EP1286029B1 - Steuertrieb einer Kolbenbrennkraftmaschine mit variablem Brennraum - Google Patents

Steuertrieb einer Kolbenbrennkraftmaschine mit variablem Brennraum Download PDF

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EP1286029B1
EP1286029B1 EP02016200A EP02016200A EP1286029B1 EP 1286029 B1 EP1286029 B1 EP 1286029B1 EP 02016200 A EP02016200 A EP 02016200A EP 02016200 A EP02016200 A EP 02016200A EP 1286029 B1 EP1286029 B1 EP 1286029B1
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EP
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guide rail
crankshaft
camshaft
control drive
cylinder head
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Stefan Kühn
Ingolf Lorenz
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IAV GmbH Ingenieurgesellschaft Auto und Verkehr
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    • 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
    • F01L1/02—Valve drive
    • F01L1/022—Chain drive
    • 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
    • F01L1/02—Valve drive

Definitions

  • the invention relates to a control drive of a piston internal combustion engine with a variable Combustion chamber with the features mentioned in the preamble of claim 1.
  • An adjustment unit for the timing drive of an engine is known from the DE 199 25 268 A1.
  • the writing showed a crankshaft mounted in eccentric rings of an engine.
  • the eccentric bearing rings can be rotated in the motor housing arranged and rotatable by an adjusting unit.
  • By turning the bearing rings the position of the crankshaft relative to the cylinder and thus its compression ratio changed.
  • the changing center distance between cam and Crankshaft results in a changing chain tension that crosses across tensioning wheel movable to the course of the chain center is compensated.
  • the tension wheel is adjusted proportionally to the change in position of the crankshaft and secures one constant tension of the timing drive. It is intended to over the tension wheel to couple an adjustment mechanism with the adjustment unit for the crankshaft and thus to ensure a proportional adjustment of the tensioning wheel.
  • the object of the invention is to provide a timing drive for the crankshaft To create drive at least one camshaft, which is more variable for an engine Compression, in which the center distance between the camshaft and crankshaft can be changed compensates for the changed center distance while maintaining a constant phase position between the crankshaft and camshaft.
  • the adjusting device can influence the length compensation of the traction mechanism of the control drive, so that even when adjusting the center distances between the drive and Output gear of the timing drive a relative rotation of the drive and driven gear is largely avoided.
  • the invention is explained on a piston internal combustion engine with a variable combustion chamber, where the change in the combustion chamber and thus the change in the Center distance between crank and camshaft by adjusting the against each other movably arranged upper and lower part 2 of the piston internal combustion engine he follows.
  • the upper part 1 can be part of the crankcase or with the crankcase top connected cylinder head of the engine, while the Lower part 2 is the lower part of the crankcase.
  • the solution according to the invention can also in other known ways of adjusting the axis positions of drive and driven gear are transmitted without the essential features to deviate from the invention.
  • the exemplary embodiments presented are therefore in to be considered in all respects as illustrative and not restrictive.
  • the control drive according to the invention of a piston internal combustion engine with variable combustion chamber and thus with a variable compression from a drive wheel 10 and at least one driven wheel 6, which have a traction means 5 are interconnected.
  • a known timing chain acts as traction means 5, a timing belt or the like.
  • the drive wheel 10 is on a not shown Crankshaft of the piston internal combustion engine (engine) while the driven gear 6 is arranged on a camshaft of the engine, not shown. Warehousing the crankshaft takes place in the lower part 2 of the crankcase and that of the camshaft in the cylinder head connected to the crankcase upper part.
  • the timing gear consists of two camshafts, each with an output gear 6 is arranged.
  • On the empty run of the traction means 5 is a known one Tensioning rail 4 arranged with a chain tensioner 9, which the traction means 5 of Control drive preloaded accordingly.
  • Upper part 1 or cylinder head and a lower part 2 of the crankcase are against each other movably arranged, creating a variable combustion chamber and thus a different one Compression of the engine is adjustable.
  • By the relative movement of Upper part 1 and lower part 2 of the crankcase changes the center distance of the Crankshaft opposite the camshaft.
