DE10236894B4

DE10236894B4 - Ventilzeitensteuersystem für Verbrennungsmotor

Info

Publication number: DE10236894B4
Application number: DE10236894A
Authority: DE
Inventors: Shigeaki Atsugi Yamamuro; Masahiko Atsugi Watanabe; Naotaka Atsugi Nakura
Original assignee: Unisia Jecs Corp
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2001-08-10
Filing date: 2002-08-12
Publication date: 2005-03-31
Anticipated expiration: 2022-08-13
Also published as: US6732688B2; US20030029399A1; DE10236894A1

Abstract

Vorrichtung zum Steuern von Ventilzeiten bei einem Verbrennungsmotor, umfassend:
einen Antriebsrotor (3, 203), gedreht durch eine Kurbelwelle des Motors;
einen Folgerrotor (7, 10, 12), vorgesehen zu einer Nockenwelle (1, 201) des Motors, wobei der Folgerrotor eine Kraft vom Antriebsrotor aufnimmt;
eine Radialführung (8, 108, 208, 308), vorgesehen zu einem von dem Antriebsrotor und dem Folgerrotor;
einen Zwischenrotor (23, 223), drehbar angeordnet bezüglich des Antriebsrotors (3, 203) und des Folgerrotors, wobei der Zwischenrotor eine Spiralführung (24, 224) in einer Fläche gegenüberliegend zur Radialführung umfasst;
ein Verbindungsstück (14, 114, 214) mit einem Basisende, welches drehbar verbunden ist mit dem anderen von dem Antriebsrotor und dem Folgerrotor an einer Position fern von einer Drehmitte davon, und einem Vorderende, welches schwenkfähig angeordnet ist und umfasst einen ersten Eingriff (22, 219), der in Eingriff mit der Spiralführung (24, 224) ist, und einen zweiten Eingriff (18b, 43, 217, 317), der in...

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Ventilzeitensteuersystem für einen Verbrennungsmotor, welches eine variable Steuerung von Öffnungs- und Schließzeiten eines Einlass- oder Auslassventils eines Motors in Übereinstimmung mit den Motorbetriebszuständen durchführt.
Typischerweise steuert das Ventilzeitensteuersystem Öffnungs- und Schließzeiten eines Verbrennungsmotors durch Steuern der Phasendrehung einer Kurbelwelle und einer Nockenwelle auf einem Kraftübertragungspfad von der Kurbelwelle zur Nockenwelle. Genauer umfasst das System einen Antriebsrotor, verbunden mit der Kurbelwelle über eine Steuerkette und ähnliches, einen Folgerrotor, verbunden mit der Nockenwelle, an welchem der Antriebsrotor angebracht ist, um bei Bedarf eine Relativdrehung zu ermöglichen, und eine Montagewinkelsteuervorrichtung, angeordnet zwischen den beiden Rotoren, um einen zwischen diesen ausgebildeten Montagewinkel zu steuern. Eine Betätigungskraftliefereinrichtung liefert eine Betätigungskraft an die Montagewinkelsteuervorrichtung bei Bedarf, um die Drehphase der Kurbelwelle und der Nockenwelle zu ändern.
Verschiedene Typen von Montagewinkelsteuervorrichtungen wurden entwickelt, von welchen eine ein Schrägzahnrad verwendet zum Umwandeln einer geradlinigen Betätigung eines Hydraulikkolbens in eine Drehbetätigung der Antriebs- und Folgerrotoren. Vor kurzem wurde eine ein Verbindungsstück verwendende Montagewinkelsteuervorrichtung vorgeschlagen, welche viele Vorteile aufweist, wie etwa eine verkürzte Axiallänge und einen niedrigeren Reibungsverlust.
Jedoch weist, wie unten genauer beschrieben, das Ventilzeitensteuersystem mit einem Verbindungsstück als Montagewinkelsteuervorrichtung das Problem auf, dass Schwingungen und Geräusche auftreten. Außerdem weist das System die Probleme einer Erhöhung der Anzahl von Bauteilen und somit eines Kostenanstiegs, einer Abnahme der Gestaltungsflexibilität verschiedener Systemabschnitte infolge einer Zunahme von Größe und Gewicht sowie einer Instabilität der Ventilzeitensteuerung während eines Hochgeschwindigkeitsbetriebs auf.

Aus der DE 102 03 621 A1 ist eine Ventilsteuervorrichtung eines Verbrennungsmotors bekannt, bei welcher ein Relativdrehwinkel zwischen einer von einer Kurbelwelle angetriebenen Antriebsplatte und einem mit einer Nockenwelle verbundenen Hebelschaft verstellbar ist. Ein Gleitelement wird radial in einer Radialführung der Antriebsplatte bewegt, wobei diese Radialbewegung mit Hilfe eines Verbindungsarmes in eine Relativdrehbewegung des Hebelschafts übersetzt wird. Das radiale Bewegen des Gleitelementes erfolgt mit Hilfe einer Kugel. Die Kugel ist in einer halbkugelartigen Vertiefung in dem Gleitelement aufgenommen und in einer Spiralführungsvertiefung einer zu der Antriebsplatte und dem Hebelschaft separaten Führungsplatte realisiert. Dabei wird die Führungsplatte relativ zu der Antriebsplatte gedreht. Die Eingriffsmitte der Kugel ist versetzt zu einer durch einen Stift definierten Schwenkachse, wobei der Stift das Gleitelement und den Verbindungsarm schwenkbar miteinander verbindet.

Zusammenfassung der Erfindung

Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Ventilzeitensteuersystem für einen Verbrennungsmotor zu schaffen, welches beiträgt, einen weichen und leisen Betrieb sowie eine Verringerung der Anzahl der Bauteile und somit der Kosten und eine Verringerung der Systemgröße und des Systemgewichts, eine Zunahme der Gestaltungsflexibilität und eine Stabilisierung der Ventilzeitensteuerung zu erreichen.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst mit einer Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruches 1 sowie mit einer Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruches 6.

Die vorliegende Erfindung liefert generell ein System zum Steuern von Ventilzeiten bei einem Verbrennungsmotor, welches umfasst: einen Antriebsrotor, gedreht durch eine Kurbelwelle des Motors; einen Folgerrotor, vorgesehen zu einer Nockenwelle des Motors, wobei der Folgerrotor eine Kraft vom Antriebsrotor aufnimmt; eine Radialführung, vorgesehen zu dem Antriebsrotor oder dem Folgerrotor; einen Zwischenrotor, drehbar angeordnet bezüglich des Antriebsrotors und des Folgerrotors, wobei der Zwischenrotor eine Spiralführung in einer Fläche gegenüberliegend zur Radialführung umfasst; ein Verbindungsstück mit einem Basisende, drehbar verbunden mit dem anderen des Antriebsrotors bzw. des Folgerrotors an einer

Position fern von einer Drehmitte davon und einem Vorderende, schwenkfähig angeordnet und umfassend einen ersten Eingriff, in Eingriff mit der Spiralführung, und einen zweiten Eingriff, in Eingriff mit der Radialführung; und eine Vorrichtung, welche zum Zwischenrotor eine Betätigungskraft liefert zur Drehung bezüglich des Antriebsrotors und des Folgerrotors, wobei die Vorrichtung eine Radialverschiebung des Vorderendes des Verbindungsstücks längs der Radialführung mit dem ersten Eingriff, in Eingriff mit der Spiralführung, ausführt, wobei die Radialverschiebung umgewandelt wird in eine Relativdrehung des Antriebsrotors und des Folgerrotors durch das Verbindungsstück, wobei der erste Eingriff eine Eingriffsmitte, angeordnet auf einer Schwenkachse des Vorderendes des Verbindungsstücks, aufweist.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

Die anderen Aufgaben und Merkmale der vorliegenden Erfindung gehen aus der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung deutlich hervor. Es zeigt:

1 einen Längsschnitt eines ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Ventilzeitensteuersystems für einen Verbrennungsmotor;

2 eine Schnittansicht längs der Linie II-II in 1;

