DE3126620C2

DE3126620C2 -

Info

Publication number: DE3126620C2
Application number: DE3126620A
Authority: DE
Inventors: Des Erfinders Auf Nennung Verzicht
Original assignee: Alfa Lancia SpA
Current assignee: Fiat Auto SpA
Priority date: 1980-07-31
Filing date: 1981-07-06
Publication date: 1991-01-10
Also published as: GB2080923A; US4421074A; DE3126620A1; GB2080923B; IT8023841A0; FR2487911B1; FR2487911A1; IT1150995B

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Veränderung der Steuerzeiten eines Verbrennungsmotors nach dem Gattungsbegriff des Anspruchs 1; eine solche Vorrichtung ist beispielsweise durch die DE-OS 29 09 803 bekannt.

Bekanntlich werden die Einlaß- und Auslaßven tile eines Viertakt-Verbrennungsmotors nur gemäß dem idealen Steuerdiagramm in Übereinstimmung mit den Totpunkten der Kolben geöffnet und geschlos sen, das heißt in Übereinstimmung mit den Win kelstellungen der Kurbelwelle, bei denen sich die Kolben in einer ihrer Endlagen befinden.

Bei der praktischen Verwirklichung der Moto ren ist dieses ideale Verhältnis der Gleichzei tigkeit nicht eingehalten, um den zahlreichen, wohlbekannten Faktoren, wie der Trägheit der Gase bzw. der zulässigen Beschleunigung in den sich von der geschlossenen in die offene Lage und um gekehrt bewegenden Ventilen, Rechnung zu tragen.

Die Phaseneinstellung zwischen der Motorwel le und der die Ventile steuernden Steuerwelle wird im allgemeinen so vorgewählt, daß die Motorlei stung für eine bestimmte Motordrehzahl am besten ist, doch kann sie bei anderen Drehzahlen bei die ser Einstellung unangemessen sein.

Es wurden daher Vorrichtungen zur Verände rung der Phaseneinstellung zwischen Motor- und Steuerwelle vorgeschlagen, um die Phase bei Verän derung der Motordrehzahl zu verändern.

Mit Hilfe der bekannten Vorrichtung können zwei verschiedene Steuerzeiten-Einstellungen abhängig davon angesteuert werden, ob die Motor-Drehzahl oberhalb oder unterhalb eines vorbestimmten Wertes liegt.

Im allgemeinen erschiene es wünschenswert, daß sich das Steuerdiagramm eines Fahrzeugmotors, welches durch eine Anzahl von Winkelwerten der ver frühten Öffnung und des verspäteten Schließens der Ventile bezüglich der Kolbentotpunkte defi niert ist, kontinuierlich sowohl in Abhängigkeit von der Drehzahl, als auch in Abhängigkeit vom Dros selungsgrad verändert. Es leuchtet aber ein, daß eine Vorrichtung, die eine derartige kontinuierli che Veränderung des Steuerdiagrammes verwirkli chen sollte, zu kompliziert wäre.

In der Praxis hat es sich jedoch herausgestellt, daß es angesichts der erwähnten, komplizierten Trägheitserscheinungen der Verbrennungsgase, die mit den zur Überführung dieser Gase durch die Ventile zur Verfügung stehenden Zeiten verknüpft sind, oft vorkommt, daß die bei einer sehr niedrigen Motordrehzahl idealen Steuerzeiten nicht sehr von denen abweichen, die für sehr hohe Drehzahlen ideal sind. Der Erfindung liegt mithin die Erkenntnis zugrunde, anstelle der idealen, kontinuierlichen, aber sehr komplizierten Steuervorrichtung eine solche Vorrichtung zu setzen, welche die obigen Erfahrungen auswertet.

