DE69709231T3 - Ventilzeitsteuerungsvorrichtung - Google Patents
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Description
- GEBIET DER ERFINDUNG
- Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Ventilsteuerzeitensteuervorrichtung und insbesondere auf die Ventilsteuerzeitensteuervorrichtung zum Steuern einer Winkelphasendifferenz zwischen einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine und einer Nockenwelle der Brennkraftmaschine.
- HINTERGRUND DER ERFINDUNG
- Im allgemeinen werden Ventilsteuerzeiten einer Brennkraftmaschine durch einen Ventilmechanismus bestimmt, der durch Nockenwellen in Übereinstimmung mit Eigenschaften der Brennkraftmaschine oder einer Spezifikation der Brennkraftmaschine angetrieben wird. Da ein Zustand der Verbrennung sich im Ansprechen auf die Drehzahl der Brennkraftmaschine ändert, ist es schwierig, optimale Ventilsteuerzeiten über den gesamten Drehzeitbereich zu erhalten. Deshalb wurde eine Ventilsteuerzeitensteuervorrichtung als ein Hilfsmechanismus des Ventilmechanismus in den letzten Jahren vorgeschlagen, der Ventilsteuerzeiten im Ansprechen auf den Zustand der Brennkraftmaschine ändern kann.
- Eine herkömmliche Vorrichtung dieser Art ist beispielsweise in dem
US-Patent Nr. 4 858 572 offenbart. Diese Vorrichtung umfasst einen Rotor, der auf eine Nockenwelle fixiert ist, ein Antriebselement, das durch das Drehmoment von einer Kurbelwelle angetrieben wird und das drehbar an der Nockenwelle montiert ist, um einen Rotor zu umschließen, eine Vielzahl an Kammern, die zwischen dem Antriebselement und dem Rotor definiert sind und von denen jede ein Paar an in der Umfangsrichtung gegenüberliegende Wände und eine Vielzahl an Flügel hat, die an dem Rotor montiert sind und die sich von diesem in der radialen Richtung in die Kammern hinein nach außen erstrecken, um jede der Kammern in eine erste Druckkammer und eine zweite Druckkammer zu teilen. Bei dieser Vorrichtung wird mit Druck beaufschlagtes Fluid zu einer gewählten Kammer d. h. der ersten Druckkammer oder der zweiten Druckkammer zugeführt ansprechend auf den Fahrzustand der Brennkraftmaschine, und eine Winkelphasendifferenz zwischen der Kurbelwelle und der Nockenwelle wird gesteuert, um die Ventilsteuerzeiten gegenüber der Kurbelwelle vorzuverlegen oder nachzuverlegen. Das mit Druck beaufschlagte Fluid wird von einer Ölpumpe geliefert. Die Ventilsteuerzeitensteuervorrichtung befindet sich bei dem maximal voreilenden Zustand, wenn jeder der Flügel sich mit einer der gegenüberliegenden Wände von jeder der Kammern in Kontakt befindet. Andererseits befindet sich die Ventilsteuerzeitensteuervorrichtung bei dem maximal nacheilenden Zustand, wenn jeder der Flügel sich in Kontakt mit der anderen der gegenüberliegenden Wände von jeder der Kammern befindet. - Wenn bei der Vorrichtung nach dem Stand der Technik die Brennkraftmaschine angehalten wird, hält die Ölpumpe die Lieferung des mit Druck beaufschlagten Fluids an. Die Menge des mit Druck beaufschlagten Fluids in der ersten Druckkammer und der zweiten Druckkammer nimmt mit dem Verstreichen der Zeit ab. Wenn dann die Brennkraftmaschine erneut gestartet wird, gibt es nicht ausreichend mit Druck beaufschlagtes Fluid in den Kammern. Deshalb dreht sich jeder der Flügel, um die Ventilsteuerzeiten zu verzögern und schlägt auf die gegenüberliegende Wand seiner Kammer auf. Das Aufschlaggeräusch ist unangenehm für den Fahrer und die Insassen, kann aber erfindungsgemäß vermieden werden. Demgemäss besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung in der Schaffung einer verbesserten Ventilsteuerzeitensteuervorrichtung ohne die vorstehend beschriebenen Nachteile.
