DE19607903A1 - Ventilsteuervorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Ventilsteuervorrichtung bzw. Motorsteuervorrichtung.

Aus der geprüften Japanischen Patentveröffentlichung Hei Nr. 5(1993)-77843 ist eine typische Ventilsteuervorrichtung bekannt. In dieser Vorrichtung sind helixartige Keilnutverzahnungen sowohl in dem riemenscheibenseitigen Steuerelement, das als Krafteingabeelement fungiert, als auch in dem nockenwellenseitigen Element gebildet, das als Kraftausgabeelement fungiert und an seiner Achse einen Nocken für das Öffnen und Schließen eines Ventils aufweist. Überdies überträgt ein Kolben, der mit inneren und äußeren helixartigen Umfangskeilnutverzahnungen für den Eingriff der jeweiligen Winkelkeilnutverzahnungen der beiden Elemente versehen ist, Kraft von dem riemenscheibenseitigen Steuerelement zu dem nockenwellenseitigen Element.

Somit erfordert es die obige Vorrichtung, daß helixartige Keilnutverzahnungen an vier Stellen gebildet sind und erfordert es die obige Vorrichtung insbesondere, daß manchmal helixartige Keilnutverzahnungen, die sich in der Phase, dem Winkel oder der Richtung unterscheiden, an deren Innen- und Außenumfängen geformt sind, woraus sich ein höchst komplexer Herstellungsprozeß dieser Vorrichtung ergibt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine verbesserte Ventilsteuervorrichtung zu schaffen, die die vorhergehenden Nachteile überwindet.

Darüberhinaus soll die vorliegende Erfindung eine verbesserte Ventilsteuervorrichtung schaffen, deren Struktur vereinfacht ist.

Um dies zu erreichen, ist eine verbesserte Ventilsteuervorrichtung geschaffen worden, und zwar mit einem Eingabeelement, auf welches eine Antriebskraft ausgeübt wird; einem Ausgabeelement, das auf seiner Achse einen Nocken für das Öffnen und Schließen eines Ventiles aufweist; einem Übertragungselement für das Übertragen eines Drehmomentes zwischen dem Ausgabeelement und dem Eingabeelement und für das Ändern der Drehposition des Ausgabeelementes in Bezug auf das Eingabeelement, und zwar entsprechend seiner Position; einem, mit einem helixartigen Schlitz versehenen Schlitzelement, das an das Eingabeelement gesichert ist; und einem passiven Element, das mit einer helixartigen Keilnutverzahnung versehen ist, die den helixartigen Schlitz des Schlitzelementes überlagert und an das Ausgabeelement gesichert ist; wobei ein Basisabschnitt, der mit dem helixartigen Schlitz des Schlitzelementes in Eingriff bringbar ist, und ein gezahnter Abschnitt, der mit der helixartigen Keilnutverzahnung des passiven Elementes in Eingriff bringbar ist, derart in dem Übertragungselement gebildet sind, daß das Schlitzelement über das Übertragungselement mit dem passiven Element verbunden ist.

Gemäß dieser verbesserten Ventilsteuervorrichtung wird ein Übertragungsweg zum Übertragen der Antriebskraft von dem Schlitzelement über das Übertragungselement zu dem passiven Element gebildet und dadurch ein Drehmoment von dem an dem Schlitzelement befestigten Eingabeelement zu dem an dem passiven Element befestigten Ausgabeelement übermittelt. Ferner wird zwischen den Eingabeelement und dem Ausgabeelement ein Winkeländerungseffekt erzeugt, und zwar abhängig von der Eingriffsposition des helixartigen Schlitzes und des Basisabschnittes des Übertragungselements und in Abhängigkeit von der Eingriffsposition der helixartigen Keilnutverzahnung und des gezahnten Abschnittes des Übertragungselements.

Somit ist es durch die Tatsache, daß der Basisabschnitt des Übertragungselements mit dem helixartigen Schlitz des Schlitzelements in Eingriff steht, nicht notwendig, Keilnutverzahnungen zwischen dem Schlitzelement und dem Basisabschnitt des Übertragungselements zu bilden, so daß die Produktion proportional leichter wird.

Weitere Aufgaben und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden anhand der beigefügten Zeichnungen aus der nachstehenden ausführlichen Beschreibung ihrer bevorzugten Ausführungsbeispiele ersichtlich. Es zeigen

Fig. 1 eine Querschnittsansicht eines ersten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Ventilsteuervorrichtung;

Fig. 2 eine im maximal vorgerückten Zustand im wesentlichen entlang der Linie A-A aus Fig. 4 genommene Schnittansicht;

Fig. 3 eine im maximal verzögerten Zustand im wesentlichen entlang der Linie A-A aus Fig. 4 genommene Schnittansicht;

Fig. 4 eine Vorderansicht eines Kolbens und eines Schlitzelements;

Fig. 5 eine Teilexplosionsraumansicht aus Fig. 1;

Fig. 6 ein erläuterndes Diagramm 1 zur Veranschaulichung der Weise, in welcher die Feder auf den Kolben im ersten Ausführungsbeispiel wirkt;

Fig. 7 ein erläuterndes Diagramm 2 zur Veranschaulichung der Weise, in welcher die Feder auf den Kolben im ersten Ausführungsbeispiel wirkt;

Fig. 8 ein erläuterndes Diagramm 3 zur Veranschaulichung der Weise, in welcher im ersten Ausführungsbeispiel die Feder auf den Kolben wirkt;

Fig. 9 ein Blockdiagramm eines Motors;

Fig. 10 ein Blockdiagramm eines Hydraulikkreislaufes;

Fig. 11 ein erläuterndes Diagramm des maximal verzögerten Zustandes;

Fig. 12 ein erläuterndes Diagramm des maximal vorgerückten Zustandes;

Fig. 13 ein erläuterndes Diagramm des Vorrückbetrages;

Fig. 14 eine Querschnittsansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Ventilsteuervorrichtung;

Fig. 15 eine im wesentlichen entlang der Linie B-B aus Fig. 14 genommene Schnittansicht;

Fig. 16 eine Teilexplosionsraumansicht aus Fig. 14;

Fig. 17 ein erläuterndes Diagramm 1 zur Veranschaulichung der Weise, in welcher die Feder auf den Kolben im zweiten Ausführungsbeispiel wirkt;

Fig. 18 ein erläuterndes Diagramm 2 zur Veranschaulichung der Weise, in welcher die Feder auf den Kolben im zweiten Ausführungsbeispiel wirkt;

Fig. 19 ein erläuterndes Diagramm 3 zur Veranschaulichung der Weise, in welcher die Feder auf den Kolben im zweiten Ausführungsbeispiel wirkt; und

Fig. 20 eine Querschnittsansicht eines dritten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Ventilsteuervorrichtung.

