DE3441508A1

DE3441508A1 - Einrichtung zum verstellen des einspritzzeitpunktes oder der ventilsteuerzeiten einer brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE3441508A1
Application number: DE19843441508
Authority: DE
Inventors: Hans 5102 Würselen Houben
Original assignee: Kloeckner Humboldt Deutz AG
Current assignee: Kloeckner Humboldt Deutz AG
Priority date: 1984-11-14
Filing date: 1984-11-14
Publication date: 1986-05-22

Description

Einrichtung zum Verstellen des

Einspritzzeitpunktes oder der Ventilsteuerzeiten einer Brennkraftmaschine

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung für eine Brennkraftmaschine gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.

Der Einspritzzeitpunkt ist bei heutigen Brennkraftmaschinen, insbesondere bei Dieselmotoren, ein wichtiger Parameter für den Motorbetrieb. Der Einspritzzeitpunkt beeinflußt Leistungs-, Schadstoffemissions- und Geräuschverhalten der Brennkraftmaschine entscheidend und soll daher bei modernen Brennkraftmaschinen in frei wählbarer Abhängigkeit vieler Betriebsparameter, wie beispielsweise der Drehzahl, der Last und/oder der Temperatur der Brennkraftmaschine, einfach einstellbar sein.

Aus der DE-OS 32 24 951 ist eine Einrichtung zur änderung der Ventil- und/oder Einspritzsteuerzeiten einer Brennkraftmaschine bekannt, bei dem beispielsweise der Einspritzzeitpunkt einer Brennkraftmaschine in Abhängigkeit mehrerer Betriebsparameter verstellt wird. Dabei ist die Drehwinkelstellung der Kurbelwelle bzw. der Nockenwelle der Brennkraftmaschine zur Nockenwelle der Einspritzpumpe durch die axiale Verschiebung einer Schrägverzahnung erreichbar. Ein von der Brennkraftmaschine angetriebenes Primärteil treibt über eine Verzahnung eine Verstellwelle an, die wiederum über eine zweite Verzahnung die Nockenwelle der Einspritzpumpe, das Sekundärteil, antreibt. Eine

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dieser beiden Zahnpaarungen mit der Verstellwelle ist als Schrägverzahnung ausgebildet, zum Auffangen der Axialkräfte der schrägverzahnten Zahnräder sind die die schrägverzahnten Zahnräder aufweisende Wellen mit Axiallagern versehen. Ferner ist die Verstellwelle an einem axialen Ende mit einem Verstellmechanismus versehen, der die axiale Verschiebung der Verstellwelle bewirkt und diese in ihrer Lage anschließend fixiert.

Als nachteilig hat es sich bei dieser Einrichtung herausgestellt, daß der Verstellmechanismus entgegen den aus der Schrägverzahnung resultierenden erheblichen Axialkräften die Verstellwelle axial verschieben und auch entgegen diesen Axialkräften lagefixieren muß. Außerdem ist zumindest für das Primärteil oder das Sekundärteil, aus demselben Grunde ein zusätzliches Axiallager notwendig.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung der eingangs genannten Art zum Verstellen des Einspritz-Zeitpunkts oder der Ventilsteuerzeiten vorzuschlagen, bei der die Verstellwelle frei von aus den Antriebsmomenten resultierenden Kräften bleibt, wobei die axiale Stellung der Verstellwelle in freier Abhängigkeit von den Betriebsparametern der Brennkraftmaschine vorgebbar sein soll.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Die Verstellwelle ist durch die entgegengesetzt gerichtete Ausbildung des Schrägungswinkels der beiden Zahnräder der Verstellwelle nach außen frei von Axialkräften. Die Verstellwelle bleibt daher selbständig in der einmal vorgegebenen axialen Position und braucht nicht axial fixiert zu werden. Bei gleich groß bemessenem Grundkreisdurchmesser 35

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sind die Schrägungswinkel gleich groß und einander entgegengesetzt; soll dagegen ein übersetzungsverhältnis mit der Verstellwelle realisiert werden, sind die Schrägungswinkel einander entgegengesetzt, aber die Neigung der Schrägungswinkel ist als Punktion der Grundkreisdurchmesser der Zahnräder derart gewählt, daß insgesamt die Axialkräfte der beiden Zahnräder der verstellwelle sich nach außen aufheben.

