DE3243682A1

DE3243682A1 - Vorrichtung zum veraendern der ventilabstimmung bei brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE3243682A1
Application number: DE19823243682
Authority: DE
Inventors: Toyokazu Susono Shizuoka Baika; Norihiko Mishima Shizuoka Nakamura
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1982-02-08
Filing date: 1982-11-25
Publication date: 1983-08-18
Also published as: DE3243682C2; US4498431A; JPS58135310A; JPH0368207B2

Description

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DUHLING .!VLW-NE_-.-. .. . Vertreter beim EPA

f* n_ /N. '"- - :" : .'.-*'" Dipl.-Ing. H.Tiedtke E

V3RUPE - nELLMANN - 13TRAMS -^:- ■-"- -..^: .:."„Dipl.-Chem. G.Bühling

Dipl.-Ing. R. Kinne _ 5 _ Dipl.-Ing. R Grupe

Dipl.-Ing. B. Pellmann O O / Q e O 9 Dipl.-Ing. K. Grams ·

Bavariarirsg 4, Postfach 202403 8000 München 2

Tel.:089-539653

Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Telex: 5-24845 tipat

cable: Germaniapatent München Toyota-shi, Japan. 25. November 1982

DE 2605

case TYT-3550-DE

Vorrichtung zum Verändern der Venti lab Stimmung bei Brennkraftmaschinen

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erzielung einer variablen Steuerung der Ventilabstimmung bei einer Brennkraftmaschine.

Derartige variable Steuerungen werden durchgeführt, um Ventilabstimmungen zu erhalten, die an verschiedenartige Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine angepaßt werden können, beispielsweise an einen Betrieb mit niedriger Drehzahl und hoher Drehzahl.

Viele Arten von derartigen Vorrichtungen sind bereits vorgeschlagen worden. Typischerweise umfaßt eine solche Vorrichtung einen Mechanismus, durch den die Winkelbeziehung zwischen einer Kurbelwelle und einer damit verbundenen Nockenwelle geändert wird. Der Mechanismus weist üblicherweise Differential- oder Planetenräder auf.

Dabei läßt es sich jedoch nicht vermeiden, daß aufgrund der Tatsache, daß im geöffneten Zustand der Ventile ein Drehmoment in einer Richtung erzeugt wird, das der Richtung entgegengesetzt ist, in der ein Drehmoment im geschlossenen Zustand der Ventile erzeugt wird, ein gewisses Spiel auftritt. Dieses Spiel erhöht die Betriebsgeräusche und reduziert den Wirkungsgrad des Getriebes.

Dresdner Bank (München) Kto. 3 939 844 Bayer. Vereinsbank (München) Kto. 508 9.41 Postscheck (München) Kto. 670-43-804

feAD ORIGINAL

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Steuervorrichtung zum Variieren der Ventilabstimmung zu schaffen, die keinen Zahnmechanismus aufweist*

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung gemäß Patentanspruch 1 gelöst.

Die Erfindung wird nunmehr anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung im einzelnen erläutert. Sämtliche gezeigten und beschriebenen Teile können dabei von erfindungswesentlicher Bedeutung sein. Es zeigen:

Figur 1 eine perspektivische Ansicht, die die Verbindung zwischen einer Kurbelwelle und

einer Nockenwelle einer Brennkraftmaschine ■ zeigt;

Figur 2 einen Längsschnitt durch die erfindungsgemäß ausgebildete Vorrichtung;

Figur 2-bis einen Querschnitt entlang der Linie II-II in Figur 2;

Figur 3 einen Schnitt entlang der Linie III-III

in Figur 2;

Figur 4 eine Draufsicht mit Blickrichtung des Pfeils IV in Figur 2;

Figur 5 einen Längsschnitt ähnlich Figur 2 durch eine zweite Ausführungsform der Erfindung?