Eine gemäß den erfindungsgemäßen bevorzugten Ausführungsbeispielen aufgebaute Ventilsteuervorrichtung ist nachstehend anhand der beigefügten Zeichnungen beschrieben.

Erstes Ausführungsbeispiel

Eine Ventilsteuervorrichtung 10 des ersten Ausführungsbeispiels ist nachstehend anhand der Fig. 1 bis 13 beschrieben.

In Fig. 1 ist die Ventilsteuervorrichtung 10 derart gezeigt, daß sich der obere Teil über einer horizontalen Mittellinie X in einem maximal verzögerten Zustand befindet und sich der untere Teil unter dieser Linie in einem maximal Vorgerückten Zustand befindet. Hierbei hat eine Steuerriemenscheibe 11, die ein erfindungsgemäßes Eingabeelement darstellt, eine Zahnradkomponente 12, einen Körper 13, eine Abdeckung 14 und ein zylindrisches Schlitzelement 15 und bringt in ihrem Inneren eine Kammer 16 unter. Das Schlitzelement 15 ist um eine Nockenwelle 21 gelagert, die ein erfindungsgemäßes Ausgabeelement darstellt, während sich das Schlitzelement 15 in bezug auf die Nockenwelle 21 drehen kann. Die Steuerriemenscheibe 11 kann sich daher in bezug auf die Nockenwelle 21 drehen. Das Schlitzelement 15 hat eine Flanschkomponente 18 und helixartige Schlitze 17, die gemäß den Fig. 2, 4 und 5 in der Flanschkomponente 18 helixartig gebildet sind. Es ist erstrebenswert, daß zumindest ein Paar (gemäß den Fig. 4 und 5 zwei) von helixartigen Schlitzen 17 entlang einer Diagonalen gebildet sind. Überdies sind die helixartigen Schlitze 17 gemäß Fig. 5 in sich gegenseitig schneidenden Richtungen geneigt.

Gemäß Fig. 9 ist die Steuerriemenscheibe 11 mit Hilfe eines Steuerriemens 52 mit der Kurbelriemenscheibe 51 eines Motors 55 verbunden und der Drehkraftwirkung der Kurbelriemenscheibe 51 ausgesetzt. Eine der Anzahl von Zylindern in dem Motor 55 entsprechende Vielzahl von Nocken 53 ist um die Außenseite der Nockenwelle 21 vorgesehen, die mit der Ventilsteuervorrichtung 10 ausgestattet ist, wobei die Vielzahl von Nocken 53 zumindest die Einlaßventile 54 (in Fig. 9 ist lediglich ein Einlaßventil der vier Einlaßventile gezeigt) der Einlaß- und Auslaßventile des Motors 55 öffnet und schließt.

Gemäß Fig. 1 ist ein passives Element 23 mit einer an seinem Außenseitenumfang gebildeten helixartigen Keilnutverzahnung 22, mit einem Bolzen 24 an dem linken Ende der Nockenwelle 21 fixiert, wobei die Wirkung eines Stiftes 25 verhindert, daß sich die Nockenwelle 21 und das passive Element 23 relativ zueinander drehen. Die helixartige Keilnutverzahnung 22 ist an dem innenseitigen Umfang der Flanschkomponente 18 angeordnet. Die helixartigen Schlitze 17 und die helixartige Keilnutverzahnung 22 sind daher überlagert.

Ein zylindrischer Kolben 31, der ein Übertragungselement der vorliegenden Erfindung darstellt, ist innerhalb der Kammer 16 um das Schlitzelement 15 angebracht, während er in Axialrichtung verschiebbar ist. Der Kolben 31 ist in Axialrichtung in einen ersten Kolben 32 und einen zweiten Kolben 33 unterteilt, wobei eine Feder 36, die ein elastisches Element darstellt, zwischen den entsprechenden Aufnahmen 34 und 35 der beiden Kolben angeordnet ist, wobei diese in vorbestimmter Richtung auseinandergedrückt werden. Die außenseitige Umfangskante 33e des zweiten Kolbens 33 wird über ein Abdichtelement 37 mit der Innenumfangsoberfläche der Abdeckung 14 in dichte Berührung gebracht, wobei die Kammer 16 in eine verzögerungsseitige Hydraulikkammer 41 und eine vorrückseitige Hydraulikkammer 42 unterteilt wird. Der Kolben 31 ist in Axialrichtung entlang der helixartigen Schlitze 17 verschiebbar, wobei das Verschieben andauert, bis die linke Endfläche der außenseitigen Umfangskante 33e des zweiten Kolbens 32 beim Zündvorrücken (untere Hälfte aus Fig. 1) mit einer Stufenkomponente 14a in Berührung tritt oder bis die rechte Endfläche der außenseitigen Umfangskante 33e des zweiten Kolbens 33 beim Verzögern (obere Hälfte aus Fig. 1) mit dem Ende 13a des Körpers 13 in Berührung tritt. Zusätzlich ist die linke Endfläche des zweiten Kolbens 33 im verzögerten Zustand eine Druckaufnahmeoberfläche 33f, wobei die rechte Endfläche im vorgerückten Zustand eine Druckaufnahmeoberfläche 33g ist.

