DE19529563A1

DE19529563A1 - Phase position shifter for shaft in IC engine - has segment parts on driven and driving gears, to alter effective roll-on radii

Info

Publication number: DE19529563A1
Application number: DE1995129563
Authority: DE
Inventors: Alfred Dipl Ing Ottowitz
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 1995-08-11
Filing date: 1995-08-11
Publication date: 1997-02-13

Abstract

The device has a driving gear, a driven gear, and an endless wrap element. A segment part (28,30) is adjustably positioned on the gears (10,16), to alter their effective roll-off radii. In active position, the segment part causes a relative adjustment between gear and wrap element (18) by at least one tooth. The segment parts are positioned beside the gears when in rest position, and hump-like on the gears when in active position. The parts are held pivoted or slidable and are moved hydraulically.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Verstellen der Phasenlage zu mindest einer Welle in einem Steuerungsantrieb einer Brennkraftmaschine, insbesondere zumindest einer angetriebenen Nockenwelle, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.The invention relates to a device for adjusting the phase position at least one shaft in a control drive of an internal combustion engine, in particular at least one driven camshaft, according to the Preamble of claim 1.

Bekannt sind beispielsweise Vorrichtungen zum Verstellen der Phasenlage von Nockenwellen von ventilgesteuerten Brennkraftmaschinen mit verstell baren Spannern, die am Umschlingungsmittel, z. B. einer Kette oder einem Zahnriemen, an deren Los- und Lasttrum angreifen und deren Längen ent sprechend verstellen. Abhängig von den konstruktiven Gegebenheiten ist deren Verstellbereich jedoch begrenzt und deren Anordnung aufgrund bauli cher Beengtheit oft problematisch.Devices for adjusting the phase position are known, for example of camshafts of valve-controlled internal combustion engines with adj cash tensioners, which on the belt, z. B. a chain or a Timing belts, on the loose and load strands and their lengths ent adjust speaking. Depends on the design conditions however, their adjustment range is limited and their arrangement due to construction Confinement is often problematic.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung der gattungsgemäßen Art vorzuschlagen, die bei baulich günstiger Anordnung eine schnelle Verstel lung über große Verstellwinkel ermöglicht.The object of the invention is to provide a device of the generic type propose a quick adjustment with a structurally favorable arrangement enables large adjustment angles.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den weiteren Patentansprüchen entnehmbar.This object is achieved with the characterizing features of claim 1 solved. Advantageous developments of the invention can be found in the further claims.

Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, an dem antreibenden und dem ange triebenen Zahnrad jeweils ein den wirksamen Abwälzradius der Zahnräder änderndes Segmentteil anzuordnen, welches beabsichtigt je Umdrehung des Zahnrades einen Zahnsprung oder auch ein Überspringen mehrerer Zähne in Drehrichtung oder entgegengesetzt zur Drehrichtung bewirkt. Durch mehrmaliges Wirksamschalten des Segmentteiles kann dann je Zahn radumdrehung eine Vor- oder Nachverstellung der Phasenlage zumindest um je einen Zahn bewerkstelligt werden. According to the invention it is proposed to the driving and the driven gear each the effective rolling radius of the gears to arrange changing segment part, which intends per revolution a gear jump or a skipping of several Teeth in the direction of rotation or opposite to the direction of rotation. By activating the segment part several times per tooth wheel rotation a pre or post adjustment of the phase position at least one tooth each.

Das Segmentteil kann einen integralen Abschnitt des Zahnrades bilden, in dem z. B. ein Umfangsabschnitt des Zahnrades radial nach außen definiert verstellt wird, oder es kann bevorzugt gemäß Anspruch 2 seitlich an dem Zahnrad angeordnet sein und höckerförmig auf den Außenumfang des Zahnrad aufgeschoben oder entsprechend eingeschwenkt werden. Selbst verständlich steuert man dieses Aufschieben oder Einschwenken in einem freien Umfangsabschnitt des Zahnrades, d. h., in einem Umfangsabschnitt, der nicht von dem Umschlingungsmittel bedeckt ist.The segment part can form an integral portion of the gear, in the z. B. defines a peripheral portion of the gear radially outward is adjusted, or it can preferably according to claim 2 on the side Be gear and bump-shaped on the outer circumference of the Gearwheel pushed on or swung in accordingly. Yourself understandably you control this sliding or swiveling in one free peripheral portion of the gear, d. i.e., in a peripheral portion, that is not covered by the belt.

