EP0545984A1 - Vorrichtung zur selbsttätig gesteuerten änderung der relativen drehlage von wellen in einer brennkraftsmaschine. - Google Patents

Vorrichtung zur selbsttätig gesteuerten änderung der relativen drehlage von wellen in einer brennkraftsmaschine.

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EP0545984A1
EP0545984A1 EP91914901A EP91914901A EP0545984A1 EP 0545984 A1 EP0545984 A1 EP 0545984A1 EP 91914901 A EP91914901 A EP 91914901A EP 91914901 A EP91914901 A EP 91914901A EP 0545984 A1 EP0545984 A1 EP 0545984A1
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EP
European Patent Office
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camshaft
intermediate wheel
toothing
control device
combustion engine
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EP91914901A
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English (en)
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EP0545984B1 (de
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Donatus Wichelhaus
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Dr Ing HCF Porsche AG
Original Assignee
Dr Ing HCF Porsche AG
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Publication of EP0545984B1 publication Critical patent/EP0545984B1/de
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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L1/00—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear
    • F01L1/34—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear characterised by the provision of means for changing the timing of the valves without changing the duration of opening and without affecting the magnitude of the valve lift
    • F01L1/344—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear characterised by the provision of means for changing the timing of the valves without changing the duration of opening and without affecting the magnitude of the valve lift changing the angular relationship between crankshaft and camshaft, e.g. using helicoidal gear
    • F01L1/34403—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear characterised by the provision of means for changing the timing of the valves without changing the duration of opening and without affecting the magnitude of the valve lift changing the angular relationship between crankshaft and camshaft, e.g. using helicoidal gear using helically teethed sleeve or gear moving axially between crankshaft and camshaft
    • F01L1/34406—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear characterised by the provision of means for changing the timing of the valves without changing the duration of opening and without affecting the magnitude of the valve lift changing the angular relationship between crankshaft and camshaft, e.g. using helicoidal gear using helically teethed sleeve or gear moving axially between crankshaft and camshaft the helically teethed sleeve being located in the camshaft driving pulley

Definitions

  • the invention relates to a device according to the preamble of claim 1.
  • One possibility to change the valve control times during the operation of the internal combustion engine is to preferably rotate the position of the intake camshaft in relation to the crankshaft driving it with the aid of a so-called phase converter.
  • phase converter oil pressure dependent a coupling member axially displaced, which is coaxially surrounded by the wheel driving the camshaft.
  • the coupling member has two toothings, at least one of which is obliquely toothed and which each cooperate with a corresponding toothing on the camshaft or in the wheel.
  • a disadvantage of the design is the high component expenditure for the activation and deactivation of the pressure oil as well as the large construction volume.
  • a camshaft which is coaxially surrounded by a hollow shaft piece which carries a cam for actuating a gas exchange valve.
  • An annular gap formed and sealed between the camshaft and the shaft piece is filled with an electroviscous fluid (EVF).
  • EVF electroviscous fluid
  • the viscosity of the EVF is increased to such an extent that a rigid coupling is created so that the shaft section rotates synchronously with the camshaft.
  • the electroviscous liquid liquefies, causing this Shaft section is decoupled from the camshaft.
  • a gas exchange valve can be switched on or off or the valve overlap between intake and exhaust valves can be varied. With the latter, this arrangement achieves the same effect that can be achieved with a change in the relative rotational position between an intake and an exhaust camshaft.
  • the object of the present invention is to provide a generic device which reduces the component expenditure and the construction volume and is of simple, inexpensive construction.
  • the main advantages achieved by the invention are that the device can change the relative rotational position quickly and has a small number of components, in particular moving components, and takes up little space.
  • the coupling member designed as an intermediate wheel is at least partially coaxially surrounded by a fixed intermediate radio ring, an annular space being delimited between the two parts and being filled with an electroviscous liquid.
  • An output voltage supplied to this liquid by an electronic control device changes the viscosity in such a way that a braking torque acts on the idler gear which, due to the helical toothing, produces an axial force which displaces the idler gear towards a first end position.