3 eine perspektivische Ansicht eines Blockelements;

4 eine Ansicht ähnlich 2, längs der Linie IV-IV in 1;

5 eine zu 1 ähnliche Ansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung;

6 eine zu 4 ähnliche Ansicht längs der Linie VI-VI in 5;

7 eine zu 6 ähnliche Ansicht längs der Linie VII-VII in 5;

8 eine zu 5 ähnliche Ansicht eines Ventilzeitensteuersystems des Standes der Technik;

9 eine perspektivische Explosionsansicht des Ventilzeitensteuersystems des Standes der Technik;

10 eine zu 8 ähnliche Ansicht eines dritten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung;

11 eine zu 7 ähnliche Ansicht längs der Linie XI-XI in 10;

12 eine zu 9 ähnliche Ansicht des dritten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung;

13 eine zu 11 ähnliche Ansicht längs der Linie XIII-XIII in 10;

Fig. 14 eine zu 13 ähnliche Ansicht zur Erläuterung der Wirkungsweise des dritten Ausführungsbeispiels;

15 eine zu 14 ähnliche Ansicht zur Erläuterung des dritten Ausführungsbeispiels; und

16 eine vergrößerte Schnittansicht eines vierten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung.

Genaue Beschreibung der Erfindung

Bevor die bevorzugten Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung beschrieben werden, wird das an in JP-A 2001-41013 offenbarte Ventilzeitensteuersystem beschrieben.

In 8 bis 9 umfasst das System ein Gehäuse bzw. einen Antriebsrotor 101, verbunden mit einer Kurbelwelle über eine Steuerkette, eine Nockenwelle bzw. einen Folgerrotor 102 mit einem Ende, an welchem ein Gehäuse 101 drehbar angebracht ist, eine Vielzahl von bewegbaren Blöcken 104 mit einem annähernd geradlinigen Abschnitt, in Radialrichtung gleitfähig in Eingriff mit Führungsschlitzen bzw. Radialführungen 103, ausgebildet in der Innenendfläche des Gehäuses 101, eine Hebelwelle 105, angebracht am Ende der Nockenwelle 102 und mit Hebeln 106, welche in Radialrichtung nach außen vorstehen, wobei ein bewegbarer Block 104 drehbar verbunden ist mit einem entsprechenden Hebel 106 der Hebelwelle 105 durch ein Verbindungsstück 107. Ein Zwischenrotor 109 mit einem Spiralschlitz bzw. einer Führung 108 in der Seitenfläche gegenüberliegend zur Radialführung 103 ist angebracht am Gehäuse 101 an der Position, welche zur Radialführung 103 weist, so dass eine Drehung bezüglich des Gehäuses 101 und der Nockenwelle 102 möglich ist. Eine Vielzahl von annähernd kreisförmigen Vorsprüngen bzw. Eingriffen 110, welche aus einem Axialende des bewegbaren Blocks 104 vorstehen, ist in Eingriff mit der Spiralführung 108. Der Zwischenrotor 109 ist vorgespannt durch eine Kraftfeder 111 in der Drehvoreilrichtung bezüglich des Gehäuses 101 und ist einer Kraft aus einer Elektromagnetbremse 112 in der

Drehnacheilrichtung ausgesetzt. Ein Drehstift 113 dient zum drehbaren Verbinden des bewegbaren Blocks 104 mit einem Vorderende bzw. Kopf des Verbindungsstücks 107.

Bei diesem System ist, wenn die Elektromagnetbremse 112 abgeschaltet ist, der Zwischenrotor 109 angeordnet in der Anfangsposition bezüglich des Gehäuses 101 unter einer Vorspannkraft der Kraftfeder 111, wobei der bewegbare Block 104, in Eingriff mit der Spiralführung 108 des Zwischenrotor 109 durch Vorsprünge 110, eine maximale Radialauswärtsverschiebung zum Anheben des Verbindungsstücks 107 ausführt, wobei ein zwischen dem Gehäuse 101 und der Nockenwelle 102 ausgebildete Montagewinkel auf dem Maximal-Nacheilwinkel bzw. dem Maximal-Voreilwinkel gehalten wird. In diesem Zustand ist, wenn die Elektromagnetbremse 112 abgeschaltet ist, der Zwischenrotor 109 in seiner Drehzahl verringert, um eine Drehung in der Nacheilrichtung bezüglich des Gehäuses 101 auszuführen. Folglich führt der bewegbare Block 104 in Eingriff mit der Spiralführung 108 eine Radialeinwärtsverschiebung aus, um das bis dahin erhobene Verbindungsstück 107 allmählich zu senken, wobei der Montagewinkel des Gehäuses 101 und der Kurbelwelle 102 auf den Maximal-Nacheilwinkel bzw. den Maximal-Voreinwinkel geändert wird.

Bei diesem System sind jedoch Vorsprünge 110 des bewegbaren Blocks 104 annähernd kreisförmig ausgebildet, so dass die Eingriffsmitte des bewegbaren Blocks 104 bezüglich der Spiralführung 108 versetzt bezüglich einer Achse des Drehstifts 113 angeordnet ist, welcher als Schwenkwelle des Verbindungsstücks 107 am Kopf davon dient. Folglich wirkt, wenn der bewegbare Block 104 in Radialrichtung betätigt wird, unter einer Kraft aus dem Zwischenrotor 109 bei Ändern der Ventilzeiten, oder wenn er eine Reaktionskraft aufnimmt von einem Motorventil durch das Verbindungsstück 107 etc., ein Moment mit der Eingriffsmitte des Drehstifts 103 bzw. von Vorsprüngen 110 als Mitte auf den bewegbaren Block 104. Dieses Moment verhindert einen gleichmäßigen Betrieb des Kopfs des Verbindungsstücks 107 bzw. des bewegbaren Blocks 104, wodurch ein Auftreten von Schwingungen und Geräuschen hervorgerufen wird.

Ferner umfasst der bewegbare Block 104 in Eingriff mit der Radialführung 103 und der Spiralführung 108 ein Element, welches getrennt und verschieden von dem Verbindungsstück 107 ist und verbunden ist mit dem Kopf davon durch den Drehstift 113, was zu einer Erhöhung der Anzahl von Bauteilen und somit zu einem Kostenanstieg führt. Außerdem sollte der bewegbare Block 104 ausgestattet sein mit einem Ort zum Halten des Drehstifts 113, was eine Zunahme von Größe und Gewicht davon bewirkt, und somit zu einer Abnahme der Gestaltungsflexibilität verschiedener Systemabschnitte infolge einer einfachen Störung zwischen dem Kopf des Verbindungsstücks 107 und anderen Abschnitten und zu einer Instabilität der Ventilzeitensteuerung während eines Hochgeschwindigkeitsbetriebs infolge einer erhöhten Trägheitsmasse des Kopfs des Verbindungsstücks 107 führt.

