DE3243682C2

DE3243682C2 -

Info

Publication number: DE3243682C2
Application number: DE3243682A
Authority: DE
Inventors: Norihiko Mishima Shizuoka Jp Nakamura; Toyokazu Susono Shizuoka Jp Baika
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1982-02-08
Filing date: 1982-11-25
Publication date: 1989-03-09
Also published as: JPH0368207B2; DE3243682A1; JPS58135310A; US4498431A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Veränderung der Ventilabstimmung einer Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

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 oder hoher Drehzahl. Viele derartige Vorrichtun gen sind bereits vorgeschlagen worden. Typischerweise umfaßt eine solche Vorrichtung einen Mechanismus, durch den die gegenseitige Winkelstellung zwischen einer Kurbel welle und einer daran angeschlossenen Nockenwelle geändert wird.

Aus der DE-OS 32 39 406 (Stand der Technik gemäß § 3, Abs. 2, Ziff. 1 PatG) ist eine Vorrichtung zur Veränderung der Ventilabstimmung einer Brennkraftmaschine bekannt, bei der die innerhalb der Schlitze der Gleitbuchsen angeordneten Widerlagerelemente drehbar auf einer an der Gleiteinheit senkrecht zur gemeinsamen Drehachse der beiden rotierenden Elemente angeordneten Welle sitzen. Die gegenseitige Verdrehung der rotierenden Elemente wird durch eine Axialverschiebung der Gleiteinheit bewirkt, auf die zu diesem Zweck ein Linearmotor mittels eines Verbindungs glieds einwirkt.

Die Linearbewegung des Verbindungsglieds führt hierbei zu einer im Ausmaß identischen Axialbewegung der Gleitein heit. Dadurch ergibt sich eine vergleichsweise geringe Einstellgenauigkeit für die Ventilabstimmung. Zudem haben geringste Unregelmäßigkeiten im Motorbetrieb, beispiels weise das Auftreten von Nachlauf, beträchtliche unmittel bare Auswirkungen auf die Stellung der Gleiteinheit und damit auf die Ventilabstimmung.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die gattungs gemäße Vorrichtung zur Veränderung der Ventilabstimmung mit einer größeren Einstellgenauigkeit auszustatten.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den im kennzeich nenden Teil des Patentanspruchs 1 aufgeführten Merkmalen gelöst.

Durch die erfindungsgemäße Antriebsvorrichtung wird infol ge der auf dem Kraftübertragungsweg zwischen der rotieren den Ausgangswelle des Motors und der Gleiteinheit in der Vorrichtung zur Umwandlung von Rotations- in Translations energie durchgeführten Transformation der Rotationsbewe gung der Ausgangswelle in die Linearbewegung der Gleitein heit eine höhere Einstellgenauigkeit für die Gleiteinheit erreicht. Zudem wirkt die Umwandlungseinheit im Falle des Motornachlaufs oder dergleichen quasi als Puffer, indem die unerwünschte Energie zumindest teilweise vernichtet wird.

Aus der US-PS 42 31 330 ist eine Vorrichtung zur Veränderung der Ventilabstimmung bekannt, die zwei Gleit buchsen aufweist, die jeweils mit um eine gemeinsame Drehachse rotierenden Elementen verbunden und mit sich überdeckenden und kreuzenden Schlitzen versehen sind. In den Schlitzen sind Widerlagerelemente verschiebbar ange ordnet, die auf einer auf der gemeinsamen Drehachse verschiebbaren Gleiteinheit sitzen. Durch eine Verschie bung der Gleiteinheit ist eine entsprechende Ventilabstim mung einstellbar. Die einstückige Ausbildung der Wider lagerelemente an der Gleiteinheit führt bei der Bewegung der Widerlagerelemente innerhalb der Schlitze zu einem Verschiebungsvorgang mit Gleitreibung. Die in Anlage aneinander vorbeigleitenden Außenflächen der Widerlagerele mente und der Schlitze sind daher einem erhöhten Ver schleiß unterworfen. Zu Beginn eines jeden Einstellvor gangs muß zunächst die zur Überwindung der Haftreibungs kraft notwendige Energie aufgebracht werden, woraus sich für den Einstellvorgang ein erhöhter Energieverbrauch und eine zeitliche Verzögerung ergibt.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungs beispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung im einzelnen erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer Verbindung zwischen einer Kurbelwelle und einer Nockenwelle einer Brennkraftmaschine;

Fig. 2 einen Längsschnitt durch eine erfindungs gemäße Vorrichtung zur Veränderung der Ventilabstimmung der Brennkraftmaschine;

Fig. 2-bis einen Querschnitt entlang der Linie II-II in Fig. 2;

Fig. 3 einen Schnitt entlang der Linie III-III in Fig. 2;

Fig. 4 eine Draufsicht aus Blickrichtung des Pfeils IV in Fig. 2,

Fig. 5 einen Längsschnitt ähnlich Fig. 2 durch eine zweite Ausführungsform der Vorrichtung;

Fig. 6 ein Blockdiagramm der Steuereinrichtung; und

Fig. 7 ein Beispiel für das Ablaufmuster einer Veränderung der Ventilabstimmung in Abhängigkeit von Motordrehzahl und Motorlast.

