DE19804575B4

DE19804575B4 - Verfahren zur Steuerung eines variablen Ventilmechanismus sowie Verfahren zur Steuerung eines mit dem Ventilmechanismus versehenen Verbrennungsmotors

Info

Publication number: DE19804575B4
Application number: DE19804575A
Authority: DE
Inventors: Shinichi Okazaki Murata; Jun Chiryu Isomoto; Hideo Kusatsu Nakai
Original assignee: Mitsubishi Motors Corp
Current assignee: Mitsubishi Motors Corp
Priority date: 1997-02-07
Filing date: 1998-02-05
Publication date: 2008-04-10
Anticipated expiration: 2018-02-06
Also published as: US5931128A; KR19980071049A; KR100286513B1; JP3899576B2; JPH10220209A; DE19804575A1

Abstract

Verfahren zur Steuerung eines variablen Ventilmechanismus mit
– einem ersten Wellenelement (11), das abhängig von einer über eine Kurbelwelle eines Verbrennungsmotors übertragenen Drehkraft um eine erste Drehachse in Drehung versetzt wird,
– einem Wellenlagerelement (14), das mit einem Wellenlagerabschnitt (15) mit einer zweiten Drehachse versehen ist, die unterschiedlich und parallel zur ersten Drehachse ist, wobei das Wellenlagerelement (14) um den Außenumfang des ersten Wellenelements (11) so angeordnet ist, dass es zur Verstellung der zweiten Drehachse relativ zu dem ersten Wellenelement (11) drehen oder schwenken kann,
– einem Zwischendrehelement (16), das durch das Wellenlagerelement (14) gelagert ist,
– einem ersten Verbindungselement (17), das das Zwischendrehelement (16) mit dem ersten Wellenelement (11) verbindet, so daß das Zwischendrehelement (16) zusammen mit dem ersten Wellenelement (11) drehen kann,
– einem zweiten Wellenelement (12), das um die erste Drehachse dreht und einen Nockenabschnitt (6) aufweist,
– einem zweiten Verbindungselement...

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung eines variablen Ventilmechanismus nach dem Oberbegriff des Patentanspruch 1 sowie Verfahren zur Steuerung eines mit dem Ventilmechanismus versehenen Verbrennungsmotors nach den Oberbegriffen der Patentansprüche 2 bis 4.
Ein Hubkolben-Verbrennungsmotor (nachstehend als Motor bezeichnet) ist mit Einlaß- und Auslaßventilen versehen (die nachstehend als Motorventile oder nur als Ventile bezeichnet werden). Da der Hubzustand eines solchen Ventils von der Form eines Nockens oder seiner Drehphase abhängt, hängen auch die Öffnungs-/Schließzeitpunkte des Ventils und seine Öffnungsdauer von der Form des Nockens oder seiner Drehphase ab. Die Öffnungsdauer ist die Größe des Drehwinkels einer Kurbelwelle, während der Zeit, in der das Ventil offen ist.
Die optimale Öffnungs-/Schließzeitpunktsteuerung und die optimale Öffnungsdauer der an dem Motor vorgesehenen Einlaß- und Auslaßventile ist abhängig von den Lastzuständen des Motors und der Drehzahl des Motors unterschiedlich. Aus diesem Grund wurden verschiedene Arten variabler Ventilsteuervorrichtungen (variabler Ventilmechanismen) vorgeschlagen, die die Öffnungs-/Schließzeitpunkte und die Öffnungsdauer eines solchen Ventils verändern können.
Es wurde insbesondere eine Technik entwickelt, bei der eine Ungleichkupplung mit einem Exzentermechanismus zwischen eine Nocke und eine Nockenwelle eingesetzt wird, wobei die nockenseitige Drehachse exzentrisch zur nockenwellenseitigen Drehachse angeordnet wird. Die Exzentrizität der nockenseitigen Drehachse in dem Exzentermechanismus (d.h. die Lage der axialen Mittelachse der nockenwellenseitigen Welle) ist so eingestellt, daß bei einer Drehung der Nockenwelle die Drehzahl der Nocke erhöht oder verringert wird oder ihre Phase verändert wird, wodurch die Öffnungs-/Schließzeitpunkte und die Öffnungsdauer des Ventils reguliert werden können.
Eine solche Technik, bei der eine Ungleichkupplung verwendet wird, wird beispielsweise in der japanischen Patentschrift Nr. SHO 47-20654 , den japanischen Offenlegungsschriften (Kokai) HEI 3-168309 , HEI 4-183905 und HEI 6-10630 und dergleichen vorgeschlagen.
Bei allen oben erwähnten variablen Ventilmechanismen für einen Verbrennungsmotor, bei denen eine Ungleichkupplung verwendet wird, wird die Drehkraft über die Ungleichkupplung auf den Nocken übertragen. Dabei wird die Drehkraft über komplizierte Übertragungsbahnen zwischen dem nockenwellenseitigen Drehelement und dem nockenseitigen Drehelement übertragen, deren axiale Drehachsen in der Ungleichkupplung exzentrisch zueinander sind. Die Übertragung findet über verschiedene Arten von Elementen, wie beispielsweise über Verbindungselemente (z.B. Stiftelemente) statt, die die Drehkraft übertragen, wobei sie radial gleiten.
Wenn die Drehkraft zwischen dem nockenwellenseitigen Drehelement und dem nockenseitigen Drehelement übertragen wird, wirken bei einem Verbindungselement, wie dem Stiftelement, die Drehantriebskraft von der Nockenwellenseite und die Ventilantriebsreaktionskraft von der Nockenseite in zueinander entgegen gesetzten Drehrichtungen. Folglich wird bei einem mit dem Verbindungselement versehenen Teil eine durch diese Drehantriebskraft und Ventilantriebsreaktionskraft verursachte große Last in einer senkrecht zur Axiallinie verlaufenden Richtung erzeugt, wobei die Gleitfläche des Drehsystems ebenfalls eine große Last trägt, so daß die Reibungen dieser Gleitfläche erhöht wird.
Zwischen der nockenwellenseitigen Welle und der nockenseitigen Welle ist dahingegen ein Element (Wellenlagerelement) erforderlich, das die nockenseitige Welle bezüglich der nockenwellenseitigen Welle in einem vorherbestimmten exzentrischen Zustand hält. Zur Einstellung der Öffnungs-/Schließzeitpunkte und der Öffnungsdauer des Ventils muß dieses Wellenlagerelement seine Lage verändern können, um die Exzentrizität (im allgemeinen die Lage der exzentrischen Axialmittelachse) der nockenseitigen Welle bezüglich der nockenwellenseitigen Welle zu verändern.
Obwohl ein solches Wellenlagerelement sich bei der Einstellung der Öffnungs-/Schließzeitpunkte und der Öffnungsdauer des Ventils in einem vorherbestimmten Bereich dreht oder schwingt, ist es grundsätzlich ein Element der feststehenden Seite und dreht nicht zusammen mit der nockenseitigen Welle oder der nockenwellenseitigen Welle. D.h., daß das Wellenlagerelement der oben erwähnten großen Reibung wenigstens an seiner Gleitfläche unterworfen ist, die sich auf die nockenseitige Welle bezieht.
Wenn das Wellenlagerelement zur Einstellung der Ventileigenschaften (Öffnungs-/Schließzeitpunkte und Öffnungsdauer) gedreht oder verschwenkt wird, wird angenommen, daß eine solche Reibung das Ansprechen des Wellenlagerelements und eines Betätigungselements für eine Drehung oder Verschwenkung des Wellenlagerelements stark beeinflußt.
Die JP 08-338 212 A beschreibt einen variablen Ventilmechanismus, der ein erstes Wellenelement, das abhängig von einer über eine Kurbelwelle eines Verbrennungsmotors übertragenen Drehkraft um eine erste Drehachse in Drehung versetzt wird, und ein Wellenlagerelement umfasst, das mit einem Wellenlager abschnitt mit einer zweiten Drehachse versehen ist, die unterschiedlich und parallel zur ersten Drehachse ist. Das Wellenlagerelement ist um den Außenumfang des ersten Wellenelements so angeordnet ist, daß es zur Verstellung der zweiten Drehachse relativ zu dem ersten Wellenelement drehen oder schwenken kann. Ein Zwischendrehelement ist durch das Wellenlagerelement gelagert. Ein erstes Verbindungselement verbindet das Zwischendrehelement mit dem ersten Wellenelement, so daß das Zwischendrehelement zusammen mit dem ersten Wellenelement drehen kann. Ein zweites Wellenelement dreht um die erste Drehachse und weist einen Nockenabschnitt auf. Ein zweites Verbindungselement verbindet das zweite Wellenelement mit dem Zwischendrehelement, so daß das zweite Wellenelement zusammen mit dem Zwischendrehelement drehen kann. Der Ventilmechanismus umfasst außerdem ein Ventilelement zur Einstellung der Einlaßströmdauer oder der Auslaßströmdauer bezüglich einer Verbrennungskammer des Verbrennungsmotors über den Nockenabschnitt in Abhängigkeit der Drehphase des zweiten Wellenelements, ein Steuerelement zur Verstellung der zweiten Drehachse, die die Drehachse des Wellenlagerabschnitts des Wellenlagerelements bildet, zwischen einer ersten, einer niedrigen Drehzahl entsprechenden Stellung, und einer zweiten, einer hohen Drehzahl entsprechenden Stellung in Abhängigkeit des Betriebszustands des Verbrennungsmotors, und ein Betätigungselement, das direkt oder indirekt über einen Getriebemechanismus das für den variablen Ventilmechanismus an der Einlaßseite vorgesehene Wellenlagerelement oder das für den variablen Ventilmechanismus an der Auslaßseite vorgesehene Wellenlagerelement antreibt. Die Richtung einer Verstellung eines Wellenlagerelements in Bezug auf ein Widerstandsmoment zwischen dem Zwischendrehelement und dem Wellenlagerelement oder zwischen dem Wellenlagerelement und dem ersten Wellenelement ist in der JP 08-338 212 A nicht erwähnt.
In der DE 195 39 901 A1 ist erläutert, dass bei einem variablen Ventiltrieb die Relativgeschwindigkeit zwischen einem Innenexzenter und einer Lagerung nur gering ist und somit hinsichtlich möglicher Reibungsverluste vernachlässigbar.
Aus der DE-OS 2029911 ist es bekannt durch einen variablen Ventiltrieb die Öffnungs- und Schließzeiten der Einlassventile sowie der Auslassventile zu verstellen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Steuerung eines variablen Ventilmechanismus sowie variablen Ventilmechanismus sowie Verfahren zur Steuerung eines mit dem Ventilmechanismus versehenen Verbrennungsmotors zu schaffen, mit denen das Verzögerungsverhalten verbessert werden kann.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, des Patentanspruchs 2, des Patentanspruchs 3 sowie des Patentanspruchs 5 gelöst.
Bei den Verfahren nach Anspruch 1 und 2 wird das Wellenlagerelement durch das Steuerelement aus der ersten Stellung in die zweite Stellung verstellt, wenn die Motordrehzahl des Verbrennungsmotors ansteigt. Da die Verstellrichtung aus der ersten Stellung in die zweite Stellung so bestimmt ist, daß sie der Richtung des Widerstandsmoments entgegengesetzt ist, das zwischen dem Zwischendrehelement oder dem Wellenlagerelement oder zwischen dem Wellenlagerelement und dem ersten Wellenelement auftritt, kann sehr schnell eine der Drehzahl entsprechende optimale Ventilzeitsteuerung erreicht werden, wenn der Motor verzögert wird. Dies trägt zur Verbesserung des Verzögerungsverhaltens bei, wie z.B. zur Verbesserung des Verzögerungsgefühls. Außerdem wird bei einem mit einem Getriebe versehenen Motor das Gefühl beim Aufwärtsschalten bei einer Beschleunigung verbessert. Darüber hinaus besteht der Vorteil, daß durch ein Betätigungselement mit einer relativ geringen Leistung ein hervorragendes Ansprechen auf eine Beschleunigung verwirklicht werden kann, ohne daß die Leistung des Betätigungselements für das Steuerelement erhöht werden muß.
Bei dem Verfahren nach Anspruch 3 werden das einlaßseitige Wellenlagerelement und das auslaßseitige Wellenlagerelement aus der ersten Lage in die zweite Lage durch das Betätigungselement verstellt, wenn die Motordrehzahl des Verbrennungsmotors ansteigt. Da die Richtung der Verstellung des einlaßseitigen Wellenlagerelements aus der ersten Lage in die zweite Lage so bestimmt ist, daß sie der Richtung des zwischen dem Zwischendrehelement und dem Wellenlagerelement oder zwischen dem Wellenlagerelement und dem ersten Wellenelement auftretenden Widerstandsmoments entgegengesetzt ist, und die Richtung der Verstellung des Wellenlagerelements auf der Auslaßseite aus der ersten Stellung in die zweite Stellung mit der Richtung des Widerstandsmoments übereinstimmt, heben sich die Widerstandsmomente auf der Einlaßseite und der Auslaßseite gegeneinander auf. Daher kann die Veränderung der Ventilsteuerzeiten auf der Einlaßseite des Motors und die Veränderung der Ventilsteuerzeiten auf der Verzögerungsseite im wesentlichen mit dem gleichen Ansprechverhalten bewirkt werden, ohne von dem Widerstandsmoment beeinflußt zu werden, weshalb die Einstellung der Ventilsteuerung leicht durchgeführt werden kann.
Bei dem Verfahren nach Anspruch 4 werden das einlaßseitige Wellenlagerelement und das auslaßseitige Wellenlagerelement durch das Betätigungselement aus der ersten Lage in die zweite Lage verstellt, wenn die Motordrehzahl des Verbrennungsmotors ansteigt. Da die Richtung der Verstellung des einlaßseitigen Wellenlagerelements aus der ersten Lage in die zweite Lage und die Richtung der Verstellung des auslaßseitigen Wellenlagerelements aus der ersten Stellung in die zweite Stellung so bestimmt ist, daß sie mit der Richtung des Widerstandsmoments, das zwischen dem Zwischendrehelement und dem Wellenlagerelement oder zwischen dem Wellenlagerelement und dem ersten Wellenelement auftritt, entgegengesetzt ist, kann sehr schnell eine der Drehzahl entsprechende optimale Ventilzeitsteuerung erreicht werden, wenn der Motor verzögert wird. Dies trägt zu einer Verbesserung Verzögerungsverhaltens, wie z.B. einer Verbesserung des Verzögerungsgefühls bei. Außerdem ist es von Vorteil, daß ein hervorragendes Ansprechen auf eine Verzögerung durch ein Betätigungselement erreicht werden kann, das eine relativ geringe Leistung hat, ohne daß die Leistung des Betätigungselements für das Steuerelement erhöht werden muß.
Bei dem Verfahren nach Anspruch 4 werden das einlaßseitige Wellenlagerelement und das auslaßseitige Wellenlagerelement aus der ersten Lage in die zweite Lage durch das Betätigungselement verstellt, wenn die Motordrehzahl des Verbrennungsmotors ansteigt. Da die Richtung der Verstellung des einlaßseitigen Wellenlagerelements aus der ersten Lage in die zweite Lage so bestimmt ist, daß sie mit der Richtung des zwischen dem Zwischendrehelement und dem Wellenlagerelement oder zwischen dem Wellenlagerelement und dem ersten Wellenelement auftretenden Widerstandsmoments übereinstimmt, und die Richtung der Verstellung des Wellenlagerelements auf der Auslaßseite aus der ersten Stellung in die zweite Stellung dem Widerstandsmoment entgegengesetzt ist, heben sich die Widerstandsmomente auf der Einlaßseite und der Auslaßseite gegeneinander auf. Daher kann die Veränderung der Ventilsteuerzeiten auf der Einlaßseite des Motors und die Veränderung der Ventilsteuerzeiten auf der Verzögerungsseite im wesentlichen mit dem gleichen Ansprechverhalten bewirkt werden, ohne von dem Widerstandsmoment beeinflußt zu werden, weshalb die Einstellung der Ventilsteuerung leicht durchgeführt werden kann.
Bei einer bevorzugten Variante der Verfahren nach den Ansprüchen 2 bis 4 treibt das Betätigungselement direkt das für den variablen Ventilmechanismus an der Einlaßseite vorgesehene Wellenlagerelement und das für den variablen Ventilmechanismus an der Auslaßseite vorgesehene Wellenlagerelement an.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend anhand von Zeichnungen näher erläutert.
