DE3631733A1 - Vorrichtung an einer brennkraftmaschine zur aenderung des foerderbeginns und/oder der ventilsteuerzeiten - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung an einer Brenn­ kraftmaschine zur Änderung des Förderbeginns einer Ein­ spritzpumpe und/oder der Ventilsteuerzeiten, bestehend aus einem Getriebe, das zwischen Kurbelwelle und der die Steuernocken tragenden Welle geschaltet ist.

Eine Vorrichtung an einer Brennkraftmaschine zur Änderung des Förderbeginns und/oder der Ventilsteuerzeiten unter Zuhilfenahme eines Getriebes, das zwischen Kurbelwelle und der die Steuernocken tragenden Welle geschaltet ist, ist aus der DE-OS 32 24 951 bekannt.

An einer Hubkolbenbrennkraftmaschine ist zur Änderung der Ventil- und Einspritzsteuerzeiten die Steuerwelle winkel­ verstellbar unter Verwendung von miteinander kämmenden, schrägverzahnten Getrieberädern. Dabei ist das erste schrägverzahnte Getrieberad an beliebiger Stelle des Ge­ trieberäderzuges zwischen Kurbelwelle und Steuerwelle an­ geordnet. Das zweite schrägverzahnte Getrieberad sitzt axial gesichert auf einer parallel zur Steuerwelle ange­ ordneten Lagerachse, die neben dem schrägverzahnten, ein weiteres Getrieberad des Getrieberäderzuges trägt. Die La­ gerachse ist außerdem axial verschiebbar gelagert und an einem, eine feinfühlige axiale Verschiebung derselben mit dem zweiten schrägverzahnten und ggfs. auch weiteren Ge­ trieberad sicherstellenden Verstellmechanismus gekoppelt. Der Lagerachse ist schließlich noch eine ihre Arretierung in beliebiger Verschiebeposition sicherstellende Einrich­ tung zugeordnet. Diese Gesamtanordnung erlaubt eine Win­ kelverstellung der Steuerwelle um einige Winkelgrade.

Das bei dieser Vorrichtung Verwendung findende Getriebe ist vom Aufbau her sehr aufwendig und erlaubt aufgrund der Verstellung mit Hilfe des Verschiebens schrägverzahnter Zahnräder doch nur eine geringe Winkelverstellung der Steuerwelle und damit nur eine geringfügig Änderung der Ventilsteuerzeiten oder des Förderbeginns.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zu finden, die die genannten Nachteile nicht aufweist und die sich auszeichnet durch eine freie Wahl des Förderbeginns der Einspritzpumpe bzw. des Öffnungs­ zeitpunktes der Ventile bei laufendem und stehendem Motor; einer kompakten Bauweise, die einen Einbau an beliebiger Stelle zwischen Antriebsstrang und der die Steuernocken tragenden Welle erlaubt sowie durch eine hohe Verstellge­ schwindigkeit und besonders durch einen weiten, beliebigen Verstellbereich.

Diese Aufgabe wird mit Hilfe der kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Drehzahl-Überlagerungsgetriebe gestatten das beliebige Justieren bzw. Positionieren von Drehwinkeln und dadurch eine stufenlose Änderung der Ventilsteuerzeiten und des Förderbeginns, auch bei laufendem Motor, in einem weiten Bereich.

Die gewünschte Änderung kann vorteilhaft über eine Ver­ stelleinrichtung vorgenommen werden, die an dem Überlage­ rungsring eines Stirnrad- oder Kegelrad-Planetengetriebes angreift.

Der Überlagerungsring umfaßt bei einem Stirnrad-Planeten­ getriebe die Planetenräder, die sich bei feststehendem Überlagerungsring, durch das Sonnenrad angetrieben, innen auf dem Überlagerungsring abwälzen und dabei um das Son­ nenrad umlaufen. Die Umlaufbewegung der Planetenräder wird auf die Antriebswelle übertragen. Wird der Überlagerungs­ ring über die Verstelleinrichtung verdreht, wird diese Drehbewegung, je nach Drehsinn, der Drehbewegung der An­ triebswelle entweder zuaddiert oder abgezogen, so daß die Abtriebswelle der Antriebswelle entweder vor- oder nach­ eilt.