Der erste Kolben 32 und der zweite Kolben 33 haben entsprechende Basiskomponente 32a und 33a, die in die helixartigen Schlitze 17 des Schlitzelements 15 passen, wobei gezahnte Innenumfangskomponenten 32b und 33b, die mit der Außenumfangskeilnutverzahnung 22 in Eingriff sind, an den Innenumfangsoberflächen dieser Basiskomponenten 32a und 33a ausgebildet sind. Da dieses Ausführungsbeispiel die Bildung zweier helixartiger Schlitze 17 entlang einer Diagonalen involviert, ist der gesamte Kolben 31 für jeden der helixartigen Schlitze 17 mit zwei Basiskomponenten 32a und 33a und zwei gezahnten Innenumfangskomponenten 32b und 33b versehen. Mit anderen Worten sind die Basiskomponenten (Basisabschnitte) 32a und 33a und die gezahnten Innenumfangskomponenten (gezahnter Abschnitt) 32b und 33b lediglich entlang einem Abschnitt (an zwei Stellen) des Umfanges der ersten und zweiten Kolben 32 und 33 gebildet.

Da die ersten und zweiten Kolben 32 und 33 mittels der Feder 36 auseinandergedrückt werden, bewegt sich in Fig. 6 der erste Kolben 32 nach oben und der zweite Kolben 33 nach unten, und zwar ausgehend von einem Zustand, in welchem sich gemäß Fig. 6 beide Kolben 32 und 33 miteinander in Kontakt befinden. Insbesondere übt die Feder 36 eine Spreizwirkung auf den Kolben 31 aus. Gemäß Fig. 7 werden die beiden Kolben 32 und 33 daher durch die linke abgeschrägte Oberfläche der Basiskomponente 32a des ersten Kolbens 32, die mit den Endflächen 17a der helixartigen Schlitze 17 in Kontakt tritt, und durch die rechte abgeschrägte Oberfläche der Basiskomponente 33a des zweiten Kolbens 33, die mit den Endflächen 17b der helixartigen Schlitze 17 in Berührung tritt, innerhalb der helixartigen Schlitze 17 auseinandergezogen. Mit anderen Worten werden die beiden Basiskomponente 32a und 33a gegen die Endflächen der helixartigen Schlitze 17 gedrückt und ist in bezug auf den gesamten Kolben 31 keine Zitterbewegung gegenüber den helixartigen Schlitzen 17 vorhanden.

Die, Führungen repräsentierende Basiskomponente 32a und 33a der beiden Kolben 32 und 33 zeigen die Tendenz, die Endflächen 17a und 17b der helixartigen Schlitze 17 weiter auseinanderzubewegen, jedoch werden die beiden Kolben 32 und 33 durch das Einschieben bzw. Einkeilen der helixartige Keilnutverzahnung 22 zwischen den gezahnten Innenumfangskomponenten 32b und 33b gestoppt. Die beiden gezahnten Innenumfangskomponenten 32b und 33b werden daher gegen die helixartige Keilnutverzahnung 22 gedrückt, so daß sich der Kolben 31 in bezug auf die helixartige Keilnutverzahnung nicht hin und herbewegt. Da ferner diese Anpreßkräfte einen gegen die Bewegung des Kolbens 31 wirkenden Gleitwiderstand erzeugen, tragen die Anpreßkräfte auch dazu bei, die Bewegung des Kolbens 31 in der Position zu stoppen. In Fig. 8 und 13 sind die gezahnten Innenumfangskomponenten 32b und 33b und die helixartige Keilnutverzahnung 22 lediglich für einen Zahn gezeigt, wobei der Rest weggelassen wurde. Die anhand der Fig. 6 bis 8 ausgeführte Vorbeschreibung betrifft einen Fall, bei dem sich der Kolben 31 in einem Zustand maximaler Zündvorrückung befand, jedoch wird die gleiche Wirkung auch in einem maximal verzögerten Zustand oder einem Zwischen-Vorrück-Zustand erzeugt.

Der in Fig. 10 gezeigte hydraulische Kreislauf 61 übt einen Betriebsöldruck auf die Ventilsteuervorrichtung 10 aus. Hierbei zieht eine Pumpe 63 Öl von einem Ölbehälter 62, um Öldruck zu erzeugen, wobei der Öldruck mittels eines hydraulischen Abschaltscheibenventils 64 auf den in der Nockenwelle 21 gebildeten Anschluß 65 oder 66 ausgeübt wird. Mit 67 ist ein Ablaufkreislauf bezeichnet. Das hydraulische Abschaltscheibenventil 64 wird mittels einer Steuereinrichtung 68 betrieben, die gemäß dem eingegebenen Motorlastsignal, den Nockenwinkelsignal, dem Kurbelwinkelsignal und verschiedenen weiteren Signalen ein optimales Steuersignal zu dem hydraulischen Abschalttellerventil 64 ausgibt. In Fig. 1 sind die Anschlüsse 65 und 66 auf den Außenseitenumfang der Nockenwelle 21 ringförmig gebildet. Der Anschluß 65 ist mit einem Ende eines sich innerhalb der Nockenwelle 21 in Axialrichtung erstreckenden Leitungskanals 71 verbunden, wobei der Leitungskanal 71 durch das andere Ende über einen in dem Schlitzelement 15 gebildeten Leitungskanal 72 mit der vorrückseitigen Hydraulikkammer 42 verbunden ist. Das linke Ende des Leitungskanals 71 ist durch das passive Element 23 abgedichtet. Der Anschluß 66 ist mit einem Ende eines sich in Axialrichtung entlang dem Zentrum innerhalb der Nockenwelle 21 erstreckenden Leitungskanals 73 verbunden und über einen sich entlang dem Zentrum innerhalb des Bolzens 24 in Axialrichtung erstreckenden Leitungskanal 74 mit der verzögerungsseitigen Hydraulikkammer 41 verbunden.

Die Betätigung der Ventilsteuervorrichtung 10 der oben genannten Struktur ist nachstehend beschrieben.

