DE2909803A1

DE2909803A1 - Phasenschieber der steuerung fuer verbrennungskolbenmotor

Info

Publication number: DE2909803A1
Application number: DE19792909803
Authority: DE
Inventors: Nichtnennung Beantragt
Original assignee: Alfa Romeo SpA
Current assignee: Fiat Auto SpA
Priority date: 1978-03-24
Filing date: 1979-03-13
Publication date: 1979-09-27
Also published as: FR2420651B1; IT7821650A0; IT1093715B; GB2017209B; FR2420651A1; DE2909803C2; US4231330A; GB2017209A

Description

EITLE & PARTNER -3-09803

PAT E N TAN WAtT E

DR. ING. E. HOFFMANN (1930-1976) . DIPL.-IN G. W. EITLE · DR. RER. NAT. K. HO FFMANN · DIPL..ING. W. LEH N

DIPl.-ING. K. FDCHSLE · DR. RER. NAT. B. HANSEN ARABELLASTRASSE 4 (STERN HAUS) · D-8000 MO NCHEN 81 ■ TELEFON (089) 911087 - TELEX 05-29619 (PATHE)

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Alfa Romeo S.p.A., Mailand / Italien

"Phasenschieber der Steuerung fuer Verbrennungskolbenmotor"

Es ist bekannt, dass die Optimisierung der Ansaugen des Brennst off gemis ches in den Zylinder eines Kolbenverbrenmingsmotors und die Optimierung des Auspuffs der Verbrennungsgase aus dem Zylinder durch eine geeignete Einstellung der Steuerzeiten der Bewegungen des Oeffnens und des Schliessens der Saug- und Auspuffventile in Bezug auf die Bewegungen des Kolbons und daher in Bezug auf die Kurbelwelle erreicht werden,

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Diese Optisierungen muessen vor allem mit der fuer diese VorSchiebung von Luft und Gas zur Verfuegung stehenden Zeit rechnen; diese Zeit wird .immer kuerzer, je groesser die Drehzahl des Motors wird; es muss jedoch auch der kinetischen Energie der Luft und des Gases in den betreffenden Leitungen und den Traegheiterscheinungen Rechnung getragen werden, die mit dieser kinetischen Energie einhergehen, die offenbar mit dem Quadrat des Ansteigens der Drehzahl waechst. Daraus folgt, dass wenn die Einstellung der Steuerzeiten fuer eine bestimmte Drehzahl optimisiert ist, sie nicht mehr fuer eine verschiedene Drehzahl optimisiert ist, besonders nicht bei einer stark verschiedenen Drehzahl.

Die ideale Loesung waere diejenige einer in Funktion der Drehzahl kontinuierlich selbsttaetig veraenderlichen Einstellung der Steuerzeiten; ein Automatismus solcher Art muosste sehr kompliziert sein um mit hinreichender Praezision die Entsprechung zwischen Steuerzeiten und Drehzahlen zu gewaehr-.leisten. Aus diesem Grund hat man vorgezogen bei der den Gegenstand der vorliegenden Patentanmeldung bildenden Vorrichtung die Loesung zu waehlen, die nur zwei verschiedene Steuerzeiteneinstellungen vorsieht; eine im- Mittel fuer Drehzahlberciclio unterhalb eines vorbestimmten Wertes ODtisiertc und eine im Mittel fuer Drehzahlbereiche oberhalb des betreffenden Bereichs optivierte. Da im Innern der automatischen Vorrichtung die beiden Steuerzeiteneinstellungen dei- beiden Endstellungen eines beweglichen Elementes entsprochen, sind die besagten Steuerzeiteneinstollungen durchaus genau;

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derart, dass in einem joden der beiden Verwendungsbereiche des Motors, unterhalb und oberhalb der oben genannten Drehzahl, bei gleichbleibendem Wert der Steuerzeiteneinstellungen die anderen Parameter (beispielsweise das Mischungsverhaeltnis, die Zuendvorverstellung usw.) optisiert werden koennen, die nicht nur zum regelmaessigen Arbeiten des M)tars beitragen sondern auch zur Minisierung der unverbrannten Anteile im Auspuff und der Verbrauchsziffern.