Figur 6 ein Blockdiagramm des Steuersystems; und

Figur 7 ein Beispiel für das Ablaufmuster einer Änderung

der Ventilabstimmung in Abhängigkeit von der Motordrehzahl und der Motorlast.

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In Figur 1 ist eine Nockenwelle 2 dargestellt. Die Nockenwelle 2 ist drehbar an einem Zylinderkopf 1 (Figur 2) gelagert. Mit einem Ende der Nockenwelle 2 ist eine Riemenscheibe 3 über eine Vorrichtung zum Steuern der Winkelbeziehung zwischen zwei rotierenden Körpern verbunden. Diese Vorrichtung ist mit der Bezugsziffer 50 versehen. Die Riemenscheibe 3 ist über einen Riemen 31 mit einer Riemenscheibe auf einer Kurbelwelle 54 verbunden· Ein Kolben 56 ist über eine Pleuelstange 58 mit der Kurbelwelle verbunden. Einstückig mit der Nockenwelle 2 ist ein Nocken 60 ausgebildet. Der Nocken 60 kann mit einem Einlaß- oder Auslaßventil 62 zusammenwirken. Zwischen dem Nocken 60 und dem Ventil 62 ist ein Schwing- oder Kipphebel 63 angeordnet. Eine Feder 64 drückt den Ventilschaft in Richtung auf den Nocken 60, so daß sich das Ventil normalerweise in der geschlossenen Position befindet.

Die Vorrichtung 50 ist in der Lage, die relative Winkelbeziehung zwischen der Nockenwelle 2 und dem Riemen 3 der Brennkraftmaschine zum Steuern der zeitlich richtigen Betätigung bzw. Abstimmung des Ventils 62 zu variieren. Wie Figur 2 zeigt, umfaßt die Vorrichtung eine innere Hülse 6, die über eine Unterlegscheibe 7 in die Nockenwelle 2 eingesetzt ist. Die innere Hülse 6 ist über eine Unterlegscheibe 4 und einen Bolzen 5 fest mit der Nockenwelle 2 verbunden. Ein Arretierstift 8 ist durch die innere Hülse 6, die Unterlegscheibe 7 und die Nockenwelle 2 so eingesetzt, daß zwischen diesen Teilen keine Relativdrehung stattfinden kann.

Eine äußere Hülse 10 ist über einen Bolzen 9 fest mit der Riemenscheibe 3 verbunden. Über einen Bolzen 11 ist ein Gehäuse 12 mit der Riemenscheibe 3 verbunden. Die äußere Hülse 10 ist drehbar in die

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innere Hülse 6 eingesetzt.

Die innere Hülse 6 weist zwei diametral mit Abstand gegenüberliegende Schlitze 13 auf, während die äußere Hülse 10 zwei diametral mit Abstand angeordnete Schlitze 14 besitzt» die benachbart zu den entsprechenden Schlitzen 13 in der inneren Hülse angeordnet sind. Die benachbarten Schlitze 13 und sind gegeneinander geneigt, wie in Figur 4 gezeigt ist* Die Schlitze 13 weisen gegenüberliegende Innenkanten 13A und 13B auf, die sich parallel zueinander entlang der mittleren Achse L. erstrecken, während die Schlitze 14 gegenüberliegende Innenkanten 14A und 14B besitzen, die sich parallel zueinander entlang der mittleren Achse L₂ erstrecken. Als Widerlager dienende Rollen 15 und 16 sind jeweils in den Schlitzen 13 und 14 angeordnet. Die Rollen 15 und 16 weisen eine gemeinsame Rotationsachse 0 auf, zu der die mittleren Achsen L. und L₂ in den benachbarten Schlitzen 13 und 14 entgegengesetzten Abstand haben. Somit stehen die benachbarten Rollen 15 und 16 mit den Innenkanten 13A und 14A, die sich gegenüberliegen, in Kontakt, während die benachbarten Rollen 15 und 16 von den Innenkanten 13B und 14B im Abstand angeordnet sind, so daß zwischen den Rollen 15 und 16 und den entsprechenden Innenkanten 13B und 14B jeweils Spiel vorhanden ist. Aufgrund dieses einzigen Kontaktes der Rollen 15 und 16 wird die relative Winkelverschiebung zwischen den Hülsen 6 und 19 erleichtert, wenn sich die Rollen 15 und 16 entlang den Schlitzen 13 und 14 bewegen.