In Fig. 1 ist eine Nockenwelle 2 dargestellt. Die Nockenwelle 2 ist drehbar an einem Zylinderkopf 1 (Fig. 2) gelagert. Mit einem Ende der Nockenwelle 2 ist eine Riemenscheibe 3 über eine Vorrichtung 500 zur Veränderung der Ventilabstimmung einer Brennkraftmaschine verbunden. Die Riemenscheibe 3 ist über einen Riemen 31 mit einer Riemenscheibe 52 auf einer Kurbelwelle 54 verbunden. Ein Kolben 56 ist über eine Pleuelstange 58 mit der Kurbelwelle 54 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 62 normalerweise in der geschlossenen Position befindet.

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

Eine äußere Gleitbuchse 10 ist über einen Bolzen 9 fest mit der Riemenscheibe 3 verbunden. Über einen Bolzen 11 ist ein Gehäuse 12 mit der Riemenscheibe 3 ver bunden. Die äußere Gleitbuchse 10 ist drehbar in die innere Gleitbuchse 6 eingesetzt.

Die innere Gleitbuchse 6 weist zwei diametral gegenüberliegende, längliche Schlitze 13 auf, während die äußere Gleitbuchse 10 zwei diametral gegenüberliegende, läng liche Schlitze 14 aufweist, die benachbart zu den entsprechenden Schlitzen 13 in der inneren Gleitbuchse 6 angeordnet sind. Die benachbarten Schlitze 13 und 14 sind gegeneinander geneigt, wie in Fig. 4 gezeigt ist. Die Schlitze 13 weisen gegenüberliegende innere Ränder 13 A und 13 B auf, die sich parallel entlang der Mittellinie L ₁ erstrecken, während die Schlitze 14 gegenüberliegende innere Ränder 14 A und 14 B besitzen, die sich parallel entlang der Mittellinie L ₂ erstrecken. Als Widerlagerelemente dienende Rollen 15 und 16 sind jeweils in den Schlitzen 13 und 14 angeordnet. Die Rollen 15 und 16 weisen eine gemein same Rotationsachse O auf, zu der die Mittellinien L ₁ und L ₂ in den benachbarten Schlitzen 13 und 14 entgegengesetzten Abstand haben. Somit stehen die benachbarten Rollen 15 und 16 mit den inneren Rändern 13 A und 14 A, die sich gegenüberliegen, in Kontakt, während die benachbarten Rollen 15 und 16 von den inneren Rändern 13 B und 14 B im Abstand angeordnet sind, so daß zwischen den Rollen 15 und 16 und den ent sprechenden inneren Rändern 13 B und 14 B jeweils Spiel vorhanden ist. Aufgrund dieses einzigen Kontaktes der Rollen 15 und 16 wird die relative Winkelver schiebung zwischen den Gleitbuchsen 6 und 10 erleichtert, wenn sich die Rollen 15 und 16 entlang den Schlitzen 13 und 14 bewegen.

Wie in Fig. 3 gezeigt ist, ist die Mittellinie L ₁ der diametral gegenüberliegenden Schlitze 13 an einer Seite der Achse O der Rollen 15, 16 angeordnet, während sich die Mittellinie L ₂ der diametral gegenüberliegenden Schlitze 14 an der gegenüber liegenden Seite der Achse O befindet. Aufgrund dieser Anordnung tritt keinerlei Spiel auf, und zwar auch dann nicht, wenn die Nockenwelle 2 in einer beliebigen Richtung belastet ist.

Die Rollen 15 und 16 sind auf einer gemeinsamen Achse 19 montiert, die sich durch eine Bohrung 18 erstreckt, die in einer Gleiteinheit 17 ausgebildet ist. Klemmen 20 verhindern, daß die Rollen 15 und 16 von der Achse 19 abfallen.

Wie in den Fig. 2 und 3 gezeigt ist, ist die Gleit einheit 17 axial gleitend verschiebbar in die innere Gleitbuchse 6 eingesetzt. Sie besitzt einen ringförmigen Vorsprung 17 A, der während der Bewegung der Gleiteinheit 17 in Richtung auf die Nockenwelle 2 mit der inneren Gleitbuchse 6 in Kontakt gelangt und der während der Bewegung der Gleiteinheit 17 von der Nocken welle 2 weg mit dem Gehäuse 12 in Kontakt gelangt. Die Gleiteinheit 17 kann somit eine Axialbewegung innerhalb eines begrenzten Bereiches bewirken.