  • Designing the first and second toothing as oblique toothing increases the angle of rotation of the camshaft with respect to the shaft driving it, on the one hand, and thus prevents an undesired pushing back of the idler gear due to a changing, non-uniform camshaft drive torque.
  • the annulus and the locking bearing are on both sides by commercially available
  • Sealing rings limited which are fixed in a simple manner in the idler gear bearing ring or on the camshaft.
  • Electrodes are attached to the camshaft and are in direct contact with the electroviscous fluid.
  • the electrodes are arranged insulated, either using an electrically non-conductive intermediate layer or the intermediate wheel bearing ring or the segment being made from non-conductive material.
  • the electrodes are connected to one another by means of electrically conductive connections
  • High-voltage module of the control device connected, the electrode on the segment of the camshaft via a connection guided centrally in the camshaft, for. B. the screw connection of the plate spring and a connection extending radially from there to the electrode is supplied.
  • crankshaft is detected by sensors and the electronic one
  • Control device supplied.
  • optimal maps are provided depending on parameters of the internal combustion engine
  • the device is of simple construction, since it uses components that are also required in known, oil-hydraulic or electrically operated phase converters.
  • the idler gear bearing ring can be a separate component or part of the
  • the amount of liquid required is small because it does not have to be constantly drained and renewed.
  • a camshaft 2 controlling the gas exchange of intake valves is rotatably mounted in an only indicated cylinder head 1, on the drive-side end 3 of which a device for changing the rotational position is arranged, which drives the camshaft 2 relative to a crankshaft, not shown, which drives it twisted.
  • the device comprises a drive wheel 4 driven by the crankshaft, which carries a first toothing 5 designed as an inclined internal toothing, which cooperates with a corresponding external toothing 6 of a coupling member designed as an intermediate wheel 7.
  • the intermediate gear 7 consists of an annular disk 8 and a hollow cylindrical sleeve 9.
  • the disk 8 carries the external toothing 6 and a second toothing 10 designed as oblique internal toothing, which engages in a corresponding external toothing 11 on the camshaft 2.
  • the meshing teeth 5, 6 and 10, 11 are mutually helical so that self-locking between the camshaft 2 and the drive wheel 4 results.
  • the intermediate wheel 7 is axially displaceable in any position between two end positions E1, E2, the outer circumferential surface 15 of the sleeve 9 sliding in an intermediate wheel bearing ring 16 arranged in a stationary manner in the cylinder head 1.
  • This bearing ring 16 coaxially surrounds the sleeve 9 and includes an annular space 17 formed between the sleeve 9 and the bearing ring 16.
  • a circular gap 19 is formed between an inner surface 18 of the sleeve 9 and the camshaft 2, two sealing rings 20 arranged at a distance from one another on the camshaft 2 delimiting a locking bearing 21 within the circular gap 9.
  • a plate spring 22 is screwed in the middle in the end face of the camshaft 2 and is located with its outer edge area in resilient contact with the idler gear 7.
  • An electrode 24 which is insulated onto this segment 23 is arranged on a segment 23 of the camshaft 2 lying between the sealing rings 20.
  • a further, also insulated electrode 25 is arranged on the outer surface 26 delimiting the annular space 17 on the intermediate wheel bearing side.
  • the annular space 17 formed in the idler gear bearing ring 16 is sealed on both sides by sealing rings 27 inserted in the bearing ring 16.
  • the annular space 17 and the locking bearing 21 are filled with a liquid F, the viscosity of which can be regulated in a wide range between 'liquid' and 'rigid' by applying an electrical voltage.
  • An electronic control device 30 assigned to the device comprises a high-voltage module 31, which can supply output voltages UA1 or UA2 to the electrodes 24 or 25 via electrically conductive connections 32.
  • a current differential angle of rotation DW between the camshaft 2 and the crankshaft is supplied to the high-voltage module 31 by a cam angle sensor 33 and a crank angle sensor 34, respectively.
  • maps K are integrated, in which, depending on the module 31, parameters supplied to the internal combustion engine, such as. B. speed n, load L and oil temperature TO, the respective operating state, optimal differential rotation angle DW are stored.