Wie in Figur 3 gezeigt ist, ist die mittlere Achse L₁ der diametral gegenüberliegenden Schlitze 13 an einer Seite der Achse 0 der Rollen angeordnet, während sich die mittlere Achse L₂ der diametral gegenüberliegenden Schlitze 14 an der gegenüberliegenden Seite der Achse 0 befindet. Aufgrund

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dieser Anordnung tritt keinerlei Spiel auf, und zwar auch, dann nicht, wenn die Nockenwelle in einer beliebigen Richtung belastet ist.

Die Rollen 15 und 16 sind auf einer gemeinsamen Welle 19 montiert, die sich durch eine Bohrung 18 erstreckt, die in einem Gleitelement 17 ausgebildet ist. Klemmen 20 verhindern, daß die Rollen 15 und aus der Welle 19 herausfallen.
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Wie in den Figuren 2 und 3 gezeigt ist, ist das Gleitelement 17 axial_fgleitend verschiebbar in die innere Hülse 6 eingesetzt. Es besitzt einen ringförmigen Vorsprung 17A, der während der Bewegung des Gleitelementes 17 in Richtung auf die Nockenwelle 2 mit der inneren Hülse 6 in Kontakt gelangt und der während der Bewegung des Gleitelementes 17 von der Nockenwelle 2 weg mit dem Gehäuse 12 in Kontakt gelangt. Das Gleitelement kann somit eine Axialbewegung innerhalb eines begrenzten Bereiches bewirken.

Erfindungsgemäß ist ein Antriebsmechanismus vorgesehen, um eine solche Axialbewegung des Gleitelementes 17 zu erzeugen. Mit 21 ist ein Rotationsmotor, beispielsweise ein Elektromotor oder ein Hydraulikmotor, bezeichnet, Der Motor 21 ist mit Hilfe eines Bolzens 71 auf einer Abdeckung 70 für die Riemenscheibe montiert. Er besitzt eine Ausgangswelle 22, auf der ein äußeres Schraubengewinde 22A ausgebildet ist.

Mit 23 ist eine Überwurfmutter bezeichnet, die ein inneres Schraubengewinde 23A besitzt, das sich mit dem äußeren Schraubengewinde 22A der Welle 22 in Eingriff befindet. Die Überwurfmutter 23 weist zwei diametral gegenüberliegend und im Abstand angeordnete führungsnut en 24 auf, die sich in Axialrichtung erstrecken. Ein fest mit dem Motorgehäuse verbundener

Führungsring 25 besitzt zwei diametral gegenüberliegend und im Abstand angeordnete Führungsvorsprünge 27» die in die Führungsnuten 24 der Überwurfmutter 23 eingesetzt sind (Figur 2-bis). Somit wird die Rotationsbewegung der Welle 22 in eine axiale Gleitbewegung der Überwurfmutter 23 umgewandelt. Auf dem Führungsring 25 ist eine Lagereinheit 26 zur drehbaren lagerung des Gehäuses 12 montiert. Eine Lagereinheit 28 ist mit ihrem inneren Laufring über eine Klemme 29 an der Überwurfmutter 23 festgelegt.Die Lagereinheit 28 besitzt einen äußeren Laufring, der über eine Klemme 30 an der inneren Hülse 6 festgelegt ist. Auf der einen Seite ist sie in der Lage, das Gleitelement 17 drehbar zu lagern, und auf der anderen Seite kann sie die Linearbewegung der Überwurfmutter 23 auf das Gleitelement 17 übertragen.