Unter Bezugnahme auf 1 bis 4 wird ein erstes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beschrieben, wobei die vorliegende Erfindung angewandt ist auf ein Kraftübertragungssystem auf der Einlassseite des Motors. Es sei darauf hingewiesen, dass die vorliegende Erfindung angewandt werden kann auf ein Kraftübertragungssystem auf der Auslassseite des Motors.
In 1 umfasst ein Ventilzeitensteuersystem eine Nockenwelle 1, drehbar gelagert auf einem nicht dargestellten Zylinderkopf eines Verbrennungsmotors, eine Antriebsplatte bzw. einen Antriebsrotor 3, angebracht an der Nockenwelle 1 am Vorderende zum Ermöglichen einer Relativdrehung bei Bedarf und umfassend am Außenumfang ein Kettenrad 2, welches zusammen mit einer nicht dargestellten Kurbelwelle dreht, eine Montagewinkelsteuervorrichtung 5, angeordnet vor der Nockenwelle 1 und Antriebsplatte 3, das heißt links in 1, zum Steuern eines Montagewinkels, welcher zwischen 1 und 3 ausgebildet ist, und eine Betätigungskraftliefereinrichtung 4, angeordnet vor der Montagewinkelsteuervorrichtung 5 zum Betätigen der Vorrichtung 5.
Die Antriebsplatte 3 ist ausgebildet wie eine Scheibe mit einem gestuften Tragloch 6 in der Mitte, drehbar gelagert durch einen Flanschring 7, welcher einstückig verbunden ist mit. einem Vorderende der Nockenwelle 1. In 2 sind drei Radialschlitze bzw. Führungen 8 mit annähernd C-förmigem Querschnitt ausgebildet in der Vorderseite (der fernen Seite bezüglich der Nockenwelle 1) der Antriebsplatte 3 im Wesentlichen längs der Radialrichtung davon.
Eine Hebelwelle 10 mit drei in Radialrichtung vorstehenden Hebeln 9 und einem Haltering 12 mit einem Tragflansch 11 sind angeordnet auf der Vorderseite des Flanschrings 7 im überlagerten Zustand und sind zusammen mit dem Flanschring 7 mit der Nockenwelle 1 durch eine Schraube 13 verbunden. Ein Verbindungsstück 14 hat ein Ende, welches drehbar gelagert ist am Hebel 9 der Hebelwelle 10 durch einen Stift 15, und ein anderes Ende, welches ausgebildet ist mit einem in Axialrichtung verlaufenden Halteloch 16, in welchem eine Eingriffseinheit 15 mit den folgenden Komponenten aufgenommen ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel umfasst ein Folgerrotor einen Flanschring 7, eine Hebelwelle 10 und einen Haltering 12.
In 3 umfasst eine Eingriffseinheit 17 ein Blockelement 18 mit einem zylindrischen Schenkel 18a, welcher gleitfähig im Halteloch 16 des Verbindungsstücks 14 eingesetzt ist, und eine rechteckig prismatische Basis bzw. einen zweiten Eingriff 18b, gleitfähig in Eingriff mit dem Radialschlitz 8 der Antriebsplatte 3. Das Blockelement 18 ist ausgebildet mit einem Aufnahmeloch 19, welches sich ausgehend von der Kopffläche des Schenkels 18a zur Innenseite der Basis 18b erstreckt. Aufgenommen. im Loch 19 sind eine Haltevorrichtung 20 mit einer halbkugelförmigen Vertiefung 20a und einer Scheibenfeder bzw. einer Vorspanneinrichtung 21 zum Vorspannen der Haltevorrichtung 20 nach vorne an der Kopffläche. Eine Kugel bzw. ein erster Eingriff 22 wird gehalten in der Vertiefung 20a der Haltevorrichtung 20 in einer frei rollenden Weise und ist in Eingriff in einer frei rollenden Weise mit einem Spiralschlitz bzw. einer Führung 24 mit kreisförmigem Querschnitt eines Zwischenrotors 23, wie unten beschrieben.
Bei der Eingriffseinheit 17 umfasst das Blockelement 18 eine Basis 18b, in Radialrichtung geführt durch den Radialschlitz 8 der Antriebsplatte 3, und den Schenkel 18b, drehbar gehalten im Halteloch 16 des Verbindungsstücks 14, um als Schwenkwelle des Verbindungsstücks 14 am Kopf davon zu dienen. So wird, wenn die Kugel 22 eine äußere Kraft mit Radialbestandteilen vom Zwischenrotor 23 erfährt, die Eingriffseinheit 17 längs des Radialschlitzes 8 verschoben, während ein Schwenken des Kopfs des Verbindungsstücks 14 ermöglicht wird. Gleichzeitig bewirkt daher die Verbindungswirkung des Verbindungsstücks 14 und des Hebels 9 eine Relativdrehung der Antriebsplatte 3 und der Nockenwelle 1 in der Richtung und um einen Winkel entsprechend der Verschiebung des Blockelements 18.
Ein Basisende des Verbindungsstücks 14 ist stiftgelagert in dem auf der Vorderseite des Hebels 9 überlagerten Zustand und ohne dem Haltehebel 9 zwischen dem Vorder- und dem Rückabschnitt davon, wobei der Hebel 9 in einem Raum radial innerhalb des Radialschlitzes 8 der Antriebsplatte 3 angeordnet ist. Daher kann bei diesem Ausführungsbeispiel ein Abstand zwischen der Antriebsplatte 3 und dem Zwischenrotor 23 ausreichend verringert werden ohne Bewirken einer Störung zwischen dem Hebel 9 und der Seitenkante des Radialschlitzes 8, wodurch eine verkürzte Axialgesamtlänge des Systems erreicht wird.
Ein annähernd scheibenartiger Zwischenrotor 23 ist gelagert auf der Rückseite des Tragflanschs 11 des Halterings 12 durch ein Nadellager 25 und hat eine hintere bzw. Antriebsplatten-seitige Fläche, ausgebildet mit dem Spiralschlitz 24. In 4 umfasst der Spiralschlitz 24 einen einzelnen Schlitz, mit welchem Kugeln 22 von drei Eingriffseinheiten 17 in Eingriff sind. Eine Spirale des Spiralschlitzes 24 weist einen sich allmählich verringernden Durchmesser längs einer Richtung einer Drehung R der Antriebsplatte 3 auf. Daher wird bei Eingriff der Kugel 22 der Eingriffseinheit 17 mit dem Spiralschlitz 24, wenn der Zwischenrotor 23 eine Relativdrehung in der Nacheilrichtung bezüglich der Antriebsplatte 3 ausführt, die Eingriffseinheit 17 in Radialrichtung einwärts längs der Spirale des Spiralschlitzes 24 bewegt, wohingegen, wenn der Zwischenrotor 23 eine Relativdrehung in der Voreilrichtung ausführt, die Eingriffseinheit 17 in Radialrichtung auswärts bewegt wird.
Die Betätigungskraftliefereinrichtung 4 umfasst einen Permanentmagnetblock 26, verbunden mit der Außenumfangskante der Vorderseite des Zwischenrotors 23, einen Jochblock 27, angebracht am Haltering 12 in einer derartigen Weise, dass er in Radialrichtung nach außen als Flansch überhängt, und einen Elektromagnetspulenblock 26, angeordnet in der Ventilzeitensteuerabdeckung 28 (VTC-Abdeckung), angebracht am Zylinderkopf und einem Ventildeckel, nicht dargestellt. Ein Erregungsmuster einer Vielzahl von Spulen 29a, 29b des Elektromagnetspulenblocks 26 wird in Reihenfolge geändert in Übereinstimmung mit einem Impulseingang, wodurch eine Relativdrehung des Permanentmagnetblocks 26 und des Jochblocks 27 bei Bedarf erhalten wird.
Der Permanentmagnetblock 26 umfasst eine Vielzahl von magnetischen N- und S-Polen, welche abwechselnd angeordnet sind längs der Umfangsrichtung und sich in Radialrichtung ausgehend von der Fläche senkrecht zur Axialrichtung erstrecken. Der Jochblock 27 umfasst zwei Paare von Polzahnjochen 27a, 27b; 27c, 27d, die jeweils eine Vielzahl von Polzähnen aufweisen, die sich ausgehend von der ringartigen Basis davon erstrecken. Der Elektromagnetspulenblock 29 umfasst zwei Spulen 29a, 29b entsprechend den jeweiligen Paaren der Polzahnjoche 27a, 27b; 27c, 27d. Die magnetischen Eintritte für Spulen 29a, 29b des Elektromagnetspulenblocks 29 weisen jeweils zu den ringartigen Basen des Polzahnjochs 27a, 27b; 27c, 27d durch einen Luftspalt. Das durch die Spulen 29a, 29b erzeugte Magnetfeld wird in vorbestimmten Mustern durch den Impulseingang geändert, wodurch die Magnetpole, welche im Polzahnjochblock 27 auftreten, sich längs der Umfangsrichtung bewegen. Ferner bewirkt die Anziehung und Abstoßung zwischen den Magnetpolen des Jochblocks 27 und die des Permanentmagnetblocks 26 eine Relativdrehung des Jochblocks 27 und des Permanentmagnetblocks 26. Diese Magnetkraft wirkt als Betätigungskraft auf den Zwischenrotor 23. Es sei darauf hingewiesen, dass die Relativdrehung des Jochblocks 27 und des Permanentmagnetblocks 26 in die entgegengesetzte Richtung umgeschaltet wird durch Umkehren der Muster eines Änderns des durch den Elektromagnetspulenblock 29 erzeugten Magnetfelds.