Die Aufgabe, die der Erfindung zugrunde liegt, besteht mithin darin, eine technisch unkomplizierte Vorrichtung anzugeben, welche die Steuerzeiten der Ventile dann auf einen zweiten Einstellbereich umstellt, wenn die Motordrehzahl oberhalb einer ersten Drehzahl n₁ liegt, diesen Einstellbereich dann aber bei Drehzahlen oberhalb einer zweiten, höheren Drehzahl n₂ auf den ersten Einstellbereich zurückstellt.

Der Lösung dieser Aufgabe erfolgt gemäß dem Kennzeichen des Patentanspruchs 1.

In jeder der genannten drei Zonen, in die das Anwendungsfeld unter teil ist (bezüglich der Motordrehzahl), können bei gleichbleibender Steuerzeiteneinstellung die übrigen Einstellparameter (beispielsweise Gemisch verhältnis, Zündvorverstellung, Menge der Abgas rückführung usw.) auf den günstigsten Wert ein gestellt werden, um einen regelmäßigen Betrieb des Motors, geringsten Kraftstoffverbrauch und ge ringste Abgasmengen zu erzielen.

Unter Heranziehung der Fig. 1-5 wird nun ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Vorrichtung beschrieben.

Fig. 1 ist eine Schnittansicht der erfindungs gemäßen Vorrichtung in einer durch die Steuerwel lenachse geführten Ebene. Die

Fig. 2-4 zeigen das Schieberventil der Fig. 1 in größerem Maßstab und in den drei Einstellagen und

Fig. 5 ist eine Vorderansicht des Schieber ventils der Vorrichtung in zwei Einstellagen.

In Fig. 1 ist ein Ende einer Steuerwelle dar gestellt, die von der Motorwelle beispielsweise durch einen Kettentrieb angetrieben wird. Mit 10 ist eine Wand des Zylinderkopfes und mit 12 jener Teil des Zylinderkopfes bezeichnet, in dem das Endlager für den entsprechenden Zapfen der Steuerwelle 13 ange ordnet ist. Auf der zylindrischen Verlängerung 13′ der Steuerwelle 13 ist eine zylindrische Verlänge rung 14′ der Endscheibe 14 mittels Gewinde 15 auf geschraubt. Ein gleichachsig zur Steuerwelle ange ordnetes zylindrisches Zahnrad 16 ist drehbar auf der zylindrischen Fläche 17 der Steuer welle 13 und auf der zylindrischen Fläche 18 der Scheibe 14 gelagert. Axiale Verschiebungen des Zahnrades 16 gegenüber der Steuerwelle 13 und der Scheibe 14 sind durch einen Anschlag 19 der Welle 13 und einen Anschlag 20 der Scheibe 14 verhindert, welch letztere knapp neben dem Ende einer Innenzahnung 25 des Zahnrades 16 liegt. Das Zahnrad 16 besitzt ferner Au ßenzahnungen 21, mit denen die nicht dargestellte Kette zur Verbindung des Zahnrades mit der ebenfalls nicht dargestellten Kurbelwelle des Motors in Eingriff steht. Mit der Innenzahnung 25 des Zahnrades 16 kämmt eine Außenzahnung 23 eines Ringkolbens 22, der auch eine Innenzahnung 24 besitzt, die mit einer Außenzahnung 26 der Steuerwelle 13 kämmt. Mindestens eine der miteinander kämmenden Verzah nungen 24-26, 23-25 ist mit Schrägzähnen aus gestattet. Ferner erstreckt sich eine dieser beiden Verzahnungen axial weitaus weiter als die andere. Daraus ergibt sich, daß der Ringkolben 22 in dem durch das Zahnrad 16, die Scheibe 14 und die Steuer welle 13 begrenzten Ringraum verschiebbar ist; dadurch daß die beiden Verzah nungen stets in Eingriff bleiben, verdreht sich bei einer Rela tivbewegung des Ringkolbens 22 in axialer Richtung in bezug auf die Steuerwelle 13, die Scheibe 14 und das Zahnrad 16, die Steuerwelle in bezug auf das Zahnrad 16. Diese Verdrehung der Steuerwelle erfolgt auch der Kurbelwelle des Motors gegenüber, die mit dem Zahnrad 16 über die Kette verbunden ist. Die Größe dieser Verdrehung, das heißt der Phasen veränderung der Steuerwelle bezüglich der Motorwel le, hängt von der axialen Verschiebungsweite des Ringkolbens 22 gegenüber der Steuerwelle und von der Neigung der Schrägverzahnung (bzw. der Schrägver zahnungen) ab. Die beiden Verzahnungen 23-25, 24- 26 sind derart ausgebildet, daß sie den Ölfluß nicht behindern; das heißt entweder haben sie ein entspre chendes Spiel zwischen den Zähnen oder es fehlen ein oder mehrere Zähne.