- Wenn des weiteren die Nockenwelle zum Steuern der Auslassventile an der Vorrichtung nach dem Stand der Technik angebracht ist, werden die Öffnungs- und Schließzeitgebung der Auslassventile aufgrund des vorstehend erläuterten Vorgangs des Verzögerns der Ventilsteuerzeiten verzögert bzw. zum Nacheilen gebracht.
- Dadurch wird ein Überschneidungsphänomen größer. Das Überschneidungsphänomens bedeutet, dass die Auslassventile und die Einlassventile gleichzeitig geöffnet sind. Wenn der Ansaughub der Brennkraftmaschine während des Überschneidungsphänomens stattfindet, wird die angesaugte Ladung (Kraftstoff und Luft) von dem Einlassanschluss über den Auslassanschluss abgegeben, bevor sie durch die Zündkerzen gezündet wird, so daß sie unregelmäßig verbrannt wird und das Abgas verschmutzt. Nach einem bevorzugten Gesichtspunkt der Erfindung wird der vorstehende Nachteil vermieden.
- ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
- Erfindungsgemäß wird eine Ventilsteuerzeitensteuervorrichtung geschaffen mit: einem Rotor, der an einer Nockenwelle eines Motors fixiert ist, einem Gehäuseelement, das drehbar montiert ist an der Nockenwelle, um den Rotor zu umschließen, eine Einrichtung zum Antreiben des Gehäuseelements von einer Drehleistung des Motors; einer Kammer, die zwischen dem Gehäuseelement und dem Rotor definiert ist und ein Paar an in der Umfangsrichtung gegenüberliegende Wände hat; einem Flügel, der an dem Rotor montiert ist und sich von diesem in der radialen Richtung in die Kammer hinein auswärts erstreckt, um die Kammer in eine erste Druckkammer und eine zweite Druckkammer zu teilen; einer Fluidzufuhreinrichtung für die Zufuhr von Druck beaufschlagtem Fluid wahlweise zu einer aus der ersten oder der zweiten Druckkammer, wodurch eine Druckdifferenz zwischen den Druckkammern eingerichtet wird, um eine Relativdrehung zwischen dem Rotor und dem Gehäuseelement zu bewirken; und einer Einrichtung zum Sperren des Rotors und des Gehäuseelements bei einer vorgegebenen Relativwinkelanordnung und zum wahlweisen Freigeben dieses Sperreingriffs; wobei sie dadurch gekennzeichnet ist, dass ein Federelement in der Vorrichtung vorgesehen ist, um den Rotor in Richtung zu der Winkelposition zu drängen, bei der er gesperrt ist, wobei die Nockenwelle (
10 ) eines oder mehrere Auslassventile des Motors (E) steuert und das Federelement (92 ,93 ) wirkt, um den Rotor (30 ) zu einem voreilenden Ventilsteuerzeitenzustand hin vorzuspannen. - Die vorstehend dargelegten und zusätzliche Merkmale der vorliegenden Erfindung sind aus der folgenden detaillierten Beschreibung ihrer bevorzugten Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen ersichtlich.
