DE3305059A1

DE3305059A1 - Vorrichtung zur veraenderung des zeitlichen ventilablaufs bei einer brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE3305059A1
Application number: DE19833305059
Authority: DE
Inventors: Toyokazu Baika; Norihiko Nakamura
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1982-03-24
Filing date: 1983-02-14
Publication date: 1983-10-06
Also published as: JPH0368208B2; US4494496A; JPS58162708A

Description

Vorrichtung zur Veränderung des zeitlichen Vent ilablau fs bei einer Brennkraftmaschine

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur variierbaren Ventilabstimmung bei einer Brennkraftmaschine, wobei die Ventilabstimmung des Einlaß- und/oder Auslaßventils durch zwei mit der Kurbelwelle bzw. der Nockenwelle verbundene Hülsenelemente gesteuert wird. Sie bezieht sich insbesondere auf eine Vorrichtung zur leichtgängigen und schnellen Änderung der Ventilabstimmung bei einer Brennkraftmaschine .

Veränderliche Steuerung des zeitlichen Ventilablaufs ist erforderlich, um maximale Leistung bei allen Betriebsbedingungen des Motors, d.h., Motordrehzahl und Motnrlast, zu erhalten. Hierfür wurden verschiedene Vorrichtungen vorgeschlagen. Diese enthalten Differential- oder Planetengetriebe. Ihr Nachteil liegt jedoch dann, daß unvermeidlich ein gewisses Maß an Spiel auftritt, das das Bptriebsgeräusch erhöht und den übertragungswirkungsgrad und ÜbertragungszuverlässigkeLt vermindert.

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Drttdrar Bank (München) Kto. 3939 844

Bayer Vereintbank (München) Kto. SOB 941

Postscheck (München) Kto. 670-43-804

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Zur Beseitigung dieser dem Stand der Technik eigenen Schwierigkeiten wurde vom Anmelder vor einiger Zeit eine Vorrichtung vorgeschlagen, die zwei mit der Kurbolwell-e bzw. der Nockenwelle des Motors verbundene Hülsen aufweist. In diesen sind zueinander geneigte Schlitze ausgebildeten denen Lager so angeordnet sind, daß aufgrund

10. deren linearer Bewegung ein relativer Winkelversatz der Hülsen hervorgerufen wird. Durch diesen relativen Winkelversatz wird die Ventilabst:i;mmung variiert. Die Vorteile liegen hierbei, verglichen mit herkömmlichen Vorrichtungen mit Differential- oder Planetengetrieben, darin, daß keine Spiel vorhanden ist und dadurch Betriebsgeräusche vermindert und Übertragungswirkungsgrad sowie -Zuverlässigkeit erhöht sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Vorrichtung zur variierbaren Ventilabstimmung zu schaffen, durch welche der zeitliche Ventilablauf leiehtgängig und schnell geändert werden kann.

Diese Aufgabe wird durch die in den Patentansprüchen gekennzeichnete Vorrichtung gelöst. Hierbei ist eine erste Hülse fest mit einem von zwei rotierender, miteinander koaxialen Körpern verbunden; eine zweite Hülse ist fest mit dem anderen verbunden. Zwischen beiden Hülsen ist eine Einrichtung angeordnet, die relative Drehung zwischen ihnen ohne große Reibung gestattet. In beiden Hülsen erstrecken .sich im wesentlichen entlang ihrer Achse benachbarte Schlitze, die zueinander geneigt sind und in denen sich Anlageeinrichtungen befindet, die während ihrer Bewegung entlang der ersten Achse einen relativen Winkelver-35

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satz zwischen beiden Hülsen erzeugen. Sie sind durch eine Trageeinrichtung drehbar um eine zweite Achse, die quer zur ersten verläuft, gelagert. Ferner ist eine Einrichtung zur Bewegung der Trageeinrichtung entlang der ersten Achse vorhanden.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird nachstehend ausführlich er-, läutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer Kurbelwelle, die mit einer Nockenwelle verbunden ist, bei

einer Brennkraftmaschine,

Fig. 2 einen Längsschnitt der erfindungsgemäGen Vorrichtung, die ein von den Betriebsbedingungen des Motors abhängiges Antriebssystem hat,

Fig. 3 eine Schnittansicht entlang Linie II-II in Fig. 2, und

Fig. 4 eine Draufsicht in Richtung IV in Fig. 2.