  • the output voltages UA1, UA2 are stored in the module 31 in lists B logically linked with the rotation angle DW.
  • the intermediate wheel 7 is, for example, in the end position E1 corresponding to an idling speed.
  • This end position El is assigned a certain differential rotation angle DW, which ensures an optimal valve overlap between the intake valves actuated by the camshaft 2 and the exhaust valves actuated by a further camshaft, not shown, for this operating state.
  • the liquid F in the locking bearing 21 or in the annular space 17 is liquid.
  • the locking bearing 21 rotates at the speed of the camshaft 2, while a shear rate gradient occurs in the liquid in the annular space 17, since the idler gear bearing ring 16 is stationary with respect to the idler gear 7.
  • the plate spring 22 is in the position shown in the figure and therefore does not exert any force on the intermediate wheel 7.
  • the braking torque MB causes an axial force FAX which overcomes the self-locking and shifts the intermediate wheel 7 in the direction of the second end position E2 against the spring force FFE applied by the plate spring 22.
  • the cam drive torque transmitted from the crankshaft to the camshaft 2 is non-uniform due to the gas exchange valves to be actuated at different times and the spring forces to be overcome in the process. With a camshaft revolution, this drive torque passes z. B. multiple values between + 20 Nm and - 20 Nm. This non-uniformity causes a slightly oscillating, axial relative movement of the intermediate wheel 7 with respect to the camshaft 2, which is damped by the plate spring 22.
  • the intermediate wheel 7 is shifted into the second end position E2, this position can take place by constant application of the output voltage UA2 or in the manner previously described for any intermediate position.
  • the intermediate wheel 7 is reset in the direction of the end position El by switching off the output voltage UA2 and lowering the voltage UA1 to a value which causes the force FAF to drop below the value of the spring force FFE, so that this spring force FFE moves the intermediate wheel 7. This affects force resulting from the locking bearing 21 damping the oscillating relative movement of the idler gear 7.
  • the electrical power requirement of the high-voltage module 31 is less than 5 watts and the outer diameter of the drive wheel 4 is less than 100 mm.
  • the geometric design of the device can be adapted to the structural conditions of the internal combustion engine in a wide range.
  • the dimensioning of the device can, for. B. on the tooth angle of the oblique teeth 5, 6 or 10, 11, the required adjustment angle of the camshaft 2, the composition of the liquid F used and the roughness of the surfaces wetted by the liquid F can be influenced.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Valve Device For Special Equipments (AREA)

Description

Vorrichtung zur selbsttätig gesteuerten Änderung der relativen Drehlage von Wellen in einer Brennkraftraaschine
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Es ist bekannt,- die Ventilsteuerzeiten einer Brennkraftmaschine ihrer Dreh¬ zahl anzupassen, um sie in einem möglichst breiten Drehzahlbereich optimal betreiben zu können. Hierdurch können Drehmoment, Leistung, Abgasemission, Leerlaufverhalten und Kraftstoffverbrauch verbessert werden.
Eine Möglichkeit, die VentilSteuerzeiten während des Betriebes der Brenn¬ kraftmaschine zu ändern, besteht darin, vorzugsweise die Einlaßnockenwelle in ihrer Lage relativ zu der sie antreibenden Kurbelwelle mit Hilfe eines sogenannten Phasenwandlers zu verdrehen. Dabei wird, wie z. B. aus der EP- 0335083 bekannt, öldruckabhängig ein Koppelglied axial verschoben, welches koaxial von dem die Nockenwelle antreibenden Rad umgeben ist. Das Koppelglied trägt zwei Verzahnungen, von denen mindestens eine schräg ver¬ zahnt ist, die mit je einer korrespondierenden Verzahnung auf der Nocken¬ welle bzw. in dem Rad zusammenwirken. Nachteilig bei Ausführung ist der hohe Bauteilaufwand für das Ein- und Absteuern des Drucköles sowie das große Bauvolumen.