Bei diesem Ausführungsbeispiel ist das Ventilzeitensteuersystem wie oben beschrieben aufgebaut, so dass bei Motorstart und während eines Leerlaufens ein Im-Voraus-Halten des Montagewinkels der Antriebsplatte 3 und der Hebelwelle 10 auf der Maximal-Nacheilwinkelseite eine auf der Maximal-Nacheilwinkelseite befindliche Drehphase der Kurbelwelle und der Nockenwelle 1, das heißt, der Öffnungs- und Schließzeiten des Motorventils, ermöglicht, wodurch eine stabilere Motordrehung und ein verbesserter Kraftstoffverbrauch erreicht werden.
Aus diesem Zustand schaltet, wenn der Motorbetrieb mit normalem Lauf fortfährt und eine nicht dargestellte elektronische Steuereinheit (ECU) einen Befehl an die Treiberschaltung des Elektromagnetspulenblocks 29 ausgibt, um die Drehphase der Maximal-Voreilwinkelseite zu ändern, der Elektromagnetspulenblock 29 ein erzeugtes Magnetfeld in vorbestimmten Mustern in Übereinstimmung mit dem Befehl um, wodurch eine Maximal-Relativdrehung des Permanentmagnetblocks 26 zusammen mit dem Zwischenrotor 23 in der Voreilrichtung erfolgt. So führt die in Eingriff mit dem Spiralschlitz 24 durch die Kugel 22 befindliche Eingriffseinheit 17 eine Maximalverschiebung in Radialrichtung auswärts längs des Radialschlitzes 8 aus, wobei der Montagewinkel der Antriebsplatte 3 und der Hebelwelle 10 durch Verbindungsstück 14 und den Hebel 9 zur Maximal-Voreilwinkelseite geändert wird. Folglich wird die Drehphase der Kurbelwelle und der Nockenwelle 1 geändert zur Maximal-Voreilwinkelseite, wodurch eine Leistungserhöhung des Motors erreicht wird.
Hingegen liefert aus diesem Zustand die ECU einen Befehl zum Ändern der Drehphase zur Maximal-Nacheilwinkelseite, der Elektromagnetspulenblock 29 schaltet ein erzeugtes Magnetfeld in umgekehrten Mustern um, so dass eine Maximal-Relativdrehung des Zwischenrotors 23 in der Nacheilrichtung und ein Ausführen einer Maximalverschiebung in Radialrichtung nach außen der Eingriffseinheit 17, in Eingriff mit dem Spiralschlitz 24, längas des Radialschlitzes 8 erfolgen. So führt die Eingriffseinheit 17 eine Relativdrehung der Antriebsplatte 3. und der Hebelwelle 10 durch ein Verbindungsstück 14 und den Hebel 9 aus, um die Drehphase der Kurbelwelle und der Nockenwelle 1 zur Maximal-Nacheilwinkelseite zu ändern.
Wenn der Zwischenrotor 23 unter einer Kraft aus der Betätigungskraftliefereinrichtung 4 gedreht wird, wird die Kugel 22 der Eingriffseinheit 17 geführt durch einen Spiralschlitz 24 des Zwischenrotors 23, während sie rollt. Gleichzeitig wird die Kugel 22 koaxial mit dem Schenkel 18a des Blockelements 18 angeordnet, welcher als Schwenkwelle des Verbindungsstücks 14 am Kopf davon dient, das heißt, auf der Achse der Schwenkwelle, und es wirkt kein Moment auf einen Abschnitt zwischen dem Eingriff des Spiralschlitzes 24 und der Kugel 22 und dem Kopf des Verbindungsstücks 14. Daher tritt bei diesem Ausführungsbeispiel kein Spiel am Kopf des Verbindungsstücks 14 (entsprechend der Eingriffseinheit 17) infolge dieses Drehmoments bei Ändern von Ventilzeiten auf, wodurch immer eine gleichmäßige Betätigung des Verbindungsstücks 14 erhalten wird.
Ferner wird nicht nur bei Ändern der Ventilzeiten, sondern auch zu anderen Zeiten während des Betriebs des Motors ein aus der Charakteristik einer Feder des Motorventils und dem Profil eines Antriebsnocken resultierende Drehmomentänderung in die Hebelwelle 10 eingegeben. Auch zu diesem Zeitpunkt wirkt kein Moment auf einen Abschnitt zwischen dem Eingriff des Spiralschlitzes 24 und der Kugel 22 und dem Kopf des Verbindungsstücks 14, so dass kein Spiel am Kopf des Verbindungsstücks 14 infolge dieses Moments erzeugt wird. Daher können bei diesem Ausführungsbeispiel Schwingungen und Geräusche infolge einer Drehmomentänderung der Nockenwelle 1 sicher verhindert werden.
Bei diesem Ausführungsbeispiel spannt die im Blockelement 18 der Eingriffseinheit 17 untergebrachte Scheibenfeder 21 die Kugel 22 hin zum Spiralschlitz 24 und die Basis 18b des Blockelements 18 hin zum Radialschlitz 8 vor, was zu einer sichereren Verhinderung eines Auftretens eines Spiels am Kopf des Verbindungsstücks 14 führt. Statt der Scheibenfeder kann das Vorspannelement 21 eine Schraubenfeder, ein elastischer Gummikörper oder ein Flüssigkeitsdruck, wie etwa Hydraulik- oder Pneumatikdruck, sein.
Ferner ist bei diesem Ausführungsbeispiel der Kopf des Verbindungsstücks 14 in Eingriff mit dem Spiralschlitz 24 durch eine Kugel 22, mit einem kleinen Gleitwiderstand mit dem Spiralschlitz 24, was zu einer gleichmäßigen und verlustfreien Umwandlung eines Drehmoments des Zwischenrotors 23 in eine Betätigung des Verbindungsstücks 14 führt. Das fehlende Auftreten eines Leistungsverlusts infolge eines Gleitens ermöglicht eine Verringerung von Größe und Gewicht der Betätigungskraftliefereinrichtung 4, was zu einer Verringerung von Größe und Gewicht des Gesamtsystems führt.
Ferner ist bei diesem Ausführungsbeispiel das Blockelement 18 drehbar angebracht am Kopf des Verbindungsstücks 14, und die zur Antriebsplatte 3 verlaufende Basis 18b davon ist in Gleiteingriff mit dem Spiralschlitz 8, was einen vereinfachten und miniaturisierten Aufbau des Abschnitts bzw. des zweiten Eingriffs, in Eingriff und geführt durch den Radialschlitz 8, ermöglicht und somit zu einer Verringerung der Herstellkosten sowie von Größe und Gewicht des Gesamtsystems führt. Ferner ist bei diesem Ausführungsbeispiel die Haltevorrichtung 20 untergebracht im Schenkel 18a des Blockelements 18 zum Halten der Kugel 22 in der Mitte der Haltevorrichtung 20, wodurch ein Radialraum verkleinert wird, welchen die Kugel oder der erste Eingriff 22 und die Basis 18b des Blockelements 18 oder der zweite Eingriff einnehmen, was ebenfalls zu einer Verringerung von Größe und Gewicht des Gesamtsystems führt. Ohne Berücksichtigung des belegten Raums kann der mit dem Radialschlitz 8 in Eingriff befindliche zweite Eingriff 18b ein separater und verschiedener Block an einer gegenüber der Schwenkachse, auf welcher der erste Eingriff 22 angeordnet ist, versetzten Position sein.
Ferner ist bei diesem Ausführungsbeispiel die Basis 18b des Blockelements 18 gebildet wie ein viereckiges Prisma, von welchem zwei flache Seiten in Gleitkontakt mit Seitenflächen des Radialschlitzes 8 sind, wodurch der Flächendruck der Gleitkontaktseite zwischen dem Blockelement 18 und dem Radialschlitz 8 verringert wird, was zu einer verbesserten Verschleißfestigkeit führt. Die Basis 18b des Blockelements 18 kann zylindrisch ausgebildet sein, was eine Verringerung des Gleitwiderstands zwischen dem Blockelement 18 und dem Radialschlitz 8 ermöglicht. Bei dieser Abwandlung wird eine Drehung des Blockelements 18 im Radialschlitz 8 ermöglicht, was eine einstückige Ausbildung des Blockelements 18 mit dem Kopf des Verbindungsstücks 14 ermöglicht.