In Fig. 1 ist eine Nockenwelle 2 dargestellt, die drehbar an einem Zylinderkopf 1 (Fig. 2) gelagert ist. Eine Riemenscheibe 3 ist über eine Vorrichtung 50 zum Steuern der Winkelbeziehung zwischen zwei rotierenden Körpern mit einem Ende der Nockenwelle 2 und durch einen Riemen 31 mit einer Riemenscheibe 52 auf einer Kurbelwelle 54 verbunden. Ein Kolben 56 ist über eine Pleuelstange 58

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mit der Kurbelwelle 54 verbunden. Ein Nocken 60 ist einstückig mit der Nockenwelle 2 ausgebildet und wirkt mit einem Einlaß- und/oder Aus.l aßvent il 62 zusammen. Zwischen dem Nocken 60 und dem Ventil 62 ist ein Kipphebel 63 angeordnet. Eine Feder 64 drückt den Ventilschaft auf den Nocken 60, so daß das Ventil normalerweise geschlos-

sen ist.

Die Vorrichtung 50 kann die rela t ive'lWinke Ibezi ehung zwischen der Nockenwelle 2 und dem Riemen 3 der Brennkraftmaschine zum Steuern der zeitlich richtigen Betätigung

bzw. Abstimmung des Ventils 62 variieren. Wie Fig. 2 zeigt, umfaßt die Vorrichtung eine innere Hülse 6, die an die Nockenwelle 2 angesetzt und über eine Unterlegscheibe 4 sowie einen Bolzen 5 fest mit der Nockenwelle 2 verbunden ist. Ein Arretierstift 8 ist in die innere

Hülse 6 und die Nockenwelle 2 so eingesetzt, daß zwischen diesen Teile keine Relativdrehung stattfinden kann.

Eine äußere Hülse 10 ist durch einen Bolzen 9 fest mit der Riemenscheibe 3 verbunden, mit der durch einen Bolzen

11 ein Gehäuse 12 verbunden ist. Die äußere Hülse 10 ist drehbar in die innere Hülse 6 eingesetzt.

Die innere Hülse 6 weist, wie Fig. 3 zeigt, zwei diametral gegenüberliegende Schlitze 13 auf, während die äußere

Hülse 10 zwei diametral gegenüberliegende Schlitze 14 besitzt, die benachbart zu den entsprechenden Schlitzen 13 in der inneren Hülse 6 angeordnet sind. Die benachbarten SchJitze 13 und 14 sind gegeneinander geneigt, wie in Fig. 4 gezeigt ist. Die Schlitze 13 weisen gegenüberlie-

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gende Innenkanten 13A und 13B auf und die Schlitze 14 haben gegenüberliegende Innenkanten 14A und 14B. Als Widerlager dienende Rollen 15 und 16 sind jeweils in den Schlitzen 13 und 14 angeordnet und weisen eine gemeinsame Rotationsachse auf, von der die Mittelachsen der benachbarten Schlitze 13 und 14 entgegengesetzt Abstand halten.

Somit berühren die benachbarten Rollen 15 und 16 die Innenkanten 13A bzw. 14A und halten won den Innenkanten 13B bzw. 14B Abstand, so daß zwischen ihnen und den entsprechenden letzteren Innenkanten jeweils Spiel Y vorhanden ist. Aufgrund dieses einzigen Kontakts der Rollen 15 und 16 wird der relative Winkelversatz zwischen den Hülsen 6 und 10 abgeschwächt, wenn sich die Rollen entlang den Schlitzen 13 bzw. 14 bewegen.

Wie in Fig. 3 gezeigt ist, ist die Mittelachse der diametral gegenüberliegenden Schlitze 13 an einer Seite der Achse der Rollen angeordnet, während sich die Mittelachse der diametral gegenüberliegenden Schlitze 14 an deren gegenüberliegender Seite befindet. Aufgrund dieser Anordnung tritt keinerlei Spiel auf, wenn die Nockenwelle in einer beliebigen Richtung belastet ist.