Zur Änderung des Einspritzzeitpunktes wird die Verstellwelle axial verschoben, wodurch über die beiden Schrägverzahnungen die Drehwinkelstellung des Primärteils zum Sekundärteil geändert wird. Zu jeder bestimmten Axialverschiebestellung der Verstellwelle gehört z. B. genau ein bestimmter Einspritzzeitpunkt der Einspritzpumpe. Die Verschiebestellung der Verstellwelle ist unabhängig von den an der Verstellwelle infolge der Antriebsmomente der Einspritzpumpe angreifenden axialen Kräfte und der Einspritzzeitpunkt kann so in vorteilhafter Weise vollständig frei festgelegt werden, wobei jede zweckmäßige Kombination von verschiedenen Betriebsparametern der Brennkraftmaschine zu einer unabhängigen Vorgabegröße des Einspritzzeitpunktes verarbeitbar ist. Der Antriebsstrang einer Einspritzpumpe ist mit Wechselmomenten belastet. Die axiale Verschiebung der Verstellwelle muß daher in diesem Fall nicht entgegen den aus dem Antriebsmoment durch die Schrägverzahnung entstandenen Axialkräfte verschoben werden, sondern kann in vorteilhafter Weise während oder im Bereich des Nulldurchgangs des als Wechselmoment vorliegenden Antriebsmoments sowohl in die eine als auch in die andere Richtung erfolgen. Das die Verstellwelle axial betätigende Verstellglied kann daher infolge der nur äußerst geringen Axialkräftebelastung während des Verschiebevorganges besonders einfach und kostenoptimal ausgebildet sein.

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In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, daß das Primärteil und das Sekundärteil koaxial zueinander angeordnet sind und über ein Verbindungsstück drehbar miteinander in Wirkverbindung stehen. Das Primärteil und das Sekundärteil befinden sich mit der Verstellwelle im Eingriff und weisen daher zwangsläufig ebenfalls einander entgegengesetzte Axialkräfte auf. Das Verbindungsstück fängt diese Axialkräfte des Primär- und des Sekundärteils auf, so daß der Einspritzzeitpunktversteller insgesamt nach außen frei von durch das Antriebsmoment hervorgerufenen Axialkräften bleibt.

In einer Weiterbildung dieses Gedankens ist vorgesehen, daß die Brennkraftmaschine eine Drehrichtung aufweist, bei der das Primärteil infolge der Schrägverzahnung eine Druckkraft über das Verbindungsstück auf das Sekundärteil ausübt. Das verbindungsstück braucht dann nur als Druckzylinder ausgebildet sein; eine solche Ausbildung ist besonders herstellungs- und montagefreundlich, und es wird stets sicher erreicht, daß keine Axialkräfte nach außen abgegeben werden.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird der Einspritzzeitpunkt bzw. der Verstellweg für die Verstellwelle in Abhängigkeit mehrerer, unterschiedlicher Betriebsparameter der Brennkraftmaschine, beispielsweise der Drehzahl, der Last und/oder der Temperatur, durch eine Regeleinrichtung vorgegeben. Die Geber und die Regeleinrichtung können vorzugsweise elektrisch und/oder elektronisch ausgebildet sein.

Die erfindungsgemäße Einrichtung kann in vorteilhafter Weise auch mit der Nockenwelle für die Ventile der Brennkraftmaschine verbunden werden und dann durch die Ver-Schiebung der Verstellwelle die Ventilsteuerzeiten variieren.

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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung und der Zeichnung, die Ausführungsbeispiele der Erfindung schematisch darstellt. Es zeigt: 05

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Einrichtung mit koaxial zueinander angeordnetem Primärteil und Sekundärteil, ■?