Aus der GB- 21 89086 ist eine Nockenwelle bekannt, die koaxial von einem hohlen Wellenstück umgeben ist, welches einen Nocken zur Betätigung eines Gaswechsel entils trägt. Ein zwischen der Nockenwelle und dem Wellenstück ausgebildeter und abgedichteter Ringspalt ist mit einer elektroviskosen Flüssigkeit (EVF) gefüllt. Durch Anlegen einer elektrischen Spannung zwi¬ schen der Nockenwelle und dem isoliert gehaltenen Wellenstück wird die Vis¬ kosität der EVF soweit erhöht, daß eine starre Koppelung entsteht, so daß das Wellenstück synchron mit der Nockenwelle rotiert. Beim Abschalten der Spannung verflüssigt sich die elektroviskose Flüssigkeit, wodurch das Wellenstück von der Nockenwelle entkoppelt wird. Mit dieser Anordnung kann z. B. ein Gaswechselventil zu- bzw. abgeschaltet werden oder die VentilÜberschneidung zwischen Einlaß- und Auslaßventilen kann variiert werden. Mit letzterer erzielt diese Anordnung den gleichen Effekt, der mit einer Änderung der relativen Drehlage zwischen einer Einlaß- und einer Auslaßnockenwelle zu erreichen ist.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine gattungsgemäße Vorrichtung zu schaffen, die den Bauteilaufwand und das Bauvolumen verringert und von einfachem, kostengünstigen Aufbau ist.
Die Lösung dieser Aufgabe gelingt mit den Merkmalen des Anspruches.1. Die mit der Erfindung hauptsächlich erzielten Vorteile bestehen darin, daß die Vorrichtung die relative Drehlage schnell ändern kann und eine geringe Anzahl von Bauteilen, insbesondere von bewegten Bauteilen aufweist sowie einen geringen Bauraum beansprucht. Das als Zwischenrad ausgebildet Koppelglied ist zumindest abschnittsweise koaxial von einem feststehenden Zwischenradiagerring umgeben, wobei zwischen beiden Teilen ein Ringraum begrenzt ist, der mit einer elektroviskosen Flüssigkeit gefüllt ist. Eine von einer elektronischen Steuereinrichtung an diese Flüssigkeit gelieferte Ausgangsspannung verändert die Viskosität derart, daß auf das Zwischenrad ein Bremsmoment wirkt, welches aufgrund der Schrägverzahnung eine Axialkraft hervorruft, die das Zwischenrad in Richtung einer ersten Endlage verschiebt.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen benannt.
Eine Ausbildung der ersten und zweiten Verzahnung als schräge Verzahnungen erhöht einerseits den Verdrehwinkel der Nockenwelle gegenüber der sie antreibenden Welle, andererseits ist so ein ungewolltes Zurückschieben des Zwischenrades aufgrund eines wechselnden, ungleichförmigen Nockenwellen- Antriebsmomentes blockiert.
Eine aufgrund dieses Antriebsmomentes verursachte, axial pendelnde Relativbewegung des Zwischenrades auf der Nockenwelle wird durch eine Tellerfeder wirksam bedämpft, die zwischen Nockenwelle und Zwischenrad angeordnet ist und gleichzeitig die für eine Rückstellung erforderliche Federkraft aufbringt. Damit jede beliebige Drehlage zwischen den beiden Endlagen eingestellt werden kann, ist zwischen der Nockenwelle und dem Zwischenrad ein elektroviskoses Feststellager ausgebildet, welches ebenfalls aus der elektronischen Steuereinrichtung mit einer Ausgangsspannung versorgt wird und eine radiale Druckkraft verursacht, die eine axiale Feststellkraft zur
Folge hat, welche der Federkraft entgegenwirkt und diese kompensiert.
Der Ringraum sowie das Feststellager werden beidseitig durch handelsübliche
Dichtringe begrenzt, die in einfacher Weise in dem Zwischenrad-Lagerring bzw. auf der Nockenwelle festgelegt sind.
In dem Ringraum und auf einem dem Feststellager zugeordneten Segment der
Nockenwelle sind Elektroden aufgebracht, die in direktem Kontakt mit der elektroviskosen Flüssigkeit stehen. Die Elektroden sind isoliert angeordnet, wobei entweder eine elektrisch nicht leitende Zwischenschicht verwendet wird oder der Zwischenrad-Lagerring bzw. das Segment aus nicht leitendem Material gefertigt sind.