Die Rollen 15 und 16 sind auf einer gemeinsamen Welle 19 montiert, die durch eine Bohrung 18 in einem Gleitelement 17 geht. Klemmen 20 verhindern, daß die Rollen 15 und 16/ die eine Lagereinheit mit innerer und äußerer Laufbahn sowie dazwischenliegenden Nadeln darstellen, von der Welle 19 wegfallen.

Wie in den Fig. 2 und 3 gezeigt, ist des Gleitelement 17 axial gleitend in die innere Hülse Z eingeseti-i- und hat einen rineformigen Vorsprung 17A, der während der Bewegung

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des GleLtelements auf die Nockenwelle 2 zu die Hülse 6 und während der Bewegung des Gleitelements von der Nockenwelle weg das Gehäuse 12 berührt. Das Gleitelement kann somit eine Axialbewegung innerhalb eines begrenzten Bereiches bewirken.

IQ Erfindungsgemäß ist ein Antriebsmechanismus zur Erzeugung dieser Axialbewegung des Gleitelements 17 vorgesehen. Ein Rotationsmotor 21, beispielsweise ein Elektromotor nddr ein Hydraulikmotor, ist mit Hilfe eines Bolzens auf einer Abdeckung 70 der Riemenscheibe montiert. Er besitzt eine Ausgangswelle 22, auf der ein äußeres Schraubengewinde 22A ausgebildet ist. Eine Überwurfmutter 23 hat ein inneres Schraubengewinde 23A, das sich mit dem äußeren Schraubengewinde 22A in Eingriff befindet, und ZT"i;i diametral gegenüberliegende Führungsnuten 24,

2Q die sich in Axialviehbung erstrecken. Ein fest mit dem Motorgehäuse verbundener Führungsring 25 besitzt zwei diametral gegenüberliegende Führungsvorsprünge 27, die in die Führungsnuten 24 der Überwurfmutter 23 eingesetzt sind. 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 im Gehäuse 12 montiert. Eine Lagereinheit 28 ist auf der Überwurfmutter 23 angebracht. Einerseits kann sie das Gleitelement 17 drehbar lagern, andererseits die Linearbewegung der Überwurfmutter 23 auf dieses übertragen.

Eine Lagereinheit 30 befindet sich zwischen der inneren Hülse 6 und der äußeren Hülse 10 und hat einen inneren

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mit ersterer durch einen Klemmring 52 v/e rbundenen Lauf · ^ ring 30-1, einen mit letzterer durch einen K I cmmr ι ng '■•'ι verbundenen äußeren Laufring 30-2, sowie zwischen innerem und äußerem Lauf ring angeordnete Kugeln 30-3.

Es wird nunmehr die Funktionsweise der er f'i ndungsqemäMen Vorrichtung beschr lnben . Die Ro I a t ι onsbewequng der Kurbelwelle 54 wird über den Riemen M nuf die Riemenscheibe übertragen, die somit zusammen mit der äußeren Hülse ID rotiert, £5 0 daß auf die Rollen 16 eine Kraft einwirkt, die diese um die Achse der Kurbelwelle 2 dreht, folglich rotiert das Gleitelement 17 zusammen mit. der gemeinsamen Welle 19, deren Drehbewegung di& Schlitze 13 der inneren Hülse 6 mit den darin befindlichen Rollen 15 in An lage bringt gπd dadurch eine Drehung der Nockenwelle 2 büv/irkt. Somit ι si während Rotation die Kurbelwelle '.>4 mit der Nockenwelle 2 verbunden, (lit anderen Worten: die R lennsnsche ibe 5 und die Nockenwelle 2 rotieren e ι nsl iick ι u miteinander, t;o da Ii die vorgegebene W ι nke I be ζ ι ρ hung /uiachen der Kurbelwelle 54 und der Nockenwelle 2 aufrecht erhalten wird. Somit öffnet und schließt üich d;is mit dem Nocken 60 auf der Nockenwelle 2 zusammenwirkende l-ent ij 6 2 innerhalb eines v-or gegebenen W ι nke Ibere lrhs der Kurbelwelle 54. Auf d j e se Weise wird die vorgegebene Variation des zeitlichen VentiI ab 1 aufs erhalten.