Es wird nunmehr die Funktionsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung beschrieben. Die Rotationsbewegung der Kurbelwelle 54 wird über den Riemen 31 auf die Riemenscheibe 3 übertragen. Somit rotiert die äußere Hülse 10 zusammen mit der Riemenscheibe 3» so daß auf die Rollen 16 eine Kraft einwirkt, um diese um die Achse der Kurbelwelle 2 zu drehen.

Als Folge davon rotiert das Gleitelement 17 zusammen mit der gemeinsamen Welle 19· Die Drehbewegung der gemeinsamen Welle 19 bewirkt, daß die Schlitze 13 der inneren Hülse 6 mit den darin befindlichen Rollen 15 in Eingriff treten und dadurch eine Drehung der Nockenwelle 2 bewirken. Somit ist die Kurbelwelle mit der Nockenwelle 2 verbunden, und beide Teile drehen sich zusammen. Mit anderen Worten, die Riemenscheibe 3 und die Nockenwelle 2 rotieren einstückig miteinander, so daß die vorgegebene Winkelbeziehung zwischen der Kurbelwelle 54 und der Nockenwelle 2 aufrechterhalten wird. Somit arbeitet das mit dem

Nocken 60 auf der Nockenwelle 2 zusammenwirkende Ventil 62 innerhalb eines vorgegebenen Winkelbereich.es der Kurbelwelle 54 zum Öffnen und zum Schließen. Auf diese Weise wird die vorgegebene Abstimmung des Ventils erhalten·

Wenn es erforderlich ist, die Ventilabstimmung aufgrund einer Änderung der Betriebsbedingungen der Brennkraftmas chine zu ändern, wird der Motor durch ein hiernach beschriebenes Steuersystem betätigt, so daß er die Ausgangswelle 22 in Drehbewegung versetzt. Die Rotationsbewegung der Welle 22 wird aufgrund des Schraubeneingriffs zwischen den Seilen 22 und 23 in eine Axialbewegung der Überwurfmutter 23 umgewandelt. Somit bewegt sich das mit der Überwurfmutter 23 verbundene Gleitelement 17 entlang der Achse der Nockenwelle in Figur 2 in Abhängigkeit von der Rotationsrichtung der Welle 22 des Motors 21. Dies führt zu einer Bewegung der Welle 19» die mit den Rollen 15 und 16 in den Schlitzen 13 und 14 versehen ist, wie durch den Pfeil A in Figur 4 angedeutet. Aufgrund der Anordnung der Schlitze 13 und 14, die gegeneinander geneigt sind, wird die Linearbewegung der Rollen 15 und in eine relative Winkelbewegung zwischen der inneren Hülse 6 und der äußeren Hülse 10 umgewandelt. Die relative Winkellage zwischen der Kurbelwelle 54 und der Nockenwelle 2 wird daher geändert. Dies bedeutet, daß die Ventilabstimmung variiert wird. Der Grad der Winkelverschiebung entspricht dem Rotationswinkel des Motors. Wenn der Rotationswinkel des Motors 21 festliegt, wird eine vorgegebene Änderung der Ventilabstimmung erreicht.

In Figur 5 ist eine weitere Ausführungsform eines Mechanismus zur Umwandlung der Rotationsbewegung des Motors 21 in eine Linearbewegung des Gleit-

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elementes 17 dargestellt. Der Mechanismus entspricht insoweit dem der Figur 2, als daß er einen Schrauben/ Mutter-Mechanismus umfaßt. Er unterscheidet sich jedoch von dem Mechanismus der Figur 2 dadurch, daß er als sogenannter Kugelumlaufspindelmechanismus ausgebildet ist. Das Schraubengewinde 22A an der Ausgangswelle 22 steht über Kugeln 50 mit einem Endlosschraubengewinde 100 in der Überwurfmutter 23 in Verbindung. Die genaue Konstruktion des Gewindes ist nicht dargestellt, da dieses bekannt ist. Infolge der Verwendung eines derartigen sogenannten Kugelumlaufspindelmechanismus werden die Reibungsverluste und der zur Änderung der Ventilabstimmung benötigte Energieaufwand reduziert.