Bevorzugt werden die Segmentteile hydraulisch betätigt, dies kann bei spielsweise durch einen entsprechenden Anschluß der hydraulischen Steue rung an das Druckumlaufschmiersystem der Brennkraftmaschine erfolgen.The segment parts are preferably actuated hydraulically, this can be done with for example by a corresponding connection of the hydraulic control tion to the pressure circulation lubrication system of the internal combustion engine.

Besonders vorteilhaft kann an einer den Zahnrädern benachbarten Maschi nenwand eine hydraulisch verstellbare Rampe vorgesehen sein, die beim Vorbeilaufen des Zahnrades bzw. des darauf befestigten, schwenkbaren Segmentteiles dieses in die Wirklage bewegt. Die Rampe wird dabei ab hängig von der Drehlage der Zahnräder, die mittels Drehwinkelsensoren abfragbar ist, entsprechend hydraulisch ausgefahren.Can be particularly advantageous on a machine adjacent to the gears nenwand a hydraulically adjustable ramp can be provided, which at Passing the gear wheel or the swivel mounted on it Segment part of this moved into the active position. The ramp is off dependent on the rotational position of the gears, which is achieved using rotational angle sensors can be queried, extended hydraulically accordingly.

Die Zurückverstellung der Segmentteile in deren Ruhelage kann bevorzugt mittels vorgespannter Federn automatisch erfolgen.The readjustment of the segment parts in their rest position can be preferred automatically by means of pre-tensioned springs.

Die bei der Verstellung der Phasenlage kurzzeitig zwangsläufig erfolgende Längenänderung des Umschlingungsmittels kann durch die Anordnung zumindest eines auf das Umschlingungsmittel wirkenden Spannmittels ausgeglichen werden. Derartige Spannmittel sind zur Aufrechterhaltung ei ner gleichmäßigen Spannung des Umschlingungsmittels ohnehin erforder lich. Bevorzugt kann die Betätigung des Spannelementes hydraulisch erfol gen, wobei dessen Betätigung derart an die hydraulische Steuerung der Segmentteile bzw. der ausfahrbaren Rampen angekoppelt ist, daß Überbe anspruchungen des Umschlingungsmittels bzw. hörbare Geräusche wäh rend der Verstellung weitgehendst ausgeschlossen sind.The one that inevitably takes place briefly when adjusting the phase position The arrangement can change the length of the belt at least one tensioning means acting on the wrapping means be balanced. Such clamping means are egg to maintain Necessary uniform tension of the belt anyway Lich. The actuation of the tensioning element can preferably be carried out hydraulically gene, its actuation to the hydraulic control of the Segment parts or the extendable ramps is coupled that Überbe strains of the belt or audible noises are largely excluded during the adjustment.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist im folgenden mit weiteren Einzel heiten näher erläutert. Die schematische Zeichnung zeigt rechtsseitig eine Draufsicht auf eine Vorrichtung zum Verstellen der Phasenlage einer Nocken welle und linksseitig eine Seitenansicht der Nockenwelle mit der hydrau lisch gesteuerten Rampe zum Verschwenken eines auf dem Zahnrad gela gerten Segmentteiles.An embodiment of the invention is in the following with further details explained in more detail. The schematic drawing shows one on the right Top view of a device for adjusting the phase position of a cam shaft and left side a side view of the camshaft with the hydrau Lisch controlled ramp for pivoting a gela on the gear segment part.