1(A) und 1(B) sind schematische Querschnittsansichten, die die Betriebseinstellungen von Hauptelementen von Ungleichkupplungen einer ersten Ausführungsform eines variablen Ventilmechanismus erläutern, die an der Einlaßventilseite bzw. an der Auslaßventilseite angebracht sind.
2 ist eine perspektivische Ansicht der ersten Ausführungsform des variablen Ventilmechanismus.
3 ist ein Querschnitt, der die Hauptelemente der ersten Ausführungsform des variablen Ventilmechanismus zeigt.
4 ist eine schematische Querschnittsansicht, die die Anordnung der Hauptelemente der Ungleichkupplung der ersten Ausführungsform des variablen Ventilmechanismus zeigt.
5 zeigt den Schnitt A-A von 3.
6 zeigt den Schnitt B-B von 3.
Die 7(A1) bis 7(A3) und die 7(B1) bis 7(B3) sind Ansichten, die die Betriebsprinzipien des Mechanismus für ungleichförmige Drehzahlen der ersten Ausführungsform des variablen Ventilmechanismus zeigen, wobei die 7(A1) bis 7(A3) die Beziehungen zwischen den Drehphasen eines ersten Wellenelements (Nockenwelle) und eines Zwischendrehelements (Eingriffsscheibe) zeigen, wohingegen die 7(B1) bis 7(B3) die Beziehungen zwischen Drehphasen des Zwischendrehelements (Eingriffsscheibe) und einem zweiten Wellenelement (Nockenprofil) zeigen.
Die 8(a1) bis 8(a5), die 8(b1) bis 8(b5) und die 8(c) sind Ansichten, die die Betriebseigenschaften des Mechanismus für eine ungleichförmige Drehzahl der ersten Ausführungsform des variablen Ventilmechanismus zeigen, wobei die 8(a1) bis 8(a5) die Betriebszustände bei hoher Drehzahl und die 8(b1) bis 8(b5) die Betriebszustände bei geringer Drehzahl zeigen, und 8(c) ein Diagramm ist, das den Winkel der Drehphase des zweiten Wellenelements (Nockenprofil) zeigt.
9 ist eine auseinandergezogene Darstellung der ersten Ausführungsform des variablen Ventilmechanismus.
10 ist eine Ansicht, die den Kraftübertragungsweg für eine Einstellung einer exzentrischen Stellung der ersten Ausführungsform des variablen Ventilmechanismus zeigt.
11 ist eine Ansicht, die ein Betätigungselement eines Einstellmechanismus für eine exzentrische Lage bei der ersten Ausführungsform des variablen Ventilmechanismus zeigt.
12 ist eine Ansicht, die den Mechanismus für eine ungleichförmige Drehzahl der ersten Ausführungsform des variablen Ventilmechanismus erläutert und Beispiele von Veränderungen der Ventilhubgröße, der Ventilbewegungsgeschwindigkeit und der Ventilbewegungsbeschleunigung in dem Motor zeigt.
13 ist eine Ansicht, die für eine Erläuterung der Einstellung des Mechanismus für eine ungleichförmige Drehzahl der ersten Ausführungsform des variablen Ventilmechanismus eine Kraft zeigt, die auf das Zwischendrehelement (Eingriffsscheibe) aufgebracht wird.
14 ist eine Ansicht zur Erläuterung einer Einstellung des Mechanismus für ungleichförmige Drehzahlen der ersten Ausführungsform des variablen Ventilmechanismus, die Vektoren der Kraft zeigt, die auf das Zwischendrehelement (Eingriffsscheibe) ansprechend auf die Phase eines Nockens aufgebracht wird.
Die 15(A) und 15(B) sind Ansichten zur Erläuterung der Einstellungen des Mechanismus für ungleichförmige Drehzahlen der ersten Ausführungsform des variablen Ventilmechanismus, die jeweils Vektoren von Kräften zeigen, die ansprechend auf die Phase eines Nockens in einem Niedrigdrehzahlbereich bzw. einem Hochdrehzahlbereich auf das Zwischendrehelement (Eingriffsscheibe) aufgebracht werden.
16 ist eine Ansicht zur Erläuterung einer Einstellung des Mechanismus für ungleichförmige Drehzahlen der ersten Ausführungsform des variablen Ventilmechanismus, die das für einen Antrieb des Nockens erforderliche Drehmoment bezüglich des Nockenwellenwinkels in dem Fall zeigt, in dem der Motor sich in seinem Niedrigdrehzahlbereich befindet.
17 ist eine Ansicht zur Erläuterung einer Einstellung des Mechanismus für ungleichförmige Drehzahlen der ersten Ausführungsform des variablen Ventilmechanismus, die das für einen Antrieb des Nockens erfoderliche Drehmoment bezüglich des Nockenwellenwinkels in dem Fall zeigt, in dem sich der Motor in seinem Hochdrehzahlbereich befindet.
Die 18(A) und 18(B) sind schematische Querschnittsansichten, die Betriebseinstellungen von Hauptelementen von Ungleichkupplungen einer zweiten Ausführungsform des variablen Ventilmechanismus erläutern, die auf der Einlaßseite bzw. auf der Auslaßseite angebracht sind.
19 ist ein Diagramm zur Erläuterung der Wirkung der Betriebseinstellung der zweiten Ausführungsform des variablen Ventilmechanismus.
Die 20(A) und 20(B) sind schematische Querschnittsansichten zur Erläuterung der Betriebseinstellungen von Hauptelementen von Ungleichkupplungen einer dritten Ausführungsform des variablen Ventilmechanismus, die auf der Einlaßseite bzw. auf- der Auslaßseite angebracht sind.
Die 21(A) und 21(B) sind schematische Querschnittsansichten zur Erläuterung der Betriebseinstellungen von Hauptelementen von Ungleichkupplungen einer dritten Ausführungsform des variablen Ventilmechanismus, die auf der Einlaßseite bzw. auf- der Auslaßseite angebracht sind.
Die 1 bis 17 zeigen einen variablen Ventilmechanismus und einen mit einem variablen Ventilmechanismus versehenen Verbrennungsmotor gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung. Die 18 und 19 zeigen die zweite Ausführungsform des variablen Ventilmechanismus. 20 zeigt die dritte Ausführungsform des variablen Ventilmechanismus, und 21 zeigt die vierte Ausführungsform des variablen Ventilmechanismus.
Als erstes wird die erste Ausführungsform erläutert.
Der Verbrennungsmotor gemäß der ersten Ausführungsform ist ein Hubkolbenverbrennungsmotor. Der variable Ventilmechanismus gemäß der ersten Ausführungsform ist so angeordnet, daß er ein Einlaßventil oder ein Auslaßventil (nachstehend gemeinsam als Motorventil oder einfach als Ventil bezeichnet) antreibt, das oberhalb eines Zylinders angeordnet ist.
Die 2, 3 und 4 stellen eine perspektivische Ansicht, eine Schnittansicht bzw. eine schematische Ansicht des Aufbaus (schematische Ansicht von der axialen Stirnfläche aus gesehen) dar, die jeweils die Hauptelemente des variablen Ventilmechanismus zeigen. Wie es in den 2 und 3 gezeigt ist, ist ein Zylinderkopf 1 mit einem Ventil (Ventilelement) 2 zum Öffnen oder Schließen einer Einlaßöffnung oder einer Auslaßöffnung versehen, die nicht gezeigt ist. Ein Schaftendabschnitt 2A des Ventils 2 ist mit einer Ventilfeder 3 (siehe 4) für eine Vorspannung des Ventils 2 in Richtung seiner Schließseite versehen.
Außerdem liegt ein Kipphebel 8 an dem Schaftendabschnitt 2A des Ventils 2 an, während ein Nocken 6 auf den Kipphebel 8 drückt. Ein Vorsprungsabschnitt (Nockenspitzenabschnitt) 6A des Nocken 6 treibt das Ventil 2 in Richtung seiner Öffnungsrichtung gegen die Vorspannungskraft der Ventilfeder 3 an. Der variable Ventilmechanismus ist zur Drehung des Nockens 6 vorgesehen.
Wie es in 2 und 3 gezeigt ist, umfaßt der variable Ventilmechanismus eine Nockenwelle (erstes Wellenelement) 11, die über einen Riemen (Steuerriemen) 41 und eine Riemenscheibe 42 so angetrieben wird, daß sie zusammen mit einer Kurbelwelle (nicht gezeigt) des Motors dreht, und ein Nockenprofil (zweites Wellenelement) 12, das um den äußeren Umfang der Nockenwelle 11 angeordnet ist, wobei der Nocken (Nockenabschnitt) 6 von dem äußeren Umfang des Nockenprofils 12 vorsteht. Der Außenumfang des Nockenprofils 12 ist axial durch einen Lagerabschnitt 7 auf der Seite des Zylinderkopfs 1 drehbar gelagert.
Die Nockenwelle 11 ist über das Nockenprofil 12 durch den Lagerabschnitt 7 gelagert, während ein Endabschnitt der Nockenwelle 11 axial durch einen Lagerabschnitt 1A des Zylinderkopfs 1 über ein Endelement 43 gelagert ist, das auf der gleichen Axialen verbunden ist. Da die Riemenscheibe 42 an diesem Endelement 43 angebracht ist, kann das Endelement einschließlich der Riemenscheibe 42 als Eingangsabschnitt benannt werden.
Wie es in den 3 und 4 gezeigt ist, umfaßt der Lagerabschnitt 7, der so aufgebaut ist, daß er in zwei Teile geteilt werden kann, eine untere Lagerhälfte 7A, die in dem Zylinderkopf 1 ausgebildet ist, eine Lagerabdeckung 7B, die mit der unteren Lagerhälfte 7A von oben verbunden ist, und einen Bolzen 7C, der die Lagerabdeckung 7B mit der unteren Lagerhälfte 7A verbindet.
Wie es in 4 gezeigt ist, ist außerdem die Verbindungsfläche 7D zwischen der unteren Lagerhälfte 7A und der Lagerab deckung 7B im wesentlichen horizontal, damit sie senkrecht zur nicht gezeigten Axiallinie des Zylinders verläuft, wobei der Bolzen 7C, der in den 3 und 4 im wesentlichen vertikal (Aufwärts-/Abwärtsrichtung) befestigt ist, die untere Lagerfläche 7A und die Lagerabdeckung 7B in Vertikalrichtung miteinander verbindet.
Zwischen der Nockenwelle 11 und dem Nockenprofil 12 ist eine Ungleichkupplung 13 angeordnet.
Dieser variable Ventilmechanismus ist für einen Mehrzylindermotor geeignet. Wenn er an einem Mehrzylindermotor angebracht ist, sind für jeden Zylinder ein Nockenprofil 12 und eine Ungleichkupplung 13 vorgesehen. Es wird ein Beispiel erläutert, bei dem ein variabler Ventilmechanismus an einem Vierzylinderreihenmotor angeordnet ist.
Die Ungleichkupplung 13 umfaßt eine Steuerscheibe (Wellenlagerelement) 14, die schwenkbar durch den Außenumfang der Nockenwelle 11 gelagert ist, einen Exzenterabschnitt (Wellenlagerabschnitt) 15, der einteilig mit der Steuerscheibe 14 ausgebildet ist, eine Eingriffsscheibe (Zwischendrehelement) 16, das um den Außenumfang des Exzenterabschnitts 15 angeordnet ist, und ein erstes Gleitelement (erstes Verbindungselement) 17 und ein zweites Gleitelement (zweites Verbindungselement) 18, die mit der Eingriffsscheibe 16 verbunden sind.
Wie es in 3 gezeigt ist, weist der Exzenterabschnitt 15 einen Drehmittelpunkt O₂ an einer Stelle auf, die exzentrisch zu einem Drehmittelpunkt (erste Drehachse) O₁ der Nockenwelle 11 ist. Die Eingriffsscheibe 16 dreht sich um den Mittelpunkt (zweite Drehachse) O₂ des Exzenterabschnitts 15.
Wie es in 2 gezeigt ist, weisen das erste Gleitelement 17 und das zweite Gleitelement 18 an ihren Endabschnitten Gleithauptabschnitte 21 bzw. 22 und Antriebsstiftabschnitte 23 bzw. 24 auf der anderen Endseite auf.
Wie es in 3 gezeigt ist, sind in einer Oberfläche der Eingriffsscheibe 16 eine Gleitnut 16A, in der der Gleithauptabschnitt 21 des ersten Gleitelements 17 gleitbar eingesetzt ist, und eine Gleitnut 16B radial ausgebildet, in der der Gleithauptabschnitt 22 des zweiten Gleitelements 18 gleitbar eingesetzt ist. Die zwei Gleitnuten 16A und 16B sind hier auf dem gleichen Durchmesser angeordnet, so daß ihre Drehphasen um 180° zueinander versetzt sind.
Die Nockenwelle 11 ist mit einem Antriebsarm 19 versehen. Das Nockenprofil 12 ist mit einem Armabschnitt 20 versehen. Der Antriebsarm 19 weist einen Lochabschnitt 19A auf, in den der Antriebsstiftabschnitt 23 des ersten Gleitelements 17 drehbar eingesetzt ist. Der Armabschnitt 20 weist einen Lochabschnitt 20A auf, in den der Antriebsstiftabschnitt 24 des zweiten Gleitelements 18 drehbar eingesetzt ist.
In dem Raum zwischen dem Nockenprofil 12 und der Steuerscheibe 14 ausschließlich des Armabschnitts 20 ist der Antriebsarm 19 so angeordnet, daß er radial von der Nockenwelle 11 vorsteht und durch einen Sperrstift 25 mit der Nockenwelle 11 so verbunden ist, daß er zusammen mit ihr dreht. Der Armabschnitt 20 ist dahingegen einteilig mit dem Nockenprofil 12 so ausgebildet, daß der Endabschnitt des letztgenannten radial und axial annähernd bis zu einer Seitenfläche der Eingriffsscheibe 16 vorsteht.
Wie es in 4 gezeigt ist, wird eine Drehkraft zwischen äußeren Flächen 21B, 21C des Gleithauptabschnittes 21 und In nenwandflächen 28A, 28B der Nut 16A zwischen dem Gleithauptabschnitt 21 und der Nut 16A übertragen. Eine Drehkraft wird auch zwischen Innenwandflächen 28C, 28D der Nut 16B und äußeren Flächen 22B, 22C des Gleithauptabschnittes 22 zwischen der Nut 16B und dem Gleithauptabschnitt 22 übertragen.
Wenn eine Drehung auf diese Weise übertragen wird, dreht das Nockenprofil 12 mit einer Drehzahl, die von der Drehzahl der Nockenwelle 11 verschieden ist, da die Eingriffsscheibe 16 exzentrisch ist, während die Eingriffsscheibe 16 wiederholt bezüglich der Nockenwelle 11 vorverlegt und zurückgenommen wird und das Nockenprofil 12 wiederholt bezüglich der Eingriffsscheibe 16 vorverlegt und zurückgenommen wird.
Die 7(A1) bis 7(A3) und die 7(B1) bis 7(B3) sind Ansichten, die zeigen, daß sich das Nockenprofil 12 mit einer unterschiedlichen Drehzahl dreht als die Nockenwelle 11, wobei die 7(A1) bis 7(A3) eine Veränderung der Drehzahl der Eingriffsscheibe 16 bezüglich der Nockenwelle 11 zeigen, wohingegen die 7(B1) bis 7(B3) eine Veränderung der Drehzahl des Nockenprofils 12 bezüglich der Eingriffsscheibe 16 zeigen.
Wie es in 7(A1) gezeigt ist, wird angenommen, daß der Drehmittelpunkt (zweite Drehachse) O₂ der Eingriffsscheibe 16 bezüglich des Drehmittelpunkts (erste Drehachse) O₁ der Nockenwelle 11 nach oben exzentrisch ist und daß die Nockenwelle 11 sich in Uhrzeigerrichtung dreht, wobei der Zustand, in dem die Gleitnut 16A und das erste Gleitelement 17 in Richtung dieser Exzentrizität angeordnet sind, als Drehreferenzlage definiert wird.
In den 7(A1) und 7(A2) bezeichnet S1 die Lage eines Referenzpunktes auf der Seite der Nockenwelle 11 (z.B. des Mittel punktes des ersten Gleitelements 17) in der Drehreferenzlage, wohingegen H1 einen Referenzpunkt auf der Seite der Eingriffsscheibe 16 (z.B. einen Referenzpunkt der Gleitnut 16A) in der Drehreferenzlage bezeichnet.