Mit dem Anlassen des Motors 55 bewegt sich der Kolben 31 sofort in die Position des in der oberen Hälfte aus Fig. 1 gezeigten maximal verzögerten Zustandes. Dies liegt darin begründet, da der Kolben 31 auf derartige Weise orientiert ist, daß er sich aufgrund der Beziehung zwischen der Drehrichtung der Steuerriemenscheibe 11 und der Neigungsrichtung der helixartigen Keilnutverzahnung 22 oder der helixartigen Schlitze 17 in Eingriff mit dem Kolben 31 in die Position des maximal verzögerten Zustandes bewegt. Eine in diese Richtung gerichtete Kraft wirkt während des Motorbetriebes dauerhaft auf den Kolben 31 ein. Wenn die Pumpe 63 beginnt, einen Öldruck zu erzeugen, befindet sich das hydraulische Abschalt-Tellerventil 64 anfänglich in dem Aus-Zustand und wird in der Position gehalten, in welcher der Öldruck ausgeübt wird, so daß die verzögerungsseitige Hydraulikkammer 41 mit Öldruck beaufschlagt und in dem maximal verzögerten Zustand gehalten ist. Da zu diesem Zeitpunkt das hydraulische Abschalt-Tellerventil 64 den ersten Anschluß 65 mit dem Abflußschaltkreis 67 verbindet, ist innerhalb der vorrückseitigen Hydraulikkammer 42 der Innendruck (in etwa der atmosphärische Druck) des Zylinderkopfes vorhanden.

Wenn in der verzögerungsseitigen Hydraulikkammer 41 Öldruck vorherrscht, wirkt dieser Öldruck auf die druckaufnehmende Oberfläche 33f des zweiten Kolbens 33 und bringt dieser die rechte Endfläche der außenseitigen Umfangskante 33e des zweiten Kolbens 33 mit dem Ende 13a des Körpers 13 in Berührung. Jedoch wirkt der Öldruck sowohl auf die linke als auch rechte Endfläche der Aufnahme 34 des ersten Kolbens 32, so daß der Öldruck innerhalb der verzögerungsseitigen Hydraulikkammer 41 keine Kraft erzeugt, die versucht, den ersten Kolben 32 in horizontaler Richtung zu bewegen. Ungeachtet des vorbeschriebenen maximal verzögerten Zustandes und des nachstehend beschriebenen maximal vorgerückten Zustandes wird die Drehkraft (Moment), die von der Kurbelriemenscheibe 51 des Motors 55 auf das Schlitzelement 15, die Zahnradkomponente 12 der Steuerriemenscheibe 11 und den Steuerriemen 52 eingeleitet wird, zu den Basiskomponenten 32a und 33a der beiden Kolben 32 und 33 übertragen, die in einem Druckzustand mit den helixartigen Schlitzen 17 des Schlitzelementes 15 in Eingriff stehen, und wird diese über die helixartige Keilnutverzahnung 22 des passiven Elements 23, die mit den gezahnten Innenumfangskomponenten 32b und 33b der beiden Kolben 32 und 33 in dem Druckzustand in Eingriff steht, zu der Nockenwelle 21 übertragen.

Überdies nimmt die Nockenwelle 21 ein sich änderndes Drehmoment von dem Nockensystem auf und übt zusätzlich zu der inherenten Drehbewegung der Nockenwelle 21 eine überschüssige Drehbewegung (Drehbewegung in umgekehrter Richtung und dergleichen) auf die Nockenwelle 21 aus. Jedoch verbindet, wie anhand der Fig. 6 bis 8 beschrieben, die Spreizwirkung der Feder 36 die helixartigen Schlitze 17, den Kolben 31 und die helixartige Keilnutverzahnung 22 sicher, ohne Zwischenräume zu hinterlassen, so daß die Erzeugung von, auf Zwischenräumen zwischen den verbundenen Komponenten beruhendem Klopfen verhindert wird.

Wenn der Motorzustand 55 auf der Grundlage verschiedener, in die Steuervorrichtung 68 eingegebener Signale bestimmt wird und beispielsweise der Betrieb durch eine hohe Geschwindigkeit und Schwerlast gekennzeichnet ist, betätigt die Steuervorrichtung 68 das hydraulische Abschalt- Tellerventil 64 und legt es in einer Position fest, in welcher ein Öldruck auf den Anschluß 65 ausgeübt wird. Daraus resultierend wird der Öldruck auf die vorrückseitige Hydraulikkammer 42 ausgeübt, wobei dieser auf die druckaufnehmende Oberfläche 33g des zweiten Kolbens 33 wirkt. Zu diesem Zeitpunkt wird der zweite Anschluß 66 mittels des hydraulischen Abschalt-Tellerventils 64 mit dem Abflußschaltkreis 67 derart verbunden, daß die verzögerungsseitige Hydraulikkammer 41 den Innendruck (in etwa der atmosphärische Druck) des Zylinderkopfes benötigt. Zu diesem Zeitpunkt ist zwischen dem ersten Kolben 32 und dem zweiten Kolben 33 gemäß Fig. 8 ein Zwischenraum vorhanden, wobei das linke abgeschrägte Ende der Basiskomponente 32a des ersten Kolbens 32 mit den Endflächen 17a der helixartigen Schlitze 17 in Berührung tritt und sich der zweite Kolben 33 auf derartige Weise bewegt, daß der Zwischenraum zwischen ihm und dem ersten Kolben 32 verringert wird. Insbesondere wird die Feder 36 komprimiert, wodurch die Verbindung der helixartigen Schlitze 17, des Kolbens 31 und der helixartigen Keilnutverzahnung 22 durch ihre Spreizwirkung, wenn auch nur etwas, geschwächt wird. Der Druck zwischen den Basiskomponenten 32a und 33a des Kolbens 31 und der helixartigen Schlitze 17 wird daher reduziert, wie auch der Druck zwischen der helixartigen Keilnutverzahnung 22 und den gezahnten Innenumfangskomponenten 32b und 33b des Kolbens 31, wodurch der Reibwiderstand während der Bewegung des Kolbens 31 reduziert wird und der Kolben in die in hohem Maße ansprechende Zündvorrückrichtung bewegt wird. Mit anderen Worten bewegt sich der Kolben 31, während der mittels der Feder 36 in vorbeschriebener Richtung ausgeübte Druck verringert wird (während die Feder 36 komprimiert wird), nach links und erreicht schließlich die Position in dem unteren Abschnitt aus Fig. 1. Dieser Zustand ist in Fig. 3 teilweise gezeigt. Die vorbeschriebene Wirkung dauert an, während eine Bewegungskraft auf den Kolben 31 ausgeübt wird (während der Öldruck der vorrückseitigen Hydraulikkammer 42 größer als der Öldruck der verzögerungsseitigen Hydraulikkammer 41 ist).