Die Elektroden sind mittels elektrisch leitender Verbindungen an ein
Hochspannungsmodul der Steuereinrichtung angeschlossen, wobei die Elektrode auf dem Segment der Nockenwelle über eine zentral in die Nockenwelle geführte Verbindung, z. B. die Verschraubung der Tellerfeder und eine von dort radial zur Elektrode verlaufende Verbindung versorgt wird.
Ein aktueller Differenzdrehwinkel zwischen der Nockenwelle und der
Kurbelwelle wird über Sensoren erfaßt und der elektronischen
Steuereinrichtung zugeführt. In dieser Steuereinrichtung sind in Kennfeldern in Abhängigkeit von Parametern der Brennkraftmaschine optimale
Differenzdrehwinkel gespeichert. In logisch mit den optimalen Winkeln verknüpften Listen sind die Ausgangsspannungen abgelegt.
Die Vorrichtung ist von einfachem Aufbau, da sie Bauteile verwendet, die auch in bekannten, ölhydraulisch oder elektrisch betätigten Phasenwandlern benötigt werden.
Der Zwischenrad-Lagerring kann als separates Bauteil oder aber als Teil des
Zylinderkopfes ausgebildet sein.
Die benötigte Flüssigkeitsmenge ist gering, da sie nicht ständig abgeführt und erneuert werden muß.
Nachfolgend wird die Erfindung beispielhaft anhand einer Figur erläutert, die schematisch eine Vorrichtung mit einer elektronischen Steuereinrichtung zeigt. In einer nicht gezeigten Brennkraftmaschine ist in einem nur angedeuteten Zylinderkopf 1 eine den Gaswechsel von Einlaßventilen steuernde Nockenwelle 2 drehbar gelagert, an deren antriebsseitigem Ende 3 eine Vorrichtung zur Änderung der Drehlage angeordnet ist, die die Nockenwelle 2 relativ zu einer sie antreibenden, nicht gezeigten Kurbelwelle verdreht. Die Vorrichtung umfaßt ein von der Kurbelwelle angetriebenes Antriebsrad 4, welches eine als schräge Innenverzahnung ausgebildete erste Verzahnung 5 trägt, die mit einer korrespondierenden Außenverzahnung 6 eines als Zwischenrad 7 ausgebildeten Koppelgliedes zusammenwirkt. Das Zwischenrad 7 besteht aus einer ringförmigen Scheibe 8 und einer hohlzylindrischen Hülse 9. Die Scheibe 8 trägt die Außenverzahnung 6 sowie eine als schräge Innenverzahnung ausgebildete zweite Verzahnung 10, die in eine entsprechende Außenverzahnung 11 auf der Nockenwelle 2 eingreift. Die in Eingriff stehenden Verzahnungen 5, 6 und 10, 11 sind wechselseitig derart schräg verzahnt, daß sich Selbsthemmung zwischen der Nockenwelle 2 und dem Antriebsrad 4 ergibt.
Das Zwischenrad 7 ist axial in jede beliebige Position zwischen zwei Endlagen El, E2 verschiebbar, wobei die äußere Mantelfläche 15 der Hülse 9 in einem ortsfest in dem Zylinderkopf 1 angeordneten Zwischenrad-Lagerring 16 gleitet. Dieser Lagerring 16 umgibt die Hülse 9 koaxial und schließt dabei einen zwischen Hülse 9 und Lagerring 16 ausgebildeten Ringraum 17 ein. Zwischen einer Innenfläche 18 der Hülse 9 und der Nockenwelle 2 ist ein Kreisspalt 19 ausgebildet, wobei zwei beabstandet zueinander auf der Nockenwelle 2 angeordnete Dichtringe 20 innerhalb des Kreisspaltes 9 ein Feststellager 21 abgrenzen.