Es ist eine Antriebsvorrichtung vorgesehen, um eine solche Axialbewegung der Gleiteinheit 17 zu erzeugen. Ein Motor 21, beispielsweise ein Elektromotor oder ein Hydraulikmotor, ist mit Hilfe eines Bolzens 71 auf einer Abdeckung 70 für die Riemenscheibe 3 mon tiert. Er besitzt eine rotierende Ausgangswelle 22, auf der ein Außengewinde 22 A ausgebildet ist. Eine Überwurfmutter 23 besitzt ein Innengewinde 23 A, das sich mit dem Außengewinde 22 A der Ausgangswelle 22 in Eingriff befindet. Die Überwurfmutter 23 weist zwei diametral gegenüberliegend und im Abstand angeordnete Führungsnuten 24 auf, die sich in Axialrichtung er strecken. Ein fest mit dem Motorgehäuse verbundener Führungsring 25 besitzt zwei diametral gegen überliegend und im Abstand angeordnete Führungs vorsprünge 27, die in die Führungsnuten 24 der Überwurfmutter 23 eingesetzt sind (Fig. 2-bis). Somit wird die Rotationsbewegung der Ausgangswelle 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 Überwurf mutter 23 festgelegt. Die Lagereinheit 28 besitzt einen äußeren Laufring, der über eine Klemme 30 an der inneren Gleitbuchse 6 festgelegt ist. Auf der einen Seite ist sie in der Lage, die Gleiteinheit 17 drehbar zu lagern, und auf der anderen Seite kann sie die Linearbewegung der Überwurfmutter 23 auf die Gleiteinheit 17 übertragen.

Es wird nunmehr die Funktionsweise der Vorrichtung beschrieben. Die Rotations bewegung der Kurbelwelle 54 wird über den Riemen 31 auf die Riemenscheibe 3 übertragen. Somit rotiert die äußere Gleitbuchse 10 zusammen mit der Riemenscheibe 3, so daß auf die Rollen 16 eine Kraft einwirkt, um diese um die Achse der Nockenwelle 2 zu drehen. Als Folge davon rotiert die Gleiteinheit 17 zusammen mit der gemeinsamen Achse 19. Die Drehbewegung der gemeinsamen Achse 19 bewirkt, daß die Schlitze 13 der inneren Gleitbuchse 6 mit den darin befindlichen Rollen 15 in Eingriff treten und dadurch eine Drehung der Nockenwelle 2 bewirken. Somit ist die Kurbelwelle 54 mit der Nockenwelle 2 verbunden, und beide Teile drehen sich zusammen. Mit anderen Worten, die Riemen scheibe 3 und die Nockenwelle 2 rotieren fest 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 Winkelbe reiches der Kurbelwelle 54 zum Öffnen und zum Schließen. Auf diese Weise wird die vorgegebene Abstimmung des Ventils 62 erhalten.

Wenn es erforderlich ist, die Ventilabstimmung aufgrund einer Änderung der Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine zu ändern, wird der Motor 21 durch eine hiernach beschriebene Steuereinrichtung betätigt, so daß seine Ausgangswelle 22 rotiert. Die Rotationsbewegung der Ausgangswelle 22 wird aufgrund des Gewindeingriffs zwischen der Ausgangswelle 22 und der Überwurfmutter 23 in eine Axialbewegung der Überwurfmutter 23 umgewandelt. Somit bewegt sich die mit der Über wurfmutter 23 verbundene Gleiteinheit 17 entlang der Achse der Nockenwelle 2 in Fig. 2 in Abhängig keit von der Rotationsrichtung der Ausgangswelle 22 des Motors 21. Dies führt zu einer Bewegung der Achse 19, die mit den Rollen 15 und 16 in den Schlitzen 13 und 14 versehen ist, wie durch den Pfeil A in Fig. 4 angedeutet. Aufgrund der Anordnung der Schlitze 13 und 14, die gegeneinander geneigt sind, wird die Linearbewegung der Rollen 15 und 16 in eine relative Winkelverstellung zwischen der inneren Gleitbuchse 6 und der äußeren Gleitbuchse 10 umgewan delt. Die relative Winkellage zwischen der Kurbel welle 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 Rotations winkel des Motors 21 festliegt, wird eine vorge gebene Änderung der Ventilabstimmung erreicht.