Somit wird die Anregungskraft der Feder 36 verringert (die Feder 36 wird komprimiert), und zwar während der Bewegung des Kolbens 31, so daß die Kraft, die die Basiskomponente 32a und 33a der beiden Kolben 32 und 33 innerhalb der helixartigen Schlitze 17 auseinanderzieht, verringert ist, so wie auch die Kraft, mit welcher die helixartige Keilnutverzahnung 22 zwischen den gezahnten Innenumfangskomponenten 32b und 33b eingeschoben bzw. eingekeilt wird, wodurch der Reibwiderstand während der Bewegung des Kolbens 31 reduziert wird.

Da jedoch die linke Endfläche der außenseitigen Umfangskante 33e des zweiten Kolbens 33 mit der Stufenkomponente 14a der Abdeckung 14 in der im unteren Teil aus Fig. 1 gezeigten Position des maximal vorgerückten Zustandes in Berührung tritt, wird der Öldruck innerhalb der vorrückseitigen Hydraulikkammer 42 für die Annahme der druckaufnehmenden Oberfläche 33f des zweiten Kolbens 33 nicht auf den ersten Kolben 32 ausgeübt, nicht einmal indirekt. Daher tritt die Spreizwirkung der Feder 36 abermals ein, wobei die helixartigen Schlitze 17, der Kolben 31 und die helixartige Keilnutverzahnung 22 sicher und ohne Zwischenräume miteinander verbunden sind, wie in bezug auf Fig. 6 bis 8 beschrieben wurde.

In Abhängigkeit von der Weise, in welcher die Steuerung des hydraulischen Abschalt-Tellerventiles 64 ausgeführt wird, kann der Kolben 31 in jeder Position (Zwischenvorrückposition) zwischen der maximal vorgerückten Position und der maximal verzögerten Position gestoppt werden. Dies macht es erforderlich, daß Gleichgewicht zwischen dem Öldruck der verzögerungsseitigen Hydraulikkammer 41 und dem Öldruck der vorrückseitigen Hydraulikkammer 42 erreicht wird, wenn der Kolben 31 eine beliebige Position erreicht hat. Der Vorrückbetrag kann daher auf jeden Wert zwischen einem Nullniveau und einem Maximalniveau festgelegt werden. Somit bleibt die Spreizwirkung der Feder 36 effektiv, wenn der Kolben 31 in einer beliebigen Position gestoppt worden ist, da nach Vorbeschreibung keine Bewegungskraft auf den Kolben 31 ausgeübt wird.

Der Vorrückzustand ist nachstehend anhand der Fig. 2 und 3 beschrieben. In Fig. 2, die den zum Zeitpunkt der maximalen Vorrückung vorhandenen Zustand beschreibt, stimmt die Standardwinkelposition R1 des Kolbens 31 mit der Winkelposition R2 des Schlitzelementes 15 überein. Andererseits stimmt in Fig. 3, die den zum Zeitpunkt der maximalen Vorrückung vorhandenen Zustand beschreibt, die Standardwinkelposition des Schlitzelements 15 mit der Winkelposition R3 des Schlitzelementes 15 überein. Es ist verständlich, daß der Kolben 31 über einen Winkel R4 (= R3 - R2) über das Schlitzelement 15 vorrückt, wenn sich der Kolben innerhalb der helixartigen Keilnutverzahnungen 17 bewegt. R4 ist ebenso in Fig. 13 gezeigt. Zum gleichen Zeitpunkt rückt die mit der helixartigen Keilnutverzahnung 22 verbundene Nockenwelle 21 über einen Winkel R5 über den Kolben 31, sofern sich der Kolben 31 an der helixartigen Keilnutverzahnung 22 bewegt. Das Gesamtergebnis besteht darin, daß die Nockenwelle 21 in bezug auf die Steuerriemenscheibe 11 über einen Winkel R4 + R5 vorrückt.

Der Zustand aus Fig. 11 ist zu dem Zeitpunkt maximaler Verzögerung vorhanden, wobei der Zustand aus Fig. 12 zum Zeitpunkt maximaler Vorrückung vorhanden ist. Hierbei ist P1 die Winkelposition der Steuerriemenscheibe 11 und P2 die Winkelposition der Nockenwelle 21. Ein Vergleich der beiden Figuren zeigt, daß zum Zeitpunkt maximaler Vorrückung eine Vorrückung entsprechend einem Winkel Θ zwischen P1 und P2 vorhanden ist. Dieser Winkel Θ entspricht dem oben genannten Wert R4 + R5.

Das erste Ausführungsbeispiel wurde anhand eines Falles beschrieben, in welchem eine Steuervorrichtung 68 ein hydraulisches Abschalt-Tellerventil 64 betätigt und während eines Hochgeschwindigkeits-, Hochlast-Betriebes ein Öldruck auf einen Anschluß 65 ausgeübt wird, jedoch können auch weitere Zustände für die Öldruckausübung auf den Anschluß 65 verwendet werden und sollten diese auf Grundlage der Ausgestaltung angemessen festgelegt werden. Zusätzlich ist eine riemengetriebene Steuerriemenscheibe als ein Beispiel des Eingabeelementes beschrieben, jedoch kann jedes weitere Krafteingabeelement verwendet werden. Beispiele schließen ein kettenbetriebenes Steuerzahnrad und eines von einem Paar von gegenseitig in Eingriff stehenden Zahnrädern ein, die an einer Verbindung von Nockenwellen angebracht sind.

Ferner ist eine Druckfeder als ein Beispiel für das elastische Element beschrieben worden, die eine Spreizwirkung ausübt, jedoch kann als elastisches Element ebenso eine Zugfeder verwendet werden, in welchem Falle die Anregungskraft in Zugrichtung während der Zündvorrückung verringert werden muß, so daß die vorrückseitige Hydraulikkammer 42 an der linken Seite des zweiten Kolbens 33 angeordnet werden muß.

Zweites Ausführungsbeispiel

Gemäß den Fig. 14 bis 16 hat die Ventilsteuervorrichtung des zweiten Ausführungsbeispiels eine Struktur, die der anhand des ersten Ausführungsbeispiels beschriebenen Struktur gleicht, so daß lediglich die dazu unterschiedlichen Teile beschrieben sind.