Ebenso läuft der Verstellvorgang bei einem Kegelrad-Plane­ tengetriebe ab. lm Gegensatz zum Stirnrad-Planetengetriebe stehen die Achsen der Planetenräder senkrecht zur An- und Abtriebsachse. Bei einem Überlagerungsgetriebe stehen die Achsen der Planetenräder senkrecht in dem zentrisch um An- und Abtriebsachse drehbaren Überlagerungsring. Eine Drehbewegung dieses Rings überlagert seine Bewegung der der Antriebswelle, so daß, je nach Drehsinn, die Abtriebs­ welle der Antriebswelle, wie bei einem Stirnrad-Planeten­ getriebe, entweder vor- oder nacheilt.

In einer Ausgestaltung der Erfindung ist die Verstellein­ richtung mit einem Regler verbunden. ln diesem Regler kön­ nen die verschiedenen, für den optimalen Betrieb einer Verbrennungskraftmaschine erforderlichen Betriebsparameter wie beispielsweise Drehzahl, Abgas-, Öl- und Kühlwasser­ temperatur, Gaspedalstellung, als Stellgrößen für die Ver­ stelleinrichtung umgesetzt werden. lm Gegensatz zu den herkömmlichen Spritzverstellern beispielsweise, die nur als drehzahlabhängige Fliehkraftversteller arbeiten, ist es mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung möglich, alle wichtigen Parameter für die von den verschiedenen Be­ triebsbedingungen abhängigen Förderbeginn-Kennfelder zu berücksichtigen. Das ist besonders wichtig für Dieselmoto­ ren im Hinblick auf zukünftige Anforderungen an die Quali­ tät der Abgase.

Weiterhin kann die Verstelleinrichtung der Vorrichtung mit einem elektromotorischen Antrieb ausgestattet sein. Elek­ tromotorische Antriebe weisen gegenüber der Verstellung von Hand den Vorteil auf, daß die im Regler verarbeiteten Signale direkt zu Steuerbefehlen für den elektromotori­ schen Antrieb umgesetzt werden können. Dadurch kann die Verstelleinrichtung sofort, ohne zeitlichen Verzug, auf jede Änderung der Betriebsparameter der Brennkraftmaschine reagieren.

Der elektromotorische Antrieb ist im Aufbau einfach und erlaubt den Anbau an ein Planetengetriebe in jeder belie­ bigen Lage. Um den Überlagerungsring elektromotorisch ver­ stellen zu können, kann dieser beispielsweise auf seinem äußeren Umfang eine Stirn- oder Schneckenverzahnung auf­ weisen und mit einem von einem Elektromotor angetriebenen Zahnrad, dem Verstellrad, im Eingriff stehen, wobei der Elektromotor, wie bereits beschrieben, seine Steuersignale von dem Regler erhält.

Anhand von zwei Ausführungsbeispielen wird die erfindungs­ gemäße Vorrichtung mit ihren erfindungswesentlichen Merk­ malen näher erläutert.

Fig. 1 zeigt ein Stirnrad-Planetengetriebe als erfindungs­ gemäße Vorrichtung zur Änderung des Förderbeginns und/oder der Ventilsteuerzeiten einer Brennkraftma­ schine in vereinfachter, schematischer Darstellung,

Fig. 2 die erfindungsgemäße Vorrichtung als Kegelrad- Planetengetriebe, ebenfalls in vereinfachter, schematischer Darstellung.

Im Stirnrad-Planetengetriebe nach Fig. 1 wird die An­ triebswelle 1 von der Kurbelwelle der hier nicht darge­ stellten Brennkraftmaschine angetrieben. Der Antrieb kann direkt erfolgen oder über ein hier nicht dargestelltes Ge­ triebe, damit die Drehzahl für den benötigten Zweck, bei­ spielsweise zur Steuerung des Förderbeginns einer Ein­ spritzpumpe, untersetzt werden kann. Die Untersetzung kann aber auch im Planetengetriebe selbst erfolgen.