In Fig. 5 ist eine weitere Ausführungsform eines Mechanismus zur Umwandlung der Rotationsbewegung des Motors 21 in eine Linearbewegung der Gleit einheit 17 dargestellt. Der Mechanismus entspricht insoweit dem der Fig. 2, als daß er einen Schrauben/ Mutter-Mechanismus umfaßt. Er unterscheidet sich jedoch von dem Mechanismus der Fig. 2 dadurch, daß er als sogenannter Kugelumlaufspindelmechanismus ausgebildet ist. Das Außengewinde 22 A auf der Aus gangswelle 22 steht über Kugeln 50 mit einem Endlos innengewinde 23 A in der Überwurfmutter 23 in Verbindung. Die genaue Konstruktion des Innengewindes 23 A ist nicht dargestellt, da dieses bekannt ist. Infolge der Verwendung eines derartigen sogenannten Kugel umlaufspindelmechanismus werden die Reibungsverluste und der zur Änderung der Ventilabstimmung benötigte Energieaufwand reduziert.

In Fig. 6 ist in schematischer Weise eine Steuer einrichtung zur Betätigung des Motors 21 dargestellt, um eine vorgegebene Ventilabstimmung in Abhängigkeit von den Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine zu erhalten. Eine Steuerschaltung 81 empfängt als programmierter Computer Signale von Sensoren, beispielsweise einem Sensor 80 für die Motordrehzahl, einem Sensor 82 für die Motorlast und einem Sensor 84 für die Kühlwassertemperatur oder die Schmiermitteltemperatur des Motors. Die Steuerschaltung 81 gibt die Signale unmittelbar an den Motor 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 Motor last im Bereich B liegt, ist die Steuerschaltung 81 nicht in Tätigkeit, so daß sich die Gleiteinheit 17 nahe der inneren Gleitbuchse 6 befindet. Wenn die Motor drehzahl und die Motorlast im Bereich A liegen, arbeitet die Steuerschaltung 81, so daß die Gleit einheit 17 von der Nockenwelle 2 entfernt angeordnet ist.

Claims

1. Vorrichtung zur Veränderung der Ventilabstimmung einer Brennkraftmaschine mit zwei um eine Drehachse gemeinsam rotierenden Elementen, die beide jeweils mit einer Gleitbuchse verbunden sind, die gegeneinander drehbar ineinandergeschoben sind und zumindest ein Paar einander kreuzende, längliche Schlitze aufweisen, die jeweils zwei sich gegenüberliegende, den zueinander geneig ten Mittellinien parallele innere Ränder besitzen und in die auf einer axial zur gemeinsamen Drehachse mittels einer Antriebsvorrichtung verschiebbaren Gleiteinheit angeordnete Widerlagerelemente zur gegenseitigen Ver drehung der rotierenden Elemente eingreifen, wobei eine senkrecht zur gemeinsamen Drehachse in der Gleiteinheit angeordnete Achse die Schlitze durchgreift und auf jedem einen Schlitz durchgreifenden Achsabschnitt ein um die Achse drehbares, zum benachbarten Widerlagerelement ver drehbares und im zugeordneten Schlitz frei bewegliches Widerlagerelement trägt, dadurch gekennzeichnet, daß als Antriebsvorrichtung für die verschiebbare Gleiteinheit ein Motor (21) dient, dessen über seine rotierende Ausgangswelle (22) abgegebene Antriebs energie durch eine Vorrichtung (22, 22 A, 23 A, 23) zur Umwandlung von Rotationsenergie in Translationsenergie in eine Linearbewegung der Gleiteinheit (17) längs der gemeinsamen Drehachse der rotierenden Elemente (2, 3) umgesetzt wird (Fig. 1, 2).

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (22, 22 A, 23 A, 23) zur Umwandlung von Rotationsenergie in Translationsenergie eine Schraubein richtung (22 A, 23 A) zur Herstellung einer Eingriffsverbin dung zwischen dem Motor (21) und der Gleiteinheit (17) umfaßt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schraubeinrichtung ein Außengewinde (22 A) auf der Ausgangswelle (22) des Motors (21) und ein Innengewinde (23 A) an der Gleiteinheit (17) aufweist, die miteinander in Eingriff sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schraubeinrichtung ein Außengewinde (22 A) auf der Ausgangswelle (22) des Motors (21) und ein Innengewinde (23 A) an der Gleiteinheit (17) aufweist, wobei das Innengewinde (23 A) ein Endlosgewinde ist und beide Gewinde (22 A, 23 A) über Kugeln (50) miteinander in Eingriff stehen (Fig. 5).

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch eine Steuereinrichtung, die auf die Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine anspricht und in Abhängigkeit davon den Motor (21) betätigt, wodurch die Winkellage der das rotierende Element (2) bildenden Nockenwelle relativ zur mit dem rotierenden Element (3) verbundenen Kurbelwelle (54) zur Veränderung der Ventilab stimmung variierbar ist.

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

7. Vorrichtung 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 Last der Brennkraftmaschine auf weisen.