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1 zeigt eine Schnittansicht des ersten Ausführungsbeispiels einer Ventilzeitensteuerungvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung. -
2 zeigt eine Seitenansicht von1 gemäß der vorliegenden Erfindung. -
3 zeigt eine Schnittansicht entlang der Linie III-III von1 gemäß der vorliegenden Erfindung. -
4 zeigt eine Schnittansicht entlang der Linie IV-IV von1 gemäß der vorliegenden Erfindung. -
5 ,6 und7 zeigen drei Ansichten ähnlich von4 , die verschiedene Abwandlungen zeigen. - Und
8 zeigt eine Schnittansicht ähnlich von1 des zweiten Ausführungsbeispiels einer Ventilzeitensteuerungvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung. - DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
- Eine Ventilzeitensteuervorrichtung gemäß den bevorzugten Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung wird unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
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1 bis7 zeigen ein erstes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Unter Bezugnahme auf1 hat eine Ventilzeitensteuervorrichtung des ersten Ausführungsbeispiels eine Auslassnockenwelle10 , eine Sensorscheibe20 , einen Rotor30 , eine Vielzahl an Flügeln40 und ein Gehäuse50 . Die Auslassnockenwelle10 ist an einem Zylinderkopf80 eines Motors E drehbar montiert. Die Auslassnockenwelle10 hat zwei ringförmige Nuten14 ,15 . Beide ringförmigen Nuten14 ,15 sind so ausgebildet, daß sie einen vorgegebenen Abstand zueinander aufrecht erhalten. Sowohl die Sensorscheibe20 als auch der Rotor30 sind an dem vorstehenden Ende der Auslassnockenwelle10 durch eine Schraube90 fixiert. Die Sensorscheibe20 hat drei kurze Vorsprünge21 ,22 ,23 in der Umfangsrichtung und einen langen Vorsprung24 in der Umfangsrichtung, wie dies in2 gezeigt ist. Die Sensorscheibe20 hat einen Kranz25 . Der Rotor30 hat eine Vielzahl an Nuten zum Einsetzen der Flügel40 , wie dies in4 bis7 gezeigt ist. Ein Seitenende des Gehäuses50 ist an einem Zahnriemenrad70 fixiert und das andere Seitenende des Gehäuses50 ist an der Seitenscheibe71 durch eine Schraube91 fixiert. Deshalb wirken das Gehäuse50 , das Zahnriemenrad70 und die Seitenscheibe71 einstückig. Auf das Zahnriemenrad70 wird ein drehendes Drehmoment über einen Riemen72 (oder eine Kette72 ) von einer Kurbelwelle83 übertragen, die durch den Motor E gedreht wird. Ein Stift60 kann eine Verbindung zwischen dem Rotor30 und dem Gehäuse50 herstellen, wenn der Rotor30 sich in Phase mit dem Gehäuse50 befindet. - Die Auslassnockenwelle
10 hat eine Vielzahl an (nicht gezeigten) Nocken. Jede Nocke veranlasst ein Öffnen und Schließen eines Auslassventils. Es gibt einen Kanal11 , der in der Auslassnockenwelle10 an ihrer axialen Mitte ausgebildet ist und sich in der axialen Richtung erstreckt. Ein Ende des Kanals11 ist mit der ringförmigen Nut14 über einen Kanal13 verbunden. Die ringförmige Nut14 ist mit einem Kanal81 verbunden, der in dem Zylinderkopf80 des Motors E ausgebildet ist. Andererseits gibt es eine Vielzahl an Kanälen12 , die in der Auslassnockenwelle10 ausgebildet sind und sich auf einem koaxialen Kreis um die axiale Mitte der Welle10 herum befinden und sich parallel in der axialen Richtung erstrecken. Ein Ende der Kanäle12 ist mit der ringförmigen Nut15 verbunden. Die ringförmige Nut15 ist mit einem Kanal82 verbunden, der in dem Zylinderkopf80 eines Motors E ausgebildet ist. Beide Kanäle81 und82 sind mit einer Fluidzufuhrvorrichtung100 verbunden. Die Fluidzufuhrvorrichtung100 weist ein Umschaltventil101 , eine Fluidpumpe102 und einen Regler103 auf. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist das Umschaltventil101 ein elektromagnetisches Vierwegeventil mit drei Positionen. Die Fluidpumpe102 wird durch den Motor E angetrieben und gibt das Fluid (= Öl) zum Schmieren des Motors E ab. Die Pumpe102 kann eine Pumpe zum Schmieren des Motors E sein. - Der Kanal