Die gezeigte Vorrichtung setzt sich im wesentlichen zusammen aus einem auf der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine befestigten, antreibenden Zahn rad 10 und einem auf einer Nockenwelle 12 mittels einer Schraube 14 be festigtem abtreibenden Zahnrad 16, welche Zahnräder über ein Umschlin gungsmittel bzw. eine Kette 18 trieblich miteinander verbunden sind. Ferner ist im Lostrum 18a der Kette 18 ein Spanner 20 vorgesehen, der mittels ei ner Kolben-Zylindereinheit 22, 24 mit einem Gleitschuh 26 die Kette 18 mit einer definierten Grundvorspannung vorspannt.The device shown is composed essentially of a fixed on the crankshaft of the internal combustion engine, driving toothed wheel 10 and one on a camshaft 12 by means of a screw 14 be fastened abortive gear 16 , which gears via a belt or chain 18 drivingly together are connected. Further, a tensioner 20 is in the slack strand 18 a of the chain 18 is provided, which by means of egg ner-piston cylinder unit 22, 24 with a slide shoe 26 biasing the chain 18 with a defined basic prestress.

An einem jedem Zahnrad 10, 16 ist ein im wesentlichen baugleiches Seg mentteil 28, 30 in der gezeigten Anordnung am jeweiligen Ketteneinlauf be weglich gelagert; der einfachheithalber ist nur das Segmentteil 28 im folgen den näher beschrieben. Den Segmentteilen gegenüberliegend sind an den Zahnrädern 10, 16 Massen-Ausgleichsgewichte 29, 31 angeordnet.On each gear 10 , 16 is a substantially identical seg ment part 28 , 30 in the arrangement shown at the respective chain inlet be movably supported; for the sake of simplicity, only the segment part 28 is described in more detail below. Opposite the segment parts, mass counterweights 29 , 31 are arranged on the gears 10 , 16 .

Das Segmentteil 28 an dem Zahnrad 16 ist an einer an dem Zahnrad 16 befestigten Konsole 32 über eine Achse 34 und einen Arm 36 schwenkbar gelagert, wobei das eigentliche Segmentteil 28a mit einer radial innen lie genden Verzahnung 38 versehen ist, die im eingeschwenkten Zustand form schlüssig mit Zähnen 40 des Zahnrades 16 zusammenwirkt. Der kreisseg mentartige Außenumfang 42 dient dabei zum Auflaufen der Kette 18, wobei dessen Längserstreckung derart berechnet ist, daß dessen Länge der An zahl der überdeckten Zähne 40 des Zahnrades 16 plus einem Zahn ent spricht. D. h., daß die Kette 18 durch das Segmentteil 28a (bzw. 30a) aus dem formschlüssigen Eingriff mit dem Zahnrad 16 ausgehoben und unter Verschiebung um einen Zahn 40 wieder in die Verzahnung des Zahnrades 16 einläuft.The segment part 28 on the gear 16 is pivotally mounted on a bracket 32 fastened to the gear 16 via an axis 34 and an arm 36 , the actual segment part 28 a being provided with a radially inner toothing 38 , which form in the pivoted-in state cooperates with teeth 40 of the gear 16 . The Kreisseg ment-like outer circumference 42 is used to run up the chain 18 , the longitudinal extent of which is calculated such that its length corresponds to the number of covered teeth 40 of the gear 16 plus one tooth. This means that the chain 18 is lifted out of the positive engagement with the gear 16 by the segment part 28 a (or 30 a) and runs back into the toothing of the gear 16 by displacement by a tooth 40 .