S2 bis S12 zeigen außerdem jeweils Lagen an, die erhalten werden, wenn der Referenzpunkt auf der Seite der Nockenwelle 11 (der Mittelpunkt des ersten Gleitelements 17) schrittweise um einen vorherbestimmten Winkel (hier 30°) gedreht wird, wohingegen H2 bis H12 jeweils Punkte des Referenzpunktes auf der Seite der Eingriffsscheibe 16 (Referenzpunkt der Gleitnut 16A) zeigen, die sich abhängig von den Referenzpunkten S2 bis S12 auf der Seite der Nockenwelle 11 drehen.
Der Referenzpunkt auf der Seite der Nockenwelle 11 wird um die erste Drehachse O₁ gedreht, wohingegen der Referenzpunkt auf der Seite der Eingriffsscheibe 16 um die zweite Drehachse O₂ gedreht wird.
Wie es in 7(A2) gezeigt ist, dreht sich der Referenzpunkt auf der Seite der Eingriffsscheibe 16 (Referenzpunkt der Gleitnut 16A) von H1 bis H2 um einen Winkel ∠H1·O₂·H2, wenn der Referenzpunkt auf der Seite der Nockenwelle 11 (Mittelpunkt des ersten Gleitelements 17) sich von S1 bis S2 um 30° (∠S1·O₁·S2) dreht, wobei sich der Referenzpunkt auf der Seite der Eingriffsscheibe 16 um einen größeren Winkel dreht als der Referenzpunkt auf der Seite der Nockenwelle 11 (∠H1·O₂·H2 > ∠S1·O₁·S2). Die Seite der Eingriffsscheibe 16 dreht sich also mit einer höheren Geschwindigkeit als die Seite der Nockenwelle 11.
Wenn sich dann die Seite der Nockenwelle 11 von S2 bis S3 um 30° (∠S2·O₁·S3) dreht, dreht sich die Eingriffsscheibe 16 von H2 bis H3 um einen Winkel von ∠H2·O₂·H3, wobei sie sich um einen Drehwinkel dreht, der etwas größer ist als der auf der Seite der Nockenwelle 11 in diesem Fall (∠H2·O₂·H3 > ∠S2·O₁·S3). Dies bedeutet, daß sich die Seite der Eingriffsscheibe 16 während dieser Zeitdauer mit einer etwas höheren Geschwindigkeit dreht als die Seite der Nockenwelle 11.
Wenn sich daraufhin die Seite der Nockenwelle 11 von S3 bis S4 um 30° (∠S3·O₁·S4) dreht, dreht sich die Seite der Eingriffsscheibe 16 von H3 bis H4 um einen Winkel von ∠H3·O₂·H4, wobei sie sich um einen Drehwinkel dreht, der im wesentlichen dem der Seite der Nockenwelle 11 in diesem Fall entspricht (∠H3·O₂·H4 ≅ ∠S3·O₁·S4). Dies bedeutet, daß sich die Seite der Eingriffsscheibe 16 während dieser Zeitdauer mit im wesentlichen derselben Geschwindigkeit dreht wie die Seite der Nockenwelle 11.
Wenn sich dann die Seite der Nockenwelle 11 von S4 bis S5 um 30° (∠S4·O₁·S5) dreht, dreht sich die Eingriffsscheibe 16 von H4 bis H5 um den Winkel ∠H4·O₂·H5, wobei sie sich auch hier im wesentlichen um denselben Drehwinkel dreht wie auf der Seite der Nockenwelle 11 (∠H4·O₂·H5 ≅ ∠S4·O₁·S5). Dies bedeutet, daß sich die Seite der Eingriffsscheibe 16 während dieser Zeitdauer mit im wesentlichen der gleichen Geschwindigkeit dreht wie die Seite der Nockenwelle 11.
Wenn sich dann die Seite der Nockenwelle 11 von S5 bis S6 um 30° (∠S5·O₁·S6) dreht, dreht sich die Seite der Eingriffsscheibe 16 von H5 bis H6 um einen Winkel von ∠H5·O₂·H6, wobei sie sich um einen Drehwinkel dreht, der etwas kleiner ist als der auf der Seite der Nockenwelle 11 (∠H5·O₂·H6 < ∠S5·O₁·S6). Dies bedeutet, daß sich die Seite der Eingriffsscheibe 16 während dieser Zeitdauer mit einer etwas geringeren Geschwindigkeit dreht als die der Seite der Nockenwelle 11.
Wenn sich danach die Nockenwelle 11 von S6 bis S7 um 30° (∠S6·O₁·S7) dreht, dreht sich die Eingriffsscheibe 16 von H6 bis H7 um einen Winkel von ∠H6·O₂·H7, wobei sie sich um einen Drehwinkel dreht, der geringer ist als auf der Seite der Nockenwelle 11 (∠H6·O₂·H7 < ∠S6·O₁·S7). Dies bedeutet, daß sich die Seite der Eingriffsscheibe 16 während dieser Zeitdauer mit einer geringeren Geschwindigkeit dreht als die Seite der Nockenwelle 11.
Somit dreht sich die Seite der Eingriffsscheibe 16 relativ zu der Seite der Nockenwellen 11 an der Position H1 mit der höchsten Geschwindigkeit. Während sich dann die Seite der Nockenwelle 11 nacheinander von S1 bis S2, S3, S4, S5, S6 und S7 dreht, verringert die Seite der Eingriffsscheibe 16 allmählich ihre Geschwindigkeiten relativ zu der Seite der Nockenwelle 11, wenn sie sich nacheinander von H1 bis H2, H3, H4, H5, H6 und H7 dreht. Während dieser Zeitdauer erlangt die Seite der Eingriffsscheibe 16 eine Drehzahl, die im wesentlichen der der Seite der Nockenwelle 11 in der Nähe des Bereichs zwischen den Punkten H3 bis H5 entspricht. Danach wird die Seite der Eingriffsscheibe 16 langsamer als die Seite der Nockenwelle 11, wobei sie sich in der Position H7 mit der geringsten Geschwindigkeit bezüglich der Seite der Nockenwelle 11 dreht.
Wenn sich dann die Seite der Nockenwelle 11 nachfolgend von S7 bis S8, S9, S10, S11, S12 und S1 dreht, erhöht sich allmählich die Geschwindigkeit der Seite der Eingriffsscheibe 7 relativ zu der Seite der Nockenwelle 11, wenn sie sich nachfolgend von H7 bis H8, H9, H10, H11, H12 und H1 dreht. Während dieser Zeitdauer erlangt die Seite der Eingriffsscheibe 16 eine Geschwindigkeit, die im wesentlichen die gleiche ist wie die der Seite der Nockenwelle 11 in der Nähe des Bereiches zwischen den Punkten H9 und H10. Danach wird die Seite der Eingriffsscheibe 16 schneller als die Seite der Nockenwelle 11, wobei sie sich an der Position H1 mit der höchsten Geschwindigkeit bezüglich der Seite der Nockenwelle 11 dreht.
Die 7(A3) zeigt die Drehzahl der Seite der Eingriffsscheibe 16 relativ zu der Drehzahl der Seite der Nockenwelle 11 entsprechend dem Drehwinkel der Nockenwelle 11 (es wird eine Drehung in Uhrzeigerrichtung angenommen, wobei die Position S1 dem Winkel 0° oder 360° entspricht). In 7(A3) ist die Drehzahl der Nockenwelle konstant gesetzt (auf der Abszisse), und die Drehzahl der Seite der Eingriffsscheibe 16 verändert sich mit einer Kennlinie, die einer Cosinuskurve ähnlich ist.
Bei einer solchen Drehung der Seite der Eingriffsscheibe 16 verändert sich die Drehzahl an dem Nockenprofil 12 so, wie es in den 7(B1) bis 7(B3) gezeigt ist. Die 7(A1) bis 7(A3) entsprechen jeweils den 7(B1) bis 7(B3).
Wie es in 7(B1) gezeigt ist, wird auch eine Drehung zwischen der Seite der Eingriffsscheibe 16 und der Seite des Nockenprofils 12 über die Gleitnut 16B und das zweite Gleitelement 18 übertragen, das an einer Position angeordnet ist, die um 180° bezüglich des ersten Gleitelements 17 gedreht ist. Demgemäß sind in dem Referenzzustand [siehe 7(A1)], in dem die Gleitnut 16A und das erste Gleitelement 17 in der Richtung angeordnet sind, in der der Drehmittelpunkt (zweite Drehachse) O₂ der Eingriffsscheibe 16 exzentrisch zu dem Drehmittelpunkt (erste Drehachse) O₁ der Nockenwelle 11 ist, wie es in 7(B1) gezeigt ist, die Gleitnut 16B und das zweite Gleitelement 18 an einer Position angeordnet, die von der Gleitnut 16A und dem ersten Gleitelement 17 aus um 180° gedreht ist (auf der unteren Seite der Zeichnung), wobei diese Position als Referenzposition definiert wird.
In den 7(B1) und 7(B2) bezeichnet H'1 die Position eines Referenzpunktes auf der Seite der Eingriffsscheibe 16 (z.B. eines Referenzpunktes der Gleitnut 16B) in der Drehreferenzlage, wohingegen R1 einen Referenzpunkt auf der Seite des Nockenprofils 12 (z.B. den Mittelpunkt des zweiten Gleitelements 18) in der Drehreferenzlage bezeichnet.
Außerdem bezeichnen H'2 bis H'12 zweite Referenzpunkte (Referenzpunkte der Gleitnut 16B) auf der Seite der Eingriffsscheibe 16, die jeweils den ersten Referenzpunkten (Referenzpunkten der Gleitnut 16A) H2 bis H12 auf der Seite der Eingriffsscheibe 16 entsprechen, wohingegen R2 bis R12 jeweils Positionen der Referenzpunkte auf der Seite des Nockenprofils 12 (Mittelpunkt des zweiten Gleitelements 18) zeigen, die entsprechend den zweiten Referenzpunkten (Referenzpunkten der Gleitnut 16B) H'2 bis H'12 auf der Seite der Eingriffsscheibe 16 gedreht wurden.
Der Referenzpunkt auf der Seite der Eingriffsscheibe 16 wird hier um die zweite Drehachse O₂ gedreht, wohingegen der Referenzpunkt auf der Seite des Nockenprofils 12 um die erste Drehachse O₁ gedreht wird.
Wie es in den 7(B2) und 7(B3) gezeigt ist, dreht sich die Seite des Nockenprofils 12 mit einer Kennlinie, bei der die Geschwindigkeitskennlinie auf der Seite der Eingriffsscheibe 16 bezüglich der Seite der Nockenwelle 11 weiter vergrößert ist. Somit dreht sich die Seite des Nockenprofils 11 an der Position R1 mit der höchsten Geschwindigkeit bezüglich der Seite der Eingriffsscheibe 16. Während sich danach die Seite der Eingriffsscheibe 16 aufeinanderfolgend von H'1 bis H'2, H'3, H'4, H'5, H'6 und H'7 dreht, verringert die Seite des Nockenprofils 12 allmählich seine Geschwindigkeit relativ zu der Seite der Eingriffsscheibe 16, während sie sich aufeinanderfolgend von R1 bis R2, R3, R4, R5, R6 und R7 dreht. Während dieses Zeitraums erlangt die Seite des Nockenprofils 12 im wesentlichen die gleiche Geschwindigkeit wie die Seite der Eingriffsscheibe 16 in der Nähe des Bereichs zwischen den Positionen R3 und R4. Danach wird die Seite des Nockenprofils 12 langsamer als die Seite der Eingriffsscheibe 16, wobei sie sich an der Position R7 mit der geringsten Geschwindigkeit bezüglich der Seite der Eingriffsscheibe 16 dreht.
Wenn danach die Seite der Eingriffsscheibe 16 sich aufeinanderfolgend von H'7 bis H'8, H'9, H'10, H'11, H'12 und H'1 dreht, erhöht sich die Geschwindigkeit der Seite des Nockenprofils 12 bezüglich der Seite der Eingriffsscheibe 16 allmählich, während sie sich aufeinanderfolgend von R7 bis R8, R9, R10, R11, R12 und R1 dreht. Während dieser Zeitdauer erlangt die Seite des Nockenprofils 12 im wesentlichen die gleiche Geschwindigkeit wie die Seite der Eingriffsscheibe 16 in der Nahe des Bereichs zwischen den Positionen R9 und R10. Danach wird die Seite des Nockenprofils 12 schneller als die Seite der Eingriffsscheibe 16, wobei sie sich an der Position R1 mit der Höchstgeschwindigkeit bezüglich der Seite der Eingriffsscheibe 16 dreht.
Die 7(B3) zeigt eine solche Drehzahlkennlinie auf der Seite des Nockenprofils 12 in Ansprechung auf die Drehzahlkennlinie der Seite der Eingriffsscheibe 16 [eine Kennlinie, die der in 7(A3) gezeigten ähnlich ist]. Die Drehzahl der Seite des Nockenprofils 12 dreht sich hier mit einer cosinuskurvenähnlichen Kennlinie, die der Drehzahl der Seite der Eingriffsscheibe 16 ähnlich ist, wohingegen die Kennlinie auf der Seite der Eingriffsscheibe 16 weiter vergrößert ist (d.h. die Amplitude ist vergrößert). Dies bedeutet, daß sich die Drehzahl auf der Seite des Nockenprofils 12 bezüglich der Drehzahl auf der Seite der Nockenwelle 11 mit einer Kennlinie verändert, die einer Cosinuskurve ähnlich ist.
Die Drehphasenkennlinie auf der Seite des Nockenprofils 12 relativ zu einer solchen Drehzahlkennlinie auf der Seite der Nockenwelle 11 (Kennlinie, die zeigt, ob die Seite des Nockenprofils 12 bezüglich der Seite der Nockenwelle 11 vorverlegt oder zurückgenommen ist) wird durch die Kurven PA1 und PA2 in dem Diagramm von 8(c) dargestellt.
Wie es in den 7(A1), 7(B1) und 8(a1) gezeigt ist, wird angenommen, daß der Drehmittelpunkt (zweite Drehachse) O₂ der Eingriffsscheibe 16 nach oben exzentrisch zu dem Drehmittelpunkt (erste Drehachse) O₁ auf dem Nockenprofil 12 ist (Exzentrizität oben für hohe Drehzahl). Wenn dann der Zustand, in dem die Gleitnut 16A und das erste Gleitelement 17 oberhalb der Drehmittelpunkte O₁ und O₂ angeordnet sind, während die Gleitnut 16B und das zweite Gleitelement 18 unterhalb der Drehmittelpunkte O₁ und O₂ angeordnet sind, als Referenz definiert wird (wo der Nockenwellendrehwinkel null ist), wird die Phasenkennlinie auf der Seite des Nockenprofils 12 durch die Kurve PA1 von 8(c) dargestellt.
Wie es durch die Kurve PA1 in 8(c) gezeigt ist, erlangt die Seite des Nockenprofils 12 den gleichen Phasenwinkel wie auf der Seite der Nockenwelle 11, wenn der Nockenwellendrehwinkel null ist, wie es durch S1, H1, H'1 und R1 in den 8(a1), 7(A2) und 7(B2) gezeigt ist.
Die Drehphasenkennlinie auf der Seite des Nockenprofils 12 entspricht danach dem Drehwinkel der Nockenwelle 11, d.h. die Vorverlegung oder Zurücknahme der Drehphase auf der Seite des Nockenprofils 12 bezüglich der Drehphase der Seite der Nockenwelle 11 entspricht dem Wert, der erhalten wird, wenn die Drehzahl auf der Seite des Nockenprofils 12 bezüglich der Drehzahl auf der Seite der Nockenwelle 11 [siehe 7(B3)] integriert wird.
Wie es durch die Kurve PA1 in 8(c) gezeigt ist, wird die Seite des Nockenprofils 12 von der Seite der Nockenwelle 11 vorverlegt, wenn sich die Nockenwelle 11 von 0° bis 90° dreht, wobei sich der Vorverlegungswinkel allmählich vergrößert. Wenn die Nockenwelle 11 90° erreicht, ist die Seite des Nockenprofils 12 bezüglich der Seite der Nockenwelle 11 am weitesten vorverlegt [siehe 8(a2)]. Wenn danach die Nockenwelle 11 von 90° bis 180° dreht, ist die Seite des Nockenprofils 12 von der Seite der Nockenwelle 11 aus vorverlegt, wobei sich der Vorverlegungswinkel allmählich verringert. Wenn die Nockenwelle 11 180° erreicht, erlangt die Seite des Nockenprofils 12 den gleichen Phasenwinkel wie die Seite der Nockenwelle 11 [siehe 8(a3)].