Die Antriebswelle 1 treibt das Sonnenrad 2, um das die Planetenräder 3 umlaufen. Die miteinander verbundenen Achsen 4 der Planetenräder 3 sind zur Abtriebswelle 5 zu­ sammengefaßt, die mit der Antriebswelle 1 fluchtet und die Steuernocken zur Betätigung der Einspritzpumpe oder der Ventile tragen kann. Die Planetenräder 3 laufen einerseits um das Sonnenrad 2, andererseits innerhalb des sie um­ schließenden Überlagerungsrings 6. Erst der Überlagerungs­ ring 6 ermöglicht die Bewegungsübertragung von der An­ triebswelle 1 zur Abtriebswelle 5. Wenn er feststeht, müs­ sen bei angetriebenem Sonnenrad 2 die Planetenräder 3 zwangsweise um das Sonnenrad umlaufen und die zusammenge­ führten Achsen 4 der Planetenräder 3 drehen die Antriebs­ welle 5.

Wird der Überlagerungsring 6 verdreht, überträgt sich die­ se Drehbewegung bei angetriebener oder auch feststehender Antriebswelle 1 auf die Abtriebswelle 5. Bei einem Verdre­ hen des Überlagerungsring 6 im gleichen Drehsinn wie die Antriebswelle 1 wird die Drehbewegung der der Antriebswel­ le zuaddiert, bei entgegengesetzten Drehbewegungen abgezo­ gen.

Das Verdrehen des Überlagerungsringes 6, beispielsweise bei einem Spritzversteller zur Änderung des Förderbeginns, kann über eine Verstelleinrichtung 7 erfolgen. Ein Ver­ stellrad g, das als Zahnrad mit der Außenverzahnung des Überlagerungsrings 6 im Eingriff steht, wird von einem Elektromotor 9 angetrieben. Der Überlagerungsring kann auch eine Schneckenverzahnung aufweisen, wobei das Ver­ stellrad eine Schneckenwelle wäre.

Der Elektromotor 9 erhält seine Steuersignale 10 zum An­ trieb des Verstellrades 8 von einem Regler 11. Der Regler 11 wertet ständig die ihm zugehenden Meßgrößen 12 des je­ weiligen Betriebszustandes der Brennkraftmaschine aus, beispielsweise die Motordrehzahl, die Stellung des Gaspe­ dals, die Öltemperatur, und ermittelt dadurch den günstig­ sten Förderbeginn. Entsprechend diesem ermittelten Wert wird ein Steuersignal 10 an den Elektromotor 9 gegeben, der daraufhin über das Verstellrad 8 den Überlagerungsring 6 so verdreht, daß die Abtriebswelle 5 gegenüber der An­ triebswelle 1 um eine bestimmte Winkelgradzahl vor- oder nacheilt. Dadurch wird der Förderbeginn der Einspritzpumpe oder der Öffnungszeitpunkt der Ventile auf früh oder spät verschoben.

Ein Stirnrad-Planetengetriebe bietet die freie Wahl des Antriebs und Abtriebs, auch bei einem Überlagerungsgetrie­ be. So können beispielsweise die nach Fig. 1 bezeichneten Antrieb 1 und Abtrieb 5 vertauscht werden, also An­ triebswelle: 5, Abtriebswelle: 1, ohne daß sich dabei die vorgesehene Wirkungsweise ändert. Ändern können sich allerdings die Drehzahlen aufgrund der Umkehrung der Über­ setzungsverhältnisse.

Bei dem Stirnrad-Planetengetriebe ist beispielsweise auch denkbar, bei festgehaltener Welle 5 den Überlagerungsring 6 anzutreiben. Welle 1 wäre dann der Abtrieb. Bei Verdre­ hen von Welle 5 übernähme diese dann über die Planetenrä­ der 3 die Funktion eines Überlagerungsrings. Denkbar ist auch folgende Kombination: Antrieb:Welle 5, Abtrieb:Ring 6, Winkelverstellung, also Überlagerung:Verdrehen des Son­ nenrades 2 mittels Welle 1.

Fig. 2 zeigt ein Kegelrad-Planetengetriebe als erfindungs­ gemäße Vorrichtung. Zum besseren Verständnis sind die Tei­ le der Vorrichtung, die die gleiche Funktion erfüllen wie die Teile des Stirnrad-Planetengetriebes in Fig. 1, mit denselben Bezugsziffern versehen.