An der den beiden Zahnrädern 10, 16 benachbarten Maschinenwand 44 der Brennkraftmaschine ist jeweils im freien Umfangsbereich der Zahnräder 10, 16 an deren Ketten-Einlaufbereich eine Kolben-Zylindereinheit 46, 48 an geordnet, wobei der Kolben 46 jeweils eine Rampe 50, 52 (die Rampe 50 in der linken Seitenansicht ist um 90° gedreht gezeichnet) trägt. Über die Rampen 50, 52 kann - sofern diese hydraulisch ausgefahren sind - das Seg mentteil 28 bzw. 30 alternierend auf einen Umfangsbereich des Zahnrades 10 bzw. 16 höckerförmig aufgeschwenkt werden, wobei durch Auflaufen der Kette 18 im Falle des Zahnrades 16 eine Verstellung der Nockenwelle 12 entgegen der eingezeichneten Drehrichtung und im Falle des Zahnrades 10 eine Verstellung der Nockenwelle 12 in der Drehrichtung bewerkstelligt wer den kann.On the two gear wheels 10 , 16 adjacent machine wall 44 of the internal combustion engine, a piston-cylinder unit 46 , 48 is arranged in the free circumferential area of the gear wheels 10 , 16 at their chain inlet area, the piston 46 each having a ramp 50 , 52 (the Ramp 50 in the left side view is drawn rotated by 90 °). About the ramps 50 , 52 - provided that they are hydraulically extended - the segment part 28 or 30 alternately on a circumferential region of the gear 10 or 16 are pivoted in a hump-shaped manner, by running up the chain 18 in the case of the gear 16 an adjustment of the camshaft 12 against the indicated direction of rotation and in the case of the gear 10 an adjustment of the camshaft 12 in the direction of rotation accomplished who can.

Die Verstellung der Phasenlage der Nockenwelle 12 relativ zur nicht darge stellten Kurbelwelle bzw. zum Zahnrad 10 erfolgt über eine hydraulische Steuerung 54, deren nicht dargestelltes Steuerventil über eine Steuerelek tronik 56 angesteuert wird, um sowohl über die Leitungen 54, 55 alternierend die Kolben-Zylindereinheiten 46, 48 der Segmentteile 28, 30 als auch über die Leitung 58 die veränderliche hydraulische Vorspannung des Spanners 20 zu steuern. Die Steuerung 54 wird dabei über die Schmiermittelpumpe 60 der Brennkraftmaschine mit hydraulischem Druck versorgt.The adjustment of the phase position of the camshaft 12 relative to the crankshaft (not shown) or to the gearwheel 10 is carried out via a hydraulic control 54 , the control valve (not shown) of which is controlled by a control electronics 56 to alternate between the lines 54 , 55 the piston-cylinder units 46 , 48 of the segment parts 28 , 30 and via line 58 to control the variable hydraulic preload of the tensioner 20 . The controller 54 is supplied with hydraulic pressure via the lubricant pump 60 of the internal combustion engine.

Bei einer Verstellung beispielsweise in der Drehrichtung (eingezeichnete Pfeile) des beschriebenen Steuerungsantriebes wird über die hydraulische Steuerung 54 über die Leitung 55 die Kolben-Zylindereinheit 46, 48 des Segmentteiles 30 mit hydraulischem Druck beaufschlagt, wodurch die Rampe 52 ausfährt. Dadurch wird beim Verbeistreichen des Segmentteiles 30 an der Rampe 52 letzteres auf das Zahnrad 10 aufgeschwenkt, wodurch die Kette 18 über deren regulären wirksamen Abwälzradius (=Teilkreis T_K) angehoben und auf den Umfangsbereich des Segmentteiles 30 aufläuft. Dies führt zu einer Vorverstellung des Zahnrades 16 auf der Nockenwelle 12 um einen Zahn, wobei sich zugleich das Lasttrum 18a der Kette 18 verkürzt. Während der Verkürzung des Lasttrumes 18a wird über die hydraulische Steuerung 54 die Vorspannung des Spanners 20 vermindert, so daß diese Verkürzung problemlos ausgeglichen werden kann. Läuft das Segmentteil 30 nach ca. 180 Umdrehung wieder in den freien, nicht überdeckten Be reich des Zahnrades 10 ein, so wird mittels der Feder 62 das Segmentteil 30 in seine Ruhelage zurückgeschwenkt. Zugleich wird kurzfristig über die hy draulische Steuerung 54 die Vorspannung des Spanners 20 erhöht, um spielfrei die plötzliche Längung des Lasttrums 18a der Kette 18 auszuglei chen.In the case of an adjustment, for example in the direction of rotation (arrows shown), of the control drive described, the hydraulic control 54, via line 55, acts on the piston-cylinder unit 46 , 48 of the segment part 30 with hydraulic pressure, as a result of which the ramp 52 extends. As a result, when the segment part 30 is swept along the ramp 52, the latter is pivoted onto the gearwheel 10 , as a result of which the chain 18 is raised above its regular effective rolling radius (= pitch circle T _K ) and runs onto the peripheral region of the segment part 30 . This leads to a forward adjustment of the gear wheel 16 on the camshaft 12 by one tooth, the load strand 18 a of the chain 18 also being shortened. During the shortening of the load strand 18 a, the pretension of the tensioner 20 is reduced via the hydraulic control 54 , so that this shortening can be compensated for without problems. Runs the segment part 30 after about 180 rotation again in the free, uncovered Be rich of the gear 10 , the segment part 30 is pivoted back into its rest position by means of the spring 62 . At the same time, the bias of the tensioner 20 is increased briefly via the hy draulic control 54 in order to compensate for the sudden elongation of the load strand 18 a of the chain 18 without play.