  • a positively guided guide rail on the tension side of the timing gear 3 arranged.
  • the guide rail 3 is in its lower region via a pivot point 13 hinged to the lower part 2 of the crankcase.
  • the guide rail is in the upper part 3 with an adjusting device arranged on the upper part 1 or on the cylinder head 14 connected, which causes a positive guidance of the guide rail 3.
  • the adjusting device 14 consists of one on the upper part 1 and Cylinder head pivoted at a connecting rod articulation point 8 connecting rod 7, the is connected to an articulation point 15 arranged on the guide rail 3.
  • the arrangement of the connecting rod articulation point 8 on the upper part 1, the length of the connecting rod 7 and the arrangement of the articulation point 15 on the guide rail 3 takes place in such a way that the pivoting angle of the connecting rod 7 and the guide rail 3 is variable Free length of the traction device 5 according to the change in center distance of the crank and Compensates camshaft.
  • FIG. 2 A variant of the solution according to the invention is shown in FIG. 2.
  • the adjustment device 14 is arranged on the guide rail 3 Form curve 11 and a bolt arranged on the upper part 1 or on the cylinder head 12, the bolt 12 abutting the shape curve 11 of the guide rail 3.
  • the Shape curve 11 of the adjusting device 14 is designed such that the pivoting angle the guide rail 3 corresponding to the variable free length of the traction means 5 compensates for the change in center distance of the crankshaft and camshaft.
  • the shape curve 11 can also be fixed with the upper part 1 or with the cylinder head be connected and act against a pivot point on the guide rail 3.
  • the compression is changed by moving the one against the other arranged crankcase parts 1 and cylinder head and lower part 2.
  • the guide rail 3 rotatably mounted on the lower part 2 through the on the upper part 1 or the connecting rod 7 pivoted to the cylinder head.
  • the guide rail 3 With a relative movement from upper part 1 and lower part 2 swings in the direction of maximum compression the guide rail 3 in the direction of the traction means 3 and is the same together the chain tensioner 9 and the tensioning rail 4 the resulting greater free length of the traction device 3.
  • the pivoting angle of the connecting rod 7 and thus the Guide rail 3 is so proportional to the change in center distance of the crank and Camshaft designed that a constant phase position of the crankshaft and camshaft is secured.
  • the guide rail 3 with a relative movement of the upper part 1 and lower part 2 due to the the shape curve 11 shifting contact point of the stud 12 is pivoted.
  • the shape curve 11 is also designed so that when the variable free length of the traction means 5 a constant phase position of cam and Crankshaft is secured.

Description

Die Erfindung betrifft einen Steuertrieb einer Kolbenbrennkraftmaschine mit variablem Brennraum mit den im Oberbegriff des Patentanspruches 1 genannten Merkmalen.
Allgemein vorbekannt sind Motoren, bei denen durch relatives Verlagern der Kurbelwelle zum Zylinder deren Verdichtungsverhältnis beeinflusst wird. Vorbekannt sind dabei Lösungen, bei denen eine Verstellung an der Kurbelwelle bzw. am Zylinderkopf erfolgt. Problematisch erweist sich dabei der veränderte Achsabstand zwischen Kurbel- und Nockenwelle. Wird der durch die Änderung des Achsabstandes notwendige Ausgleich am Steuertrieb einseitig durch den Kettenspanner vorgenommen, so wird ein erhöhter Verstellweg des Kettenspanners erforderlich und die Phasenlage zwischen Nocken- und Kurbelwelle wird verändert.