Gemäß den Fig. 15 und 16 ist ein Schlitzelement 15 mit ersten und zweiten helixartigen Schlitzen 171 und 172 versehen, wobei zwei erste helixartige Schlitze 171 und zwei zweite helixartige Schlitze 172 entlang jeder Diagonalen gebildet sind. Eine Flanschkomponente 18 ist zwischen einem ersten helixartigen Schlitz 171 und einem zweiten helixartigen Schlitz 172 vorgesehen, so daß das Schlitzelement 15 insgesamt vier Flanschkomponente 18 hat. Die beiden ersten helixartigen Flansche 171 sind in sich gegenseitig schneidenden Richtungen geneigt, wobei die beiden helixartigen Schlitze 171, 172 in gegenseitig schneidenden Richtungen geneigt sind. Es kann lediglich ein erster helixartiger Schlitz 171 und ein zweiter helixartiger Schlitz 172 vorhanden sein oder drei oder mehr davon vorhanden sein.

Die Basiskomponente 32a eines ersten Kolbens 32 ist mit dem ersten helixartigen Schlitz 171 in Eingriff, wobei die Basiskomponente 33a eines zweiten Kolbens 33 mit dem zweiten helixartigen Schlitz 172 in Eingriff ist. Wie im ersten Ausführungsbeispiel ist der Basisabschnitt 33a des zweiten Kolbens 33 jeweils mit gezahnten Innenumfangskomponenten 32b und 33b versehen, die mit der, um die Umfangsseite eines passiven Elementes 23 gebildeten helixartigen Keilnutverzahnung 22 in Eingriff sind. Gemäß den Fig. 14 und 15 ist die Basiskomponente 33a des zweiten Kolbens 33 in einem vorbeschriebenen Zwischenraum innerhalb des ersten Kolbens 32 entlang dem gleichen Umfang (in gleicher Axialposition) wie die Basiskomponente 32a des ersten Kolbens 32 positioniert (d. h. entlang dem Umfang um die Achse der Nockenwelle 21). Insbesondere sind die gezahnten Innenumfangskomponenten 32b und 33b entlang dem gleichen Umfang (in gleicher Axialposition) positioniert. Die Basiskomponente 32a des ersten Kolbens 32 kann den zweiten Kolben 33 ersetzen.

Wie im ersten Ausführungsbeispiel werden die ersten und zweiten Kolben 32 und 33 mittels einer Feder 36 auseinandergedrückt, wobei sich in Fig. 17 der erste Kolben 32 nach oben bewegt und sich der zweite Kolben 33 nach unten bewegt. Insbesondere übt die Feder 36 eine Spreizwirkung auf einen Kolben 31 aus. Daher wird gemäß Fig. 18 die linke abgeschrägte Oberfläche der Basiskomponente 32a des ersten Kolbens 32 gegen die Endfläche 171a des ersten helixartigen Schlitzes 171 gepreßt und die rechte abgeschrägte Oberfläche der Basiskomponente 33a des zweiten Kolbens 33 gegen die Endfläche 172a des zweiten helixartigen Schlitzes 172 gepreßt, wobei in bezug auf den gesamten Kolben 31 gegenüber den helixartigen Schlitzen 171 und 172 keine Zitterbewegung vorhanden ist.

Die, Führungen repräsentierenden Basiskomponenten 32a und 33a der beiden Kolben 32 und 33 zeigen die Tendenz, die Endflächen 171a und 172a der helixartigen Schlitze 171 und 172 auseinanderzubewegen, jedoch wird gemäß Fig. 19 die gezahnte Innenumfangskomponente 32b gegen die helixartige Keilnutverzahnung 22 gepreßt, und zwar so wie die gezahnte Innenumfangskomponente 33b, wobei in bezug auf den gesamten Kolben 31 keine Zitterbewegung gegenüber der helixartigen Keilnutverzahnung 22 vorhanden ist. Diese Druckkräfte fungieren als Reibwiderstand während der Bewegung des Kolbens 31, und bewirken daher, daß der Kolben 31 in dieser Position stoppt. In Fig. 19 sind die gezahnten Innenumfangskomponenten 32b und 33b und die helixartige Keilnutverzahnung 22 lediglich für einen Zahn gezeigt, wobei der Rest weggelassen ist. Die Vorbeschreibung in Bezug auf die Fig. 17 bis 19 betrifft den Fall, in welchem sich der Kolben 31 in einem Zustand maximaler Vorrückung befand, jedoch wird die gleiche Wirkung in einem Zustand maximaler Verzögerung oder einem Zwischenzustand erzeugt.

Wie in bezug auf die Fig. 17 bis 19 beschrieben, verbindet die Spreizwirkung der Feder 36, selbst wenn die Nockenwelle 21 ein sich veränderndes Drehmoment von dem Nockensystem aufnimmt, die helixartigen Schlitze 171 und 172, den Kolben 31 und die helixartige Keilnutverzahnung 22 sicher, ohne Zwischenräume zu hinterlassen, so daß die, Zwischenräumen zwischen den verbundenen Komponenten beruhende Klopferzeugung verhindert ist.

Während das zweite Ausführungsbeispiel die gleiche Wirkung wie das erste Ausführungsbeispiel erzeugt, involviert es ferner das Versehen des Schlitzelementes 15 mit ersten und zweiten helixartigen Schlitzen 171 und 172 und den Eingriff der Basiskomponente 32a des erste Kolbens 32 mit dem ersten helixartigen Schlitz 171 und der Basiskomponente 33a des zweiten Kolbens 33 mit dem zweiten helixartigen Schlitz 172 ein, jeweils, wodurch es möglich ist, die Basiskomponente 32a und 33a sowie die gezahnten Innenumfangskomponenten 32b und 33b in der gleichen Axialposition anzuordnen. Daraus resultiert, daß die Axiallänge des Kolbens 31 und die Axiallänge der Ventilsteuervorrichtung im Vergleich zu jenen des ersten Ausführungsbeispiels reduziert werden kann.