Eine Tellerfeder 22 ist mittig in der endseitigen Stirnfläche der Nockenwelle 2 verschraubt und befindet sich mit ihrem äußeren Randbereich in federnder Anlage mit dem Zwischenrad 7.
Auf einem zwischen den Dichtringen 20 liegenden Segment 23 der Nockenwelle 2 ist eine isoliert auf dieses Segment 23 aufgebrachte Elektrode 24 angeordnet. Eine weitere, ebenfalls isoliert aufgebrachte Elektrode 25 ist auf der den Ringraum 17 zwischenradlagerseitig begrenzenden Außenfläche 26 angeordnet. Der in dem Zwischenrad-Lagerring 16 ausgebildete Ringraum 17 ist beidseitig durch in den Lagerring 16 eingelegte Dichtringe 27 abgedichtet. Der Ringraum 17 und das Feststellager 21 sind mit einer Flüssigkeit F gefüllt, deren Viskosität durch Anlegen einer elektrischen Spannung in einem weiten Bereich zwischen 'flüssig' und 'starr' regelbar ist. Eine der Vorrichtung zugeordnete elektronische Steuereinrichtung 30 umfaßt ein Hochspannungsmodul 31, welches über elektrisch leitende Verbindungen 32 den Elektroden 24 bzw. 25 Ausgangsspannungen UA1 bzw. UA2 zuführen kann. Als Gegenpol für beide Elektroden 24, 25 wirkt das über die Nockenwelle 2 geerdete Zwischenrad 7. Dem Hochspannungsmodul 31 wird von einem als Sensor wirkenden Nockenwinkelgeber 33 bzw. einem Kurbelwinkelgeber 34 ein jeweils aktueller Differenzdrehwinkel DW zwischen der Nockenwelle 2 bzw. der Kurbelwelle zugeführt.
In dem Hochspannungsmodul 31 sind Kennfelder K integriert, in dem in Abhängigkeit von dem Modul 31 zugeführten Parametern der Brennkraftmaschine, wie z. B. Drehzahl n, Last L und Öltemperatur TO, dem jeweiligen Betriebszustand entsprechende, optimale Differenzdrehwinkel DW abgespeichert sind. In logisch mit den Drehwinkel DW verknüpften Listen B sind die Ausgangsspannungen UA1, UA2 in dem Modul 31 abgelegt.
Im Betrieb der Brennkraftmaschine befindet sich das Zwischenrad 7. beispielsweise in der einer Leerlaufdrehzahl entsprechenden Endlage El. Diese Endlage El ist ein bestimmter Differenzdrehwinkel DW zugeordnet, der eine für diesen Betriebszustand optimale Ventilüberschneidung zwischen den von der Nockenwelle 2 betätigten Einlaßventilen und den von einer weiteren, nicht gezeigten Nockenwelle betätigten Auslaßventilen gewährleistet. Die Flüssigkeit F im Feststellager 21 bzw. im Ringraum 17 ist flüssig. Das Feststellager 21 läuft mit der Drehzahl der Nockenwelle 2 um, während in der in dem Ringraum 17 befindlichen Flüssigkeit ein Schergeschwindigkeitsgefälle auftritt, da der Zwischenrad-Lagerring 16 gegenüber dem Zwischenrad 7 stillsteht. Die Tellerfeder 22 befindet sich in der in der Figur gezeigten Lage und übt daher keine Kraft auf das Zwischenrad 7 aus.
Wird jetzt aufgrund eines aus einem Kennfeld K ausgelesenen Wertes für einen Differenzdrehwinkel DW, der z. B. für eine mittlere Brennkraftmaschinen¬ drehzahl optimal ist, eine Ausgangsspannung UA2 aus einer Liste bestimmt, so ändert sich aufgrund des zwischen der Elektrode 25 und dem Zwischenrad 7 wirkenden elektrischen Feldes die Viskosität der Flüssigkeit F in dem Ringraum 17 in Richtung 'starr'. Die erhöhte Viskosität verursacht ein auf das Zwischenrad 7 wirkendes Bremsmoment MB, welches durch die Reibkraft zwischen der Flüssigkeit F und der Hülse 9 sowie dem Außenradius dieser Hülse 9 bestimmt ist. Das Bremsmoment MB verursacht aufgrund der schrägen Verzahnungen 5, 6 bzw. 10, 11 eine axiale Kraft FAX, die die Selbsthemmung überwindet und das Zwischenrad 7 in Richtung auf die zweite Endlage E2 entgegen der von der Tellerfeder 22 aufgebrachten Federkraft FFE verschiebt.