Vorbekannt ist eine Verstelleinheit für den Steuertrieb eines Motors aus der DE 199 25 268 A1. Die Schrift zeigte eine in exzentrischen Ringen gelagerte Kurbelwelle eines Motors. Die exzentrischen Lagerringe sind verdrehbar im Motorgehäuse angeordnet und durch eine Verstelleinheit verdrehbar. Mit dem Verdrehen der Lagerringe wird die Lage der Kurbelwelle relativ zum Zylinder und damit dessen Verdichtungsverhältnis verändert. Der sich verändernde Achsabstand zwischen Nocken- und Kurbelwelle hat eine sich ändernde Kettenspannung zur Folge, die über ein quer zum Verlauf des Kettentrums bewegbares Spannrad ausgeglichen wird. Das Spannrad wird proportional zur Positionsänderung der Kurbelwelle verstellt und sichert eine gleichbleibende Spannung des Steuertriebs. Es ist vorgesehen, das Spannrad über eine Verstellmechanik mit der Verstelleinheit für die Kurbelwelle zu koppeln und damit eine proportionale Verstellung des Spannrades zu gewährleisten.
Nachteilig bei dieser Art der einseitigen Verstellung ist, dass einerseits ein größerer Gesamtspannweg des Kettenspanners benötigt wird, um die notwendige Kettenspannung zu erzielen und die zusätzliche Kettenlänge in Folge des sich verändernden Achsabstandes zwischen Nocken- und Kurbelwelle auszugleichen und dass andererseits durch die einseitige Verstellung des Kettenspanners eine Relativverdrehung zwischen Kurbel- und Nockenwelle des Steuertriebes erfolgt. Die Relativverdrehung hat eine Veränderung der Phasenlage zwischen Nocken- und Kurbelwelle und somit eine Steuerzeitänderung im Ventilsteuerbetrieb zur Folge, die wiederum entsprechend ausgeglichen werden muss.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Steuertrieb für den von der Kurbelwelle ausgehenden Antrieb mindestens einer Nockenwelle zu schaffen, der für einen Motor variabler Verdichtung, bei dem der Achsabstand zwischen Nocken- und Kurbelwelle veränderbar ist, den geänderten Achsabstand ausgleicht und dabei eine konstante Phasenlage zwischen Kurbel- und Nockenwelle sichert.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die im kennzeichnenden Teil des Hauptanspruches beschriebenen Mittel gelöst.
Durch die Anordnung einer drehbar am Unterteil des Kurbelgehäuses angelenkten Führungsschiene und einer am Oberteil angeordneten Verstelleinrichtung, die mit der Führungsschiene in Wirkverbindung steht, wird bei einer Veränderung des Verdichtungsverhältnisses des Motors durch Verschwenkung der Führungsschiene die variable freie Länge des Zugmittels eines Steuertriebes der Kolbenbrennkraftmaschine ausgeglichen. Gleichzeitig wird durch die Anordnung einer Führungsschiene zur Ausgleichung der auftretenden Zugmitteldifferenz, in Folge des veränderten Achsabstandes zwischen Kurbel- und Nockenwelle bei Änderung des Verdichtungsverhältnisses, eine Relativverdrehung zwischen Antriebs- und Abtriebsrad des Steuerantriebes vermieden. Dadurch wird sichergestellt, dass die für den Ventilsteuerbetrieb benötigten Steuerzeiten exakt eingehalten werden. Eine Nachregulierung der Steuerzeiten des Steuertriebes ist nicht erforderlich. Die Anordnung der zwangsgeführten Führungsschiene hat weiterhin zur Folge, dass bei einer Verdichtungsänderung der zusätzlich erforderliche Einschwenkwinkel der Spannschiene minimiert werden kann. Der benötigte Spannweg der Spanneinrichtung ist dadurch kleiner gegenüber den bekannten Vorrichtungen.
Durch die Ausnutzung der bei der Veränderung des Verdichtungsverhältnisses des Motors entstehenden Relativbewegung des Unterteils gegenüber dem Oberteil wird eine einfache mechanische Lösung zum Längenausgleich des Zugmittels des Steuertriebes bei Einhaltung einer konstanten Phasenlage zwischen Kurbel- und Nockenwelle geschaffen.
Durch entsprechende Gestaltung und Ausprägung der geometrischen Verhältnisse der Verstelleinrichtung ist der Längenausgleich des Zugmittels des Steuertriebes beeinflussbar, so dass auch bei Verstellung der Achsabstände zwischen Antriebs- und Abtriebsrad des Steuertriebes eine Relativverdrehung von Antriebs- und Abtriebsrad weitestgehend vermieden wird.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben, sie werden in der Beschreibung zusammen mit ihren Wirkungen erläutert.