Die beiden eben genannten Endstellungen sind im Innern der Vorrichtung die auf das Gleiten eines beweglichen Zwischenglieds in der Kupplung der Kurbelwelle mit der Motorwelle bezueglichen.

Die Verschiebungen dieses Zwischengliedes erfolgen sobald eine der beiden Gegenkraefte, die darauf einwirken, ueber die andere ueberwiegt; die Vorbelastung einer Feder und der Druck des Schmieroels des Motors. Dieser Druck wirkt oder wirkt nicht auf das Zwischenglied je nach dem ob eine .Oelauslassooffnung geschlossen oder offen ist. Diese Oeffnung wird von einem Ventil gesteuert, das mit einem Verschluss versehen ist, auf den auch zwei Gegenkraefte wirken: die Vorbelastung einer zweiten kleinen Feder und die auf einer mit dem Verschluss fοstvorbundenen Masse beruhende Fliehkraft; diese Masse dreht sich zusammen mit der Verteilerwelle mit ihx'cm Schwerpunkt in Bezug auf die Drohachse der genannten Verteilerwclle vorschoben.

Zur Regelmaossigkeit des Arbeitens des Motors, aber auch zur riinisierung schaedlicher Einlaesse und des Verbrauchs

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(wie obon gesagt), sollen die Forderungen nach Genauigkeit
nicht nur den Wert der beiden Steuerzeiten betreffen, sondern auch den ¥ert der Drehzahl beim Uebergang von einer Steuerzeit zur anderen. Um dieser zweiten Forderung nach Genauigkeit zu genuogen ist der Verschluss in der Vorrichtung, die Gegenstand der vorliegenden Patentanmeldung bildet, dadurch gekennzeichnet, dass die in der Richtung ihrer Verschiebung darauf wirkenden Belastungen nur diejenigen der beiden oben genannten Gegenkraefte sind: die Resultante der Druecke des OeIs ist Null, da ein Verschluss der Type mit ausgeglichenem Schieber gewaehlt wurde, in dem die Resultante der Oeldruecke laengs der Normalen zur besagten Verschiebung Null ist; ferner sind die Reibungsbelastungen praktisch genommen Null,
da die Fliehkraefte keine zur Richtung der Verschiebung normale Komponente haben.

Das bisher Gesagte laesst sich deutlicher mit Hilfe der beigefuegten Figur 1 erlaeutern, auf der, fuer den Fall ei-.ner im Motorkopf untergebrachten Nockenwelle, ein Schnitt
des Motorkopfs laengs einer durch die Achse der "Motorwelle
gehenden Ebene gezeigt ist; auf der Figur ist von diesem
Schnitt nur der interessierende Teil gezeigt, naemlich der
Teil der zum Ende der Nockenwelle gehoert, das beispielsweise mittels einer Kette von der Antriebswelle angetrieben
wird. Auf diesem Schnitt ist mit 1 eine ¥and des Kopfes bezeichnet, mit 2 derjenige Teil des Kopfes, in dem das Endlager fuer den entsprechenden Zapfen der Nockenwelle 3 vorgesehen ist. Fest mit der Nockenwelle 3 verbunden ist die

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Endscheibe 4, wobei die Verriegelung mittels in der zylindrischen Vcrlaengerung 4^f dieser Scheibe eingeschnittenen Gewindes 5 bewirkt wird. Die mit der Nockenwelle gleichachsige zylindrische Muffe 6 ist an ihren Enden an der zylindrischen Oberflaeche 7 der Nockenwelle und an der zylindrischen Oberflaeche 8 der Scheibe 4 drehbar gelagert.