In Figur 6 ist in schematischer Weise eine Steuerschaltung zur Betätigung des Rotationsmotors 21 dargestellt, um eine vorgegebene Ventilabstimmung in Abhängigkeit von den Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine zu erhalten. Die Steuerschaltung 81 empfängt als programmierter Computer Signale von Sensoren, beispielsweise einem Sensor 80 für die Motordrehzahl, einem Sensor 82 für die Motorbelastung und einem Sensor 84 für die Kühlwassertemperatur oder die Schmiermitteltemperatur des Motors. Die Steuerschaltung 81 gibt die Signale unmittelbar an den Rotationsmotor 21 zu dessen Betätigung weiter.

In Fig. 7 ist ein Beispiel eines Ablaufmusters bei Änderung der Ventilabstimmung dargestellt. Wenn die von den Sensoren 80 und 82 erfaßte Motordrehzahl und Motorbelastung im Bereich B liegt, ist die Steuerschaltung nicht in Tätigkeit, so daß sich das Gleitelement 17 nahe der inneren Hülse 6 befindet. Wenn die Motordrehzahl und die Motorbelastung im Bereich A liegen, arbeitet die Steuerschaltung 81, so daß das Gleitelement 17 von der Nockenwelle entfernt angeordnet ist.

Es wird somit eine Vorrichtung zum Steuern der Ventilabstimmung für eine Brennkraftmaschine beschrieben. Die Vorrichtung umfaßt zwei ineinandergesetzte Hülsen. Eine der Hülsen ist mit der Nockenwelle der Brennkraftmaschine verbunden, während die andere Hülse mit einer Riemenscheibe in Verbindung steht, die mit der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine verbunden ist. Eine der Hülsen besitzt diametral gegenüberliegende Schlitze, und die andere Hülse besitzt diametral gegenüberliegende Schlitze, die zu den jeweiligen Schlitzen in der einen Hülse benachbart angeordnet sind. Die benachbarten Schlitze sind gegeneinander geneigt. In den Schlitzen befinden sich Rollenlagereinheiten die auf einem Gleitelement montiert sind, das in Axialrichtung gleiten kann. Das Gleitelement steht über einen Schraubenmechanismus mit einem Rotationsmotor in Verbindung. Die Rotationsbewegung des Motors wird in eine !linearbewegung des Gleitelementes umgewandelt, wobei diese Bewegung des Gleitelementes eine Winkelversetzung zwischen den Hülsen und somit eine Veränderung der Ventilabstimmung bewirkt.

Leerseite

Claims

Patentansprüche

orrichtung zum Steuern der relativen Winkelbeziehung zwischen zwei miteinander verbundenen rotierenden Körpern, wobei die Körper eine gemeinsame Rotationsachse aufweisen, gekennzeichnet durch:

eine erste Hülse (6),. die mit einem der Körper fest verbunden ist,

eine zweite Hülse (10), die mit dem anderen Körper-⁵¹"*"-fest verbunden ist, wobei die erste und zweite Hülse drehbar ineinander eingesetzt sind, die erste mindestens einen Längsschlitz (13) besitzt, die zweite Hülse (10) mindestens einen Längsschlitz (14) aufweist, der benachbart zu dem Schlitz in der ersten Hülse angeordnet ist, die benachbarten Schlitze gegeneinander geneigt sind und mindestens einer der Schlitze zur Achse geneigt ist*

20 ■

Widerlager (15> 16), die in den benachbarten Schlitzen (13> 14) angeordnet sind und eine relative WinkelverSchiebung zwischen der ersten und zweiten Hülse (6, 10) während ihrer Bewegung entlang der ersten Achse bewirken,

Lagereinrichtungen zum drehbaren Lagern der Widerlager um eine zweite Achse, die quer zu der ersten