Wenn es erforderlich ι at, die Vent 11 abstimmung aufgrund wechselnder Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine zu ändern, wild der Rot at ionsmut or 2 1 aufgrund eines von ßetr ι ebss igna1 fühIcrnr wie z.H. einem laslfühlpr 74, einem Mo to rdrehzah 1 f'iih I e r 7'> und einem Mo t ο r t enipe ra t ur f iih -

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ler 76 abhängigen Steuersystems so betätigt, daß seine Ausgengswelle 22 in Drehungen versetzt wird. Deren Rotationsbewegung wird aufgrund des Gewindeeingriffs zwischen den Teilen 22 und 23 in eine Axialbewegung der Überwurfmutter 23 umgewandelt. Somit bewegt sich das mit der Überwurfmutter verbundene Gleitelement 17 entlang (fer Achse der Nockenwelle (Fig. 2) abhängig von der Rotationsrichtung der Ausgangswelle 22, wodurch sich die Welle 19, die mit den Rollen 13 und 16 in den Schlitzen 13 bzw. 14 versehen ist, wie durch den Pfeil A in Fig. gezeigt, bewegt. Aufgrund der Anordnung der Schlitze 13 und 14, die gegeneinander geneigt sind, wird die Linearbewegung der Rollen 15 und 16 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, und folgLich die Vent ι labstimmung variiert. Das Haß des Winke 1 Versatzes entspricht dem Rotationswinkel des Motors 21. Da dessen Rotat lonswmkel bestimmt ist, wird eine vorgegebene Änderung der Ventilabstimmung erreicht. Da die Rollen 15 und 16 in den benachbarten Schlitzen 13 und 14 mit Spiel angeordnet sind, d.h. sie berühren die entsprechenden Schlitze 13 und 14 nur punktweise, wird relativer Winkel versatz zwischen innerer und äußerer Hülse 6 bzw. 10 ohne Spiel erreicht.

Er f indungsgemäfl ist die Lagereinheit 30 zwischen in-nerer und äußerer Hülse angeordnet. Somit ist zur relativen Drehung für eine Variation des zeitlichen Ventilablaufs nur eine geringe Kraft erforderlich, wodurch die Belastung des Rotationsmotors 21 vermindert wird. Zusätzlich

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wird Verschleiß der gegenüberliegenden Flächen in innerer ° und äußerer Hülse 6 bzw. 10 verhindert, wodurch sich die Lebensdauer der Vorrichtung erhöht.

Verschiedenste Änderungen können durchgeführt werden,

ohne vom Erfindungsgedanken abzuweichen. IO

Offenbart ist eine Vorrichtung zum Steuern der Ventilabstimmung bei einer Brennkraftmaschine. Die Vorrichtung umfaßt zwei ineinander gesetzte Hülsen. Eine der Hülsen ist mit der Nockenwelle verbunden, während die andere Hülse mit einer Riemenscheibe in Verbindung steht, die mit der Kurbelwelle verbunden ist. Eine der Hülsen besitzt diametral gegenüberliegende Schlitze, und die andere Hülse hat diametral gegenüberliegende Schlitze, die zu den entsprechenden Schlitzen in der ersten Hülse benachbart sind. In den Schlitzen befinden sich Anlagerollen, die auf einem axial gleitfähigen Gleitele.ment montiert sind. Eine Bewegung dieses Gleitelements bringt einen Winkelversatz zwischen den Hülsen mit sich, woraus ein geänderter zeitlicher Ventilablauf resultiert. Zwisehen innerer und äußerer Hülse ist eine Lagereinheit angeordnet.

Claims

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Dipl.-lng. R. Kinne Dipl.-Ing. R Grupe Dipl.-lng. B. Pellmann Dipl.-lng. K. Grams Dipl.-Chem. Dr. B. Struif

Bavariarlng 4, Postfach 202402 8000 München 2

Tel.: 089-539653 Telex: 5-24845 tipat Telecopier: O 89 - 537377 cable: Germaniapatent München

