DE4108111A1 - Veraenderbares ventileinstellungssystem in einem motor mit einer drehbaren nockenwelle - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein veränderbares Ventilein­ stellungssystem in einen Motor mit einer drehbaren Nocken­ welle und im Besonderen auf ein veränderbares Ventilein­ stellungssystem in einen Motor mit einer drehbaren Nocken­ welle zum Antrieb von Einlaß- und Auslaßventilen.

Ein herkömmliches veränderbares Ventileinstellungssystem ist aus der ungeprüften japanischen Patentoffenlegungs­ schrift No. 62 (1987)-3 111 bekannt, welches in Fig. 4 dargestellt ist. Das veränderbare Ventileinstellungssystem 500 wird bei einem nicht gezeigten Kraftfahrzeugmotor verwendet. In dem veränderbaren Ventileinstellungssystem 500 hat eine Riemenscheibe 501 eine innere Schräg- oder Schraubenverzahnung 501a und eine äußere Verzahnung 501b. Die äußere Verzahnung 501b ist mit einem Synchronriemen 502 in Eingriff. In einem Zylinderkopf 506 des Motors ist eine Nockenwelle 503 drehbar gelagert, in der ein Ölkanal 503a ausgebildet ist. Ein zylindrisches Bauteil 504, welches eine äußere Schräg- oder Schraubenverzahnung 504a ausbil­ det, ist mittels einer hohlen Schraube 507 an der Nocken­ welle 503 befestigt.

Ein zylindrisches Kolbensystem 505 umfaßt einen ersten Kol­ ben 505a, einen zweiten Kolben 505b, eine Platte 505c, eine erste Feder 505d und eine zweite Feder 505e. Der erste Kol­ ben 505a und der zweite Kolben 505b haben jeweils innenlie­ gende Schräg- oder Schraubenverzahnungen 505a-1 bzw. 505b-1 und außenliegende Schräg- oder Schraubenverzahnungen 505a-2 bzw. 505b-2. Die innenliegenden Schrägverzahnungen 505a-1 und 505b-1 sind mit der äußeren Schrägverzahnung 504a in Eingriff. Die außenliegenden Schrägverzahnungen 505a-2 und 505b-2 sind mit der inneren Schrägverzahnung 501a in Ein­ griff.

Der erste Kolben 505a ist mit der Platte 505c wirkverbun­ den. Die erste Feder 505d ist zwischen dem ersten Kolben 505a und dem zweiten Kolben 505b derart eingefügt, daß der erste Kolben 505a, der zweite Kolben 505b und die erste Fe­ der 505d ein Schräg- bzw. Schraubenverzahnungssystem für eine Verringerung des Zahnflankenspiels bilden.

Eine Nockenwellenabdeckung 508 ist an der Riemenscheibe 501 mittels Schrauben 509 befestigt. Zwischen der Platte 505c und der Nockenwellenabdeckung 508 ist eine Druckkammer 510 ausgebildet. Die Druckkammer 510 hat über die hohle Schraube 507 eine Fluidverbindung mit dem Ölkanal 503a.

In dem vorstehend erwähnten veränderbaren Ventileinstel­ lungssystem 500 wird der Synchronriemen 502 durch eine nicht gezeigte Kurbelwelle des Motors angetrieben. Dement­ sprechend wird die Riemenscheibe 501 vom Synchronriemen 502 gedreht, wobei die Nockenwelle 503 durch das zvlindrische Kolbensystem 505 gedreht wird. Die Nockenwelle 503 betreibt einige nicht gezeigte Einlaß- und Auslaßventile des Motors, wodurch die Einlaß- und Auslaßventile geöffnet oder ge­ schlossen werden. Ein Wechsel der Umdrehungsgeschwindigkeit des Motors erfordert eine Veränderung der zeitlich richti­ gen Einstellung, mit der diese Ventile geöffnet oder ge­ schlossen werden.

In der Druckkammer 510 wird unter Hochdruck stehendes Öl aufgebracht, welches durch ein nicht gezeigtes Regelventil und den Ölkanal 503a aus einem nicht gezeigten Ölbehälter geliefert wird. Dies bewirkt eine Rechtsbewegung des zylin­ drischen Kolbensystems 505. Aus diesem Grund wird der Rela­ tivwinkel zwischen der Riemenscheibe 501 und der Nocken­ welle 503 durch die Schrägverzahnungen 501a, 505a-2 und 505b-2 zwischen der Riemenscheibe 501 und dem zylindrischen Kolbensystem 505 und durch die Schrägverzahnungen 505a-1, 505b-1 und 504a zwischen dem zylindrischen Kolbensystem 505 und der Nockenwelle 503 verändert. Folglich wird die zeit­ liche Einstellung mit der die Einlaß- und Auslaßventile ge­ öffnet oder geschlossen werden, verändert.