82 ist mit einem Anschluss A des Umschaltventils101 verbunden und der Kanal81 ist mit einem Anschluss B des Umschaltventils101 verbunden. Ein Anschluss P des Umschaltventils101 ist mit einem Abgabeabschnitt der Fluidpumpe102 über einen Kanal105 verbunden und ein Anschluss R des Umschaltventils101 ist mit einem Speicher104 über einen Kanal106 verbunden. Die Position des Umschaltventils101 wird durch den Regler103 bei einem ersten Zustand gesteuert, wie dies in1 gezeigt ist, wobei das abgegebene Fluid von der Pumpe102 zu dem Kanal82 zugeführt wird und der Kanal81 mit dem Speicher104 verbunden ist, bei einem zweiten Zustand sind alle Anschlüsse A, B, P, R unterbrochen, bei einem dritten Zustand1 wird das abgegebene Fluid von der Pumpe102 zu dem Kanal81 zugeführt und der Kanal82 ist mit dem Speicher104 verbunden, die wahlweise erhalten werden. Der Regler103 steuert die vorstehenden Zustände des Umschaltventils101 auf der Grundlage von Parametersignalen, wie beispielsweise der Motordrehzahl, dem Öffnungsgrad einer (nicht gezeigten) Drosselklappe usw. - In dem Rotor
30 und dem Gehäuse50 ist ein Ventilsteuerzeitensteuermechanismus V montiert. Der Rotor30 hat eine zylindrische Form. Wie dies in4 bis7 gezeigt ist, hat das Gehäuse50 eine Innenbohrung54 und ist drehbar an der äußeren Umfangsfläche des Rotors30 montiert, um den Rotor30 zu umschließen. Das Gehäuse50 hat dieselbe axiale Länge wie der Rotor30 und ist mit einer Vielzahl an Nuten51 versehen, die sich nach außen von der Innenbohrung54 in der radialen Richtung erstrecken und die in der Umfangsrichtung in gleichmäßigen Abständen getrennt sind. Das Gehäuse50 ist auch mit einer Vielzahl an Öffnungen53 für den Durchtritt der Schraube91 versehen. Die Öffnungen53 drängen in der axialen Richtung durch und sind in der Umfangsrichtung bei gleichmäßigen Abständen getrennt. - Dadurch sind eine Vielzahl an Kammern RO, die in der Umfangsrichtung bei gleichmäßigen Abständen getrennt sind und von denen jede ein Paar an in der Umfangsrichtung gegenüberliegende Wände
55 und56 hat, zusammen mit dem Rotor30 , dem Gehäuse50 , dem Zahnriemenrad70 und der Seitenscheibe71 definiert. An dem anderen Umfangsabschnitt des Rotors30 gibt es einige Nuten31 . Die Anzahl der Nuten31 ist gleich der Anzahl der Kammern RO. Jede der Nuten31 erstreckt sich in der radialen Richtung nach innen. Die Nuten sind bei gleichmäßigen Abständen in der Umfangsrichtung angeordnet. Die Flügel, die sich in der radialen Richtung in die Kammern RO hinein auswärts erstrecken, sind in den Nuten31 montiert. Dadurch ist jede der Kammern RO in eine erste Druckkammer R1 und eine zweite Druckkammer R2 geteilt, die beide fluiddicht voneinander getrennt sind. - Das Gehäuse
50 hat eine Öffnung52 , die sich in der radialen Richtung erstreckt. Die Öffnung52 kann den Stift60 aufnehmen, der in Richtung auf den Rotor30 durch eine Schraubenfeder61 gedrückt wird. Die Schraubenfeder61 wird durch eine Klemmeinrichtung63 über einen Halter62 gestützt. Andererseits hat der Rotor30 an seiner äußeren Umfangsfläche eine Öffnung32 , die sich nach innen in der radialen Richtung erstreckt, um den Stift60 aufzunehmen. - Der Rotor
30 ist mit einer Vielzahl an ersten Kanälen34 , einer Vielzahl an zweiten Kanälen36 und einem Kanal35 versehen. Die ersten Kanäle34 und der Kanal35 sind mit einander verbunden. Ein Ende von jedem der ersten Kanals34 ist mit dem Kanal11 verbunden und das andere Ende der ersten Kanäle34 ist mit jeder der ersten Kammern R1 verbunden. Andererseits ist ein Ende von jedem der zweiten Kanäle36 mit dem Kanal12 verbunden und das andere Ende der zweiten Kanäle ist mit jeder der zweiten Kammern R2 verbunden. - Es gibt eine Schraubenfeder
92 . Ein Ende der Schraubenfeder92 ist mit dem Rotor30 verbunden und das andere Ende der Schraubenfeder92 ist mit der Seitenscheibe71 verbunden, die an dem Gehäuse50 fixiert ist. Die Außenfläche des Kranzes25 der Sensorscheibe20 führt den Wickelabschnitt der Schraubenfeder92 , wie dies in1 gezeigt ist. - Der Betrieb der Ventilsteuerzeitensteuervorrichtung mit dem vorstehend beschriebenen Aufbau wird nun beschrieben.