Ferner ist bei diesem Ausführungsbeispiel die Eingriffseinheit 17, angeordnet am Kopf des Verbindungsstücks 14, in Eingriff mit einem einzigen Spiralschlitz 24 des Zwischenrotors 23. So ermöglicht eine Verringerung der Neigung bzw. der Ganghöhe der Spirale des Spiralschlitzes 24 eine Verringerung des Durchmessers des Zwischenrotors 23 und eine Abnahme von Tangentialbestandteilen einer Last auf die Eingriffseinheit 17 vom Zwischenrotor 23 während eines Betriebs, wodurch ein kleineres Spiel am Kopf des Verbindungsstücks 14 erreicht wird.
Unter Bezugnahme auf 5 bis 7 ist ein zweites Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beschrieben, wobei gleiche Bezugszeichen in 1 bis 4 und 5 bis 7 gleiche Abschnitte bezeichnen. Das zweite Ausführungsbeispiel ist im Wesentlichen gleich dem ersten Ausführungsbeispiel im Hinblick auf den Grundaufbau der Montagewinkelsteuervorrichtung 5, angeordnet zwischen der Antriebsplatte 3 und der Nockenwelle 1, und der Betätigungskraftliefereinrichtung 4 zum Betätigen der Montagewinkelsteuervorrichtung 5, jedoch unterscheidet es sich davon im spezifischen Aufbau eines Eingriffs einer Verbindungsstange 114, welche eine Montagewinkelsteuervorrichtung 5 mit einer Antriebsplatte 3 und einem Zwischenrotor 23 bildet.
Genauer ist, wie aus 5 ersichtlich, ein Halteloch 40 ausgebildet im Kopf des Verbindungsstücks 114, um in Axialrichtung zu verlaufen, und eine erste und eine zweite Haltevorrichtung 41, 42 sind gleitfähig darin aufgenommen. Eine Blattfeder bzw. eine Vorspanneinrichtung 44 ist angeordnet zwischen der ersten und der zweiten Haltevorrichtung 41, 42, um diese in entgegengesetzte Richtungen vorzuspannen. Die erste und die zweite Haltevorrichtung 41, 42 weisen halbkreisförmige Vertiefungen 41a, 42a, jeweils ausgebildet in der Mitte der Außenseiten, auf. Die Kugel bzw. der erste Eingriff 22 und die Kugel bzw. der zweite Eingriff 43 werden in jeweiligen Vertiefungen 41a, 42a in einer frei rollenden Weise gehalten. Die Kugeln 22, 43 sind in Eingriff mit dem Spiralschlitz 24 des Zwischenrotors 23 und dem Radialschlitz 108 der Antriebsplatte 3 in einer frei rollenden Weise, wobei der Radialschlitz 108 einen halbkreisförmigen Querschnitt wie der spiralförmige Schlitz 24 aufweist.
Die Kugeln 22, 43 und die erste und die zweite Haltevorrichtung 41, 42 dienen als Schwenkwelle zum Ermöglichen eines Schwenkens des Verbindungsstücks 114. Daher sind auch bei diesem Ausführungsbeispiel die Kugel bzw. der erste Eingriff 22 angeordnet auf der Schwenkachse des Kopfs des Verbindungsstücks 114.
Die Wirkungsweise des zweiten Ausführungsbeispiels ist im Wesentlichen dieselbe wie die des ersten Ausführungsbeispiels. Da die Kugel bzw. der erste Eingriff 22 auf der Schwenkachse des Kopfs des Verbindungsstücks 114 angeordnet ist, tritt kein Moment zwischen dem Eingriff des Spiralschlitzes 24 und der Kugel 22 und dem Kopf des Verbindungsstücks 114 auf, um ein Spiel zu erzeugen. Beim zweiten Ausführungsbeispiel, welches sich vom ersten Ausführungsbeispiel unterscheidet, umfasst der mit dem Radialschlitz 108 in Eingriff befindliche zweite Eingriff die Kugel 43, wodurch eine weitere Verringerung des Gleitwiderstands am Radialschlitz 108 ermöglicht wird. Dies führt zu einer weiteren Verringerung der von der Betätigungskraftliefereinrichtung 4 benötigten Betätigungskraft, was zu einer verringerten Größe der Betätigungskraftliefereinrichtung 4 und somit zu einer weiteren Verringerung von Größe und Gewicht des Gesamtsystems führt.
Ferner sind bei diesem Ausführungsbeispiel die Kugel bzw. der erste Eingriff 22 und die Kugel bzw. der zweite Eingriff 43 jeweils koaxial durch Haltevorrichtungen 41, 42 angeordnet, was eine weitere Verringerung des Axialraums ermöglicht, welchen der vordere und der hintere Eingriff einnehmen, und eine Verhinderung eines Auftretens eines Moments zwischen dem Kopf des Verbindungsstücks 114 und dem Radialschlitz 108 ermöglicht. Dies führt zu einer sichereren Verhinderung eines Auftretens eines Spiels des Kopfs des Verbindungsstücks 114. Ohne Betrachten des eingenommenen Raums kann der mit dem Radialschlitz 108 in Eingriff befindliche zweite Eingriff als ein separater und verschiedener Block angeordnet sein an einer Position, welche gegenüber der Schwenkachse versetzt ist, auf welcher der erste Eingriff 22 angeordnet ist.
Ferner bringen bei diesem Ausführungsbeispiel die Blattfeder bzw, die Vorspanneinrichtung 44 die vordere und die hintere Kugel 22, 43 immer in dichten und sicheren Kontakt mit dem Spiralschlitz 24 und dem Radialschlitz 108. Diese Vorspannwirkung trägt ebenfalls bei zu einer Verhinderung eines Spiels des Kopfs des Verbindungsstücks 114.
Beim ersten und zweiten Ausführungsbeispiel umfasst der Antriebsrotor eine Antriebsplatte 3 mit einem Kettenrad 2. Optional kann der Antriebsrotor ein Laufrad umfassen, auf welches eine Drehung übertragen wird durch einen Riemen, und ein Zahnrad in direktem Eingriff mit einem Zahnrad einer anderen Welle. Ferner ist die Betätigungskraftliefereinrichtung 4 nicht auf den Aufbau beschränkt, bei welchem eine Relativdrehung eines Jochblocks 27 und eines Permanentmagnetblocks 26 ausgeführt wird durch Umschalten eines erzeugten Magnetfelds in vorbestimmten Mustern, sondern kann einen Aufbau aufweisen, bei welchem eine Drehung eines Zwischenrotors 23 zunimmt und abnimmt durch die Wirkung einer Bremskraft oder elektromagnetischen Kraft oder direkt durch eine Motoreinheit.
Unter Bezugnahme auf 10 bis 15 ist ein drittes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beschrieben.
In 10 umfasst das Ventilzeitensteuersystem eine Nockenwelle 201, drehbar gelagert auf einem nicht dargestellten Zylinderkopf eines Verbrennungsmotors, eine Antriebsplatte bzw. einen Antriebsrotor 203, angebracht an der Nockenwelle 201 am Vorderende zum Ermöglichen einer Relativdrehung nach Bedarf, und mit einem Kettenrad 202 am Außenumfang, verbunden mit einer nicht dargestellten Kurbelwelle durch eine nicht dargestellte Kette, eine Montagewinkelsteuervorrichtung 205, angeordnet vor der Nockenwelle 201 und der Antriebsplatte 203, das heißt, links in 10, zum Steuern des Montagewinkels zwischen 201 und 203, eine Betätigungskraftliefereinrichtung 204, angeordnet vor der Montagewinkelsteuervorrichtung 205 zum Betätigen der Vorrichtung 205, eine VTC-Abdeckung 212, angebracht an der Vorderseite des Zylinderkopfs, und einen nicht dargestellten Ventildeckel zum Verdecken der Vorderseite der Betätigungskraftliefereinrichtung 204 und der Montagewinkelsteuervorrichtung 205 sowie der Umgebung davon.
Die Antriebsplatte 203 ist wie eine Scheibe mit einem Durchgangsloch 206 ausgebildet, in welche eine Hebelwelle bzw. ein Folgerrotor 210, einstückig verbunden mit einem Vorderende der Nockenwelle 201, drehbar eingesetzt ist. In 11 sind drei Radialschlitze bzw. Führungen 208, welche jeweils ein Paar von parallel einander zugewandten Seitenwänden umfassen, ausgebildet in der Vorderseite (der fernen Seite bezüglich der Nockenwelle 201) der Antriebsplatte 203 längs der Radialrichtung der Platte 203.