Bei normalem Motorbetrieb erfährt das zylindrische Kolben­ system 505 durch das fortlaufende Eingreifen und wieder Lö­ sen der Nocken mit den Nockenstößeln eine Drehmomentände­ rung durch die Nockenwelle 503, wodurch Rotationsschwingun­ gen zwischen der Riemenscheibe und der Nockenwelle erzeugt werden. Als Ergebnis kann das zylindrische Kolbensystem 505 nach rechts wandern, selbst wenn das hoch komprimierte Öl nicht in die Druckkammer 510 gefördert wird. Aus diesem Grund muß die Feder 505e eine hohe Federsteifigkeit haben, um eine derartige Bewegung des zylindrischen Kolbensystems 505 zu vermeiden.

Entsprechend ist es eine Hauptaufgabe der Erfindung, eine Drehmomentenänderung einer Nockenwelle in einem veränderba­ ren Ventileinstellungssystem zu absorbieren.

Die vorstehende Aufgabe, wie auch andere Aufgaben werden erfindungsgemäß durch ein veränderbares Ventileinstellungs­ system in einem Motor mit einer drehbaren Nockenwelle ge­ löst, das folgende Bauteile umfaßt:
Ein erstes motorbetriebenes Einstellbauteil und ein drehba­ res zweites Einstellbauteil, welches an der Nockenwelle be­ festigt ist,
eine schräg- oder schraubenverzahnte Vorrichtung, die zwi­ schen dem ersten und dem zweiten Einstellbauteil in Ein­ griff ist und einen bewegbaren Kolben zum Einstellen einer Winkelstellung zwischen dem ersten und dem zweiten Ein­ stellbauteil umfaßt,
ein Hydraulikkreislauf für ein wahlweises Anlegen eines Hydraulikdrucks an den Kolben für ein wahlweises Bewegen des Kolbens, um die Winkelstellung zu justieren, und
eine Dämpfereinrichtung an dem ersten und an dem zweiten Einstellbauteil für eine hydraulische Dämpfung von Rotati­ onsschwingungen zwischen dem ersten und dem zweiten Ein­ stellbauteil, wobei die Dämpfereinrichtung das erste Ein­ stellbauteil, ein Ringbauteil, das mit dem zweiten Ein­ stellbauteil wirkverbunden ist und ein Viskosefluid zwi­ schen dem ersten Einstellbauteil und dem Ringbauteil um­ faßt.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert.

Fig. 1 zeigt ein Blockdiagramm eines erfindungsgemäßen ver­ änderbaren Ventileinstellungssvstems;

Fig. 2 ist eine Querschnittansicht eines erfindungsgemäßen veränderbaren Ventileinstellungssystems;

Fig. 3 ist eine vergrößerte Querschnittansicht einer Dämp­ fereinrichtung in Fig. 2;

Fig. 4 ist eine vergrößerte Vorderansicht der Dämpferein­ richtung von Fig. 2;

Fig. 5 ist eine Querschnittansicht eines herkömmlichen ver­ änderbaren Ventileinstellungssystems.

Zu Beginn wird auf das erfindungsgemäße Ausführungsbeispiel gemäß der Fig. 1, 2, 3 und 4 Bezug genommen, in denen ein veränderbares Ventileinstellungssystem 70 dargestellt ist. Eine unter Hochdruck stehende Ölquelle (z. B eine Ölpumpe) 101 hat durch das Betätigen eines Regelventils 100 eine Fluidverbindung mit einer veränderbaren Ventileinstellungs­ vorrichtung 10 oder einem Ablaufkanal 104. Das Regelventil 100 wird von einer zentralen Datenverarbeitungsanlage 102 gesteuert. Die unter Hochdruck stehende Ölquelle 101 und der Ablaufkanal 104 hat eine Fluidverbindung mit einer nicht gezeigten Ölwanne des Motors. Das veränderbare Venti­ leinstellungssystem 70 wird durch einen Hydraulikkreislauf 110 betrieben.