Wenn die Nockenwelle von 180° bis 270° dreht, wird die Seite des Nockenprofils 12 von der Seite der Nockenwelle 11 aus zurückgenommen, wobei sich der Zurücknahmewinkel allmählich vergrößert. Wenn die Nockenwelle 11 270° erreicht, ist die Seite des Nockenprofils 12 bezüglich der Seite der Nockenwelle 11 am weitesten zurückgenommen [siehe 8(a4)].
Wenn dann die Nockenwelle 11 von 270° bis 360° dreht, ist die Seite des Nockenprofils 12 von der Seite der Nockenwelle 11 aus zurückgenommen, wobei sich der Rücknahmewinkel allmählich verringert. Wenn die Nockenwelle 11 360° erreicht, erlangt die Seite des Nockenprofils 12 den gleichen Phasenwinkel wie die Seite der Nockenwelle 11 [siehe 8(a5)].
Wenn die Position des Ventils 2 bezüglich der Nocke 6 so eingestellt ist, daß der Ventilhub in einer Position am höchsten ist, in der sich die Nockenwelle 11 auf 180° befindet, wird die Ventilhubkurve durch die Kurve VL1 in 8(c) dargestellt. Die Kurve VL0 in 8(c) zeigt die Hubkurvenkennlinie (Hubkurvenbasis) in dem Fall, in dem die Seite des Nockenprofils 12 nicht exzentrisch zur Seite der Nockenwelle 11 ist, wobei die Seite des Nockenprofils 12 immer den gleichen konstanten Phasenwinkel erlangt wie die Seite der Nockenwelle 11.
Bei der durch die Kurve VL1 dargestellten Hubkurvenkennlinie wird der Ventilöffnungszeitpunkt (Öffnungsstartzeit) ST1 früher als der Öffnungszeitpunkt ST0 der Basishubkurve, wohingegen der Ventilschließzeitpunkt (Öffnungsbeendigungszeit) ET1 später wird als der Schließzeitpunkt ET0 der Basishubkurve. Der Ventilöffnungszeitpunkt ST1 wird früher als der bei der Basishubkurve, da der Drehphasenwinkel auf der Seite des Nockenprofils 12 von dem der Seite der Nockenwelle 11 aus in dem Bereich vorverlegt ist, in dem das Ventil mit dem Öffnen beginnt. Der Ventilschließzeitpunkt ET1 wird später als der der Basishubkurve, da der Drehphasenwinkel auf der Seite des Nockenprofils 12 von dem der Seite der Nockenwelle 11 aus in dem Bereich zurückgenommen ist, in dem das Ventil die Öffnung beendet.
In dem Fall, in dem ein Zustand als Referenz (Nockenwellendrehwinkel ist null) definiert wird, in dem der Drehmittelpunkt (zweite Drehachse) O₂ der Eingriffsscheibe 16 nach unten exzentrisch zu dem Drehmittelpunkt (erste Drehachse) O₁ der Nockenwelle 11 und des Nockenprofils 12 ist (Exzentrizität unten für geringe Drehzahlen) und die Gleitnut 16A und das erste Gleitelement 17 oberhalb der Drehmittelpunkte O₁ und O₂ angeordnet sind, wobei die Gleitnut 16B und das zweite Gleitelement 18 unterhalb der Drehmittelpunkte O₁ und O₂ angeordnet sind (siehe Fig. 8(b1)), wird dahingegen die Phasenkennlinie auf der Seite des Nockenprofils 12 durch die Kurve PA2 in 8(c) dargestellt.
Wie es durch die Kurve PA2 von 8(c) gezeigt wird, erlangt die Seite des Nockenprofils 12 den gleichen Phasenwinkel wie die Seite der Nockenwelle 11, wenn der Nockenwellendrehwinkel null ist, wie es in 8(a1) gezeigt ist. Wenn daraufhin die Nockenwelle 11 von 0° bis 90° dreht, wird die Seite des Nockenprofils 12 von der Seite der Nockenwelle 11 aus zurückgenommen, wobei sich der Rücknahmewinkel allmählich vergrößert. Wenn die Nockenwelle 11 90° erreicht, ist die Seite des Nockenprofils 12 am weitesten von der Seite der Nockenwelle 11 aus zurückgenommen [siehe 8(b2)]. Wenn danach die Nockenwelle 11 von 90° bis 180° dreht, verringert sich der Rücknahmewinkel allmählich obwohl die Seite des Nockenprofils 12 von der Seite der Nockenwelle 11 aus zurückgenommen ist. Wenn die Nockenwelle 11 180° erreicht, erlangt die Seite des Nockenprofils 12 den gleichen Phasenwinkel wie die Seite der Nockenwelle 11 [siehe 8(b3)].
Wenn die Nockenwelle 11 dann von 180° bis 270° dreht, wird die Seite des Nockenprofils 12 bezüglich der Seite der Nockenwelle 11 vorverlegt, wobei sich der Vorverlegungswinkel allmählich erhöht. Wenn die Nockenwelle 11 270° erreicht, ist das Nockenprofil 12 bezüglich der Seite der Nockenwelle 11 am weitesten vorverlegt [siehe 8(b4)].
Wenn die Nockenwelle 11 von 270° auf 360° dreht, verringert sich der Vorverlegungswinkel allmählich, obwohl die Seite des Nockenprofils 12 bezüglich der Seite der Nockenwelle 11 vorverlegt ist. Wenn die Nockenwelle 360° erreicht, erlangt die Seite des Nockenprofils 12 den gleichen Phasenwinkel wie die Seite der Nockenwelle 11 [siehe 8(b5)].
Wenn sich das Nockenprofil 12 mit einer Drehphasenkennlinie dreht, wie sie durch die Kurve PA2 in 8(c) gezeigt ist, wird somit die Ventilhubkurve durch die Kurve VL2 von 8(c) dargestellt.
Bei der durch die Kurve VL2 dargestellten Hubkurvenkennlinie wird der Ventilöffnungszeitpunkt (Öffnungsstartzeit) ST2 später als der Öffnungszeitpunkt ST0 der Basishubkurve, wohingegen der Ventilschließzeitpunkt (Öffnungsbeendigungszeit) ET2 früher wird als der Schließzeitpunkt ET0 der Basishubkurve.
Der Ventilöffnungszeitpunkt ST2 wird früher als der der Basishubkurve, da der Drehphasenwinkel auf der Seite des Nockenprofils 12 bezüglich dem der Seite der Nockenwelle 11 in dem Bereich zurückverlegt ist, in dem das Ventil das Öffnen beginnt. Der Ventilschließzeitpunkt ET2 wird früher als der der Basishubkurve, da der Drehphasenwinkel auf der Seite des Nockenprofils 12 bezüglich der Seite der Nockenwelle 11 in dem Bereich vorverlegt ist, in dem das Ventil die Öffnung beendet.
Somit kann die Ventilhubkurven-Kennlinie abhängig von dem Drehmittelpunkt (zweite Drehachse) O₂ der Eingriffsscheibe 16 verändert werden, d.h. von der exzentrischen Lage der Eingriffsscheibe 16. Falls der Ventilöffnungszeitpunkt früh ist, während der Ventilschließzeitpunkt spät ist, ist die Ventilöffnungszeitdauer verlängert, so daß sie sich für hohe Drehzahlen des Motors eignet Falls der Ventilöffnungszeitpunkt spät ist, während der Ventilschließzeitpunkt früh ist, wird die Ventilöffnungszeitdauer verkürzt, so daß sie für geringe Drehzahlen des Motors geeignet ist.
Wenn, wie es in 8(a1) gezeigt ist, der Drehmittelpunkt (zweite Drehachse) O₂ der Eingriffsscheibe 16 oberhalb des Drehmittelpunkts (erste Drehachse) O₁ der Nockenwelle 11 angeordnet ist (der Drehphasenrichtung entgegengesetzt, bei der der Ventilhub am höchsten ist), ist die Ventilöffnungsdauer am längsten, so daß eine Exzentrizität für hohe Drehzahlen er reicht wird. Wenn dahingegen, wie es in 8(b1) gezeigt ist, der Drehmittelpunkt (zweite Drehachse) O₂ der Eingriffsscheibe 16 unterhalb des Drehmittelpunkts (erste Drehachse) O₁ der Nockenwelle 11 (in Richtung der Drehphase, bei der der Ventilhub am höchsten ist) angeordnet ist, ist die Ventilöffnungsdauer am kürzesten, so daß eine Exzentrizität für geringe Drehzahlen erreicht wird.
Wenn der Drehmittelpunkt (zweite Drechachse) O₂ der Eingriffsscheibe 16 an einer Stelle angeordnet ist, die zwischen den Stellen liegt, die in den 8(a1) und 8(b1) gezeigt ist, wird das Ventil 2 mit einer Ventilkennlinie (Ventilöffnungszeitpunkt und -schließzeitpunkt) angetrieben, die dieser Position entspricht.
Wenn die zweite Drehachse O₂ bezüglich der in 8(a1) gezeigten oberen exzentrischen Position nach unten verstellt wird, nähert sich die Ventilkennlinie von der durch die Kurve VL1 gezeigten Hubkurvenkennlinie (Hochdrehzahl-Kennlinie) aus der Basishubkurven-Kennlinie an. Wenn die zweite Drehachse O₂ im wesentlichen dieselbe Höhe hat wie die der ersten Drehachse O₁ (wenn keine vertikale Abweichung besteht), nähert sich die Ventilkennlinie im wesentlichen der Basishubkurven-Kennlinie an. Wenn die zweite Drehachse O₂ weiter in Richtung der unteren exzentrischen Position verstellt wird, die in 8(b1) gezeigt ist, nähert sich die Ventilkennlinie von der durch die Kurve VL0 gezeigten Kurvenkennlinie der durch die Kurve VL2 dargestellten Hubkurvenkennlinie (Niedrigdrehzahl-Kennlinie) an.
Wenn die Position der zweiten Drehachse O₂ entsprechend einem Motorbetriebszustand wie der Motordrehzahl fortlaufend oder schrittweise verstellt wird, kann demgemäß das Ventil 2 immer mit einer Kennlinie betrieben werden, die für den Motor betriebszustand geeignet ist.
Um die Position des Drehmittelpunkts (zweite Drehachse) O₂ der Eingriffsscheibe 16 einzustellen, ist es ausreichend, den exzentrischen Abschnitt 15, der die Eingriffsscheibe trägt, in einen exzentrischen Zustand zu drehen. Hierfür ist dieser Mechanismus mit einer Einstelleinrichtung für die exzentrische Position (Steuerelement) 30 für eine Drehung der Steuerscheibe 14 mit dem exzentrischen Abschnitt 15 versehen, um die exzentrische Position des exzentrischen Abschnitts 15 zu drehen.
Wie es in den 2 und 3 gezeigt ist, umfaßt der Einstellmechanismus 30 für die exzentrische Position ein Exzentrizitätssteuerzahnrad 31, das um den äußeren Umfang der Steuerscheibe 14 herum ausgebildet ist, eine Zahnradwelle (Steuerwelle) 32 mit einem Steuerzahnrad 35, das mit dem Exzentrizitätssteuerzahnrad 31 kämmt, und ein Betätigungselement 33 für einen Drehantrieb der Steuerwelle 32. Der Betrieb wird über eine Steuereinheit ECU 34 gesteuert.
Wie es in 2 gezeigt ist, wird eine erfaßte Information (Motordrehzahlinformation) von einem Motordrehzahlsensor (nicht gezeigt), eine erfaßte Information (TPS-Information) von einem Drosselklappen-Positionssensor, eine erfaßte Information (AFS-Information) von einem Luftströmungssensor (nicht gezeigt) und dergleichen in die ECU 34 eingegeben. Auf der Basis dieser Arten von Informationen wird die Motorsteuerung des Einstellmechanismus 30 für die exzentrische Position abhängig von der Drehzahl und dem Lastzustand des Motors bewirkt.
Wenn der Motor beispielsweise mit einer hohen Drehzahl oder unter einer hohen Last betrieben wird, wird die Drehphase der Steuerscheibe 14 so eingestellt, daß eine Ventilhubkennlinie erreicht wird, die der Kurve VL1 in 8(c) entspricht, wodurch eine lange Ventilöffnungsdauer erreicht wird. Wenn der Motor dahingegeben mit einer geringen Geschwindigkeit oder unter einer geringen Last betrieben wird, wird die Drehphase der Steuerscheibe 14 so eingestellt, daß eine Ventilhubkennlinie erreicht wird, die der Kurve VL2 in 8(c) entspricht, wodurch eine kurze Ventilöffnungsdauer erlangt wird. Im allgemeinen wird der Drehzustand der Steuerscheibe 14 abhängig von der Drehzahl und der Last des Motors so eingestellt, daß eine Ventilhubkennlinie erreicht wird, die zwischen den Kurven VL1 und VL2 in 8(c) liegt.
Das an der Steuerwelle 32 angebrachte Steuerzahnrad 35 ist ein zweiteiliges Zahnrad, das aus zwei Zahnrädern 35A und 35B besteht, wobei das eine Zahnrad 35A an der Steuerwelle 32 befestigt ist, wohingegen das andere Zahnrad 35B drehbar an der Steuerwelle 32 angebracht ist. Das Zahnrad 35B ist so angeordnet, daß es an dem Zahnrad 35A anliegt, und so montiert, daß es eine Vorspannkraft in Richtung der Drehrichtung durch eine Torsionsfeder 38 aufnehmen kann, die zwischen dem Zahnrad 35B und einem Lagerzapfen 36 angeordnet ist, der an dem Außenumfang der Steuerwelle 32 befestigt ist, wobei das Exzentrizitätssteuerzahnrad 31 auf der Seite der Steuerscheibe 14 und das Steuerzahnrad 35 mittels beider Zahnräder 35A und 35B miteinander kämmen, ohne zu rasseln.
Beim Einbau des Einstellmechanismus 30 für die exzentrische Position werden die Zahnräder 35A und 35B in Eingriff mit dem Exzentrizitätssteuerzahnrad 31 auf der Seite der Steuerscheibe 14 um den Außenumfang der Nockenwelle 11 gebracht, die bereits montiert wurde. Dann wird der Lagerzapfen 36 an einer vorherbestimmten Axialposition angeordnet, wobei er bezüglich der Steuerwelle 32 gedreht wird, wodurch Vorspannkräfte auf das Zahnrad 35B in Axial- und Drehrichtung ausgeübt werden. Danach wird der Lagerzapfen 36 mittels eines Drehverhinderungszapfens 36A befestigt, damit er sich mit der Steuerwelle 32 dreht.
Wenn der variable Ventilmechanismus bei einem Vierzylindermotor angebracht wird, ist für jeden Zylinder ein Nockenprofil 12 und eine Ungleichkupplung 13 vorgesehen. In diesem Fall umfaßt jeder Zylinder eine variablen Ventilmechanismus für einen Antrieb des Einlaßventils und einen variablen Ventilmechanismus für einen Antrieb eines Auslaßventils. Wie es in 9 gezeigt ist, sind eine Einlaßventilnockenwelle 11_IN und eine Auslaßventilnockenwelle 11_EX vorgesehen, die jeweils das Nockenprofil 12 und die Ungleichkupplung 13 für jeden Zylinder umfassen.
Der Einstellmechanismus 30 für die exzentrische Position umfaßt außerdem ein exzentrisches Steuerzahnrad 31 auf der Seite der an der Einlaßventilnockenwelle 11_IN für jeden Zylinder befestigten Steuerscheibe 14, ein Exzentrizitätssteuerzahnrad 31 auf der Seite der Steuerscheibe 14, die an der Auslaßventilnockenwelle 11_EX für jeden Zylinder angebracht ist, eine einlaßventilseitige Steuerwelle 32, die an die Einlaßventilnockenwelle 11_IN angrenzt, eine auslaßventilseitige Steuerwelle 32, die an die Auslaßventilnockenwelle 11_EX angrenzt, und ein Steuerzahnrad 35, einen Lagerzapfen 36 und eine Feder 38, die an jeder Steuerwelle 32 für jeden Zylinder angebracht sind, damit sie mit jedem Exzentrizitätssteuerzahnrad 31 kämmt.