Wie in 10 dargestellt, umfasst die Hebelwelle 210 einen Flansch 207 großen Durchmessers, ausgebildet am Außenumfang der Basis, welche am Vorderende der Nockenwelle 201. anschlägt, und drei Hebel 209, welche in Radialrichtung aus der Außenseite vor dem Flansch 207 großen Durchmessers vorstehen. Die Hebelwelle 210 ist verbunden mit der Nockenwelle 201 durch eine in Axialrichtung angeordnete Schraube 213. Ein Verbindungsstück 214 umfasst ein Basisende, drehbar verbunden mit Hebeln 209 der Hebelwelle 210 durch einen Drehstift 215A, 215B, und ein Vorderende bzw. einen Kopf, einstückig ausgebildet mit einem zylindrischen Vorsprung 217, in Gleiteingriff mit dem Radialschlitz 208.
Bei dem mit dem entsprechenden Radialschlitz 208 in Eingriff befindlichen Vorsprung 217 ist das Verbindungsstück 214 verbunden mit der Hebelwelle 210 durch einen Drehstift 215A, 215B. So führen, wenn der Kopf des Verbindungsstücks 214 längs des Radialschlitzes 208 unter einer äußeren Kraft verschoben wird, die Antriebsplatte 203 und die Hebelwelle 210 eine Relativdrehung in der Richtung und um einen Winkel entsprechend der Verschiebung des Vorsprungs 217 unter der Wirkung des Verbindungsstücks 214 aus.
Ein Durchgangsloch 218 ist ausgebildet am Kopf des Verbindungsstücks 214, um sich in Axialrichtung ausgehend von einem Verbindungsstückhauptkörper zu dem Vorsprung 217 zu erstrecken. Ein Plattendichtelement 216, welches separat und verschieden ist vom Verbindungsstück 214, befindet sich in Presspassung im Durchgangsloch 218 am Ende auf der Seite des Vorsprungs 217. Untergebracht im Durchgangsloch 218 sind eine Kugel 219, in Eingriff mit einem Spiralschlitz bzw. einer Führung 224, wie unten beschrieben, eine annähernd zylindrische Haltevorrichtung 220 zum Tragen der Rückseite der Kugel 219, und eine Schraubenfeder bzw. ein Vorspannelement 221, angeordnet zwischen der Haltevorrichtung 220 und dem Dichtelement 216 zum Vorspannen der Kugel 219 nach vorne. Bei diesem Ausführungsbeispiel umfasst eine bewegbare Führung einen Vorsprung 217 am Kopf des Verbindungsstücks 214 und die Kugel 219.
Ein annähernd scheibenartiger Zwischenrotor 223 ist drehbar gelagert an der Hebelwelle 210 vor der vorstehenden Position des Hebels 209. Der Spiralschlitz 224 mit halbkreisförmigem Querschnitt ist ausgebildet in der Rückseite des Zwischenrotors 223, und die Kugel 219 des Verbindungsstücks 214 ist damit in Eingriff in einer frei rollenden Weise. Wie aus 11 und 14 bis 15 ersichtlich, ist der Durchmesser einer Spirale des Spiralschlitzes 224 allmählich verringert längs einer Richtung einer Drehung R der Antriebsplatte 203. Daher wird bei ein Eingriff der Kugel 219 des Verbindungsstücks 214 mit dem Spiralschlitz 224, wenn der Zwischenrotor 223 eine Relativdrehung in der Nacheilrichtung bezüglich der Antriebsplatte 203 ausführt, der Kopf des Verbindungsstücks 214 in Radialrichtung einwärts längs der Spirale des Spiralschlitzes 224 bewegt, wohingegen, wenn der Zwischenrotor 223 eine Relativdrehung in der Voreilrichtung ausführt, der Kopf des Verbindungsstücks 214 in Radialrichtung auswärts bewegt wird.
Die Montagewinkelsteuervorrichtung 205 umfasst den Radialschlitz 208 der Antriebsplatte 203, den Vorsprung 217, die Kugel 219, das Verbindungsstück 214, den Hebel 209, den Spiralschlitz 224 des Zwischenrotors 223 etc.. Wenn die Betätigungskraftliefereinrichtung 204 an den Zwischenrotor 223 eine Betätigungskraft zur Drehung bezüglich der Nockenwelle 201 liefert, verschiebt die Montagewinkelsteuervorrichtung 205 in Radialrichtung den Kopf des Verbindungsstücks 214 durch den Eingriff des Spiralschlitzes 224 und der Kugel 219, wodurch ein Relativdrehmoment auf die Antriebsplatte 203 und die Nockenwelle 201 unter der Wirkung des Verbindungsstücks 214 und des Hebels 209 übertragen wird.
Die Betätigungskraftliefereinrichtung 204 umfasst ein Paar von Elektromagnetbremsen 226, 227 und einen Planetengetriebesatz 228 und kann wahlweise und angemessen eine Kraft in der Drehzahlverringerungsrichtung und eine Kraft in der Drehzahlzunahmerichtung durch Umschalten eines Betriebs der Elektromagnetbremsen 226, 227 liefern.
Wie aus 10 und 12 bis 13 ersichtlich, umfasst der Planetengetriebesatz 228 ein Sonnenrad 229, einstückig ausgebildet mit der Innenumfangskante des Zwischenrotors 223, um in Axialrichtung nach vorne vorzustehen, ein Außenrad 230, drehbar angeordnet am Außenumfang des Sonnenrads 229, eine scheibenartige Trägerplatte 231 in Presspassung mit dem Kopf der Hebelwelle 210 und eine Vielzahl von Planetenrädern 232, drehbar gelagert durch die Trägerplatte 231 und in Eingriff mit dem Sonnenrad 229 und dem Außenrad 230. Eine "Buchse" 233 mit annähernd L-förmigem Querschnitt ist in Presspassung im Innenumfang des Sonnenrads 229, durch welche der Zwischenrotor 223 drehbar gelagert ist auf dem Außenumfang des Kopfs der Hebelwelle 210.
Bei dem Planetengetriebesatz 228 erfolgt daher, wenn das Außenrad 230 sich in freier Drehung befindet und die Planetenräder 232 sich nicht drehen, sondern eine Drehung mit der Trägerplatte 231 ausführen, eine gemeinsame Drehung des Außenrads 230 und des Sonnenrads 229 mit derselben Drehzahl wie die der Trägerplatte 231 bzw. der Hebelwelle 210. In diesem Zustand führt, wenn eine Bremskraft nur auf das Außenrad 230 aufgebracht wird, das Außenrad 230 eine Relativdrehung in der Nacheilrichtung bezüglich der Trägerplatte 231 aus, um eine Drehung der Planetenräder 232 auszuführen, wobei die Drehzahl des Sonnenrads 229 erhöht wird, wobei eine Relativdrehung des Zwischenrotors 223 in der Drehzahlzunahmerichtung bezüglich der Antriebsplatte 203 erfolgt.
Die Elektromagnetbremsen 226, 227 sind annähernd ringartig als ein Gesamtes ausgebildet, wobei die erste Bremse 226 in Radialrichtung innerhalb der zweiten Bremse 227 angeordnet ist. Die erste Elektromagnetbremse 226, welche außen angeordnet ist, und die zweite Elektromagnetbremse 227, welche innen angeordnet ist, weisen im Wesentlichen denselben Aufbau auf, außer dass die erste Elektromagnetbremse 226 der Vorderendseite des ersten Bremsflanschs 234 zugewandt ist, welcher einstückig an der Außenumfangskante des Zwischenrotors 223 angebracht ist, wohingegen die zweite Elektromagnetbremse 227 der Vorderendfläche eines zweiten Bremsflanschs 235 zugewandt ist, welcher sich ausgehend vom Vorderende des Außenrads 230 erstreckt.
Die Elektromagnetbremsen 226, 227 sind an der Innenfläche der VTC-Abdeckung 212 befestigt und liefern eine Bremskraft an die Bremsflansche 234, 235 durch Betätigen einer magnetischen Anziehung zwischen diesen.
Bei diesem Ausführungsbeispiel sind, wie in 10 und 12 dargestellt, Drehstifte 215A, 215B zum Verbinden der Verbindungsstücke 214 mit den Hebeln 209 derart aufgebaut, dass der Drehstift 215A, welcher in Axialrichtung länger ist als der Drehstift 215B, durch den Flansch 207 der Hebelwelle 210 zum Eingriff mit einer Vertiefung 242 der Nockenwelle 201 angeordnet ist.