Das von der Kurbelwelle auf die Nockenwelle 2 übertragene Nockenantriebsmoment verläuft aufgrund der zeitlich versetzt zu betätigenden Gaswechselventile und der dabei zu überwindenden Federkräfte ungleichförmig. Bei einer Nockenwellenumdrehung durchläuft dieses Antriebsmoment z. B. mehrfach Wert zwischen + 20 Nm und - 20 Nm. Diese Ungleichförmigkeit bewirkt eine geringfügig pendelnde, axiale Relativbewegung des Zwischenrades 7 gegenüber der Nockenwelle 2, welche durch die Tellerfeder 22 bedämpft wird. Melden die Winkelgeber 33, 34 das Erreichen des gewünschten Differenzdrehwinkels DW, dem eine bestimmte Stellung des Zwischenrades zwischen den Endlagen El und E2 entspricht, so wird die Änderung der relativen Drehlage beendet, indem die Spannung UA2 abfällt und daraus resultierend die Viskosität der Flüssigkeit F in dem Ringraum 17 .in Richtung 'flüssig' geändert wird. Das Bremsmoment MB und die verschiebende Kraft FAX sinken ab. Zur Kompensation der Federkraft FFE bewirkt eine weitere, an die Elektrode 24 angelegte Ausgangsspannung UA1 eine Viskositätsänderung des Feststellagers 21 in Richtung 'starr', so daß aus einer radialen Druckkraft zwischen Segment 23 und Hülse 9 aufgrund der Oberflächenreibung eine axiale Festste!!kraft FAF entsteht, deren Richtung von der auf das Zwischenrad 7 wirkenden Kraft FAX oder FFE abhängt. Für jede Stellung des Zwischenrades 7 zwischen den Endlagen El, E2 wird dadurch ein Kräftegleichgewicht zwischen den entgegengesetzt wirkenden Kräften FAF und FFE erreicht.
Wird das Zwischenrad 7 bis in die zweite Endlage E2 verschoben, so kann diese Lage durch ständiges Anliegen der Ausgangsspannung UA2 oder aber in der zuvor für eine beliebige Zwischenstellung beschriebene Weise erfolgen. Das Rückstellen des Zwischenrades 7 in Richtung der Endlage El erfolgt durch Abschalten der Ausgangsspannung UA2 und Absenken der Spannung UA1 auf einen Wert, der die Kraft FAF unter den Wert der Federkraft FFE sinken läßt, so daß diese Federkraft FFE das Zwischenrad 7 verschiebt. Dabei wirkt die aus dem Feststellager 21 resultierende Kraft FAF dämpfend auf die pendelnde Relativbewegung des Zwischenrades 7.
Für einen geforderten Verstellwinkel der Nockenwelle 2 von z. B. 15β und einen maximalen Verstellweg zwischen den Endlagen El und E2 von z. B. 6 mm läßt sich mit dieser Vorrichtung eine Verstellzeit von unter 0,1 sec. erzielen. Der elektrische Leistungsbedarf des Hochspannungsmodules 31 ist dabei kleiner als 5 Watt und der Außendurchmesser des Antriebsrades 4 kleiner als 100 mm.