Auch bei diesem Getriebe wird die Antriebswelle 1 von der Brennkraftmaschine angetrieben. Das Sonnenrad 2 ist ein Kegelrad und die Übertragung der Drehbewegung auf die Ab­ triebswelle 5 erfolgt mit Hilfe der Kegelrad-Planetenräder 3 auf das auf der Abtriebswelle 5 befindliche Gegenrad 5′. Die Achsen der Planetenräder 3 stehen senkrecht zur An- und Abtriebswelle, 1 bzw. 5, und werden bei festste­ hendem Überlagerungsring 6 von diesem in ihrer Stellung fixiert. Das Gegenrad 5′ ist ein gleichgroßes Kegelrad wie das Sonnenrad 2 und hat dieselbe Zähnezahl. Somit dreht sich das Gegenrad 5′ mit der gleichen Umfangsgeschwindig­ keit wie das Sonnenrad 2, aber im entgegengesetzten Dreh­ sinn.

Ein Verstellen eines von dem Drehwinkel der Abtriebswelle 5 abhängigen Zeitpunkts eines Vorgangs, beispielsweise des Förderbeginns einer Einspritzpumpe, erfolgt wie beim Stirnrad-Planetengetriebe in Fig. 1 mittels des Überlage­ rungsrings 6.

Der Überlagerungsring 6 kann, wie im vorliegenden Bei­ spiel, auf seiner Außenseite mit einer Schneckenradver­ zahnung versehen sein, wobei das Verstellrad 8 als Schneckenwelle ausgebildet ist. Ebenfalls bei diesem Aus­ führungsbeispiel wird das Verstellrad 8 mittels eines Elektromotors 9 verstellt, dem die Steuersignale 10 von dem Regler 11 geliefert werden, der wiederum die ihm zuge­ henden Messgrößen 12 des Betriebszustandes der Brennkraft­ maschine auswertet.

Ein Verdrehen des Überlagerungsringes 6 in Drehrichtung der Antriebswelle 1 bewirkt eine Lageänderung der Achsen 4 der Planetenräder 3 um eine entsprechende Anzahl von Win­ kelgraden gegenüber dem Sonnenrad 2 und damit eine dem Ge­ genrad 5′ aufgezwungene gegenläufige Verdrehung. Die Ab­ triebswelle 5 wird also in bezug auf die Antriebswelle 1 gegenläufig verdreht. Wird der Überlagerungsring 6 gegen­ sinnig zur Drehrichtung der Antriebswelle 1 verdreht, wird diese Drehbewegung der Drehbewegung der Abtriebswelle 5 aufaddiert.

Die Verstelleinrichtung kann auch statt eines motorischen Antriebs einen pneumatischen oder hydraulischen Antrieb aufweisen. Auch eine Verstellung per Hand, unabhängig von der vorhandenen Verstelleinrichtung, kann vorgesehen sein, beispielsweise zur Grundeinstellung oder zum Ausgleich von Verschleiß.

Claims (7)

1. Vorrichtung an einer Brennkraftmaschine zur Ände­ rung des Förderbeginns einer Einspritzpumpe und/oder der Ventilsteuerzeiten, bestehend aus einem Getriebe, das zwi­ schen Kurbelwelle und der die Steuernocken tragenden Welle geschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Getriebe ein Dreh­ zahl-Überlagerungsgetriebe ist, das mit einer Verstellein­ richtung (7) gekoppelt ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Getriebe ein Stirn­ rad-Planetengetriebe ist, in dem sich die Planetenräder (3) mit einem Überlagerungsring (6) im Eingriff befinden.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Getriebe ein Kegelrad- Planetengetriebe ist, in dem die Planetenräder (3) drehbar an einem Überlagerungsring (6) befestigt sind.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstelleinrichtung (7) an dem Überlagerungsring (6) angreift.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstelleinrichtung (7) mit einem Regler (11) verbunden ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Regler (11) die unter­ schiedlichen Betriebsparameter, die Meßgrößen (12) des Be­ triebszustandes der Brennkraftmaschine, beispielsweise Drehzahl, Abgas-, Öl- und Kühlwassertemperatur, Gaspedal­ stellung, zum Steuersignal (10) für die Verstelleinrich­ tung (7) umgesetzt werden.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstelleinrichtung (7) der Vorrichtung mit einem elektromotorischen Antrieb (9) ausgestattet ist.