Wie in 10 dargestellt, ist ein Zufuhrkanal 240 ausgebildet, um sich ausgehend vom Umfang des Schraubeneingriffs der Nockenwelle 201 und der Hebelwelle 210 zur Endfläche der Hebelwelle 210 und der Rückseite der Trägerplatte 231 zu erstrecken.
Als nächstes wird die Wirkungsweise des dritten Ausführungsbeispiels beschrieben.
Bei Motorstart und während eines Leerlaufens ist die Erregung der ersten Elektromagnetbremse 226 abgeschaltet, und die Erregung der zweiten Elektromagnetbremse 227 ist eingeschaltet, wodurch eine Bremskraft lediglich zum zweiten Bremsflansch 235 geliefert wird. Dadurch wirkt die Bremskraft auf das Außenrad 230 des Planetengetriebesatzes 228 zum Drehen des Zwischenrotors 223 in der Geschwindigkeitszunahmerichtung in Übereinstimmung mit der Drehung der Antriebsplatte 203, wobei der Kopf des Verbindungsstücks 214 am in Radialrichtung äußeren Ende, wie in 11 dargestellt, gehalten wird. Daher wird der Montagewinkel der Hebelwelle 210 bzw. der Nockenwelle 201, drehbar verbunden mit dem Verbindungsstück 214 durch den Hebel 209, auf der Maximal-Nacheilwinkelseite bezüglich der Antriebsplatte 203 gehalten. Folglich wird die Drehphase der Kurbelwelle und der Nockenwelle 201 zum Maximal-Nacheilwinkel gesteuert, wodurch eine stabilisierte Motordrehung und ein verbesserter Kraftstoffverbrauch erreicht werden.
Aus diesem Zustand wird, wenn der Motor in einen Normallauf übergeht, die erste Elektromagnetbremse 226 eingeschaltet, und die zweite Elektromagnetbremse 227 wird abgeschaltet, wodurch eine Bremskraft lediglich zum ersten Bremsflansch 234 geliefert wird. Dadurch befindet sich das Außenrad 230 in freier Drehung, wohingegen die Bremskraft auf den Zwischenrotor 223 wirkt, welcher in der Drehzahlabnahmerichtung bezüglich der Antriebsplatte 203 gedreht wird. Folglich wird die Kugel 219 am Kopf des Verbindungsstücks 214 geführt durch den Spiralschlitz 224 zur Mitte der Spirale davon, wie in 14 bis 15 dargestellt, und der Vorsprung 217 wird in Radialrichtung einwärts längs des Radialschlitzes 208 verschoben, während er darin dreht. Ein Senken des Verbindungsstücks 214 infolge dieser Verschiebung ändert den Montagewinkel der Antriebsplatte 213 und der Hebelwelle 210 zu der Maximal-Voreilwinkelseite. Dies führt zu einer Leistungszunahme des Motors.
Bei diesem Ausführungsbeispiel wird der einstückig mit dem Verbindungsstück 214 am Kopf davon ausgebildete zylindrische Vorsprung 217 gedreht im Radialschlitz 208 zum Ermöglichen eines Schwenkens des Kopfs des Verbindungsstücks 214, was dazu führt, dass ein separates Anordnen eines Drehstifts zum Drehen des Kopfs des Verbindungsstücks 214 nicht nötig ist. Der Wegfall einer Tragstruktur, wie etwa eines Drehstifts, ermöglicht eine Verringerung von Größe und Gewicht des Kopfs des Verbindungsstücks 214.
Daher ist der Kopf des Verbindungsstücks 214 weniger anfällig bezüglich einer Störung mit anderen Umfangsabschnitten, wodurch ein vollständig großer Schwenkwinkel des Verbindungsstücks 214 geliefert wird und somit eine Einstellung eines großen Betätigungsbetrags des Montagewinkels der Antriebsplatte 203 und der Hebelwelle 210 ermöglicht wird. Ferner ist infolge der geringen Masse davon der Kopf des Verbindungsstücks 214 weniger anfällig im Hinblick auf eine Beeinträchtigung durch eine Zentrifugalkraft während eines Hochgeschwindigkeitsbetriebs und ähnliches, so dass immer eine Ventilzeitensteuerung unabhängig von den Motorbetriebszuständen möglich ist.
Ferner gelangt infolge der zylindrischen Ausbildung der Vorsprung 217 am Kopf des Verbindungsstücks 214 in Kontakt mit den Seitenwänden des Radialschlitzes 208, immer mit einer ausreichend großen Axialbreite. Dies verringert den Kontaktflächendruck zwischen dem Vorsprung 217 und dem Radialschlitz 208, was zu einem geringeren Auftreten von Verschleiß und ähnlichem am Vorsprung 217 dem Radialschlitz 208 selbst nach langer Verwendung führt.
Ferner ist bei diesem Ausführungsbeispiel das Durchgangsloch 218 derart ausgebildet, dass es sich ausgehend vom Hauptkörper des Verbindungsstücks 214 zum Vorsprung 217 erstreckt, und das Plattendichtelement 216 ist in Presspassung darin am Ende auf der Seite des Vorsprungs 217. So ermöglicht die Steuerung der Dicke des Dichtelements 216 immer ein einfaches Einstellen und Angleichen einer Anfangslast der Schraubenfeder 221 und eines Rückwärtshubs der Kugel 219.
Die vorliegende Erfindung kann in anderen spezifischen Formen ausgeführt werden. Beispielsweise kann ein Vorsprung mit kreisförmigem Querschnitt mit dem Verbindungsstück 214 am Kopf davon integriert sein, um sich zur Spiralführung 224 zum Eingriff damit zu erstrecken. Bei dieser Abwandlung ist der mit dem Radialschlitz 208 in Eingriff befindliche Vorsprung 217 vorzugsweise ausgebildet mit dem Kopf des Verbindungsstücks 214 wie beim dritten Ausführungsbeispiel. Optional kann ein separates und verschiedenes Eingriffselement ohne Ausbilden eines Vorsprungs 217 angeordnet sein.
Beim dritten Ausführungsbeispiel ist der Vorsprung 217 am Kopf des Verbindungsstücks 214 zylindrisch ausgebildet.
Optional kann, wie in 16 dargestellt, ein Vorsprung 317 kugelartig ausgebildet sein mit einem Radialschlitz 308 der Antriebsplatte 203 mit kreisförmigem Querschnitt mit einem größerem Krümmungsradius als der Vorsprung 317. Bei dieser Abwandlung ist der Kontaktwiderstand zwischen dem Vorsprung 317 und dem Radialschlitz 308 verringert, wodurch eine reibungslose Betätigung des Verbindungsstücks 214 ermöglicht wird. Ferner erfolgt, selbst bei einer Lasteingabe und ähnlichem, keine Kollision des Vorsprungs 317 mit der Wandfläche des Radialschlitzes 308 bei einem Winkel dicht am rechten Winkel, wodurch eine sicherere Verhinderung eines Spiels zwischen ermöglicht wird. Statt einer Schraubenfeder kann ein Vorspannelement 221 eine Scheibenfeder 321, wie in 16 dargestellt, ein elastischer Gummikörper oder ähnliches sein.
Erfindungsgemäß führt der Vorsprung mit kreisförmigem Querschnitt, integriert mit dem Kopf des Verbindungsstücks, ein direktes Gleiten aus und wird gedreht in der Radialführung oder der Spiralführung ohne Notwendigkeit eines separaten und verschiedenen Abschnitts am Kopf des Verbindungsstücks, was zu einer Verringerung der Anzahl von Bauteilen sowie von Größe und Gewicht des Kopfs des Verbindungsstücks führt. Dies ermöglicht eine Verringerung der Herstellkosten des Gesamtsystems, eine Erhöhung der Gestaltungsflexibilität verschiedener Systemabschnitte infolge eines Größenverringerung des Verbindungsstückkopfs und eine Stabilisierung der Ventilzeitensteuerung infolge einer verringerten Trägheitsmasse des Verbindungsstückkopfs.
Obwohl die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf das bevorzugte Ausführungsbeispiel beschrieben wurde, sei darauf hingewiesen, dass die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt und verschiedene Änderungen und Abwandlungen daran vorgenommen werden können, ohne vom Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
Der gesamte Inhalt der japanischen Patentanmeldung P2001-243052, eingereicht am 10. August 2001, und der japanischen Patentanmeldung P2001-315063, eingereicht am 12. Oktober 2001, ist hierin durch Verweis enthalten.