In Fig. 1 ist der Ringkolben 22 in einer seiner Endlagen dargestellt, in dem er durch die Vorspannung einer Feder 27 mit dem End-Anschlag 20 der Scheibe 14 in Berührung gehalten ist. Ein Kennzeichen des Ringkol bens 22 besteht darin, daß er am entgegengesetzten Ende zu dem mit der Innen- und Außenzahnung verse henen Ende, eine innere und eine äußere kalibrierte zylindrische Fläche aufweist, die an entsprechenden kalibrierten zylindrischen Flächen anliegen, von denen eine 28 außen an der Steuerwelle 13 und die andere 29 innen an dem Zahnrad 16 vorgesehen ist. Das Radialspiel zwischen den Paaren miteinander in Berührung stehen der zylindrischen Flächen ist äußerst gering, so daß auch die Möglichkeit eines Durchtrittes von Drucköl zwischen diesen Flächenpaaren sehr gering ist. Auf die Ringfläche des Ringkolbens 22, die senkrecht zur Achse steht und jener gegenüberliegt, auf welche die Feder 27 einwirkt, kann ein hydrau lischer Druck von solcher Größe wirken, daß die Vorspannung der Feder 27 überwunden und der Kolben in einer Richtung entgegen der Wirkungsrichtung der Feder 27 bis zum Anliegen an einem End-Anschlag 30 der Steuerwelle 13 verschoben wird, der den zweiten Endanschlag für den Kolben 22 bildet. Das Drucköl kann den Kolben durch Löcher 31, 31′ sowie durch einen kalibrierten Durchlaß 33 und eine in der Steuerwelle 13 ausgenommene Leitung 34 erreichen. In die Leitung 34 gelangt das Öl von einer Ringnut 32 der Welle 13 und von einer Leitung 35 im Kopfteil 12, die das Schmieröl dem Lager für die Welle 13 im Kopfteil 12 zuführt. Eine in der Verlängerung 14′ ausgenommene Leitung 36 kann mit dem Inneren des Motorkopfes über die Ölabflußöffnungen 37 und 38 (besser in Fig. 5 sichtbar) verbunden werden, wenn sich die eine oder die andere dieser Ölabflußöffnungen einer Ringnut 39 des Schiebers 40 des in der Endscheibe 14 angeordneten Schieber ventils gegenüberliegt.

Wie sich aus den Fig. 2-4 klar ergibt, be sitzt der Ventil-Schieber 40 zwei durch die Ringnut 39 von einander getrennte zylindrische Abschnitte 41, 42, von denen der Abschnitt 42 einen Innenraum 43 auf weist, der einen Kolben 44 verschiebbar aufnimmt, dessen Kolbenstange 45 an einem Feder-Teller 46 befestigt ist. Zwischen dem Kolben 44 und einem ringförmigen An schlag 48 an der Wand des zylindrischen Abschnittes 42 liegt eine erste Feder 47 und zwischen dem Feder-Teller 46 und einem Ringbund 50 in der Scheibe 14 liegt eine zweite Feder 49, die schwächer als die erste Fe der 47 ist.