- Die Auslassnockenwelle
10 wird entgegen dem Uhrzeigersinn durch das Zahnriemenrad70 gedreht. Dadurch werden (nicht gezeigte) Auslassventile geöffnet und geschlossen. - Der Druck des von der Ölpumpe
102 gelieferten Fluids wird erhöht. Mit dem sich ergebenden Druck beaufschlagtes Fluid wird zu dem Umschaltventil101 zugeführt. Dabei befindet sich das Umschaltventil101 bei dem ersten Zustand, wie dies in1 gezeigt ist, und Fluid wird zu den Kammern R2 über den Kanal82 , den Kanal12 und die zweiten Kanäle36 zugeführt. Dadurch werden die Flügel40 in der Richtung des Uhrzeigersinns zusammen mit dem Rotor30 und der Auslassnockenwelle10 gedreht. Beim Einsetzen des Stifts60 in die Öffnung32 des Rotors30 wird eine derartige Drehung beendet. Somit ist die Nockenwelle10 um einen Winkel gegenüber der Kurbelwelle83 voreilend. - Andererseits werden zum Zurückbringen der Auslassnockenwelle
10 von dem voreilenden Zustand zu dem nacheilenden Zustand die Flügel40 in der Richtung des Uhrzeigersinns gedreht, indem mit Druck beaufschlagtes Fluid zu den Kammern R1 über den Kanal81 , den Kanal11 und die ersten Kanäle34 zugeführt wird. Da der erste Kanal34 mit dem Kanal35 verbunden ist, drängt in die Öffnung32 zugeführtes mit Druck beaufschlagtes Fluid den Stift60 vollständig in die Öffnung52 des Gehäuses50 hinein, wie dies in5 gezeigt ist, wodurch die Verbindung zwischen dem Rotor30 und dem Gehäuse50 aufgehoben wird. Mit dem Erhöhen des Drucks in der Kammer R1 werden die Flügel40 in der Richtung des Uhrzeigersinns, wie dies in7 gezeigt ist, über den in6 gezeigten Zustand gedreht. Während der Nacheildrehbewegung der Flügel40 wird Fluid in jede der Kammern R2 zu dem Speicher104 über den Kanal36 , den Kanal12 , die zweiten Kanäle82 und das Umschaltventil101 abgelassen. - Wenn der Motor E angehalten wird, wird der Fluiddruck in den Kammern R1 und R2 mit dem Verstreichen der Zeit über ein nicht dargestelltes Spiel zwischen den Teilen, wie beispielsweise zwischen der Auslassnockenwelle
10 und dem Zylinderkopf80 abgelassen. Deshalb drängt die Schraubenfeder den Rotor30 in der zu dem Uhrzeigersinn entgegengesetzten Richtung, um den Stift60 in die Öffnung32 des Rotors30 hinein zu setzen. -
8 stellt ein zweites Ausführungsbeispiel dar, das genauer gesagt eine abgewandelte Anordnung einer Schraubenfeder93 ist. In8 sind die Teile, die jenen Teilen in1 entsprechen, mit den selben Bezugszeichen bezeichnet. Bei dieser abgewandelten Bauweise ist die Schraubenfeder93 innerhalb des Gehäuses50 zwischen dem Rotor30 und dem Zahnriemenrad70 angeordnet. Das Zahnriemenrad70 hat einen zylindrischen Hohlraum74 . Der zylindrische Hohlraum74 nimmt die Schraubenfeder93 auf, von der ein Ende mit dem Rotor30 verbunden ist und das andere Ende mit dem Zahnriemenrad70 verbunden ist, das an dem Gehäuse50 fixiert ist.