Claims

Vorrichtung zum Steuern von Ventilzeiten bei einem Verbrennungsmotor, umfassend: einen Antriebsrotor (3, 203), gedreht durch eine Kurbelwelle des Motors; einen Folgerrotor (7, 10, 12), vorgesehen zu einer Nockenwelle (1, 201) des Motors, wobei der Folgerrotor eine Kraft vom Antriebsrotor aufnimmt; eine Radialführung (8, 108, 208, 308), vorgesehen zu einem von dem Antriebsrotor und dem Folgerrotor; einen Zwischenrotor (23, 223), drehbar angeordnet bezüglich des Antriebsrotors (3, 203) und des Folgerrotors, wobei der Zwischenrotor eine Spiralführung (24, 224) in einer Fläche gegenüberliegend zur Radialführung umfasst; ein Verbindungsstück (14, 114, 214) mit einem Basisende, welches drehbar verbunden ist mit dem anderen von dem Antriebsrotor und dem Folgerrotor an einer Position fern von einer Drehmitte davon, und einem Vorderende, welches schwenkfähig angeordnet ist und umfasst einen ersten Eingriff (22, 219), der in Eingriff mit der Spiralführung (24, 224) ist, und einen zweiten Eingriff (18b, 43, 217, 317), der in Eingriff mit der Radialführung (8, 108, 208, 308) ist; und eine Vorrichtung (4, 204), welche zum Zwischenrotor (23, 223) eine Betätigungskraft liefert zur Drehung bezüglich des Antriebsrotors und des Folgerrotors, wobei die Vorrichtung (4, 204) eine Radialverschiebung des Vorderendes des Verbindungsstücks (14, 114, 214) längs der Radialführung (8, 108, 208, 308) mit dem ersten Eingriff (22, 219), der schwenkbar in Eingriff mit der Spiralführung (24, 224) ist, ausführt, wobei die Radialverschiebung umgewandelt wird in eine Relativdrehung des Antriebsrotors und des Folgerrotors durch das Verbindungsstück (14, 114, 214), wobei der erste Eingriff (22, 219) eine Eingriffsmitte, die auf einer Schwenkachse des Vorderendes des Verbindungsstücks (14, 114, 214) angeordnet ist, aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der erste Eingriff eine Kugel (22, 219) umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der zweite Eingriff ein Blockelement (18) umfasst, welches sich vom Vorderende zur Radialführung (8) erstreckt.
Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei eine Kugel (22) des ersten Eingriffs im Blockelement (18) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, ferner umfassend ein Vorspannelement (21, 41, 221), welches das erste Eingriffselement (22, 219) und/oder das zweite Eingriffselement (18, 43, 217) hin zu einem Gegenelement vorspannt.
Vorrichtung zum Steuern von Ventilzeiten bei einem Verbrennungsmotor, umfassend: einen Antriebsrotor (203), gedreht durch eine Kurbelwelle des Motors; einen Folgerrotor (207, 210), vorgesehen zu einer Nockenwelle (201) des Motors, wobei der Folgerrotor eine Kraft vom Antriebsrotor aufnimmt; eine Radialführung (208, 308), vorgesehen zu einem von dem Antriebsrotor und dem Folgerrotor; einen Zwischenrotor (223), drehbar angeordnet bezüglich des Antriebsrotors und des Folgerrotors, wobei der Zwischenrotor eine Spiralführung (224) in einer Fläche gegenüberliegend zur Radialführung (208, 308) umfasst; ein bewegbares Element, geführt durch die Radialführung (208, 308) und die Spiralführung (224); ein Verbindungsstück (214), welches den anderen von dem Antriebsrotor und dem Folgerrotor an einer Position fern von einer Drehmitte davon mit dem Element schwenkbar verbindet; eine Vorrichtung (204), welche zu dem Zwischenrotor (223) eine Betätigungskraft zur Drehung bezüglich des Antriebsrotors und des Folgerrotors liefert, wobei die Vorrichtung (204) eine Radialverschiebung des bewegbaren Elements ausführt, wobei die Radialverschiebung umgewandelt wird in eine Relativdrehung des Antriebsrotors und des Folgerrotors durch das Verbindungsstück (214); und einen Vorsprung (217, 317), einstückig ausgebildet mit dem Verbindungsstück (214) an einem Ende davon, wobei der Vorsprung sich in Axialrichtung erstreckt und einen kreisförmigen Querschnitt aufweist, wobei der Vorsprung (217, 317) Teil des bewegbaren Elements ist und in Gleiteingriff mit der Radialführung oder der Spiralführung ist.
Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei der Vorsprung (217) zylindrisch ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei der Vorsprung (217) sich zur Radialführung (208) erstreckt und das Verbindungsstück (214) und der Vorsprung mit einem Durchgangsloch (218) ausgebildet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 7, ferner umfassend im Durchgangsloch (218) ein Dichtelement (216), angeordnet an einem Ende auf der Seite des Vorsprungs, eine mit der Spiralführung (224) sich in Eingriff befindliche Kugel (219), eine Haltevorrichtung (220) zum Tragen der Kugel und ein Vorspannelement (221), angeordnet zwischen dem Dichtelement und der Haltevorrichtung zum Vorspannen der Kugel hin zur Spiralführung.
Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei der Vorsprung (317) ein kugelartig ausgebildetes Vorderende aufweist, wobei die eine von der Radialführung (308) und der Spiralführung (224) einen Querschnitt mit größerem Krümmungsradius aufweist als das Vorderende des Vorsprungs.