14. Februar 1983 DE 2765

Patentansprüche

!./Vorrichtung zur Steuerung der relativen Winkelbeziehung zwischen zwei miteinander verbundenen rotierenden Körpern mit gemeinsamer Drehachse, gekennzeichnet durch ein erstes Hülsenelement (6), das fest mit einem der Körper verbunden ist, durch ein zweites Hülsenelement (10), das fest mit dem anderen Körper verbunden ist, eine zwischen erstem und zweitem Hülsenelement angeordnete Einrichtung (30) zur Ermöglichung relativer Drehung dazwischen ohne große Reibung, wobei erstes und zweites Hülsenelement sich im wesentlichen entlang ihrer Achse erstreckende benachbarte Schlitze (13, 14) haben, die zueinander geneigt sind, durch eine in den benachbarten Schlitzen angeordnete Anlageeinrichtung (15, 16) zur Erzeugung eines relativen Winkelversatzes zwischen erstem und zweitem Hülsenelement während der Bewegung dieser Anlageeinrichtung entlang der ersten Achse, eine Trageeinrichtung (19) zur drehbaren Lagerung der Anlageeinrichtung um eine zweite Achse, die zur ersten quer verläuft, und durch eine Einrichtung (21) zur Bewegung der Trageeinrichtung entlang der ersten Achse.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zwischen erstem (6) und zweitem (10) Hülsenelement angeordnete Einrichtung (30) eine Lagereinheit (30) mit einem ersten Laufring (30-1), einem zweiten Laufring (30-2) und dazwischen angeordneten Rollelementen (30-3) um-

Dresdner Bank (München) KIo. 3Θ3Θ 844 Btytr. Varotnibwk (München) Wo. «8 941 ' fott*ch«ek (MOnctar« ήα ·70-43-ΒΡ4

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faßt sowie Einrichtungen (32, 34) zur Verbindung der ° Lagereinheit mit erstem und zweitem Hülsenelement.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungseinrichtung (32, 34) einen ersten Klemmring (32) zur Verbindung des ersten Laufrings (30-1) der Lagereinheit (30) mit dem ersten Hülsenelement (6) und einen zweiten Klemmring (34) zur Verbindung des zweiten Lauf rings (30-2) mit den zweiten Hülsenelement (10) umfaßt.
4. Anordnung bei einer Brennkraftmaschine zur Verbindung einer Kurbelwelle mit einer Nockenwelle, gekennzeichnet durch ein angetriebenes Element (3) mit einer ersten derjenigen der Nockenwelle (2) gemeinsamen Drehachse, ein kraftübertragendes Element (31) zur Verbindung der Kurbelwelle mit dem angetriebenen Element, ein erstes fest mit der Nockenwelle verbundenes Hülsenelement (6), ein zweites fest mit dem angetriebenen Element verbundenes Hülsenelement (10), wobei erstes und zweites Hülsenelement koaxial zueinander um die erste Achse angeordnet sind, durch eine zwischen erstem und zweitem Hülsenelement angeordnete Einrichtung (30), die relative Drehung dazwischen ohne große Reibung ermöglicht, wobei erstes und zweites Hülsenelement sich im wesentlichen entlang ihrer Achse erstreckende benachbarte Schlitze (13, 14) haben, die zueinander geneigt sind, durch eine Antriebseinrichtung (21) zur Bewegung der Trageeinrichtung (19) entlang der ersten Achse, und durch eine auf die Betriebsbedingungen der Maschine reagierende Einrichtung (73) zur Betätigung der Antriebseinrichtung, wodurch die relative Winkelposition der Nockenwelle be-

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züglich der Kurbelwelle gesteuert wird und somit variier- ° barer Ventilablauf erreicht wird.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zwischen erstem (6) und zwejtamn(10) Hülsenelement angeordnete Einrichtung (30) eine Lagereinheit

(30) mit einem inneren Laufring (30-1), einem äußeren Laufring (30-2) und mit dazwischen angeordneten Rollenelementen (30-3) und eine Einrichtung (32, 34) zur Verbindung der Lagereinheit mit den beiden Hülsenelementen um faßt.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungseinrichtung (32, 34) einen ersten Klemmring (32) zur Verbindung eines der Laufringe (30-1) mit dem ersten Hülsenelement (6) und einen zweiten Klemmring (34) zur Verbindung des anderen Laufrings (30-2) mit dem zweiten Hülsenelement (10) umfaßt.