Anhand einer Zeichnung wird nachfolgend ein Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. In den dazugehörigen Zeichnungen zeigen:
Fig. 1:
eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Steuertriebes im Querschnitt,
Fig. 2:
eine Variante der erfindungsgemäßen Lösung.
Die Erfindung wird erläutert an einer Kolbenbrennkraftmaschine mit variablem Brennraum, bei der die Veränderung des Brennraumes und damit der Veränderung des Achsabstandes zwischen Kurbel- und Nockenwelle durch Verstellung des gegeneinander bewegbar angeordneten Ober- 1 und Unterteils 2 der Kolbenbrennkraftmaschine erfolgt. Das Oberteil 1 kann dabei ein Teil des Kurbelgehäuses oder der mit dem Kurbelgehäuseoberteil verbundene Zylinderkopf des Motors sein, während das Unterteil 2 das Unterteil des Kurbelgehäuses ist. Die erfindungsgemäße Lösung kann auch bei anderen an sich bekannten Arten der Verstellung der Achslagen von Antriebs- und Abtriebsrad übertragen werden, ohne von den wesentlichen Merkmalen der Erfindung abzuweichen. Die dargelegten Ausführungsbeispiele sind deshalb in jeder Hinsicht als erläuternd und nicht als einschränkend zu betrachten.
Gemäß Figur 1 besteht der erfindungsgemäße Steuertrieb einer Kolbenbrennkraftmaschine mit variablem Brennraum und somit mit einer veränderbaren Verdichtung aus einem Antriebsrad 10 und wenigstens einem Abtriebsrad 6, die über ein Zugmittel 5 miteinander verbundenen sind. Als Zugmittel 5 fungiert eine bekannte Steuerkette, ein Zahnriemen oder dergleichen. Das Antriebsrad 10 ist auf einer nicht dargestellten Kurbelwelle der Kolbenbrennkraftmaschine (Motor), während das Abtriebsrad 6 auf einer nicht dargestellten Nockenwelle des Motors angeordnet ist. Die Lagerung der Kurbelwelle erfolgt im Unterteil 2 des Kurbelgehäuses und die der Nockenwelle im mit dem Kurbelgehäuseoberteil verbundenen Zylinderkopf. In dem Ausführungsbeispiel besteht der Steuertrieb aus zwei Nockenwellen, auf denen jeweils ein Abtriebsrad 6 angeordnet ist. Am Leertrum des Zugmittels 5 ist eine an sich bekannte Spannschiene 4 mit einem Kettenspanner 9 angeordnet, der das Zugmittel 5 des Steuertriebes entsprechend vorspannt.
Oberteil 1 bzw. Zylinderkopf und ein Unterteil 2 des Kurbelgehäuses sind gegeneinander bewegbar angeordnet, wodurch ein variabler Brennraum und somit eine unterschiedliche Verdichtung des Motors einstellbar ist. Durch die Relativbewegung von Oberteil 1 und Unterteil 2 des Kurbelgehäuses verändert sich der Achsabstand der Kurbelwelle gegenüber der Nockenwelle.
Erfindungsgemäß ist zur Ausgleichung der Länge des Zugmittels 5, in Folge des geänderten Achsabstandes zwischen Kurbel- und Nockenwelle bei einer Brennraumveränderung, am Zugtrum des Steuertriebes eine zwangsgeführte Führungsschiene 3 angeordnet. Die Führungsschiene 3 ist in ihrem unteren Bereich über einen Drehpunkt 13 am Unterteil 2 des Kurbelgehäuses angelenkt. Im oberen Teil ist die Führungsschiene 3 mit einer am Oberteil 1 bzw. am Zylinderkopf angeordneten Verstelleinrichtung 14 verbunden, die eine Zwangsführung der Führungsschiene 3 bewirkt.