Es ist andererseits nur ein Betätigungselement 33 an einem nicht gezeigten Zylinderkopfseitenabschnitt an einem Endabschnitt angeordnet, der einem Kettenrad (Endelement) 43 entgegengesetzt ist. Das Betätigungselement 33 ist an einem axialen Endabschnitt der Auslaßventilnockenwelle 11_EX befestigt.
Das Betätigungselement 33 ist mit einem auslaßventilseitigen Antriebszahnradmechanismus 39A über ein Verbindungselement 33A verbunden. Die Antriebskraft des Betätigungselements 33 wird von dem auslaßventilseitigen Antriebszahnradmechanismus 39A auf die auslaßventilseitige Steuerwelle 32 übertragen, wodurch jedes Exzentrizitätssteuerzahnrad 31 der Auslaßventilnockenwelle 11_EX gedreht wird.
Der auslaßventilseitige Antriebszahnradmechanismus 39A ist andererseits mit einem einlaßventilseitigen Antriebszahnradmechanismus 39B über einen Zwischenzahnradmechanismus 40 verbunden. Die Antriebskraft des Betätigungselements 33 wird über den auslaßventilseitigen Antriebszahnradmechanismus 39A, den Zwischenzahnradmechanismus 40 und den einlaßventilseitigen Antriebszahnradmechanismus 39B auf die auslaßventilseitige Steuerwelle 32 übertragen, wodurch jedes Exzentrizitätssteuerzahnrad 31 der Einlaßventilnockenwelle 11_IN gedreht wird.
Wie es in 10 gezeigt wird, wird auf der Auslaßventilseite (mit EX in der Zeichnung bezeichnet) die Antriebskraft des Betätigungselements 33 auf jedes Exzentrizitätssteuerzahnrad 31 über den Antriebszahnradmechanismus 39A, die auslaßventilseitige Steuerwelle 32 und jedes Steuerzahnrad 35 übertragen. Auf der Einlaßventilseite (mit IN in der Zeichnung bezeichnet) wird dahingegen die Antriebskraft des Betätigungselements 33 über den Antriebszahnradmechanismus 39A, den Zwischenzahnradmechanismus 40, den Antriebszahnradmechanismus 39B, die einlaßventilseitige Steuerwelle 32 und jedes Steuerzahnrad 35 auf das Exzentrizitätssteuerzahnrad 31 übertragen.
Wie es in 9 gezeigt ist, wird jeder Zahnradmechanismus 39A und 39B von einem zweiteiligen Zahnrad 39e gebildet, das aus zwei Zahnrädern zusammengesetzt ist, die ein an einer Achse 39a befestigtes Festzahnrad 39b und ein bewegbares Zahnrad 39d umfassen, wobei eine Feder 39c zwischen diesen Zahnrädern eingesetzt ist, und außerdem ist ein Zahnrad 39f an einem Endabschnitt der Steuerwelle 32 befestigt. Bei dem zweiteiligen Zahnrad 39e kämmt das bewegbare Zahnrad 39d zusammen mit dem Festzahnrad 39b mit dem Zahnrad 39f, wobei es durch die Feder 39c in Drehrichtung vorgespannt ist, weshalb kein Rasseln zwischen den Antriebszahnradmechanismen 39A und 39B auftritt.
Der Zwischenmechanismus 40 umfaßt drei Zahnräder 40a, 40b und 40c, die miteinander kämmen, und überträgt die Drehung der Welle 39a des auslaßventilseitigen Antriebszahnradmechnismus 39A auf die Welle 39a des einlaßventilseitigen Antriebszahnradmechanismus 39B in derselben Richtung und derselben Geschwindigkeit.
Außerdem ist das zweiteilige Zahnrad 39e (d.h., sind die Zahnräder 39b, 39d) jedes Antriebszahnradmechanismus 39A, 39B so ausgelegt, daß es die gleiche Anzahl von Zähnen hat, wie die des Exzentrizitätssteuerzahnrades 31, während das Zahnrad 39f jedes Antriebszahnradmechanismus 39A, 39B so ausgelegt ist, daß es die gleiche Anzahl von Zähnen wie jedes Steuerzahnrad 35 hat, so daß die Welle des Betätigungselements und das Exzentrizitätssteuerzahnrad 31 den gleichen Drehwinkel haben.
Das Betätigungselement 33 wird nun erläutert. Wie es in 11 gezeigt ist, umfaßt das Betätigungselement 33 beispielsweise eine Hydraulikdruckversorgungseinrichtung 51 mit einem Ölsteuerventil 50 und einen Hauptkörper 52.
Der Hauptkörper 52, der ein sogenanntes hydraulisches Betätigungselement ist, dreht einen Flügel 55 mittels des Hydraulikdrucks um seine Achse hin und her. Wie es in 11 gezeigt ist, umfaßt der Hauptkörper 52 ein Gehäuse 53, einen Wellenabschnitt (Steuerwelle) 54, der mit der Welle 39a des auslaßventilseitigen Antriebszahnradmechanismus 39A über einen Ver bindungsmechanismus (Oldham-Kupplung) verbunden ist, den sich radial von der Welle des Wellenabschnitts 54 erstreckenden Flügel 55, eine erste Ölkammer 56A und eine zweite Ölkammer 56B, die durch den Flügel 55 voneinander getrennt sind.
In dem oberen Abschnitt innerhalb des Gehäuses 53 ist ein Spulenventil 57 für das Ölsteuerventil 50 vorgesehen. Das Spulenventil 57 ist durch eine Druckfeder 58 vorgespannt. Nach Empfang einer elektromagnetischen Kraft von einem Spulenabschnitt 59 des Ölsteuerventils 50 wird das Spulenventil 57 gegen die Vorspannkraft der Feder 58 auf eine gewünschte Position eingestellt.
Das Spulenventil 57 ist zwischen Ölwegen 60A und 60B, die mit der ersten Ölkammer 56A bzw. der zweiten Ölkammer 56B in Verbindung stehen, einem Hydrauliköleinlaß (Öleinlaß) 62 aus einem Motorölversorgungssystem 61 und Abflüssen 63A und 63B für eine Förderung des Hydrauliköls in den Zylinderkopf 1 angeordnet.
Wenn das Spulenventil 57 sich in einer neutralen Position befindet, wie es in 11 gezeigt ist, sind die Ölwege 60A und 60B geschlossen, so daß die Hydraulikdrücke sowohl in der Ölkammer 56A als auch in der Ölkammer 56B weder versorgt werden noch entsorgt werden, weshalb der Flügel 55 stationär bleibt.
Wenn das Spulenventil 57 sich in 11 aus seiner neutralen Position nach links bewegt, stehen der zu der ersten Ölkammer 56A führende Ölweg 60A und der Öleinlaß 62 miteinander in Verbindung, während der zu der zweiten Ölkammer 56B führende Ölweg 60B und der Abfluß 63B miteinander in Verbindung stehen, weshalb das Hydrauliköl in die erste Ölkammer 56A geführt wird und aus der zweiten Ölkammer 56B abgeführt wird, weshalb der Flügel 55 sich in 11 nach rechts dreht.
Wenn das Spulenventil sich in 11 dahingegen aus der neutralen Stellung nach rechts bewegt, stehen der zu der ersten Ölkammer 56A führende Ölweg 60A und der Abfluß 63A in Verbindung, während der zu der zweiten Ölkammer 56B führende Ölweg 60B und der Öleinlaß 62 miteinander in Verbindung stehen. Das Hydrauliköl in der ersten Ölkammer 56A wird abgeführt und das Hydrauliköl in die zweite Ölkammer 56B eingeführt, weshalb der Flügel 55 in 11 nach links gedreht wird.
Somit kann der Flügel 55 abhängig von der Position des Spulenventils 57 nach links oder nach rechts verschwenkt werden und festgestellt werden. Die Position des Spulenventils 57 kann durch Regulierung der elektromagnetischen Kraft des Spulenabschnitts 59 eingestellt werden, d.h. durch Regulierung des elektrischen Stroms, der dem Spulenabschnitt 59 zugeführt wird.
Für die Erfassung der Position (Drehphase) des Flügels 55 ist ein Positionssensor vorgesehen. Da die ECU 34, wie es in 2 gezeigt ist, eine Rückkopplungssteuerung entsprechend der Position des Flügels 55 durchführt, die sie von dem Positionssensor erhält, wird der dem Spulenabschnitt 59 zugeführte elektrische Strom so reguliert, daß der Flügel 55 auf eine vorherbestimmte Position eingestellt wird.
Der Drehphasenwinkel der Steuerscheibe 14, d.h. der Drehmittelpunkt (zweite Drehachse) O₂ der Eingriffsscheibe 16, wird abhängig von dem Drehphasenwinkel des Flügels 55 bestimmt. Er wird so gesetzt, daß die Eingriffsscheibe 16 eine Niedrigdrehzahlexzentrizität erhält, wenn der Flügel 55 in die rechteste Position gedreht ist (in der Zeichnung als Phasenwinkel 0° bezeichnet), und eine Hochdrehzahlexzentrizität erhält, wenn der Flügel 55 in seine Position ganz links gedreht ist (in der Zeichnung als Phasenwinkel 180° bezeichnet).
Wenn der Flügel 55 die Niedrigdrehzahl-Exzenterposition einnimmt (Flügelwinkel von 0°), ist der Drehmittelpunkt (zweite Drehachse) O₂ der Eingriffsscheibe 16 unterhalb des Drehmittelpunkts (erste Drehachse) O₁ der Nockenwelle 11 angeordnet (in der Drehphasenrichtung, durch die der Höchstventilhub erreicht wird), wie es in den 8(b1) bis 8(b5) gezeigt ist, wodurch die Niedrigdrehzahlexzentrizität erreicht wird.
Wenn der Flügel 55 dahingegen die Hochdrehzahl-Exzenterposition einnimmt (Flügelphasenwinkel von 180°), ist der Drehmittelpunkt (zweite Drehachse) O₂ der Eingriffsscheibe 16 oberhalb des Drehmittelpunkts (erste Drehachse) O₁ der Nockenwelle 11 angeordnet (entgegengesetzt zu der Drehphasenrichtung, durch die die obengenannte Ventilhubstellung erreicht wird), wie es in den 8(a1) bis 8(a5) gezeigt ist, wodurch die Hochdrehzahlexzentrizität erreicht wird.
Die Phase des Flügels 55 wird innerhalb des Bereichs zwischen der Niedrigdrehzahl-Exzenterstellung (Flügelphasenwinkel von 0°) und der Hochdrehzahl-Exzenterstellung (Flügelphasenwinkel von 180°) abhängig von der Motordrehzahl und dergleichen eingestellt.
Die Querschnittsansicht des Gehäuses 53 in 11 zeigt einen Zustand aus derselben Richtung wie in den 7 und 8 bezüglich der Nockenwelle 11. Wenn der Flügel 55 in 11 in Uhrzeigerrichtung gedreht wird, dreht sich auch die Eingriffsscheibe 16 in den 7 und 8 in Uhrzeigerrichtung. Wenn der Flügel 55 in Uhrzeigerrichtung von der Niedrigdrehzahlseite zu der Hochdrehzahlseite gedreht wird (d.h. in der Richtung, in der der Flügelphasenwinkel ansteigt), wird auch die Eingriffsscheibe 16 in Uhrzeigerrichtung von der Niedrigdrehzahlseite zu der Hochdrehzahlseite verschwenkt. Diese Schwenkrichtung (Uhrzeigerrichtung) stimmt mit der Drehrichtung der Nocken welle 11 überein, weshalb die Eingriffsscheibe 16 sich mit weniger Last von der Niedrigdrehzahlseite zu der Hochdrehzahlseite drehen kann.
Wie es in den 1(A) und 1(B) gezeigt ist, gleitet der Innenumfang des exzentrischen Abschnittes 15 entlang des Außenumfangs der Nockenwelle 11 über einen Ölfilm eines Gleitlagers 47, wohingegen sein Außenumfang entlang des Innenumfangs der Eingriffsscheibe 16 über ein Lager 37 gleitet. Der exzentrische Abschnitt 15 wird durch das Betätigungselement 33 für seine Phaseneinstellung in Drehung versetzt, wobei angenommen wird, daß er sich bezüglich der Motordrehung in einem Fixzustand befindet, da er nicht relativ hierzu verschwenkt. Da die Nockenwelle 11 und die Eingriffsscheibe 16 zusammen mit der Motordrehung drehen, erhält der exzentrische Abschnitt 15 von der Nockenwelle 11 und der Eingriffsscheibe 16 an seinen Gleitflächen am Innenumfang und am Außenumfang ein Reibmoment (Widerstandsmoment) in seiner Drehrichtung.
Wenn der exzentrische Abschnitt 15 in Drehung versetzt wird, wird er folglich durch dieses Reibmoment beeinflußt. Wenn der exzentrische Abschnitt 15 in einer Richtung entlang des Reibmoments in Drehung versetzt wird, kann der exzentrische Abschnitt 15 mittels einer relativ geringen Antriebskraft in Drehung versetzt werden, da das Reibmoment unterstützend wirkt. Wenn die auf den exzentrischen Abschnitt 15 aufgebrachte Antriebskraft konstant ist, kann der exzentrische Abschnitt 15 ebenfalls schnell in Drehung versetzt werden.
Wenn der exzentrische Abschnitt 15 dahingegen dem Reibmoment entgegengesetzt in Drehung versetzt wird, leistet das letztgenannte einen Widerstand, weshalb eine relativ große Antriebskraft erforderlich ist, um den exzentrischen Abschnitt 15 in Drehung zu versetzen. Außerdem dauert es, den exzentrischen Abschnitt 15 in Drehung zu versetzen, wenn die Antriebskraft auf den exzentrischen Abschnitt 15 konstant ist.
Bei diesem variablen Ventilmechanismus ist die Auslegung entweder auf der Einlaßventilseite [siehe 1(A)] oder auf der Auslaßventilseite [siehe 1(B)] so, daß, wenn der exzentrische Abschnitt 15 von der Niedrigdrehzahlseite (erste Position) zu der Hochdrehzahlseite (zweite Position) gedreht wird, der exzentrische Abschnitt 15 in Richtung des Reibmoments in Drehung versetzt wird, wie es durch den Pfeil nf gezeigt ist, weshalb das Reibmoment verwendet wird, um den exzentrischen Abschnitt 15 schnell von der Niedrigdrehzahlseite zu der Hochdrehzahlseite zu drehen. Wenn der exzentrische Abschnitt 15 von der Hochdrehzahlseite zu der Niedrigdrehzahlseite geschwenkt wird, wird der exzentrische Abschnitt 15 natürlich dem Reibmoment entgegengesetzt gedreht, wie es durch den Pfeil ns gezeigt ist, weshalb das Reibmoment einen Widerstand darstellt, weshalb es länger dauert, den exzentrischen Abschnitt 15 von der Hochdrehzahlseite zu der Niedrigdrehzahlseite zu drehen.
Das an den Gleitflächen auftretende Reibmoment an dem Innenumfang und dem Außenumfang des exzentrischen Abschnitts 15 wird erläutert.
Da das Reibmoment erzeugt wird, wenn ein vertikaler Widerstand auf eine solche Gleitfläche aufgebracht wird, wird der vertikale Widerstand erläutert.
Als erstes werden die Kräfte, die auf die Nockenwelle 11 und das Nockenprofil 12 aufgebracht werden, und die Kräfte, die auf die Eingriffsscheibe 16 über die Nockenwelle 11 und das Nockenprofil 12 aufgebracht werden, erläutert.
Auf die Nockenwelle 11 wird eine Drehkraft (d.h. ein Nockenantriebsmoment) in Abhängigkeit der Drehung von der Kurbelwelle des Motors aufgebracht.
Was die auf das Nockenprofil 12 aufgebrachten Kräfte betrifft, wird auf das Nockenprofil 12 eine Federreaktionskraft von der Ventilfeder 3 und eine Trägheitskraft aufgrund der Hubbewegung des Ventils oder dergleichen über den Nocken 6 ausgeübt, wenn das Ventil 2 angehoben wird (geöffnet wird). Wie es in 12 gezeigt ist, erhält das Nockendrehantriebsmoment bezüglich der Ventilhubmenge VL des Motors eine Kennlinie, wie sie anhand der Kurve T_L in dem Niedrigdrehzahlbereich gezeigt ist, da es hauptsächlich gegen die Ventilfederkraft wirkt. Es erhält in dem Hochdrehzahlbereich eine Kennlinie, wie sie anhand der Kurve T_H gezeigt ist, da es hauptsächlich gegen die Trägheitsbelastung des Ventils wirkt.