Der Anschlag 9 der Nockenwelle 3 und dor Anschlag 10 der Scheibe 4 verhindern das axiale Gleiten der Muffe in Bezug auf die Yelle 3 und auf das Element 4. Mit 11 sind die mit der Muffe 6 festverbundenen Aussenzahnungen bezeichnet, in denen die in der Figur nicht gezeigte Kette eingreift, welche diese Muffe mit der (in der Figur nicht dargestellten) Kurbelwelle des Motors verbindet. Die Muffe 6 besitzt auch eine mit 15 bezeichnete Irmenzahnung, die mit der Aussenzahnung 13 des ringfoermigen Kolbens 12 eingreift, der auch eine Innensahnung 14 besitzt; letztere Innenzahnung 14 steht im Eingriff mit einer Aussenzahnung 16 der Nockenwol» ,Ie 3» Mindestens eines der mit einander im Eingriff stehenden Zahnungspaare (14-16; 13-15) ist schravibenfoermig; eine der Zahntingen der beiden Paare ist ferner mehr als die andere axial entwickelt. Daraus folgt, dass, da die beiden Paare von Zahnungen stets mit einander im Eingriff bleiben; mit einem axialen Gleiten des ringfoermigen Kolbens 12 relativ zur Nockenwelle 3, zur Scheibe 4 und zur Muffe 6, die Nockenwelle eine Drehung in Bezug auf die Muffe 6 ausfuehrt; und daher auch in Bezug auf die Kurbelwelle, die mit der Muffe 6 durch die Kette verbunden ist: die Groesse dieser Drehung,

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dass heisst dieser Aenderung der Steuerzeiten der Nockenwelle in Bezug auf die Antriebswelle, haengt von der Groesse der Axialverschiebung des ringfoermigen Kolbens 12 in Bezug auf die Nockenwelle und von der Steigung der schraubenfoermigen Zahnung (oder Zahnungen) ab. Die beiden Paare von Zahnungen sind so ausgefuehrt, dass sie die Stroemung des OeIs nicht behindern, entweder durch ein geeignetes Spiel zwischen den Zaehnen oder geradezu durch Auslassen eines Zahns oder mehrerer Zaehne. Auf Figur 1 ist der ringfoermige Kolben 12 in einer seiner beiden Endstellungen gezeichnet; er wird mit dem oben genannten Anschlag 10 der Endscheibe k durch die Wirkung der Vorbelastung der Feder IJ in Beruehrung gehalten. Der ringfoermige Kolben 12 selbst ist dadurch gekennzeichnet, dass an demjenigen Ende, das dem innen und aussen gezahnten Ende entgegengesetzt ist, zwei kalibrierte zylindrische Oberflaechon, eine innere und eine aeussere, an entsprechenden kalibrierten zylindrischen Oberflaechen anliegen, einer aeus— .seren der Welle 3, die mit 18 bezeichnet ist und einer inneren dor Muffe 6, die mit 19 bezeichnet ist.

Das Radialspiel zwischen den zylindrischen Oberflaechen, die aneinander anliegen, ist sehr gering, sodass die Moeglichkeit eines Durchsickerns von OeI auch unter Druck zwischen diesen zylindrischen Oberflaechen stark verringert wird,-Auf die zur Achse normale ringfoermige Oberflaeche des Kolbens 12, die der Oberflaeche entgegengesetzt ist, auf welche die Feder If einwirkt, kann ein hydraulischer Druck mit einem solchen Wert einwirken, dass er die Vorspannung der Feder I7

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ueberwindet derart, dass der Kolben selbst in der Wirkung der Feder entgegengesetzter Richtung verschoben wird, bis er am Anschlag 20 der Welle 3 anliegt, der die zweite Endstellung dieses Kolbens 12 bestimmt. Das OeI unter Druck kann den Kolben durch die Bohrungen 21 und 21' erreichen, aus dem Hohlraum 22 kommend, der seinerseits durch die enge Oeffnung 23 der in der Welle 3 vorgesehenen Leitung 2h mit OeI versorgt wird j zur Leitung 2k gelangt das OeI aus dem ringfoermigen Hohlraum 25* und aus der im Kopf 2 vorgesehenen Leitung 25} die besagte Leitung 25 versorgt auch die Kupplung zwischen dem Zapfen der Welle 3 und der entsprechenden im Kopf 2 vorgesehenen Bohrung mit Schmieroel. Der Hohlraum 22 kann mit dem ausserhalb der Vorrichtung aber doch innerhalb des Motorkopfes vorhandenen Raum durch die Leitung 26 in Verbindung gesetzt werden, die in der zylindrischen Verlaengerung k* vorgesehen ist, und durch die beiden (in Figur 2 ersicht-lichen) Leitungen 30 und 30', wenn diese nicht vom Verschluss 2J des • in der Endscheibe U- vorgesehenen Schieberventils verschlossen sind,