Claims (8)
- Ventilsteuerzeitenregelvorrichtung mit: einem Rotor (
30 ), der an einer Nockenwelle (10 ) eines Motors (E) fixiert ist; einem Gehäuseelement (50 ), das drehbar montiert ist an der Nockenwelle (10 ), um den Rotor (30 ) zu umschließen; einer Einrichtung (70 ) zum Antreiben des Gehäuseelements (50 ) von einer Drehleistung des Motors (E); einer Kammer (R0), die zwischen dem Gehäuseelement (50 ) und dem Rotor (30 ) definiert ist und ein Paar in der Umfangsrichtung gegenüberliegende Wände (55 ,56 ) hat; einem Flügel (40 ), der an dem Rotor (30 ) montiert ist und sich von diesem in der radialen Richtung nach außen erstreckt in die Kammer (R0) hinein, um die Kammer in eine erste Druckkammer (R1) und eine zweite Druckkammer (R2) zu teilen; einer Fluidzufuhreinrichtung (100 ) für die Zufuhr von Fluid unter Druck wahlweise zu einer aus der ersten oder zweiten Druckkammer (R1 oder R2), wodurch eine Druckdifferenz eingerichtet wird zwischen den Druckkammern (R1 und R2), um eine Relativdrehung zwischen dem Rotor (30 ) und dem Gehäuseelement (50 ) zu bewirken; und einer Einrichtung (60 ) zum Sperren des Rotors (30 ) und des Gehäuseelements (50 ) in einer vorgegebenen Relativwinkelanordnung und zum wahlweisen Lösen des Sperreingriffs; dadurch gekennzeichnet, dass ein Federelement (92 ,93 ) innerhalb der Vorrichtung vorgesehen ist, um den Rotor in die Winkelposition hin zu drängen, bei der er gesperrt ist, wobei die Nockenwelle (10 ) eines oder mehrere Auslassventile des Motors (E) steuert und das Federelement (92 ,93 ) wirkt, um den Rotor (30 ) zu einem voreilenden Ventilsteuerzeitenzustand hin vorzuspannen. - Ventilsteuerzeitenregelvorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Federelement (
92 ,93 ) eine Spiralfeder (92 ,93 ) ist und ein Ende der Spiralfeder an dem Rotor (30 ) fixiert ist und das andere Ende der Spiralfeder an dem Gehäuseelement (50 ) fixiert ist. - Ventilsteuerzeitenregelvorrichtung nach Anspruch 2, wobei der Rotor (
30 ) und das Gehäuseelement (50 ) zwischen der Spiralfeder (92 ) und dem Motor angeordnet sind. - Ventilsteuerzeitenregelvorrichtung nach Anspruch 3, wobei die Spiralfeder durch eine Sensorplatte (
20 ) geführt ist, die an dem Ende der Nockenwelle (30 ) angeordnet ist. - Ventilsteuerzeitenregelvorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Spiralfeder (
92 ,93 ) eine Torsionsfeder ist. - Ventilsteuerzeitenregelvorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Spiralfeder (
92 ,93 ) eine Achse hat, die mit der Achse der Nockenwelle (10 ) übereinstimmt. - Ventilsteuerzeitenregelvorrichtung nach Anspruch 6, wobei die Spiralfeder (
92 ) eine zylindrisch ausgebildete Spiralfeder ist, deren eines axiale Ende sich in einer zylindrischen Vertiefung in dem Rotor (30 ) befindet und an dem Rotor verankert ist und deren anderes axiales Ende sich in einem zylindrischen Raum zwischen einem an dem Gehäuseelement (50 ) befestigten Element (71 ) und einem an dem Rotor (30 ) befestigten Element (25 ) befindet. - Ventilsteuerzeitenregelvorrichtung nach Anspruch 6, wobei die Spiralfeder (
93 ) eine zylindrisch ausgebildete Spiralfeder ist, die sich in einem zylindrischen Hohlraum (74 ) in der Antriebseinrichtung (70 ) befindet.
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