Gemäß Figur 1 besteht die Verstelleinrichtung 14 aus einem am Oberteil 1 bzw. am Zylinderkopf schwenkbar an einem Pleuelanlenkpunkt 8 angelenkten Pleuel 7, der mit einem an der Führungsschiene 3 angeordneten Anlenkpunkt 15 verbunden ist. Die Anordnung des Pleuelanlenkpunktes 8 am Oberteil 1, die Länge des Pleuels 7 und die Anordnung des Anlenkpunktes 15 an der Führungsschiene 3 erfolgt derart, dass der Einschwenkwinkel des Pleuels 7 und der Führungsschiene 3 die variable freie Länge des Zugmittels 5 entsprechend der Achsabstandsänderung von Kurbelund Nockenwelle ausgleicht.
Eine Variante der erfindungsgemäßen Lösung ist in Figur 2 dargestellt. Dabei besteht die Verstelleinrichtung 14 aus einer an der Führungsschiene 3 angeordneten Formkurve 11 und einem fest am Oberteil 1 bzw. am Zylinderkopf angeordneten Bolzen 12, wobei der Bolzen 12 an Formkurve 11 der Führungsschiene 3 anliegt. Die Formkurve 11 der Verstelleinrichtung 14 ist derart gestaltet, dass der Einschwenkwinkel der Führungsschiene 3 die variable freie Länge des Zugmittels 5 entsprechend der Achsabstandsänderung von Kurbel- und Nockenwelle ausgleicht.
Die Formkurve 11 kann ebenfalls fest mit dem Oberteil 1 bzw. mit dem Zylinderkopf verbunden sein und gegen einem Anlenkpunkt an der Führungsschiene 3 wirken.
Die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Verstellung des Steuertriebes der Kolbenbrennkraftmaschine mit variablem Brennraum und somit mit einer einstellbaren Verdichtung ist folgende:
Die Veränderung der Verdichtung erfolgt durch Verstellung der gegeneinander bewegbar angeordneten Kurbelgehäuseteile 1 und Zylinderkopf und Unterteil 2. Bei einer entsprechenden Änderung des Verdichtungsverhältnisses wird, gemäß der in Figur 1 dargestellten Variante, durch die Relativbewegung von Ober- 1 und Unterteil 2 die am Unterteil 2 drehbar gelagerte Führungsschiene 3 durch das am Oberteil 1 bzw. am Zylinderkopf angelenkte Pleuel 7 verschwenkt. Bei einer Relativbewegung von Oberteil 1 und Unterteil 2 in Richtung maximaler Verdichtung schwenkt die Führungsschiene 3 in Richtung des Zugmittels 3 und gleicht gemeinsam mit dem Kettenspanner 9 und der Spannschiene 4 die dabei entstehende größere Freilänge des Zugmittels 3 aus. Der Einschwenkwinkel des Pleuels 7 und somit der Führungsschiene 3 ist so proportional zur Achsabstandsänderung von Kurbel- und Nockenwelle gestaltet, dass eine konstante Phasenlage von Kurbel- und Nockenwelle gesichert wird. Entsprechend der zweiten Variante wird die Führungsschiene 3 bei einer Relativbewegung von Oberteil 1 und Unterteil 2 aufgrund des sich auf der Formkurve 11 verschiebenden Anlagepunktes des Stehbolzens 12 verschwenkt. Entsprechend der jeweiligen Änderung der Verdichtung schwenkt die Führungsschiene 3 entweder in Richtung Zugtrum des Steuertriebes oder von diesem weg. Die Formkurve 11 ist dabei ebenso gestaltet, dass bei Ausgleich der variablen freien Länge des Zugmittels 5 eine konstante Phasenlage von Nocken- und Kurbelwelle gesichert wird.