Die beiden Leitungen 30 und JO' sind normal aber etwas ausserachsig und daher in Bezug auf die Leitxmg 26 windschief gerichtet derart, dass auch wenn sie vom Verschluss 2J gesperrt Airerden, das OeI unter Druck stets zum Boden der Leitung 26 gelangt und auf den Umfang des besagten Verschlusses 27 einen gleichfoerrnigen Druck ausuebt, der ihn gaenzlich ausbalanciert} die baulichen Einzelheiten dieser Loesung sind deutlich aus den Figuren 3 und k ersichtlich, in deren

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erster der Verschluss 27 vergroessert in der Stellung dargestellt ist, in der er die Leitungen 30 und 30' sperrt und in deren zweiter der Verschluss wieder in einer Ansicht im Schnitt laengs der Schnittlinie IV-IV dor Figur 2 dargestellt ist.

Die Achse des Verschlusses 27 und daher sein Hub Oeffnen-Schliessen laufen in zur Achse des Elementes k und daher der Nockenwelle 3 normaler Richtung. Daraus folgt, dass - da der Verschluss 27 mit der exzentrischen Masse 28 fest verbunden ist, die auf diese Masse bezuegliche Fliehkraft beim Ansteigen der Drehzahl die Vorbelastung einer kleinen Feder 29 ueberwindon lann, die strebt, den Verschluss in seiner Endstellung zu halten, die der Oeffnung der Leitungen 30 und 30* entspricht, derart, dass dieser Verschluss in diejenige Endstellung gebracht wird, welche dem Schliessen der genannten Leitungen 30 und 30' entspricht. Unterhalb einer gewissen Drehzahl sind daher die Leitungen 30 und 30' offen und der •Druck dos aus dem Hohlraum 22 durch die enge Oeffnung 23 kommenden OeIs ist folglich praktisch gleich Nullj und gleich Null ist daher die Resultante des besagten Druckes auf den ringfoermigen Kolben 12; letzterer wird durch die Wirkung der Feder 17 in einer ersten Endstellung desselben gehalten, welcher eine erste Steuerzeiteneinstellung der Nockenwelle entspricht.

Oberhalb der besagten Drehzahl sind hingegen die Leitungen 30 und 30' geschlossen; im Hohlraum 22 und daher auf die Oberflaeche des ringfoermigen Kolbens 12 ist der OeI-

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druck derjenige des Schmieroelkreislauß des Motors; die Resultante dos Oeldrucks ueberwindet die Vorbelastung der Feder 17; und der ringfoermige Kolben 12 geht in seine zweite Endstelliing, der die zweite Steuerzeiteneinstellung der Nokkenwelle entspricht, und wird in dieser zweiten Stellung ·· gehalten.

In Figur 2 ist ein Schnitt der Vorrichtung laengs der Schnittlinie II-II der Figur 1 gezeigt; diese Schnittlinie ist normal zur Drehachse der Nockenwelle und geht durch die Achse des Verschlusses 27» i*i diesem Schnitt ist daher der Verschluss 27 in seiner Aufnahme ersichtlich, die in der Endscheibe h vorgesehen ist; ferner sind ersichtlich die mit dem Verschluss 27 fest verbundene Masse 28 und die Feder 29, welche den Verschluss in der Offen-Stellung haelt, wenn die Drehzahl niedriger ist als der oben erwaehnte vorbestimmte Wert.