Die geometrische Auslegung der Vorrichtung kann in weiten Bereichen den baulichen Gegebenheiten der Brennkraftmaschine angepaßt werden. Die Dimensionierung der Vorrichtung kann z. B. über die Verzahnungswinkel der schrägen Verzahnungen 5, 6 bzw. 10, 11, den erforderlichen VerstellWinkel der Nockenwelle 2, die Zusammensetzung der verwendeten Flüssigkeit F und die Rauheit der von der Flüssigkeit F benetzten Oberflächen beeinflußt werden.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
1. Vorrichtung zur selbsttätig gesteuerten Änderung der relativen Drehlage zweier Wellen in einer Brennkraftmaschine, mit mindestens einer relativ zu einer sie antreibenden Welle (Kurbelwelle) in Abhängigkeit von Parametern der Brennkraftmaschine verdrehbaren Nockenwelle, und mit einem die Nockenwelle antreibenden, eine erste Verzahnung tragenden Antriebsrad, welches über ein axial mindestens in zwei Endlagen verschiebbares Koppelglied auf eine zweite, mit der Nockenwelle verbundene Verzahnung wirkt, wobei mindestens eine der beiden Verzahnungen eine Schrägverzahnung ist, gekennzeichnet durch einen ortsfesten, das Koppelglied (Zwischenrad 7) zumindest abschnittsweise koaxial umgebenden und einen dazwischen ausgebildeten Ringraum (17) begrenzenden Zwischenrad-Lagerring (16), wobei der Ringraum (17) mit einer Flüssigkeit (F) gefüllt ist, deren Viskosität durch Anlegen einer von einer elektronischen Steuereinrichtung (30) gelieferten Ausgangsspannung (UA2) derart veränderbar ist, daß eine aus einem auf das Zwischenrad (7) wirkenden Bremsmoment (MB) resultierende Axialkraft (FAX) das Zwischenrad (7) in Richtung einer der Endlagen (El, E2) verschiebt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Verzahnung (5) und die zweite Verzahnung (7) als Schrägverzahnung ausgebildet sind.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch zwischen Nockenwelle (2) und Zwischenrad (7) angeordnete Rückstellmittel (Tellerfeder 22), wobei das Zwischenrad (7) durch die von der Tellerfeder (22) verursachte Federkraft (FFE) in Richtung einer der Endlagen (El, E2) belastet ist.
4. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein koaxial zwischen der Nockenwelle (2) und dem Zwischenrad (7) ausgebildetes Feststellager (21), welches mit einer Flüssigkeit (F) gefüllt ist, deren Viskosität durch Anlegen einer von der Steuereinrichtung (30) gelieferten Ausgangsspannung (UAl) derart veränderbar ist, daß eine der Bewegungsrichtung des Zwischenrades (7) entgegengesetzte axiale Feststellkraft (FAF) auf das Zwischenrad (7) wirkt.
5. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Zwischenrad-Lagerring (16) beidseitig durch radial wirkende Dichtringe (27) begrenzt ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Feststellager (21) beidseitig durch radial wirkende Dichtringe (20) begrenzt ist.
7. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich des Feststellagers (21) eine Elektrode (24) isoliert auf einem Segment (23) der Nockenwelle (2) angeordnet ist.
8. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich des Ringraumes (17) eine Elektrode (25) isoliert in dem Zwischenrad-Lagerring (16) angeordnet ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (24, 25) über elektrisch leitende Verbindungen (32) an ein Hochspannungsmodul (31) der Steuereinrichtung (30) angeschlossen sind.
10. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß benachbart der Nockenwelle (2) bzw. der Kurbelwelle Sensoren (Nockenwinkelgeber 33 bzw. Kurbelwinkelgeber 34) angeordnet sind, die einen aktuellen Differenzdrehwinkel (DW) erfassen und an das Hochspannungsmodul (31) angeschlossen sind.
11. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in der Steuereinrichtung (30) mindestens ein Kennfeld (K) integriert ist, in dem in Abhängigkeit von Parametern (Drehzahl n, Last L, Öltemperatur T0) der Brennkraftmaschine optimale Differenzdrehwinkel (DW) gespeichert sind.
12. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in der Steuereinrichtung (30) mindestens eine Liste (B) integriert ist, in der den Differenzdrehwiπkeln (DW) zugeordnete Ausgangsspannungen (UAl, UA2) gespeichert sind.
EP91914901A 1990-08-31 1991-08-16 Vorrichtung zur selbsttätig gesteuerten änderung der relativen drehlage von wellen in einer brennkraftsmaschine Expired - Lifetime EP0545984B1 (de)

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