Aufstellung der verwendeten Bezugszeichen
1
Oberteil des Kurbelgehäuses und Zylinderkopf
2
Unterteil des Kurbelgehäuses
3
Führungsschiene
4
Spannschiene
5
Zugmittel
6
Abtriebsrad
7
Pleuel
8
Pleuelanlenkpunkt
9
Kettenspanner
10
Antriebsrad
11
Formkurve
12
Bolzen
13
Drehpunkt der Führungsschiene
14
Verstelleinrichtung
15
Anlenkpunkt der Führungsschiene

Claims (7)

  1. Steuertrieb einer Kolbenbrennkraftmaschine mit variablem Brennraum mit folgender Bauart:
    einem aus Ober- mit Zylinderkopf und Unterteil bestehenden Kurbelgehäuse, das zur Verstellung des Verdichtungsverhältnisses der Kolbenbrennkraftmaschine gegeneinander verstellbar angeordnet sind,
    einem bei Verstellung des Verdichtungsverhältnisses veränderbaren Achsabstand zwischen einer Kurbelwelle und wenigstens einer Nockenwelle,
    einem mit der Kurbelwelle der Kolbenbrennkraftmaschine verbundenem Antriebsrad, das über ein Zugmittel mit wenigstens einem Abtriebsrad der Nockenwelle für den Steuertrieb verbunden ist,
    einer Lagerung der Kurbelwelle im Unterteil des Kurbelgehäuses und einer Lagerung der Nockenwelle im mit dem Oberteil des Kurbelgehäuses verbundenen Zylinderkopf,
    einer am Leertrum angeordneten, auf das Zugmittel wirkende Spannvorrichtung,
    dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Änderung des Verdichtungsverhältnisses des Motors eine konstante Phasenlage von Kurbel- und Nockenwelle dadurch eingehalten wird, daß drehbar am Unterteil (2) des Kurbelgehäuses eine auf der Seite des Zugtrums des Steuertriebes angeordnete, mit dem Zugmittel (5) in Eingriff stehende, zwangsgeführte Führungsschiene (3) angeordnet ist, die mit einer am Oberteil (1) angeordneten Verstelleinrichtung (14) verbunden ist und die Längedes Zugmittels (5) ausgleicht.
  2. Steuertrieb nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass das Oberteil (1) das Oberteil des Kurbelgehäuses oder der mit dem Oberteil des Kurbelgehäuses verbundene Zylinderkopf ist.
  3. Steuertrieb nach Anspruch 1 und 2,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Verstelleinrichtung (14) aus einem am Oberteil (1) beziehungsweise am Zylinderkopf schwenkbar an einem Pleuelanlenkpunkt (8) angelenkten Pleuel (7) besteht, das mit einem an der Führungsschiene (3) angeordneten Anlenkpunkt (15) verbunden ist.
  4. Steuertrieb nach Anspruch 1 bis 2,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung des Pleuelanlenkpunktes (8) am Oberteil (1), die Länge des Pleuels (7) und die Anordnung des Anlenkpunktes (15) an der Führungsschiene (3) so erfolgt, dass der Einschwenkwinkel des Pleuels (7) und der Führungsschiene (3) die variable freie Länge des Zugmittels (5) entsprechend der Achsabstandsänderung von Kurbel- und Nockenwelle ausgleicht.
  5. Steuertrieb nach Anspruch 1 und 2,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Verstelleinrichtung (14) aus einer an der Führungsschiene (3) angeordneten Formkurve (11) und einem fest am Oberteil (1) beziehungsweise am Zylinderkopf angeordneten Bolzen (12) besteht, wobei der Bolzen (12) an der Formkurve (11) der Führungsschiene (3) anliegt.
  6. Steuertrieb nach Anspruch 1 und 2,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Verstelleinrichtung (14) aus einer fest am Oberteil (1) beziehungsweise am Zylinderkopf angeordneten Formkurve (11) besteht, die an einem Punkt der Führungsschiene (3) anliegt.
  7. Steuertrieb nach Anspruch 1, 5 und 6,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Formkurve (11) der Verstelleinrichtung (14) derart gestaltet ist, dass der Einschwenkwinkel der Führungsschiene (3) die variable freie Länge des Zugmittels (5) entsprechend der Achsabstandsänderung von Kurbel- und Nockenwelle augleicht.
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