claims (6)
1. Getriebliche Vorrichtung zur zeitlichen Beeinflussung der Ventilbetätigung
eines Verbrennungsmotors (11) mit einem wenigstens einen - vorzugsweise
zykloidenverzahnten - Stufenplaneten (2) umfassenden Planetengetriebe in
Betriebszustand eines Überlagerungsgetriebes (17) mit Laufgrad F = 2 für die
variable Ventilsteuerung durch wenigstens eine der Nockenwellen (15) des Ver
brennungsmotors (11), welches Getriebe über einer Kette, Zahnriemen oder der
gleichen durch eine abtreibende Welle (12) des Verbrennungsmotors (11) an
getrieben abtriebsseitig mit der Nockenwelle (15) verbunden und über eine dritte
Welle (1) mit einer Steuergröße beaufschlagt ist,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Überlagerungsgetriebe (17) folgende Merkmale aufweist;
- - zwei gleichsinnig umlaufende, unterschiedliche Zähnezahlen aufweisende Hohlräder (3.1, 3.2);
- - die Drehzahlwandlung erfolgt nach der Bestimmung (z-z′)n₁ + z′ (z + 1)n₃ - z (z′ + 1)n3′ = 0;wobei
- n₁ = Drehzahl der Anschlußwelle des Steges (1) Exzenters (1.1) - des Getriebes;
- n₃= Drehzahl der Anschlußwelle des größeren (größere Zähnezahl) Hohlrades (3.1);
- n3′ = Drehzahl der Anschlußwelle des "kleinen" (kleinere Zähnezahl) Hohlrades (3.2);
- z = Zähnezahl (2.1) des "großen" Planetenrades (3.1);
- z = Zähnezahl des "kleinen" Planetenrades (3.2);
- - die Drehmomentwandlung erfolgt unter hohen Drehmomenten an den An schlußwellen der beiden Hohlräder (3.1, 3.2) und kleinem Drehmoment an der Anschlußwelle (1); des Steges (1.1);
- - zwischen der Anschlußwelle (1) des Steges (1.1) und der Anschlußwelle des kleinen Hohlrades (3.2) und damit der Nockenwelle (15) besteht ein großes Übersetzungsverhältnis;
- - an die dritte Welle (1) als Anschlußwelle des Steges (1.1) ist ein intermittierend nach Maßgabe der Kennwerte des Verbrennungsmotors betriebener Stellmotor (22) angeschlossen;
- - der Stator des Stellmotors (22) ist raumfest (25) angeordnet.
2. Planetengetriebe nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Überlagerungsgetriebe mit seinem Abtrieb vom kleinen Hohlrad (3.2)
mit der Nockenwelle drehfest als Aufsteckkupplung verbunden ist.
3. Planetengetriebe nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß das als Zykloidengetriebe ausgebildete Überlagerungsgetriebe mehrere Stufen
planeten (2) besitzt. (DE 44 19 432 A1).
4. Planetengetriebe nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Planetengetriebe eine Übersetzung vom Steg (1) zum kleinen Hohlrad
(3.2) und somit zur Nockenwelle von ca. i = 100 besitzt und daß das große
Planetenrad (2.1) mit 19 Zykloidenzähnen und das kleine Planetenrad (2.2) mit
16 Zykloidenzähnen ausgerüstet ist.
5. Planetengetriebe nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß der zykloidenverzahnte Stufenplanet aus zwei verdrehfest miteinander ver
bundenen Zykloidenkurvenscheiben gebildet ist.
6. Planetengetriebe nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß der zykloidenverzahnte Stufenplanet einstückig ausgebildet ist.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19542024A DE19542024A1 (de) | 1995-09-22 | 1995-11-10 | Getriebliche Vorrichtung zur zeitlichen Beeinflussung der Ventilbetätigung eines Verbrennungsmotors |
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19535316 | 1995-09-22 | ||
DE19542024A DE19542024A1 (de) | 1995-09-22 | 1995-11-10 | Getriebliche Vorrichtung zur zeitlichen Beeinflussung der Ventilbetätigung eines Verbrennungsmotors |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE19542024A1 true DE19542024A1 (de) | 1997-03-27 |
Family
ID=7772923
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19542024A Withdrawn DE19542024A1 (de) | 1995-09-22 | 1995-11-10 | Getriebliche Vorrichtung zur zeitlichen Beeinflussung der Ventilbetätigung eines Verbrennungsmotors |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE19542024A1 (de) |
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- 1995-11-10 DE DE19542024A patent/DE19542024A1/de not_active Withdrawn
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---|---|---|---|
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