Drittes Ausführungsbeispiel

Gemäß Fig. 20 hat die Ventilsteuervorrichtung des dritten Ausführungsbeispiels die gleiche Grundstruktur wie das zweite Ausführungsbeispiel, wobei der einzige Unterschied gegenüber dem zweiten Ausführungsbeispiel darin liegt, daß eine Hydraulikkammer 40 zwischen einem an einer Nockenwelle 21 angebrachten passiven Element 23 und einem Schlitzelement 15 vorgesehen ist, das ein Teil einer Steuerriemenscheibe 11 ist, und das Öl, ein viskoses Fluid oder ein weiteres Fluid innerhalb der Kammer eingeschlossen ist. Es ist ebenso möglich, in der Hydraulikkammer 40 lediglich einen Ölfilm auszubilden.

Somit kann das Vorsehen einer Hydraulikkammer 40 zwischen dem passiven Element 23 und dem Schlitzelement 15 eine Axialzitterbewegung des Schlitzelementes 15 gegenüber dem passiven Element 23 oder jegliches Stoßgeräusch (Klopfen) so weit wie möglich verhindern, wenn von dem Nockensystem ein sich veränderndes Drehmoment auf die Nockenwelle 21 ausgeübt wird.

Wie oben erwähnt, tritt erfindungsgemäß die Basiskomponente (Basisabschnitt) des Übertragungselementes mit dem helixartigen Schlitz des Schlitzelementes in Eingriff, wobei die gezahnte Komponente (gezahnter Abschnitt) des Übertragungselementes mit der helixartigen Keilnutverzahnung des passiven Elementes in Eingriff tritt, so daß die Notwendigkeit der Ausbildung der Keilnutverzahnungen zwischen dem Schlitzelement und den Basiskomponente des Übertragungselementes wegfällt, und die Produktion proportional leichter wird.

Wenn ferner erfindungsgemäß das Übertragungselement in das erste Übertragungselement und das zweite Übertragungselement unterteilt wird und ein elastisches Element mit einer vorbestimmten Anpreßkraft in vorbeschriebener Richtung zwischen dem ersten und zweiten Übertragungselement angeordnet wird, können die Basiskomponente der beiden Übertragungselemente an den helixartigen Schlitz gedrückt werden und die gezahnten Komponenten beider Übertragungselemente an die helixartige Keilnutverzahnung gedrückt werden. Daraus resultiert, daß weder eine Zitterbewegung zwischen dem Schlitzelement, den Übertragungselementen und dem passiven Element vorhanden ist noch ein, durch eine Zitterbewegung erzeugtes Klopfen zwischen dem Schlitzelement, den Übertragungselementen und dem passiven Element vorhanden ist, selbst wenn das Ausgabeelement ein sich veränderndes Drehmoment aufnimmt, wodurch es möglich wird, einen geräuschfreien Betrieb der Ventilsteuervorrichtung zu erreichen.

Ferner können erfindungsgemäß die Übertragungselemente zwei druckaufnehmende Oberflächen aufweisen, so daß der Druck zwischen den Basiskomponente beider Übertragungselemente und dem helixartigen Schlitz und der Druck zwischen den gezahnten Komponenten beider Übertragungselemente und der helixartigen Keilnutverzahnung reduziert wird, wenn die Drehposition des Ausgabeelementes relativ zu der Drehposition des Eingabeelementes durch die Bewegung des Übertragungselementes aufgrund der Druckbeaufschlagung auf einer der druckaufnehmenden Oberflächen geändert wird. Dabei ist es möglich, den Reibwiderstand zwischen den Übertragungselementen zu reduzieren, so daß es möglich ist, ein Vorrück-Ansprechen zu verbessern.

Ferner können die Basiskomponente oder die gezahnten Komponenten erfindungsgemäß in gleicher Axialposition angeordnet werden, wenn das Schlitzelement erste und zweite helixartige Schlitze aufweist, wobei die Basiskomponente des ersten Übertragungselementes mit dem ersten helixartigen Schlitz in Eingriff treten kann und die Basiskomponente des zweiten Übertragungselementes mit dem helixartigen Schlitz in Eingriff treten kann. Daraus resultiert, daß die Axiallänge der Übertragungselemente reduziert werden kann, so daß die Axiallänge der Ventilsteuervorrichtung reduzierbar ist.

Die Ventilsteuervorrichtung 10 hat das Eingabeelement 11, auf welches eine Antriebskraft ausgeübt wird, das Ausgabeelement 21, das auf seiner Achse den Nocken 53 zum Öffnen und Schließen des Ventils 54 aufweist, das Übertragungselement 31 zum Übertragen eines Drehmomentes zwischen dem Ausgabeelement 21 und dem Eingabeelement 11 und zum Ändern der Drehposition des Ausgabeelementes 21 in Bezug auf das Eingabeelement 11 gemäß seiner Position, das Schlitzelement 15, das mit dem helixartigen Schlitz 17 versehen ist und an dem Eingabeelement 11 gesichert ist, und das passive Element 23 aufweist, das mit der helixartigen Keilnutverzahnung 22 versehen ist, die den helixartigen Schlitz 17 des Schlitzelementes 15 überlagert und an dem Ausgabeelement 21 gesichert ist, wobei der Basisabschnitt 32a, der mit dem helixartigen Schlitz 17 des Schlitzelementes 15 in Eingriff bringbar ist, und der gezahnte Abschnitt 32b, der mit der helixartigen Keilnutverzahnung 22 des passiven Elementes 23 in Eingriff bringbar ist, in dem Übertragungselement 31 ausgebildet sind, so daß das Schlitzelement 15 über das Schlitzelement 15 mit dem passiven Element 23 verbunden ist.