Fig. 2 einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße _;Einrichtung mit nicht koaxialer Anordnung des Pri^'i^. mär- und des Sekundärteils.

Ein von der Brennkraftmaschine angetriebenes Primärteil 1 ist mit einem schrägverzahnten Zahnrad 2 versehen. Dabei wird das Primärteil 1 mit beispielsweise der halben Kurbelwellendrehzahl angetrieben. In Fig. 1 ist gleichachsig zu dem Primärteil 1 ein Sekundärteil 3 angeordnet, das ebenfalls mit einem schrägverzahnten Zahnrad 4 versehen ist. Die Schrägverzahnung der beiden Zahnräder 2 und 4 weist einen gleichgroßen, aber einander entgegengesetzten Schrägungswinkel auf. Zwischen dem Primärteil 1 und dem Sekundärteil 3 ist ein Verbindungsstück 5 angeordnet, das den axialen Abstand zwischen Sekundärteil 3 und Primärteil 1 fixiert. Das Verbindungsstück 5 ist dabei an dem Sekundärteil 3 fest montiert, während es an dem Primärteil 1 drehbar aufliegt. Diese Anordnung kann auch umgekehrt ausgebildet sein, wobei lediglich der Abstand zwischen dem Primärteil 1 und dem Sekundärteil 3 durch das verbindungsstück 5 fixiert sein muß. Es kann vorteilhaft sein, das Verbindungsstück 5 als gleichachsig zum Primärteil 1 liegenden Zylinder auszubilden, der den axialen Abstand zwischen Primärteil 1 und Sekundärteil 3 bestimmt.

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Parallel zur gemeinsamen Achse des Primärteils 1 und des Sekundärteils 3 ist eine Verstellwelle 6 angeordnet. Die Verstellwelle 6 ist mit zwei schrägverzahnten Zahnrädern und 8 versehen, wobei das Zahnrad 7 mit dem Zahnrad 2 des Primärteils 1 und das Zahnrad 8 mit dem Zahnrad 4 des Sekundärteils 3 kämmt. Die Breite der Zahnräder 7 und 8 ist so bemessen, daß eine axiale Verschiebung der Verstellwelle 6 nicht zu einer Beeinträchtigung der formschlüssigen Verbindung führt. Die Verstellwelle 6 ist von einem nicht gezeigten Stellglied in ihrer axialen Verschiebestellung lagefixierbar.

Das Zahnrad 2 und das Zahnrad 4 des Primärteils 1 bzw. des Sekundärteils 3 weisen, genau wie die Zahnräder 7 und 8 der Verstellwelle 6, einen gleichgroßen Grundkreisdurchmesser und denselben, aber entgegengesetzten Schrägungswinkel auf. Auf diese Weise ist die Drehzahl des Primärteils 1 mit der Drehzahl des Sekundärteils 3 identisch. Es kann für besondere Anwendungsfälle jedoch auch zweckmäßig sein, ein gezieltes übersetzungsverhältnis zwischen Primärteil 1 und Sekundärteil 3 zu erreichen. In diesem Fall können die Größen der Grundkreise und die Schrägungswinkel entsprechend variiert werden.

Die erfindungsgemäße Einrichtung wird über das Primärteil 1 von der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine angetrieben. Das Zahnrad 2 des Primärteils 1 kämmt über die Schrägverzahnung mit dem Zahnrad 7 der Verstellwelle 6. Die Verstellwelle 6 ihrerseits treibt das Zahnrad 8 an, das über die andere Schrägverzahnung mit dem Zahnrad 4 des Sekundärteils 3 kämmt und letztendlich beispielsweise eine Einspritzpumpe antreibt. Aufgrund des gleich großen, aber entgegengesetzten Schrägungswinkels der Zahnräderpaarungen heben sich die an den schrägverzahnten Zahnrädern 7 und 8