An der veränderbaren Ventileinstellungsvorrichtung 10 ist eine Nockenwelle 12 des Motors durch ein Zylinderkopf 11 drehbar gelagert und hat einen in sich ausgebildeten Ölka­ nal 13. An der Nockenwelle 12 ist eine Riemenscheibe 16 (erstes Einstellbauteil) drehbar gelagert und hat eine äu­ ßere Verzahnung 16a, die mit einem nicht gezeigten Synchronriemen in Eingriff ist. Eine Außenfläche eines zy­ lindrischen Abschnitts 16c der Riemenscheibe 16 hat eine äußere Schräg- oder Schraubenverzahnung 16d.

Eine zylindrische Kolbenvorrichtung 22 hat eine ringförmige Nut 22a, eine äußere Schräg- oder Schraubenverzahnung 22b und eine innere Schräg- oder Schraubenverzahnung 22c. Die innere Schrägverzahnung 22c ist mit der äußeren Schrägver­ zahnung 16d in Eingriff. Zwischen dem Inneren der ringför­ migen Nut 22a und der Riemenscheibe 16 ist eine Feder 23 eingefügt. Die Feder 23 spannt die zylindrische Kolbenvor­ richtung 22 nach links vor.

Ein Dämpfergehäuse 15 (zweites Einstellbauteil) hat einen Flanschabschnitt 15a und eine innere Schräg- oder Schrau­ benverzahnung 15b. Die innere Schrägverzahnung 15b ist mit der äußeren Schrägverzahnung 22b in Eingriff. Eine ringför­ mige Abdeckung 18 ist an einem Flanschabschnitt 16f der Riemenscheibe 16 befestigt und durch ein Dichtungsbauteil 20 abgedichtet. Ein Ringbauteil 30 ist um den Flanschab­ schnitt 15a herum in Eingriff. An der äußeren Umfangsfläche des Ringbauteils 30 ist eine Kerbe 31 ausgebildet. Die Rie­ menscheibe 16 und das Ringbauteil 30 bilden eine Viskodämp­ fereinrichtung 17. Das Dämpfergehäuse 15 ist durch Paß­ stifte 14 und einer Schraube 26 mit einer ringförmigen Platte 25 an der Nockenwelle 12 befestigt. Folglich kann sich das Dämpfergehäuse 15 nicht relativ zur Nockenwelle 12 verdrehen. Der Kolben 22 und die Schrägverzahnungen 15b, 16d, 22b und 22c bilden zusammen die schrägverzahnte Vor­ richtung zum Einstellen einer Winkelstellung zwischen dem ersten und dem zweiten Einstellbauteil.

Zwischen dem Dämpfergehäuse 15 und der zylindrischen Kol­ benvorrichtung 22 ist eine Ölkammer 24 angeordnet. Die Öl­ kammer 24 hat eine Fluidverbindung mit dem Ölkanal 13.

Die ringförmige Abdeckung 18 ist mit dem Dämpfergehäuse 15 in Anlage und durch ein Dichtungsbauteil 19 abgedichtet. Zwischen dem Dämpfergehäuse 15 und einem Verlängerungsab­ schnitt 16e ist ein Dichtungsbauteil 21 eingefügt. Folglich kann das in der Viskodämpfereinrichtung 17 untergebrachte viskose Fluid nicht auslaufen.

Der Ölkanal 13 hat eine Fluidverbindung mit dem Regelventil I00. In die zentrale Datenverarbeitungsanlage 102 wird ein Signal von einem nicht gezeigten Motordrehzahlsensor, ein Signal von einem nicht gezeigten Motorlastsensor und ein Signal von einem nicht gezeigten Wassertemperatursensor des Motors etc. eingegeben, wobei die zentrale Datenver­ arbeitungsanlage 102 den Antriebsstrom zur Steuerung des Ventils 100 abgibt.

Im folgenden wird der Betrieb des veränderbaren Ventilein­ stellungssystems 70 entsprechend dem Ausführungsbeispiel beschrieben. Die Antriebskraft des Motors wird durch den Synchronriemen auf die Riemenscheibe 16 übertragen, so daß sich die Riemenscheibe 16 dreht. Die Drehung der Riemen­ scheibe 16 wird über die äußere Schrägverzahnung 16d, die innere Schrägverzahnung 22c, die zylindrische Kolbenvor­ richtung 22, die äußere Schrägverzahnung 22b, die innere Schrägverzahnung 15b, das Dämpfergehäuse 15 und die Paß­ stifte 14 auf die Nockenwelle 12 übertragen.