Wie es in 12 gezeigt ist, wird an dem maximalen Punkt des Ventilhubs die Richtung des auf den Nocken ausgeübten Drehmoments umgekehrt, weshalb sich das Nockenantriebsmoment an dem maximalen Punkt des Ventilhubs von einem positiven Wert auf einen negativen Wert oder umgekehrt verändert.
Die auf die Eingriffsscheibe 16 ausgeübten Kräfte sind eine Nockenantriebskraft T₁, die eine Drehkraft der Nockenwelle 11 von dem nockenwellenseitigen Gleitelement 17 ist, und eine Reaktionskraft F₁ von dem nockenprofilseitigen Gleitelement 18 gegen die Nockenantriebskraft T₁, weshalb eine resultierende Kraft FF der Nockenantriebskraft T₁ und der Reaktionskraft F₁ auf die Eingriffsscheibe 16 aufgebracht wird.
Wird angenommen, daß die Eingriffsscheibe 16 sich gegen die Uhrzeigerrichtung dreht, wenn sich das Ventil in seine Öffnungsrichtung bewegt, wie es in 13 gezeigt ist, wirken die Nockenantriebskraft T₁ und die Reaktionskraft F₁ in entgegengesetzte Drehrichtungen, weshalb die resultierende Kraft FF des Nockenantriebskraft T₁ und der Reaktionskraft F₁ in einer Richtung wirkt, die senkrecht zu der Linie verläuft, die die Mitte des nockenwellenseitigen Gleitelements 17 und die Mitte des nockenprofilseitigen Gleitelements 18 verbinden, und der Drehrichtung für das nockenprofilseitige Gleitelement 18 entgegengesetzt ist.
Wenn sich das Ventil in seiner Schließrichtung bewegt, wirkt die resultierende Kraft FF in einer Richtung senkrecht zu der Linie, die die Mitte des nockenwellenseitigen Gleitelements 17 und die Mitte des nockenprofilseitigen Gleitelements 18 verbindet, jedoch, entgegengesetzt zu der Richtung in 13, in der Drehrichtung des nockenprofilseitigen Gleitelements 18. Außerdem wird die Richtung einer solchen resultierenden Kraft FF bei Erreichen des maximalen Ventilhubs umgekehrt.
Die die Eingriffsscheibe 16 unterstützende Kraft wird eine Kraft, die gegen die resultierende Kraft FF wirkt, wohingegen die resultierende Kraft FF durch das Nockenantriebsmoment erzeugt wird. Folglich wirkt das Nockenantriebsmoment in einer der Drehrichtung des nockenprofilseitige Gleitstücks 18 entgegengesetzten Richtung, wenn das Ventil geöffnet wird, d.h. wenn der Ventilhub ansteigt, wohingegen es in Drehrichtung des nockenprofilseitigen Gleitelements 18 wirkt, wenn das Ventil geschlossen wird.
Deshalb ist der Vektor der resultierenden Kraft FF, die auf die Eingriffsscheibe 16 aufgebracht wird, in 14 in Abhängigkeit der Phase des Nockens 6 dargestellt. In dieser Zeichnung ist die Position des nockenprofilseitigen Gleitelements 18 durch C gekennzeichnet, wohingegen das nockenwellenseitige Gleitelement 17 durch S gekennzeichnet ist. Es wird ange nommen, daß sich die Eingriffsscheibe 16 gegen die Uhrzeigerrichtung dreht.
In 14 ist außerdem oben auf der Ordinate die Position des nockenprofilseitigen Gleitelements 18 bezüglich des Drehmittelpunkts (der ersten Drehachse) O₁ bei maximalem Ventilhub gezeigt. Die rechte Seite (Uhrzeigerrichtung) von der oberen Ordinate aus zeigt die Position des nockenprofilseitigen Gleitelements 18 vor dem maximalen Ventilhub, wohingegen die linke Seite (Gegenuhrzeigerrichtung) von der oberen Ordinate aus die Position des nockenprofilseitigen Gleitelements nach dem maximalen Ventilhub zeigt.
In 14 bezeichnet FL1 die Größe und Richtung der resultierenden Kraft FF, die auf die Eingriffsscheibe 16 aufgebracht wird, wenn das Ventil geöffnet wird, wohingegen FL2 die Größe und die Richtung der resultierenden Kraft FF kennzeichnet, die auf die Eingriffsscheibe 16 aufgebracht wird, wenn das Ventil geschlossen wird.
Wie es durch FL1 in 14 gezeigt ist, ist die Nockenantriebskraft T₁ bei Öffnung des Ventils am größten, wenn das nach oben gerichtete Nockenantriebsdrehmoment den maximalen Punkt nach Beginn des Öffnens des Ventils erreicht hat, weshalb die resultierende Kraft FF, die auf die Eingriffsscheibe 16 aufgebracht wird, ebenfalls am größten ist. Die resultierende Kraft FF ist zu diesem Zeitpunkt senkrecht zu der Linie, die das nockenwellenseitige Gleitelement 17 und das nockenprofilseitige Gleitelement 18 verbindet, und wirkt entgegen der Drehrichtung des nockenprofilseitigen Gleitelements 18. Sie verschiebt sich um 90° in Drehrichtung vor die Phase des nockenwellenseitigen Gleitelements 17, während sie sich in Drehrichtung um 90° hinter die Phase des nockenprofilseitigen Gleitelements 18 verschiebt.
Wie es durch FL2 in 14 gezeigt ist, ist die Nockenantriebskraft T₁ dahingegen bei Schließung des Ventils an dem maximalen Punkt des nach unten gerichteten Nockenantriebsmoments am größten, bevor sich das Ventil zu schließen beginnt, weshalb die auf die Eingriffsscheibe 16 ausgeübte resultierende Kraft FF ebenfalls maximal ist. Die resultierende Kraft FF ist zu diesem Zeitpunkt senkrecht zu der Linie, die das nockenwellenseitige Gleitelement 17 und das nockenprofilseitige Gleitelement 18 verbindet, und stimmt mit der Drehrichtung des nockenprofilseitigen Gleitelements 18 überein. Sie verschiebt sich um 90° in Drehrichtung hinter die Phase des nockenwellenseitigen Gleitelements 17, während sie sich um 90° in Drehrichtung vor die Phase des nockenprofilseitigen Gleitelements 18 verschiebt. Somit werden zwei maximale Belastungen, wie ein Buchstabe V auf die Eingriffsscheibe 16 aufgebracht, der entgegengesetzt zur Richtung des nockenprofilseitigen Gleitelements bei maximalem Ventilhub ausgerichtet ist.
Bei dem variablen Ventilmechanismus wird die Ventilhubdauer abhängig von der Motordrehzahl und dergleichen eingestellt, so daß sie kürzer bzw. länger wird, wenn die Drehzahl niedriger oder höher wird.
Wird angenommen, daß die auf die Eingriffsscheibe 16 aufgebrachte resultierende Kraft FF durch das Diagramm (Vektordiagramm) in 14 dargestellt wird, kann sie für jeweilige Motordrehzahlbereiche wie in den 15(A) und 15(B) dargestellt werden.
Die 15(A) und 15(B) zeigen Fälle mit niedrigen Motordrehzahlen bzw. hohen Motordrehzahlen.
Wie es in 15(A) gezeigt ist, wird die Ventilhubdauer bei niedrigen Motordrehzahlen so eingestellt, daß sie kurz ist, wobei das Nockenantriebsmoment T_L hauptsächlich von der Ventilfederkraft gebildet wird, weshalb sowohl der Punkt des nach oben gerichteten maximalen Nockendrehmoments als auch der Punkt des nach unten gerichteten maximalen Nockendrehmoments sich dem Punkt des maximalen Ventilhubs annähern. Die Maximallastrichtung der resultierenden Kraft FL1 zu dem Zeitpunkt, an dem das Ventil geöffnet wird, nähert sich daher der nach rechts gerichteten Richtung in der Abszisse an (die Richtung, die in Uhrzeigerrichtung um 90° von dem Phasenwinkel des nockenprofilseitigen Gleitelements 18 bei maximalem Ventilhub verschoben ist).
Folglich sind die zwei Maximallasten, die auf die Eingriffsscheibe 16 aufgebracht werden, ebenfalls wie ein Buchstabe V gerichtet, der entgegengesetzt zur Richtung des nockenprofilseitigen Gleitelements 18 bei maximalem Ventilhub ausgerichtet ist. Der Winkel Θ_L zwischen den Richtungen der zwei Maximalbelastungen steigt an, wenn die Ventilhubdauer (Ventilöffnungsdauer) kürzer wird und die Motordrehzahl verringert wird.
Wie es in 15(B) gezeigt ist, wird bei Motordrehung mit hoher Drehzahl die Ventilhubdauer länger eingestellt, und das Nockenantriebsmoment T_H wird hauptsächlich durch die Trägheitskraft des Ventils gebildet, weshalb sowohl der Punkt des nach oben gerichteten maximalen Nockenantriebsmoments als auch der Punkt des nach unten gerichteten maximalen Nockenantriebsmoments sich von dem Punkt des maximalen Ventilhubs wegbewegen. Die Maximallastrichtung der resultierenden Kraft FL1 bewegt sich abhängig hiervon zum Zeitpunkt des Öffnens des Ventils weg von der nach rechts gerichteten Richtung in der Abszisse (in einer Richtung, die in Uhrzeigerrichtung um 90° von dem Phasenwinkel des nockenprofilseitigen Gleitelements bei dem maximalen Ventilhub verschoben ist), wohingegen abhängig hiervon die Maximallastrichtung der resultierenden Kraft FL2 zum Zeitpunkt des Schließens des Ventils sich von der nach links gerichteten Abszissenrichtung wegbewegt (in einer Richtung, die entgegen Uhrzeigerrichtung um 90° von dem Phasenwinkel des nockenprofilseitigen Gleitelements 18 bei maximalem Winkelhub verschoben ist).
Während die zwei Maximalbelastungen, die auf die Eingriffsscheibe 16 ebenfalls wie ein Buchstabe V gerichtet sind, der entgegengesetzt zur Richtung des nockenprofilseitigen Gleitelements 18 bei maximalem Ventilhub ausgerichtet ist, verringert sich folglich der Winkel, der zwischen den Richtungen der zwei Maximalbelastungen ausgebildet ist, wenn die Ventilhubdauer (Ventilöffnungsdauer) verringert wird und die Motordrehzahl erhöht wird.
Die 16 und 17 zeigen ein Nockenantriebsmoment, das für einen Antrieb eines Nockens erforderlich ist, d.h. ein Nockenantriebsmoment, das auf die Eingriffsscheibe 16 über die Nockenwelle 11 aufzubringen ist, relativ zu dem Drehwinkel der Nockenwelle. Die 16 und 17 zeigen die Fälle, in denen der Motor mit einer geringen bzw. einer hohen Drehzahl dreht. Aus diesen Diagrammen ist zu erkennen, daß bei Erhöhung der Motordrehzahl das für den Antrieb des Nockens erforderliche Drehmoment größer wird und sich der Punkt des maximalen Drehmoments weiter von dem Maximalhub entfernt.
Was die auf die Eingriffsscheibe 16 aufzubringende Kraft betrifft, wird deswegen deutlich, daß die Richtung der Kraft eine konstante Kennlinie hat, wie es in den 14, 15(A) und 15(B) gezeigt ist. Die 16 und 17 zeigen, daß die aufgebrachte Kraft um so höher wird, je höher die Motordrehzahl wird.
Da eine solche auf die Nockenwelle 11 und die Eingriffsscheibe 16 aufgebrachte Kraft als vertikaler Widerstand in den Gleitflächen an dem Innenumfang und dem Außenumfang des exzentrischen Abschnitts 15 wirkt, wird ein diesem vertikalen Widerstand entsprechendes Reibmoment auf diese Gleitflächen aufgebracht.
Bei dem Mechanismus, wie er in 3 gezeigt ist, liegt eine Seitenfläche 16C der Eingriffsscheibe (inneres Drehelement) 16 dem Armabschnitt (Befestigungsabschnitt) 20 des Nockenprofils 12 gegenüber. Genauer gesagt, schlägt die Stirnfläche (Flanschabschnitt) 20A des Armabschnitts 20 des Nockenprofils 12 an einer Seitenfläche der Eingriffsscheibe (inneres Drehelement) 16 an. Wie es in den 3 und 5 gezeigt ist, erstrecken sich beide Stirnflächen 20A des Armabschnitts 20 zu einem Teil, der eine Phasendifferenz von ungefähr 90° oder mehr bezüglich der in der Eingriffsscheibe 16 ausgebildeten Gleitnut (zweiter Nutabschnitt) 16B aufweist. Dieser erstreckende Abschnitt ist soweit wie möglich außerhalb des Achsmittelpunkts angeordnet. Außerdem liegt eine Seitenfläche der Eingriffsscheibe 16 an der sich so erstreckenden Stirnfläche (Flanschabschnitt) 20A des Armabschnitts an, weshalb die Eingriffsscheibe 16 an der Seite des Nockenprofils 12 anliegt, wodurch verhindert wird, daß sich die Eingriffsscheibe 16 in Wellenschwenkrichtung neigt oder in dieser Richtung fällt.
An dem hinteren Ende des Nockenprofils 12 ist außerdem eine Wellenscheibe 46 befestigt, durch die die Anlagekraft der Stirnfläche 20A des Armabschnitts auf die Eingriffsscheibe 16 vergrößert wird, um eine ausreichende Belastung sicherzustellen, um ein Neigen der Eingriffsscheibe 16 zu verhindern.
Wie es obenstehend erwähnt wurde, drehen sich außerdem die Eingriffsscheibe 16 und das Nockenprofil 12, wobei abhängig von ihrer Exzentrizität eine sehr geringe Phasendifferenz erzeugt wird, weshalb die anliegenden Abschnitte der Eingriffsscheibe 16 und der Stirnfläche 20A des Armabschnitts etwas gegeneinander gleiten. Da Schmieröl (Motoröl) hierauf aufgebracht wird, können diese Abschnitte leicht gleiten.
Wie es in den 3 und 6 gezeigt ist, ist bei dieser Ausführungsform außerdem das oben erwähnte Lager 37 zwischen den Gleitabschnitten der Eingriffsscheibe 16 und dem exzentrischen Abschnitt 15 eingesetzt, d.h. zwischen dem Außenumfang des exzentrischen Abschnitts 15 und dem Innenumfang der Eingriffsscheibe 16. Obwohl hier ein Nadellager verwendet wird, das kompakter eingesetzt werden kann, können auch andere Arten von Lagern als Lager 37 verwendet werden.
Wenn ein Gleitabschnitt zwischen der Eingriffsscheibe 16 und dem exzentrischen Abschnitt 15 durch ein "einfaches Gleitlager" gebildet wird, steigt die Reibung zwischen der Eingriffsscheibe 16 und dem exzentrischen Abschnitt 15 insbesondere aufgrund der Viskosität des Schmieröls oder dergleichen nach dem Starten des Motors an. Wenn das Nadellager 37 montiert ist, wird die Reibung zwischen der Eingriffsscheibe 16 und dem exzentrischen Abschnitt 15 deutlich verringert, weshalb die Übertragung einer Drehkraft über die Eingriffsscheibe 16 und die Phaseneinstellung leichter durchgeführt werden können, wodurch die Starteigenschaften des Motors besser werden.
Mit anderen Worten, kann die auf den Starter und das Betätigungselement beim Starten oder bei der Einstellung der exzentrischen Lage wirkende Belastung reduziert werden, weshalb Starter und Betätigungselemente mit geringer Leistung und geringer Größe verwendet werden können.
Obwohl der Gleitabschnitt zwischen dem exzentrischen Abschnitt 15 und der Nockenwelle 11 durch ein Gleitlager (Lagerzapfen) 47 gebildet wird, kann auch ein Lager, wie z.B. ein Nadellager, zwischen den gleitenden Teilen zwischen dem exzentrischen Abschnitt 15 und der Nockenwelle 11 angeordnet werden, so daß Lager sowohl an dem Gleitabschnitt zwischen der Eingriffsscheibe 16 und dem exzentrischen Abschnitt 15 als auch an dem Gleitabschnitt zwischen dem exzentrischen Abschnitt 15 und der Nockenwelle 11 montiert sind.