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entstehenden Axialkräfte nach außen hin vollständig auf. Die an dem Primärteil 1 infolge des schrägverzahnten Zahnrades 2 entstehenden Kräfte werden über das Verbindungsstück 5 auf das Zahnrad 4 des Sekundärteils 3 geleitet. Da jedoch das Zahnrad 4 denselben, aber entgegengesetzten Schrägungswinkel wie das Zahnrad 2 aufweist, leitet auch das Zahnrad 4 eine genau gleichgroße, aber entgegengesetzte Druckkraft wie das Zahnrad 2 in das Verbindungsstück 5 ein. Bei Hauptdrehrichtung der Brennkraftmaschine kompensieren sich diese beiden Druckkräfte in dem Verbindungsstück 5, so daß die Kombination Primärteil 1, Verbindungsstück 5 und Sekundärteil 3 nach außen frei von Axialkräften ist.

Für besondere Anwendungsfälle, beispielsweise bei umsteuerbaren Brennkraftmaschinen, können an der Verbindung Sekundärteil 3 und Primärteil 1 auch Zugkräfte an dem Verbindungsstück 5 entstehen. In diesem Fall muß das Verbindungsstück beispielsweise durch Verschraubungen so ausgebildet sein, daß Zugkräfte aufgenommen werden können, und die Gesamtkombination nach außen weiterhin von Axialkräften frei bleibt.

Dient die erfindungsgemäße Einrichtung zum Verstellen des Einspritzzeitpunkts, so wird die Verstellwelle axial verschoben, wobei durch die beiden Schrägverzahnungen der Zahnradpaarungen 2/7 und 8/4 die Drehwinkelstellung des Primärteils 1 zum Sekundärteil 3 geändert wird. Während der axialen Verschiebung der Verstellwelle 6 muß nicht entgegen den aus den Antriebsmomenten entstandenen Axialkräften verschoben werden, da das Antriebsmoment der Einspritzpumpe ein Wechselmoment ist und der Verschiebevorgang im axialkraftfreien Nulldurchgang des Antriebsmoments

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erfolgen kann. Ein nicht gezeigtes Stellglied, das die Verschiebung ausführt, kann deshalb besonders einfach und kostengünstig gebaut sein.

Die Verstellwelle wird von dem Stellglied axial hin und her verschoben, wobei genau eine Verschiebestellung der Verstellwelle genau einem Einspritzzeitpunkt der Einspritzpumpe entspricht. Eine Rückführung des Einspritzzeitpunktes ist somit in vorteilhafter Weise nicht notwendig. Das Stellglied bezieht seine Vorgabegröße von einer Regeleinrichtung, die die verschiedenen Betriebsparameter der Brennkraftmaschine zu einem Einspritzzeitpunkt für die Einspritzpumpe verarbeitet. Dabei erfassen insbesondere elektrische Geber die Betriebsparameter wie beispielsweise die Drehzahl, die Last und/oder die Temperatur der Brennkraftmaschine und leiten diese elektrisch an die Regeleinrichtung weiter. Die Regeleinrichtung verarbeitet diese Signale vorzugsweise elektronisch und nach frei wählbaren Kriterien, wie z.B. der Schadstoffoptimierung der Brennkraftmaschine, zu der elektronischen Vorgabegröße für das Stellglied, das die Vorgabegröße in eine mechanische Verschiebestellung der Verstellwelle umsetzt.

In Fig. 2 ist eine erfindungsgemäße Einrichtung mit einem Primärteil 1 und einem Sekundärteil 3 dargestellt, deren parallele Achsen einen Abstand voneinander aufweisen. Die Ausbildungen der Verstellwelle 6 sind identisch mit denen in Fig. 1, wodurch die Verstellwelle 6 insbesondere axialkräftefrei ist. Im Gegensatz dazu benötigen sowohl das Primärteil 1 als auch das Sekundärteil 3 entsprechende Lager zum Auffangen der durch die Schrägverzahnung der Zahnräder 2 bzw. 4 entstandenen Axialkräfte. Für manche Anwendungsfälle kann diese Ausbildung zweckmäßig sein, da derartige Lager teilweise bereits an der Brennkraftmaschine 35

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bzw. dem Nebenaggregat vorgesehen sind. Auch können räumliche Gegebenheiten eine gleichachsige Anordnung des Sekundärteils 3 und des Primärteils 1 ausschließen.