Der Ventil-Schieber 40 trägt außermittig zur Achse der Steuerwelle 13 eine Excenter-Masse 51, die zufolge der Fliehkraftbeschleunigung in der Lage ist, auf den Ventil- Schieber eine nach außen gerichtete Kraft auszuü ben, welche mit Zunahme der Drehzahl der Steuerwel le größer wird.

Während des Betriebes des Motors bleibt der Ventil- Schieber 40 solange in der Lage gemäß Fig. 2, als die Fliehkraft, der die Exzentermasse 51 unter liegt, nicht die Vorspannung der beiden Federn 47 und 49 übersteigt. In diesem Zustand befindet sich der Ventil-Schieber 40 in seiner ersten Einstellage, in der die Ringnut 39 die Leitung 36 mit der Ölabfluß öffnung 38 verbindet, so daß das durch die Leitung 35 im Kopf 12 zufließende Drucköl abgelassen wird. Demzufolge wird der Ringkolben 22 durch die Feder 27 in seine erste Endlage gegen den End-Anschlag 20 ge drückt (wie in Fig. 1 dargestellt) und er stellt eine erste Phaseneinstellung der Steuerwelle 13 in bezug auf das Zahnrad 16 und somit in bezug auf die Motorwelle her.

Wenn die Drehzahl der Steuerwelle 13 den Wert n₁ überschreitet, dann wird die auf die Exzenter masse 51 zurückzuführende Fliehkraft größer als die Vorspannung der schwächeren Feder 49 und der Ventil-Schieber 40 wird in bezug auf die Scheibe 34 nach außen verscho ben (wie in Fig. 3 gezeigt). In diesem Zustand be findet sich der Ventil-Schieber 40 in seiner zweiten Ein stellage mit der Ringnut 39 in Verbindung mit der Leitung 36, wobei jedoch seine zylindrischen Abschnit te 41 und 42 die Ölabflußöffnungen 37 und 38 absperren.

Das aus der Leitung 35 kommende Drucköl kann nicht abfließen und bleibt unter Druck, wobei es auf diejenige Ringwand des Ring-Kolbens 22, der jener gegen überliegt, auf die die Feder 27 einwirkt, eine Kraft ausübt, die geeignet ist, die Kraft der Feder 27 zu überwinden und den Ring-Kolben 22 in seine zweite End lage gegen den End-Anschlag 30 zu verschieben. Diese Ver schiebung des Ringkolbens 22 ruft eine Verdrehung der Steuerwelle 13 gegenüber dem Zahnrad 16 und so mit gegenüber der Motorwelle hervor, so daß die Steuerwelle der Motorwelle gegenüber eine zweite Phasenstellung einnimmt.

Überschreitet schließlich die Drehzahl der Steuerwelle den Wert n₂ (der größer ist als der Wert n₁), dann überwindet die auf die Exzentermas se 51 zurückzuführende Fliehkraft auch die Vorspan nung der stärkeren Feder 47 und verschiebt den Ventil-Schieber 40 ge genüber der Scheibe 14 weiter nach außen (wie in Fig. 4 gezeigt). Der Schieber 40 befindet sich so mit in seiner dritten Einstellage mit der Ringnut 39, welche die Leitung 36 mit der Ölabflußöffnung 37 in Verbindung setzt, durch die das von der Leitung 35 kommende Öl abgelassen wird. In diesem Zustand wirkt der Feder 27 nicht mehr der Öldruck entgegen, so daß sie den Ringkolben 22 in seine erste Endlage zurückverschiebt, wodurch die Steuer welle 13 zurückverdreht wird in den Zustand, in dem sie eine Phasenlage bezüglich der Motorwelle ein nimmt, die der oben beschriebenen ersten Phasenlage entspricht.