Wenn Lager an beiden Gleitabschnitten montiert sind, kann sich andererseits die Größe des Systems erhöhen und sich seine Belastungseigenschaft verringern. Wenn dies der Fall ist, wird ein Lager an einem der Gleitabschnitte montiert. In diesem Fall wird das Lager vorzugsweise zwischen der Eingriffsscheibe 16 und dem exzentrischen Abschnitt 15 eingesetzt, das einen größeren Durchmesser als die Nockenwelle 11 und der exzentrische Abschnitt 15 hat, so dass die Lagereigenschaften wirksamer hervortreten.
Die Bezugszeichen 7E, 11A und 11B in 3 beziehen sich auf Ölöffnungen für eine Zufuhr von Schmieröl (Motoröl) zu den jeweiligen Gleitabschnitten.
Da der variable Ventilmechanismus gemäß der ersten Ausführungsform wie obenstehend ausgebildet ist, wird bei einem mit einem solchen variablen Ventilmechanismus ausgestatteten Verbrennungsmotor die Ventilöffnungskennlinie gesteuert, wobei die Drehphase der Steuerscheibe 14 über den Einstellmechanismus 30 für die exzentrischen Position eingestellt wird.
In der ECU 34 wird entsprechend der Motordrehzahlinformation, der AFS-Information und dergleichen die Drehphase der Steuerscheibe 14 entsprechend der Drehzahl und dem Belastungszustand des Motors bestimmt, und die Steuerscheibe 14 wird über die Operationssteuerung des Betätigungselements 33 so angetrieben, daß die tatsächliche Drehphase der Steuerscheibe 14 den auf diese Weise bestimmten Zustand erreicht, der dem Erfassungssignal des Positionssensors entspricht.
Durch die Operationssteuerung des Betätigungselements 33, die durch die ECU 34 bewirkt wird, wird außerdem der exzentrische Abschnitt 15 zur Verstellung des Phasenwinkels so verschwenkt, daß bei Verschiebung des Drehmittelpunktes (der zweiten Drehachse) O₂ der Eingriffsscheibe 16 die Phasenwinkelkennlinie sich der Kurve VL1 in 8 annähert, wenn z.B. die Drehzahl und die Last des Motors ansteigt, wodurch die Ventilöffnungsdauer verlängert wird, wohingegen sie sich der Kurve VL2 in 8 annähert, wenn sich die Drehzahl und die Last des Motors verringert, wodurch die Ventilöffnungsdauer verkürzt wird.
Somit kann bei Steuerung der Drehphase (Position) der Steuerscheibe 14 in Abhängigkeit des Motorbetriebszustands das Ventil für den Motorbetriebszustand optimal angetrieben werden. Insbesondere kann das Ventil immer mit einer für den Motorbetriebszustand optimalen Kennlinie betrieben werden, da die Ventilhubkennlinie fortlaufend eingestellt werden kann.
Bei dem variablen Ventilmechanismus wird außerdem entweder an der Einlaßventilseite [siehe 1(A)] oder auf der Auslaßventilseite [siehe 1(B)] bei Verschwenkung des exzentrischen Abschnitts 15 von der Niedrigdrehzahlseite zu der Hochdrehzahlseite der exzentrische Abschnitt in Richtung des Reibmoments (Widerstandsmoments) in Drehung versetzt, weshalb der exzentrische Abschnitt 15 mittels des Reibmoments schnell von der Niedrigdrehzahlseite auf die Hochdrehzahlseite verschwenkt werden kann.
Bei Erhöhung der Motordrehzahl (der Motor wird beschleunigt) oder bei Erhöhung der Fahrzeuggeschwindigkeit (Beschleunigung) eines Kraftfahrzeugs wird das Ansprechverhalten für eine Veränderung von der Niedrigdrehzahlseite auf die Hochdrehzahlseite der Ventilsteuerung beschleunigt, weshalb die der Drehzahl (der Fahrzeuggeschwindigkeit) entsprechende optimale Zeitsteuerung auch schnell bei einer Beschleunigung erreicht werden kann, was zu einer Verbesserung des Beschleunigungsverhaltens, wie z.B. des Beschleunigungsgefühls beiträgt. Ein Vorteil liegt außerdem darin, daß durch ein Betätigungselement 33 mit relativ geringer Leistung ohne Erhöhung seiner Leistung ein ausgezeichnetes Beschleunigungsansprechverhalten erreicht wird.
Wie es in 9 gezeigt ist, ist bei dieser Ausführungsform auch das zweiteilige Zahnrad (Steuerzahnrad) 35 hinsichtlich des Platzes für jeden Zylinder in die Steuerwelle 32 eingebaut. An dem Endabschnitt der Nockenwelle auf der Seite des Betätigungselements 33 ist zur Verhinderung eines Spiels bezüglich des Zwischenradmechanismus 40 das zweiteilige Zahnrad 39e nicht auf der Seite der Steuerwelle 32, sondern auf der Seite der Nockenwelle 11 angeordnet.
Da die zweiteiligen Zahnräder 39e, 39e, die jeweils auf der Seite der zwei Nockenwellen 11 für den Einlaß (IN) bzw. den Auslaß (EX) eingebaut sind, zusammenwirken, kann an dem nockenwellenseitigen Endabschnitt ein Spiel sowohl bei den Steuerwellen 32, 32 als auch bei dem Zwischenzahnradmechanismus 40 effektiv verhindert werden.
Nachstehend wird eine zweite Ausführungsform der Erfindung erläutert. Wie es in den 18(A) und 18(B) gezeigt ist, ist diese Ausführungsform so ausgelegt, daß alle Bauelemente des Mechanismus den Bauelementen der ersten Ausführungsform ähnlich sind. Im Gegensatz zur ersten Ausführungsform wird der exzentrische Abschnitt 15 bei Verschwenkung des exzentrischen Abschnitts 15 von der Hochdrehzahlseite (zweite Stellung) zu der Niedrigdrehzahlseite (erste Stellung) in der Richtung ns entlang des Reibmoments (Widerstandsmoments) in Drehung versetzt, weshalb der exzentrische Abschnitt 15 mittels des Reibmoments schnell von der Hochdrehzahlseite zu der Niedrigdrehzahlseite verschwenkt werden kann.
Wenn der exzentrische Abschnitt 15 von der Niedrigdrehzahlseite (erste Stellung) zu der Hochdrehzahlseite (zweite Stellung) verschwenkt wird, wird der exzentrische Abschnitt 15 natürlich in die Richtung nf angetrieben, die dem Reibmoment (Widerstandsmoment) entgegengesetzt ist. Eine solche Auslegung der Schwenkrichtung des exzentrischen Abschnitts 15 wird sowohl an der Einlaßventilseite [siehe 18(A)] als auch an der Auslaßventilseite [siehe 18(B)] ähnlich bewirkt.
Eine solche Auslegung zieht die Eigenschaft in Betracht, daß ein Fahrzeugmotor normalerweise mit einem Getriebe versehen ist, weshalb bei einer Beschleunigung des Fahrzeugs sich die Motordrehzahl beim Aufwärtschalten drastisch verringert.
Wie es in 19 zu erkennen ist, die das Ergebnis einer eine Veränderungskennlinie der Motordrehzahl betreffenden Untersuchung zeigt, wenn das Getriebe aufeinanderfolgend von dem ersten Gang zum zweiten und zum dritten Gang geschaltet wird, ist die Abwärtssteigung der Motordrehzahl beim Aufwärtsschatten dreimal so groß wie die Aufwärtssteigung der Motordrehzahl ohne Gangänderung. Beim Aufwärtsschatten von dem ersten in den zweiten Gang ist dieser Unterschied am geringsten und wird beim Schalten von dem zweiten in den dritten Gang größer. Es ist zu erkennen, daß sich die Motordrehzahl beim Aufwärtsschalten drastisch verringert.
Im Hinblick auf eine solche Eigenschaft des Getriebes ist es wünschenswert, zur Erhaltung einer optimalen Ventilöffnungskennlinie den exzentrischen Abschnitt 15 so von der Hochdrehzahlseite zu der Niedrigdrehzahlseite zu verschwenken, daß die drastische Verringerung der Motordrehzahl beim Schalten berücksichtigt wird, damit die Ventilzeitsteuerung schneller von der Hochdrehzahlseite zu der Niedrigdrehzahlseite verändert werden kann. Deshalb wird das Reibmoment zur Verschwenkung des exzentrischen Abschnitts 15 von der Hochdrehzahlseite zu der Niedrigdrehzahlseite verwendet, weshalb ein schnelles Ändern der Ventilzeitsteuerung möglich ist.
Wenn bei einem Verbrennungsmotor, der mit der zweiten Ausführungsform des variablen Ventilmechanismus entweder einlaßventilseitig oder auslaßventilseitig versehen ist, wie es in den 18(A) und 18(B) gezeigt ist, der exzentrische Abschnitt 15 von der Hochdrehzahlseite zu der Niedrigdrehzahlseite verschwenkt wird, wird der exzentrische Abschnitt 15 in Richtung des Reibmoments (Widerstandsmoments) in Drehung versetzt, weshalb der exzentrische Abschnitt 15 mittels der Reibungskraft schnell von der Hochdrehzahlseite zu der Niedrigdrehzahlseite verschwenkt werden kann.
Folglich kann trotz Berücksichtigung der drastischen Verzögerung der Motordrehzahl, die durch das Aufwärtsschalten verursacht wird, der exzentrische Abschnitt 15 von der Hochdrehzahlseite auf die Niederdrehzahlseite verschwenkt werden, weshalb die Ventilzeitsteuerung schnell von der Hochdrehzahlseite auf die Niedrigdrehzahlseite verändert werden kann. Deshalb kann bei einem Fahrzeugmotor bei Erhöhung der Fahrzeuggeschwindigkeit (nach einer Beschleunigung) die für die Motordrehzahl optimale Ventilzeitsteuerung auch nach einem Aufwärtsschalten schnell erhalten werden, was zu einer Verbesserung des Beschleunigungsverhaltens, wie z.B. des Beschleuni gungsgefühls beiträgt. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß durch ein Betätigungselement 33 mit einer relativ kleinen Leistung ohne Erhöhung seiner Leistung ein ausgezeichnetes Beschleunigungsansprechverhalten verwirklicht werden kann.
Nachstehend wird eine dritte Ausführungsform der Erfindung erläutert.
Alle Komponenten des Mechanismus dieser Ausführungsform sind denen der ersten Ausführung ähnlich, wie es in den 20(A) und 20(B) zu erkennen ist. Wenn der exzentrische Abschnitt 15 von der Niedrigdrehzahlseite auf die Hochdrehzahlseite verschwenkt wird, wird der exzentrische Abschnitt 15 an der Auslaßseite [siehe 20(A)] in Richtung nf des Reibmomentes (Widerstandsmomentes) in Drehung versetzt, wohingegen der exzentrische Abschnitt 15 an der Einlaßseite [siehe 20(B)] in der Richtung nf in Drehung versetzt wird, die dem Reibmoment (Widerstandsmoment) entgegengesetzt ist.
Wenn der exzentrische Abschnitt 15 von der Hochdrehzahlseite auf die Niedrigdrehzahlseite verschwenkt wird, wird der exzentrische Abschnitt 15 an der Auslaßseite daher in Richtung ns in Drehung versetzt, die dem Reibmoment (Widerstandsmoment) entgegengesetzt ist, wohingegen der exzentrische Abschnitt 15 an der Einlaßseite in der Richtung ns in Drehung versetzt wird, die der Richtung des Reibmomentes (Widerstandsmomentes) entspricht.
Die jeweiligen Einstellmechanismen 30, 30 auf der Auslaßventilseite und der Einlaßventilseite werden wie bei der ersten und zweiten Ausführungsform durch ein einziges Betätigungselement 33 angetrieben.
Wenn bei der dritten Ausführungsform der exzentrische Ab schnitt 15 des variablen Ventilmechanismus von der Niedrigdrehzahlseite (erste Stellung) auf die Hochdrehzahlseite (zweite Stellung) verschwenkt wird, wird der exzentrische Abschnitt 15 an der Auslaßventilseite in Richtung nf des Reibmomentes (Widerstandsmomentes) in Drehung versetzt, weshalb die Antriebslast wegen der Unterstützung des Reibmomentes geringer wird, wohingegen der exzentrische Abschnitt 15 an der Einlaßventilseite in der Richtung nf in Drehung versetzt wird, die dem Reibmoment entgegengesetzt ist, weshalb das Antriebsmoment wegen des Widerstands des Reibmomentes größer wird.
Wenn der exzentrische Abschnitt 15 dahingegen von der Hochdrehzahlseite (zweite Stellung) zu der Niedrigdrehzahlseite (erste Stellung) verschwenkt wird, wird der exzentrische Abschnitt 15 an der Auslaßventilseite in der Richtung ns in Drehung versetzt, die dem Reibmoment entgegengesetzt ist, wodurch wegen des Widerstandes des Reibmomentes eine größere Antriebskraft erreicht wird, wohingegen der exzentrische Abschnitt 15 an der Einlaßventilseite in der Richtung ns längs des Reibmomentes in Drehung versetzt wird, wodurch wegen der Unterstützung durch das Reibmoment eine geringere Antriebslast erreicht wird.
Da der Einstellmechanismus 30 für die exzentrische Position jedes variablen Ventilmechanismus auf der Auslaßventilseite und der Einlaßventilseite durch ein einzelnes Betätigungselement 33 angetrieben wird, wird das letztgenannte gleichzeitig durch das Reibmoment an der Auslaßventilseite und das Reibmoment an der Einlaßventilseite beeinflußt.
Wenn der exzentrische Abschnitt 15 von der Niedrigdrehzahlseite auf die Hochdrehzahlseite verschwenkt wird, wird der Widerstand (d.h. der Lastanstieg), der durch das Reibmoment an der Einlaßseite bewirkt wird, durch die Unterstützung (d.h. die Lastverringerung) aufgehoben, die durch das Reibmoment an der Auslaßventilseite bewirkt wird, weshalb das Betätigungselement 33 insgesamt kaum durch das Reibmoment beeinflußt wird (wenn die Auslaßventilseite und die Einlaßventilseite zusammen berücksichtigt werden).
Wenn der exzentrische Abschnitt 15 von der Hochdrehzahlseite auf die Niedrigdrehzahlseite verschwenkt wird, wird auf ähnlich Weise der Widerstand (d.h. der Lastanstieg), der durch das Reibmoment an der Auslaßventilseite bewirkt wird, durch die Unterstützung (d.h. die Lastverringerung) aufgehoben, die durch das Reibmoment an der Einlaßventilseite bewirkt wird, weshalb das Betätigungselement 33 insgesamt kaum von dem Reibmoment beeinflußt wird (wenn die Auslaßventilseite und die Einlaßventilseite gemeinsam in Betracht gezogen werden).
Daher kann eine Veränderung der Ventilzeitsteuerung in Richtung der Beschleunigungsseite und der Verzögerungsseite des Motors mit im wesentlichen dem gleichen Ansprechverhalten bewirkt werden, ohne daß ein Einfluß des Reibmomentes stattfindet, weshalb der Vorteil dieser Ausführungsform darin liegt, daß die Ventilzeitsteuerung leicht eingestellt werden kann.
Im folgenden wird eine vierte Ausführungsform der Erfindung erläutert. Alle Komponenten dieses Mechanismus sind denen der ersten Ausführungsform ähnlich, wie es in den 21(A) und 21(B) zu erkennen ist. Im Gegensatz zur dritten Ausführungsform wird bei einer Verschwenkung des exzentrischen Abschnitts 15 von der Niedrigdrehzahlseite (erste Stellung) zu der Hochdrehzahlseite (zweite Stellung) der exzentrische Abschnitt 15 an der Auslaßseite [siehe 21(A)] in der Richtung nf in Drehung versetzt, die dem Reibmoment entgegengesetzt ist, wohingegen der exzentrische Abschnitt 15 der Einlaßseite [siehe 21(B)] in der Richtung nf längs des Reibmomentes in Drehung versetzt wird.
Wenn der exzentrische Abschnitt von der Hochdrehzahlseite (zweite Stellung) zu der Niedrigdrehzahlseite (erste Stellung) verschwenkt wird, wird der exzentrische Abschnitt 15 an der Auslaßventilseite daher in der Richtung ns längs des Reibmomentes in Drehung versetzt, wohingegen der exzentrische Abschnitt 15 an der Einlaßventilseite in der Richtung ns in Drehung versetzt wird, die dem Reibmoment entgegengesetzt ist.