Die erfindungsgemäße Einrichtung gemäß beispielsweise den Fig. 1 und 2 kann wie dargelegt in vorteilhafter Weise zum Antrieb einer Einspritzpumpe und damit als Einspritzzeitpunktversteller dienen. Darüber hinaus ist eine Verwendung der erfindungsgemäßen Einrichtung aber auch zur änderung der Ventilsteuerzeiten bei einer Nockenwelle für die Ventile einer Brennkraftmaschine vorteilhaft. Auch hier kann der öffnungs- bzw. Schließzeitpunk der Ventile in freier Abhängigkeit der Betriebsparameter der Brennkraftmaschine bestimmt werden. Die Verstellwelle bleibt axialkräftefrei, wodurch eine einfache Stelleinrichtung die axiale Verschiebestellung und damit die zeitliche Lage des Beginns der Ventilöffnungen bestimmen kann. Eine solche Einrichtung ist entsprechend sicher in der Funktion und kostengünstig in der Herstellung.

Claims

P atentansprüche

l.J Einrichtung für eine Brennkraftmaschine zum Verstellen des Einspritzzeitpunktes oder der Ventilsteuerzeiten, mit einem angetriebenen Primärteil (1) und einem mit einer Nockenwelle verbundenen, anzutreibenden Sekundärteil

(3) und einer parallel zum Primär- (1) und Sekundärteil (3) angeordneten, axial verschieblichen Verstellwelle (6), die ein mit dem Primärteil (1) im Eingriff befindliches Zahnrad (7) und ein weiteres mit dem Sekundärteil (3) im Eingriff befindliches Zahnrad (8) zur Kraftübertragung aufweist, wobei eines der Zahnräder (7,8) mit einer Schrägverzahnung versehen ist,

dadurch gekennzeichnet, daß beide Zahnräder (7,8) der Verstellwelle (6) als schrägverzahnte Zahnräder mit einander entgegengesetztem Schrägungswinkel ausgebildet sind, so daß die durch die Schrägverzahnungen in die Verstellwelle (6) eingeleiteten Axialkräfte sich nach außen gegeneinander aufheben.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Primärteil (1) und das Sekundärteil (3) gleichachsig zueinander angeordnet sind und über ein Verbindungsstück (5) miteinander in Wirkverbindung stehen.
3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Primärteil (1) das Verbindungsstück (5) bei Hauptdrehrichtung der Brennkraftmaschine durch die Schrägverzahnung (2, 7) mit einer Druckkraft beaufschlagt.

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4. Einrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbindungsstück (5) als gleichachsig zum Primärteil (1) angeordneter Zylinder ausgebildet ist, der den axialen Abstand zwischen Primärteil (1) und Sekundarteil (3) bestimmt.
5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahnräder (7,8) der Verstellwelle (6) einen gleich großen Schrägungswinkel bei

LO ebenfalls gleich großen Grundkreisdurchmesser aufweisen.
6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß durch geeignete Geber mehrere, unterschiedliche Betriebsparameter der Brennkraftmaschine,

L5 beispielsweise die Drehzahl, die Last und/oder die Temperatur, erfaßbar sind und durch eine Regeleinrichtung die Signale der Geber in eine separate Vorgabegröße für die axiale Verschiebestellung der Verstellwelle (6) umsetzbar sind, wobei die Verstellwelle durch ein Stellglied verschiebbar ist.
7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Geber elektrische Signale erzeugen und die Regeleinrichtung elektronisch arbeitet, wobei das Stellglied die elektrische Vorgabegröße in eine mechanische Verschiebestellung der Verstellwelle (6) umsetzt.

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