Folglich wird ein nicht gezeigtes Einlaßventil und/oder ein Auslaßventil durch die Nockenwelle 12 über eine nicht ge­ zeigte Nocke betrieben. Zu dieser Zeit wird kein Öldruck in der Ölkammer 24 aufgebracht, so daß die zylindrische Kol­ benvorrichtung 22 durch die Feder 23 nach links gedrückt wird (d. h. eine Richtung zur Verringerung des Volumens der Ölkammer 24). Folglich wird das bestimmte definierte Venti­ leinstellungssystem eingerichtet.

In diesem bestimmten Zustand der Ventileinstellung wird die Riemenscheibe 16 Drehmomentänderungen von der Nockenwelle 12 ausgesetzt, welche über die zylindrische Kolbenvorrich­ tung 22 übertragen werden. Folglich besteht die Gefahr von Rotationsschwingungen für die Winkelstellungen des ersten und des zweiten Einstellbauteils, die den Relativwinkel zwischen der Riemenscheibe 16 und der Nockenwelle 12 verän­ dern, wodurch eine wechselnde Ventileinstellung hervorge­ rufen wird. Jedoch absorbiert die Viskodämpfereinrichtung 17 jede solcher durch Drehmomentänderungen verursachter Schwingungen. Der hohe Scherwiderstand von viskosem Fluid zwischen der Riemenscheibe 16 und dem Ringbauteil 30 absor­ biert nämlich die Drehmomentänderungen. Folglich wird der Relativwinkel zwischen der Riemenscheibe 16 und der Nocken­ welle 12 nicht gewechselt, so daß die Ventileinstellung unverändert bleibt.

Wenn sich nun die Betriebsbedingung des Motors , d. h. die Umdrehungsgeschwindigkeit des Motors, die Motorbelastung und/oder die Wassertemperatur des Motors etc. verändert, ist es günstig, daß die Ventileinstellung der Einlaß- und/oder Auslaßventile verändert werden, da sich die vom Motor benötigte Einlaß-Luftmenge entsprechend den Betriebs­ bedingungen des Motors ändert.

In diesem Moment gibt die zentrale Datenverarbeitungsanlage 102 einen Betriebsstrom zur Steuerung des Regelventils 100 ab. ln Folge davon strömt das hochkomprimierte Öl aus der Hochdruck-Ölquelle 101 durch das Regelventil 100 und den Ölkanal 13 in die Ölkammer 24.

Aufgrund der Strömung des hochkomprimierten Öls in die Öl­ kammer 24 wird die zylindrische Kolbenvorrichtung 22 entge­ gen die Vorspannkraft der Feder 23 nach rechts bewegt. Mit­ tels der Schrägverzahnung 15b, 22b, 22c, 16d wird der Rela­ tivwinkel zwischen der Riemenscheibe 16 und der Nockenwelle 12 geändert, so daß sich die Ventileinstellung des Einlaß- und/oder des Auslaßventils verändert.

Ändern sich im Folgenden erneut die Betriebsbedingungen, so daß es nicht länger wünschenswert bleibt, daß sich die Ventileinstellung des Einlaß- und des Auslaßventils in verändertem Zustand befindet, beendet die zentrale Daten­ verarbeitungsanlage 102 die Abgabe des Betriebsstroms. Folglich fließt das Öl in der Ölkammer 24 durch den Ölkanal 13 und das Regelventil 100 in die Ölwanne 103 ab, so daß die zylindrische Kolbenvorrichtung 22 entsprechend der Vor­ spannkraft der Feder 23 nach links bewegt wird. Folglich wird der Relativwinkel zwischen der Riemenscheibe 16 und der Nockenwelle 12 in ihren ursprünglichen Zustand zurück­ versetzt, so daß die Ventileinstellung des Einlaß- und/oder Auslaßventils in ihren ursprünglichen Zustand gebracht wird.