Claims (9)

1. Ventilsteuervorrichtung (10) mit einem Eingabeelement (11), auf welches eine Antriebskraft ausgeübt wird;
einem Ausgabeelement (21), das auf seiner Achse einen Nocken (53) für das Öffnen und Schließen eines Ventiles (54) aufweist;
einem Übertragungselement (31) für das Übertragen eines Drehmomentes zwischen dem Ausgabeelement (21) und dem Eingabeelement (11) und für das Ändern der Drehposition des Ausgabeelementes (21) in Bezug auf das Eingabeelement (11) entsprechend seiner Position;
einem, mit einem helixartigen Schlitz (17) versehenen Schlitzelement (15), das an das Eingabeelement (11) gesichert ist; und
einem passiven Element (23), das mit einer helixartigen Keilnutverzahnung (22) versehen ist, die den helixartigen Schlitz (17) des Schlitzelementes (15) überlagert und an das Ausgabeelement (21) gesichert ist;
wobei ein Basisabschnitt (32a), der mit dem helixartigen Schlitz (17) des Schlitzelementes (15) in Eingriff bringbar ist, und ein gezahnter Abschnitt (32b), der mit der helixartigen Keilnutverzahnung (22) des passiven Elementes (23) in Eingriff bringbar ist, derart in dem Übertragungselement (31) gebildet sind, daß das Schlitzelement (15) über das Übertragungselement (31) mit dem passiven Element (23) verbunden ist.

2. Ventilsteuervorrichtung (10) gemäß Patentanspruch 1, wobei das Übertragungselement (31) in ein erstes Übertragungselement (32) und ein zweites Übertragungselement (33) in Axialrichtung unterteilt ist und ein elastisches Element (36), das eine Anpreßkraft in einer vorbeschriebenen Richtung ausübt, zwischen den beiden Übertragungselementen (32, 33) derart angeordnet sind, daß die Basisabschnitte (32a, 33a) des ersten und zweiten Übertragungselementes (32, 33) gegen die helixartigen Schlitze (17) gepreßt werden und die gezahnten Abschnitte (32b, 33b) des ersten und zweiten Übertragungselementes (32, 33) gegen die helixartige Keilnutverzahnung (22) gepreßt werden.

3. Ventilsteuervorrichtung gemäß Patentanspruch 2, wobei die Übertragungselemente (32, 33) zwei druckaufnehmende Oberflächen (33f, 33g) aufweisen und der Druck zwischen den Basiskomponente (32a, 33a) beider Übertragungselemente (32, 33) und dem helixartigen Schlitz (17) und der Druck zwischen den gezahnten Komponenten (32b, 33b) beider Übertragungselemente (32, 33) und der helixartigen Keilnutverzahnung (22) verringert wird, wenn aufgrund der Druckbeaufschlagung auf eine der druckaufnehmenden Oberflächen die Drehposition des Ausgabeelementes (21) relativ zu der Drehposition des Eingabeelementes (11) durch die Bewegung des Übertragungselementes (31) geändert wird.

4. Ventilsteuervorrichtung (10) gemäß Patentanspruch 2, wobei das Schlitzelement (15) eine zylindrische Form aufweist;
ein Paar der sich in Axialrichtung erstreckenden helixartiges Schlitze (171, 172) in dem Schlitzelement (15) über gleichmäßige Abstände in Umfangsrichtung gebildet sind;
die ersten und zweiten Übertragungselemente (32, 33) um die Außenseite des Schlitzelementes (15) angebracht sind, während sie sich in Axialrichtung bewegen können;
das erste und zweite Übertragungselement (32, 33) jeweils mit einem Paar von Basisabschnitten (32a, 33a) versehen ist, die mit dem Paar von helixartigen Schlitzen (171, 172) in Eingriff bringbar sind;
einer (171) der helixartigen Schlitze (171, 172) mit einem der Basisabschnitte (32a, 33a) jedes Übertragungselementes (32, 33) in Eingriff steht; und
der andere helixartige Schlitz (172) mit den anderen Basisabschnitten (32a, 33a) jedes Übertragungselementes (32, 33) in Eingriff steht.

5. Ventilsteuervorrichtung (10) gemäß Patentanspruch 4, wobei das zylindrische passive Element (23) in der Radialrichtung innerhalb des Schlitzelementes (15) positioniert ist, wobei gezahnte Abschnitte (32b, 33b), die mit der helixartigen Keilnutverzahnung (22) des passiven Elementes (23) in Eingriff sind, an den Innenumfangsoberflächen der Basisabschnitte (32a, 33a) des ersten und zweiten Übertragungselementes (32, 33) ausgebildet sind.

6. Ventilsteuervorrichtung (10) gemäß Patentanspruch 2, wobei das Schlitzelement (15) eine zylindrische Form aufweist;
ein Paar von sich in Axialrichtung erstreckenden helixartigen Schlitzen (171, 172) in dem Schlitzelement (15) in gleichmäßigen Abständen in Umfangsrichtung ausgebildet sind;
das erste und zweite Übertragungselement (32, 33) um die Außenseite des Schlitzelementes (15) herum angebracht ist, während sie sich in Axialrichtung bewegen können;
das erste Übertragungselement (32) mit einem Paar von Basisabschnitten (32a) versehen ist, wobei jedes davon mit einem Paar von helixartigen Schlitzen (171) des Schlitzelementes (15) in Eingriff bringbar ist; und
das zweite Übertragungselement (33) mit einem Paar von Basisabschnitten (33a) versehen ist, wobei jedes davon mit dem anderen Paar von helixartigen Schlitzen (172) des Schlitzelementes (15) in Eingriff bringbar ist.

7. Ventilsteuervorrichtung (10) gemäß Patentanspruch 6, wobei das zylindrische passive Element (23) innerhalb der Radialrichtung des Schlitzelementes (15) positioniert ist und gezahnte Abschnitte (32b, 33b), die sich mit der helixartigen Keilnutverzahnung (22) des passiven Elementes (23) in Eingriff befinden, an den Innenumfangsoberflächen der Basisabschnitte (32a, 33a) der ersten und zweiten Übertragungselemente (32, 33) gebildet sind.

8. Ventilsteuervorrichtung (10) gemäß Patentanspruch 7, wobei sich die Basisabschnitte (32a, 33a) und gezahnten Abschnitte (32b, 33b) des ersten Übertragungselementes (32) und die Basisabschnitte (32a, 33a) und gezahnten Abschnitte (32b, 33b) des zweiten Übertragungselementes (33) in der gleichen Axialposition befinden.

9. Ventilsteuervorrichtung (10) gemäß Patentanspruch 1, wobei eine ein Fluid enthaltende Fluidkammer zwischen dem Schlitzelement (15) und dem passiven Element (23) gebildet ist.