Die jeweiligen Einstellmechanismen 30, 30 für die exzentrische Position werden wie bei der ersten bis dritten Ausführungsform durch ein einziges Betätigungselement 33 angetrieben.
Wenn bei der vierten Ausführungsform, wie bei der dritten Ausführungsform, der exzentrische Abschnitt 15 von der Niedrigdrehzahlseite zu der Hochdrehzahlseite oder von der Hochdrehzahlseite zu der Niedrigdrehzahlseite verschwenkt wird, wird der Widerstand (d.h. der Lastanstieg), der durch das Reibmoment auf der Auslaßventilseite oder der Einlaßventilseite bewirkt wird, durch die Unterstützung (d.h. die Lastverringerung) aufgehoben, die durch das Reibmoment auf der anderen Seite bewirkt wird, weshalb das Betätigungselement insgesamt kaum durch das Reibmoment beeinflußt wird (wenn die Auslaßventilseite und die Einlaßventilseite gemeinsam berücksichtigt werden).
Daher kann wie bei der dritten Ausführungsform eine Veränderung der Ventilzeitsteuerung in Richtung der Beschleunigungsseite und der Verzögerungsseite des Motors mit im wesentlichen dem gleichen Ansprechverhalten bewirkt werden, ohne daß ein Einfluß des Reibmoments vorhanden ist, weshalb der Vorteil dieser Ausführungsform darin liegt, daß die Ventilzeitsteuerung leicht eingestellt werden kann.
Obwohl sowohl die Auslaßventilseite als auch die Einlaßventilseite bei jeder Ausführungsform durch ein einzelnes Betätigungselement angetrieben werden können, ist es auch möglich, sie getrennt anzutreiben. Die Ausbildung gemäß jeder Ausführungsform kann teilweise entweder an der Auslaßventilseite oder an der Einlaßventilseite angebracht werden.
Obwohl die Mittelachsen des ersten Stiftelements und des zweiten Stiftelements um 180° zueinander um die erste Drehachse O₁ versetzt sind, so daß bei jeder Ausführungsform des variablen Ventilmechanismus die Mittelachse des ersten Stiftelements, die erste Drehachse O₁ und die Mittelachse des zweiten Stiftelements im wesentlichen in einer Ebene liegen, ist die relative positionale Beziehung zwischen der Mittelachse des ersten Stiftelements, der ersten Drehachse O₁ und der Mittelachse des zweiten Stiftelements nicht auf diese Ausbildung beschränkt, d.h. die Mittelachse des ersten Stiftelements, die erste Drehachse O₁ und die Mittelachse des zweiten Stiftelements können auch in einem anderen Winkel als 180° angeordnet sind (d.h. in einem stumpfen oder einem spitzen Winkel).
Der erfindungsgemäße Mechanismus kann an allen Arten von Motoren einschließlich verschiedener Arten von Reihenmehrzylindermotoren, wie z.B. Vierzylindermotoren, angebracht werden, da die Ungleichkupplung 13 an allen Arten von Zylindern unabhängig von der Form und der Art des Motors angebracht werden kann.
Der erfindungsgemäße variable Ventilmechanismus kann außerdem an verschiedenen Arten von bekannten Ventilantriebsformen angebracht werden und ist nicht auf die Ventilantriebsform zwischen Ventilschaft und Nocken beschränkt, die bei allen Ausführungsformen gezeigt ist.

Claims

Verfahren zur Steuerung eines variablen Ventilmechanismus mit – einem ersten Wellenelement (11), das abhängig von einer über eine Kurbelwelle eines Verbrennungsmotors übertragenen Drehkraft um eine erste Drehachse in Drehung versetzt wird, – einem Wellenlagerelement (14), das mit einem Wellenlagerabschnitt (15) mit einer zweiten Drehachse versehen ist, die unterschiedlich und parallel zur ersten Drehachse ist, wobei das Wellenlagerelement (14) um den Außenumfang des ersten Wellenelements (11) so angeordnet ist, dass es zur Verstellung der zweiten Drehachse relativ zu dem ersten Wellenelement (11) drehen oder schwenken kann, – einem Zwischendrehelement (16), das durch das Wellenlagerelement (14) gelagert ist, – einem ersten Verbindungselement (17), das das Zwischendrehelement (16) mit dem ersten Wellenelement (11) verbindet, so daß das Zwischendrehelement (16) zusammen mit dem ersten Wellenelement (11) drehen kann, – einem zweiten Wellenelement (12), das um die erste Drehachse dreht und einen Nockenabschnitt (6) aufweist, – einem zweiten Verbindungselement (18), das das zweite Wellenelement (12) mit dem Zwischendrehelement (16) verbindet, so daß das zweite Wellenelement (12) zusammen mit dem Zwischendrehelement (16) drehen kann, – einem Ventilelement (2) zur Einstellung der Einlaßströmdauer oder der Auslaßströmdauer bei einer Verbrennungskammer des Verbrennungsmotors über den Nokenabschnitt (6) in Abhängigkeit der Drehphase des zweiten Wellenelements (12) und – einem durch ein Betätigungselement (33) angetriebenen Steuerelement (30) zur Verstellung der zweiten Drehachse, die die Drehachse des Wellenlagerabschnitts (15) des Wellenlagerelements (14) bildet, zwischen einer ersten, einer niedrigen Drehzahl entsprechenden Stellung und einer zweiten, einer hohen Drehzahl entsprechenden Stellung in Abhängigkeit des Betriebszustands des Verbrennungsmotors, dadurch gekennzeichnet, dass – das Wellenlagerelement (14) einer Erhöhung der Motordrehzahl des Verbrennungsmotors entsprechend über das Steuerelement (30) aus der ersten Stellung in die zweite Stellung verstellt wird, und – die Richtung der Verstellung aus der ersten Stellung in die zweite Stellung dem Widerstandsmoment entgegengesetzt ist, das zwischen dem Zwischendrehelement (16) und dem Wellenlagerelement (14) oder zwischen dem Wellenlagerelement (14) und dem ersten Wellenelement (11) auftritt.
Verfahren zur Steuerung eines Verbrennungsmotors an dessen Einlaß- und Auslaßseite jeweils ein variabler Ventilmechanismus angeordnet ist, wobei jeder variable Ventilmechanismus enthält – ein erstes Wellenelement (11), das abhängig von einer über eine Kurbelwelle eines Verbrennungsmotors übertragenen Drehkraft um eine erste Drehachse in Drehung versetzt wird, – ein Wellenlagerelement (14), das mit einem Wellenlagerabschnitt (15) mit einer zweiten Drehachse versehen ist, die unterschiedlich und parallel zur ersten Drehachse ist, wobei das Wellenlagerelement um den Außenumfang des ersten Wellenelements (11) so angeordnet ist, daß es zur Verstellung der zweiten Drehachse relativ zu dem ersten Wellenelement (11) drehen oder schwenken kann, – ein Zwischendrehelement (16), das durch das Wellenlagerelement (14) gelagert ist, – ein erstes Verbindungselement (17), das das Zwischendrehelement (16) mit dem ersten Wellenelement (11) verbindet, so daß das Zwischendrehelement (16) zusammen mit dem ersten Wellenelement (11) drehen kann, – ein zweites Wellenelement (12), das um die erste Drehachse dreht und einen Nockenabschnitt (6) aufweist, – ein zweites Verbindungselement (18), das das zweite Wellenelement (12) mit dem Zwischendrehelement (16) verbindet, so daß das zweite Wellenelement (12) zusammen mit dem Zwischendrehelement (16) drehen kann, – ein Ventilelement (2) zur Einstellung der Einlaßströmdauer oder der Auslaßströmdauer bezüglich einer Verbrennungskammer des Verbrennungsmotors über den No kenabschnitt (6) in Abhängigkeit der Drehphase des zweiten Wellenelements (12), – ein Steuerelement (30) zur Verstellung der zweiten Drehachse, die die Drehachse des Wellenlagerabschnitts (15) des Wellenlagerelements (14) bildet, zwischen einer ersten, einer niedrigen Drehzahl entsprechenden Stellung und einer zweiten, einer hohen Drehzahl entsprechenden Stellung in Abhängigkeit des Betriebszustands des Verbrennungsmotors, und – ein Betätigungselement (33), das direkt oder indirekt über einen Getriebemechanismus das für den variablen Ventilmechanismus an der Einlaßseite vorgesehene Wellenlagerelement (14) oder das für den variablen Ventilmechanismus an der Auslaßseite vorgesehene Wellenlagerelement (14) antreibt, dadurch gekennzeichnet, dass – das Wellenlagerelement (14) auf der Einlaßseite und das Wellenlagerelement (14) auf der Auslaßseite einer Erhöhung der Motordrehzahl des Verbrennungsmotors entsprechend über das Betätigungselement (33) aus der ersten Stellung in die zweite Stellung verstellt wird, und – sowohl die Richtung der Verstellung des Wellenlagerelements (14) auf der Einlaßseite aus der ersten Stellung in die zweite Stellung als auch die Richtung der Verstellung des Wellenlagerelements (14) auf der Auslaßseite aus der ersten Stellung in die zweite Stellung einem Widerstandsmoment entgegengesetzt ist, das zwischen dem Zwischendrehelement (16) und dem Wellenlagerelement (14) oder zwischen dem Wellenlagerelement (14) und dem ersten Wellenelement (11) auftritt.
Verfahren zur Steuerung eines Verbrennungsmotors an dessen Einlaß- und Auslaßseite jeweils ein variabler Ventilmechanismus angeordnet ist, wobei jeder variable Ventilmechanismus enthält – ein erstes Wellenelement (11), das abhängig von einer über eine Kurbelwelle eines Verbrennungsmotors übertragenen Drehkraft um eine erste Drehachse in Drehung versetzt wird, – ein Wellenlagerelement (14), das mit einem Wellenlagerabschnitt (15) mit einer zweiten Drehachse versehen ist, die unterschiedlich und parallel zur ersten Drehachse ist, wobei das Wellenlagerelement (14) um den Außenumfang des ersten Wellenelements (11) so angeordnet ist, daß es zur Verstellung der zweiten Drehachse relativ zu dem ersten Wellenelement (11) drehen oder schwenken kann, – ein Zwischendrehelement (16), das durch das Wellenlagerelement (14) gelagert ist, – ein erstes Verbindungselement (17), das das Zwischendrehelement (16) mit dem ersten Wellenelement (11) verbindet, so daß das Zwischendrehelement (16) zusammen mit dem ersten Wellenelement (11) drehen kann, – ein zweites Wellenelement (12), das um die erste Drehachse dreht und einen Nockenabschnitt (6) aufweist, – ein zweites Verbindungselement (18), das das zweite Wellenelement (12) mit dem Zwischendrehelement (16) verbindet, so daß das zweite Wellenelement (12) zusammen mit dem Zwischendrehelement (16) drehen kann, – ein Ventilelement (2) zur Einstellung der Einlaßströmdauer oder der Auslaßströmdauer bezüglich einer Verbrennungskammer des Verbrennungsmotors über den Nockenabschnitt (6) in Abhängigkeit der Drehphase des zweiten Wellenelements (12), – ein Steuerelement (30) zur Verstellung der zweiten Drehachse, die die Drehachse des Wellenlagerabschnitts (15) des Wellenlagerelements (14) bildet, zwischen einer ersten, einer niedrigen Drehzahl entsprechenden Stellung und einer zweiten, einer hohen Drehzahl entsprechenden Stellung in Abhängigkeit des Betriebszustands des Verbrennungsmotors und – ein Betätigungselement (33), das direkt oder indirekt über einen Getriebemechanismus das für den variablen Ventilmechanismus an der Einlaßseite vorgesehene Wellenlagerelement (14) oder das für den variablen Ventilmechanismus an der Auslaßseite vorgesehene Wellenlagerelement (14) antreibt, dadurch gekennzeichnet, dass – das Wellenlagerelement (14) auf der Einlaßseite und das Wellenlagerelement (14) auf der Auslaßseite einer Erhöhung der Motordrehzahl des Verbrennungsmotors entsprechend über das Betätigungselement (33) aus der ersten Stellung in die zweite Stellung verstellt wird, und – die Richtung der Verstellung des Wellenlagerelements (14) auf der Einlaßseite aus der ersten Stellung in die zweite Stellung einem Widerstandsmoment entgegengesetzt ist, das zwischen dem Zwischendrehelement (16) und dem Wellenlagerelement (14) oder zwischen dem Wellenlagerelement (14) und dem ersten Wellenelement (11) auftritt, und die Richtung der Verstellung des Wellenlagerelements (14) auf der Auslaßseite aus der ersten Stellung in die zweite Stellung mit dem Widerstandsmoment übereinstimmt.
Verfahren zur Steuerung eines Verbrennungsmotors an dessen Einlaß- und Auslaßseite jeweils ein variabler Ventilmechanismus angeordnet ist, wobei jeder variable Ventilmechanismus enthält – ein erstes Wellenelement (11), das abhängig von einer über eine Kurbelwelle eines Verbrennungsmotors übertragenen Drehkraft um eine erste Drehachse in Drehung versetzt wird, – ein Wellenlagerelement (14), das mit einem Wellenlagerabschnitt (15) mit einer zweiten Drehachse versehen ist, die unterschiedlich und parallel zur ersten Drehachse ist, wobei das Wellenlagerelement (14) um den Außenumfang des ersten Wellenelements (11) so angeordnet ist, daß es zur Verstellung der zweiten Drehachse relativ zu dem ersten Wellenelement (11) drehen oder schwenken kann, – ein Zwischendrehelement (16), das durch das Wellenlagerelement (14) gelagert ist, – ein erstes Verbindungselement (17), das das Zwischendrehelement (16) mit dem ersten Wellenelement (11) verbindet, so daß das Zwischendrehelement (16) zusammen mit dem ersten Wellenelement (11) drehen kann, – ein zweites Wellenelement (12), das um die erste Drehachse dreht und einen Nockenabschnitt (6) aufweist, – ein zweites Verbindungselement (18), das das zweite Wellenelement (12) mit dem Zwischendrehelement (16) verbindet, so daß das zweite Wellenelement (12) zusammen mit dem Zwischendrehelement (16) drehen kann, – ein Ventilelement (2) zur Einstellung der Einlaßströmdauer oder der Auslaßströmdauer bezüglich einer Verbrennungskammer des Verbrennungsmotors über den Nockenabschnitt (6) in Abhängigkeit der Drehphase des zweiten Wellenelements (12), – ein Steuerelement (30) zur Verstellung der zweiten Drehachse, die die Drehachse des Wellenlagerabschnitts (15) des Wellenlagerelements (14) bildet, zwischen einer ersten, einer niedrigen Drehzahl entsprechenden Stellung und einer zweiten, einer hohen Drehzahl entsprechenden Stellung in Abhängigkeit des Betriebszustands des Verbrennungsmotors und – ein Betätigungselement (33), das direkt oder indirekt über einen Getriebemechanismus das für den variablen Ventilmechanismus an der Einlaßseite vorgesehene Wellenlagerelement (14) oder das für den variablen Ventilmechanismus an der Auslaßseite vorgesehene Wellenlagerelement (14) antreibt, dadurch gekennzeichnet, dass – das Wellenlagerelement (14) auf der Einlaßseite und das Wellenlagerelement (14) auf der Auslaßseite einer Erhöhung der Motordrehzahl des Verbrennungsmotors entsprechend über das Betätigungselement (33) aus der ersten Stellung in die zweite Stellung verstellt wird, und – die Richtung der Verstellung des Wellenlagerelements (14) auf der Einlaßseite aus der ersten Stellung in die zweite Stellung mit einem Widerstandsmoment übereinstimmt, das zwischen dem Zwischendrehelement (16) und dem Wellenlagerelement (14) oder zwischen dem Wellenlagerelement (14) und dem ersten Wellenelement (11) auftritt, und die Richtung der Verstellung des Wellenlagerelements (14) auf der Auslaßseite aus der ersten Stellung in die zweite Stellung dem Widerstandsmoment ent gegengesetzt ist.
Verfahren zur Steuerung eines Verbrennungsmotors, an dessen Einlaß- und Auslaßseite jeweils ein variabler Ventilmechanismus angeordnet ist, nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass – das Betätigungselement (33) direkt das für den variablen Ventilmechanismus an der Einlaßseite vorgesehene Wellenlagerelement (14) und das für den variablen Ventilmechanismus an der Auslaßseite vorgesehene Wellenlagerelement (14) antreibt.