ln dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel werden folgende Vorteile erzielt:
Die Drehmomentänderung von der Nockenwelle 12 wird durch die Viskodämpfereinrichtung 17 absorbiert, die in kompakter Größe gehalten ist, so daß die veränderbare Ventileinstel­ lungseinrichtung 10 ebenfalls in kompakter Größe gehalten werden kann. Ferner absorbiert die Viskodämpfereinrichtung 17 das Flankenspiel zwischen der Schrägverzahnung 15b und der Schrägverzahnung 22b und zwischen der Schrägverzahnung 22c und der Schrägverzahnung 16d. Folglich wird in den Schrägverzahnungen 15b, 22b, 22c, 16d kein Lärm erzeugt. Desweiteren kann die Steifigkeit der Feder 23 klein sein, so daß die zylindrische Kolbenvorrichtung 22 durch einen niedrigen Öldruck bewegt werden kann, d. h., wenn die Dreh­ zahl des Motors gering ist, ist der Öldruck ebenfalls ge­ ring. Folglich wird der Betrieb des veränderbaren Venti­ leinstellungssystems nicht durch die Drehzahl des Motors beeinflußt. Ferner wird die Ansprechzeit des veränderbaren Ventileinstellungssystems verkürzt.

Beim Zusammenbau der Dämpfereinrichtung 17 mischt sich Luft unter das darin eingeschlossene viskose Fluid. Jedoch fließt die Luft bei Betrieb der Dämpfereinrichtung 17 in die Kerbe 31 ab. Folglich erfährt der Betrieb der Dämpfer­ einrichtung 17 keine nachteilige Beeinflussung von in der Dämpfereinrichtung 17 untergemischter Luft.

Es ist offensichtlich, daß viele Weiterbildungen und Verän­ derungen der Erfindung in Kenntnis der vorstehend beschrie­ benen Lehre möglich sind. Es wird deshalb zu Verstehen ge­ geben, daß die Erfindung innerhalb des Umfangs der beige­ fügten Ansprüche auch auf andere Weise als die speziell zu­ vor Beschriebene ausgeführt werden kann.

Claims (5)

1. Veränderbares Ventileinstellungssystem in einem Motor mit einer drehbaren Nockenwelle (12) gekennzeichnet durch
ein erstes motorbetriebenes Einstellbauteil und ein zweites drehbares Einstellbauteil, welches an der Nockenwelle (12) befestigt ist,
eine schräg- oder schraubenverzahnte Vorrichtung, die zwi­ schen dem ersten und dem zweiten Einstellbauteil in Ein­ griff ist und einen bewegbaren Kolben (22) zum Einstellen einer Winkelstellung zwischen dem ersten und dem zweiten Einstellbauteil umfaßt,
einen Hydraulikkreislauf für ein wahlweises Anlegen eines Hydraulikdrucks an den Kolben (22) für ein wahlweises Bewe­ gen des Kolbens (22), um die Winkelstellung zu justieren, und
eine Dämpfereinrichtung (17) an dem ersten und an dem zwei­ ten Einstellbauteil für eine hydraulische Dämpfung von Rotationsschwingungen zwischen dem ersten und dem zweiten Einstellbauteil, wobei die Dämpfereinrichtung (17) das er­ ste Einstellbauteil, ein Ringbauteil (30), das mit dem zweiten Einstellbauteil wirkverbunden ist und ein viskoses Fluid zwischen dem ersten Einstellbauteil und dem Ringbau­ teil (30) umfaßt.

2. Veränderbares Ventileinstellungssystem gemäß Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß das erste Einstellbauteil eine drehbar an der Nockenwelle (12) gelagerte Riemenscheibe (16) und eine ringförmige Abdeckung (18) umfaßt, die an der Riemenscheibe (16) befestigt ist und das zweite Einstell­ bauteil ein Dämpfergehäuse (15) ist, das zur Bildung einer Ölkammer (24) mit dem Kolben (22) zusammenwirkt.

3. Veränderbares Ventileinstellungssystem nach einem der vorstehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß die schrägverzahnte Vorrichtung innere (22c) und äußere Schräg­ verzahnungen (22b) am Kolben (22), eine Schrägverzahnung (16d) an der Riemenscheibe (16), die mit der inneren Schrägverzahnung (22c) in Eingriff ist und eine Schrägver­ zahnung (15b) an dem Dämpfergehäuse (15), die mit der äuße­ ren Schrägverzahnung (22b) in Eingriff ist, umfaßt.

4. Veränderbares Ventileinstellungssystem nach einem der vorstehenden Ansprüche gekennzeichnet durch eine Feder (23), die den Kolben (22) für eine Verringerung des Ölkam­ mervolumens vorspannt.

5. Veränderbares Ventileinstellungssystem gemäß Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß an der äußeren Umfangsfläche des Ringbauteils (30) eine Kerbe (31) ausgebildet ist.