--c ■ -

Ach.se verläuft, und

Antriebseinrichtungen zum Bewegen der Lagereinrichtungen entlang der ersten Achse, die einen ·Rotationsmotor (21) und zwischen dem Rotationsmotor und den Lagereinrichtungen befindliche Einrichtungen zur Umwandlung der Rotationsbewegung des Rotationsmotors in eine Linearbewegung der Lagereinri chtungen umfassen, so daß dadurch, eine . relative Winkelverschiebung zwischen den rotierenden Körpern in Abhängigkeit von der Rotation des Motors (21) bewirkt wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Übertragungseinrichtungen ein Gleitelement (17), das mit den Lagereinrichtungen verbunden ist, und eine Schraubeinrichtung zur Herstellung einer Eingriff sverbindung zwischen dem Rotationsmotor (21.) und

dem Gleitelement (17) umfassen. 20

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schraubeinrichtung ein Schraubengewinde (22A) am Motor (21) und ein Schraubengewinde (23A) am Gleitelement (17) umfaßt, das sich mit dem erstgenannten Schraubengewinde am Ivlotor in Eingriff befindet.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schraubeinrichtung ein Schraubengewinde (22A) am Motor und ein Schraubengewinde (1OO) am Gleitelement (17) umfaßt, wobei eines (100) der. Gewinde ein Endlosgewinde ist,und Kugeln (50) vorgesehen sind, die mit beiden Gewinden in Eingriff stehen.

5» System zum Verbinden einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine mit einer Nockenwelle, gekennzeichnet durch:

ein angetriebenes Element mit einer ersten Rotationsachse, die der der Nockenwelle (2) entspricht,

ein kraftübertragendes Element zum Verbinden der Kurbelwelle (54) mit dem angetriebenen Element, 10

eine erste Hülse (6), die fest mit der Nockenwelle (2) verbunden ist,

eine zweite Hülse (10),"die fest mit dem angetriebenen Element verbunden ist,

wobei die erste und zweite Hülse (6, 10) drehbar ineinander gesetzt sind, die erste Hülse mindestens einen Längsschlitz (13) aufweist, die zweite Hülse mindestens einen Längsschlitz (14) besitzt, der benachbart zu dem Schlitz in der ersten Hülse angeordnet ist, benachbarte Schlitze gegeneinander geneigt sind und mindestens einer der Schlitze zur erstgenannten Achse geneigt ist,

Widerlager (15, 16), die in den benachbarten Schlitzen angeordnet sind und eine relative Winkelverschiebung zwischen der ersten und zweiten Hülse während ihrer Bewegung entlang der -ersten Achse bewirken, ·

Einrichtungen zur drehbaren Lagerung der Widerlager (15, 16) um eine zweite Achse, die quer zu der ersten Achse verläuft,

Antriebseinrichtungen zur Bewegung der Lagereinri chtungen entlang der ersten Achse, die einen Rotationsmotor (21) und zwischen dem Rotationsmotor den Lagereinrichtungen befindliche Einrich-

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tungen zur Umwandlung der Rotationsbewegung des Rotationsmotors in eine Linearbewegung der Lagereinrichtungen umfassen, und

Einrichtungen, die auf die Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine ansprechen und in Abhängigkeit davon den Antriebsmotor (21) betätigen, wodurch die Winkellage der Nockenwelle relativ zur Kurbelwelle zur Erzielung einer veränderlichen Ventilabstimmung variierbar ist.

6. System nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtungen Sensoren (80, 82, 84) zum Erfassen der Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine und eine Steuerschaltung (81) umfassen, die dem Rotationsmotor (21) direkt Signale zu dessen Betätigung in Abhängigkeit von den Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine zuführt.

7. System nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensoren einen ersten Sensor (80) zum Erfassen der Drehzahl der Brennkraftmaschine und einen zweiten Sensor (82) zum Erfassen der Belastung der Brennkraftmaschine aufweisen.

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