Solange die Kolben-Zylindereinheit 46, 48 in der ausgefahrenen Position unter hydraulischem Druck verbleibt, wird mit jeder Umdrehung des Zahnra des 10 eine weitere Verstellung um einen Zahn der vorbeschriebenen Weise durchgeführt. Bei Beendung der Verstellung wird über die hydrauli sche Steuerung 54 die Leitung 58 drucklos geschaltet, so daß die Rampe 52 wieder in ihre Ruhelage zurückkehrt.As long as the piston-cylinder unit 46 , 48 remains in the extended position under hydraulic pressure, a further adjustment about a tooth in the manner described above is carried out with each revolution of the toothed wheel of FIG. 10 . When the adjustment is completed, line 58 is depressurized via hydraulic control 54 so that ramp 52 returns to its rest position.

Soll eine umgekehrte Verstellung entgegen der Drehrichtung der Zahnräder 10 bzw. 16 gesteuert werden, so wird in gleicher Weise das Segmentteil 28 auf das Zahnrad 16 aufgeschwenkt und dementsprechend die Kette 18 in umgekehrter Richtung relativ zum Zahnrad 16 verstellt.If a reverse adjustment against the direction of rotation of the gears 10 or 16 is to be controlled, the segment part 28 is pivoted onto the gear 16 in the same way and accordingly the chain 18 is adjusted in the opposite direction relative to the gear 16 .

Claims

1.Device for adjusting the phase angle of at least one shaft in a control drive of an internal combustion engine, in particular at least one driven camshaft, with a driving gear, a driven gear and an endless looping means, each characterized by an effective rolling radius of the gears ( 10 , 16 ) changing segment part ( 28 , 30 ) which is arranged adjustable bar on the gears and in operative position causes a relative position between the gear and belt means ( 18 ) around at least one tooth.

2. Apparatus according to claim 1, characterized in that the seg mentteile ( 28 , 30 ) in the rest position laterally next to the gears ( 10 , 16 ) and in operative position bump-like on the gears ( 10 , 16 ) are arranged.

3. Device according to claims 1 and 2, characterized in that the segment parts ( 28 , 30 ) are pivotally or displaceably mounted on the gear wheels ( 10 , 16 ).

4. Device according to one or more of claims 1-3, characterized in that the segment parts ( 28 , 30 ) are alternately hydraulically adjustable.

5. The device according to claim 4, characterized in that on a gear wheels ( 10 , 16 ) adjacent machine wall ( 44 ) adjustable Ram pen ( 50 , 52 ) are mounted, which move the segment parts ( 28 , 30 ) into the active position.

6. The device according to claim 5, characterized in that the seg mentteile ( 28 , 30 ) by means of springs ( 62 ) are adjusted back into the rest position.

7. The device according to one or more of claims 1-6, characterized in that the caused by the segment parts ( 28 , 30 ) changes tion of the length of the belt ( 18 ) by means of at least one on a free portion ( 18 a) engaging tensioning element ( 20 ) is compensated for.

8. The device according to claim 7, characterized in that the tensioning element ( 20 ) is hydraulically actuated and is coupled to the hydraulic control ( 54 ) of the segment parts ( 28 , 30 ) such that its pretension voltage with a shortening of the belt ( 18 ) is briefly reduced and briefly enlarged when elongated.