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Claims

PATENTANWÄLTE

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Alfa Romeo S.p.A., Mailand / Italien

"Phasenschieber der Steuerung fuer Verbrennungskolbenmotor"

P A T E N T A N S P R U E C II E

I 1, [Verbrennungsmotor, insbesondere fuer Kraftfahrzeuge, in dem die Saugventile durch eine Nockenwelle und die Auspuff ventile durch eine gesonderte Nockenwelle gesteuert werden, ■wobei beide besagte Nockenwellen an einem Ende mit einem Raclgetriebo zu deren Mitnahme durch die Kurbelwelle dos Motors und zu deren geeigneten Steuerzeiteneinstellung in Bozug auf dieselbe Kurbelwelle versehen sind, wobei bei mindestens einer dor besagten Nockenwellen die Kupplung mit dem betref-

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fenden Radgetriebe ueber ein Zwischenglied erfolgt, welches aus einem ringfoermigen Kolben besteht, der mit einer ersten Nut verschen ist, welche in eine Nut des Radgetriebes eingreift, und der mit einer zweiten Nut versehen ist, die in eine Nut der Welle eingreift, wobei mindestens eine der besagten Nuten des ringfoermigen Kolbens und die damit eingreifende Nut schraubenfoermig sind, sodass die andere Nut des ringfoermigen Kolbens und die damit eingreifende Nut longitudinal sein koennen, wobei der besagte ringfosrmige Kolben eine axiale Verschiebung laengs der Achse der Nockenwelle und des Radgetriebes ausfuehren kann, welche Verschiebung durch zwei in Bezug auf die ¥elle ortsfeste Endstuetzflaechen begrenzt wird, wobei die Belastung einer Feder in der Richtung der Achse der Nockenwelle strebt, den ri.ngf oermigen Kolben in einer ersten der beiden Endstellungen zu halten, waehrend auf eine Oberflaeche des ringfoermigen Kolbens der Druck des Schmieroels des Motors eine Kraft ausueben kann, die imstande ,ist, die Spannung der besagten Feder zu ueberwinden derart, dass er axial verschoben wird bis zur zweiten der beiden End— Stellungen und in derselben gehalten wird, wobei das Schmieroel durch eine enge Oeffnung in den Hohlraum gelangt, in welchem sich der ringfoermige Kolben befindet, dadurch gekennzeichnet, dass der besagte Hohlraum mit dem Aussenraum ueber ein Schieborventil in Verbindung gesetzt werden kann, dessen Schieber sich in zur Achse der Nockenwelle normaler Richtung verschiebt, um sich aus der Offen-Steilung in die Schliess-Stellung zu begeben, wobei besagter Schieber mit einer einzigen zur Achse der Nockenwelle exzentrischen Masse versehen

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ist, und auf besagten Schieber im Sinne seiner Verschiebung die Spannung einer vorbelasteten Feder wirkt, die ihn in dor Offen-Stellung haelt, wenn die Drehzahl des Motors und mithin der Nockenwelle niedrieger ist als der Wert, bei dem die der exzentrischen Masse gelieferte Fliehkraft der Vorbelastung der Feder gleich ist, waehrend bei hoeheren Drehzahlen die Fliehkraft die Vorspannung der Feder ueberwindet und den Schieber in die Schliess-Stellung bringt, sodass bei Drehzahlen, die niedriger sind als der oben genannte Wert, da der Schieber in Offen-Stellung ist, der Oeldruck sich stark verringert wegen des Vorhandenseins der oben genannton engen Oeffnung und daher der ringfoermige Kolben durch die axiale Feder in seiner ersten Endstellung gehalten wird, waehrend bei Drehzahlen, die hoeher sind als der oben genannte Wert, da der Schieber in Schliess-Stellung ist, der ringfoermige Kolben durch den Oeldruck in die zweite Endstellung gebracht und darin gehalten wird, sodass bei dem gegebenen Verlauf einer der Nuten desselben ringfoermigen Kolbens, bei Drehzahlen, die niedriger sind als der oben genannte Wert,eine erste bestimmte Steuerzeiteneinstellung der Nockenwelle in Bezug auf die Antriebswelle bewirkt wird, waehrend bei Drehzahlen, die hoeher sind, eine zweite bestimmte Steuerzeiteneinstellung bewirkt wird,

2, Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zum Schieberventil das OeI durch eine erste Leitung gelangt, waehrend es durch mindestens eine zweite Leitung abgelassen wird, die eine windschiefe Achse hat, welche wesentlich orthogonal aber distanziert in Bezug auf die der ersten Leitung gerichtet ist. 909839/0799