Aus den Fig. 2-4 ergibt sich klar, daß der Ventil-Schieber 40 im Gleichgewicht steht und keinen Querkräften zu seiner Achse ausgesetzt ist, nachdem seine Ringnut 39 stets mit der Ölzuflußleitung 36 in Verbindung steht, auch wenn er die Ölabfluß öffnungen 37 und 38 schließt (siehe Fig. 3), so daß sich der Öldruck längs seines gesamten Umfan ges verteilt und die folglichen Radialkräfte im Gleichgewicht stehen.

Die Fig. 5 zeigt den Ventil-Schieber 40 und die Exzen termasse 51 in zwei Einstellagen, und zwar links in der dritten Einstellage und rechts in der zweiten Einstellage.

Claims

1. Vorrichtung zur Veränderung der Steuerzeiten eines Verbrennungsmotors, insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit einer ersten Steuerwelle zur Steuerung der Einlaßventile und einer zweiten Steuerwelle zur Steuerung der Auslaßventile, wobei beide Steuerwellen mit einem Zahnrad zum Antrieb seitens der Kurbelwelle des Motors und zu ihrer Phaseneinstellung in bezug auf die Kurbelwelle versehen sind, wobei mindestens eine Steuerwelle (13) mit dem zugehörigen Zahnrad (16) über einen Ringkolben (22) gekuppelt ist, der sowohl eine Außen- (23) als auch eine Innenverzahnung (24) aufweist,

- wobei die Außenverzahnung (23) in eine Innenverzahnung (25) des Zahnrades (16) eingreift und die Innenverzahnung (24) in eine Außenverzahnung (26) der Steuerwelle (13), und
- wobei mindestens eine der Zahnpaarungen (23, 25 bzw. 24, 26) als Schrägverzahnung ausgebildet und der Ringkolben (22) axial zwischen Endanschlägen (20, 30) verschiebbar ist, durch eine Feder (27) jedoch gegen einen (20) der beiden Endanschläge federbelastet ist, und
- wobei ferner der den Ringkolben (22) aufnehmende Raum an seiner der Feder (27) gegenüberliegenden Seite über einen kalibrierten Durchlaß (33) mit dem Schmierölkreislauf (34, 35) des Motors verbunden ist und über eine in einem Ventilschieber (40) angeordnete Ringnut (39) mit einem Ölabfluß verbindbar ist, wobei der Ventilschieber senkrecht zur Achse der Steuerwelle gegen Federkraft durch eine Exzentermasse (51) verschiebbar ist,

dadurch gekennzeichnet, daß
dem Ventilschieber (40) zwei in dessen Verschieberichtung hintereinander liegende Ölabflußöffnungen (37, 38) zugeordnet sind, deren einander zugewandte Ränder einen Abstand voneinander haben, der größer ist als die axiale Länge der Ringnut (39), und
daß die auf den Ventilschieber (40) einwirkende Federkraft durch eine stärkere (47) sowie eine schwächere Druckfeder (49) aufgebracht wird, wobei die schwächere Feder (49) zwischen einem Anschlag (50) im Ventilschiebergehäuse und einer im Ventilschieber selbst gleitenden Kolbenstange (45) an deren herausragendem Ende angeordnet ist, und die stärkere Feder (47) zwischen einem Anschlag (48) am Ventilschieber und dem Kolben (44) an der Kolbenstange (45) angeordnet ist,
und wobei die Zusammendrückbarkeit der schwächeren Feder (49) in einer Stellung des Ventilschiebers (40) beendet ist, in der die Ringnut (39) des Ventilschiebers (40) zwischen den Abflußöffnungen (37, 38) liegt, so daß in dieser Stellung der Ölabfluß verschlossen ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolbenstange (45) an ihrem aus dem Ventilschieber (40) herausragendem Ende einen Federteller (46) aufweist, an dem sich die schwächere Feder (49) abstützt und der einen solchen Durchmesser hat, daß er sich auf dem Rand der die Feder (49) aufnehmenden Bohrung abstützen kann.