DE19902095A1 - Gerät zur variablen Ventilbetriebssteuerung - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Gerät zur variablen Ventilbetriebssteuerung, das das variable Ventilöffnungs-/Schließtiming, die Ventilöffnungsperiode und/oder die Ventilanhebung eines Ansaugventils und/oder eines Auslaßventils eines Motors in Abhängigkeit von Motorbetriebszuständen steuert.

Wie in der JP-A-9-32519 offenbart ist, ist es bekannt, eine Ventilöffnungsperiode und einen Ventilhub eines Ansaugventils und/oder eines Auslaßventils eines Motors durch Antreiben einer Nockenwelle, die ein Nockenprofil hat, das sich in der Axialrichtung verändert, variabel zu steuern.

Wie in der JP-A-9-151719 offenbart ist, ist es ferner bekannt, eine Phase einer zweiten Nockenwelle relativ zu einer ersten Nockenwelle in Abhängigkeit von Motorbetriebszuständen in einem System variabel zu steuern, in dem eine Antriebs kraft von der ersten Nockenwelle auf die zweite Nockenwelle übertragen wird. Das heißt, eine Rotationsphase der zweiten Nockenwelle wird relativ zur ersten Nockenwelle variabel eingestellt, so daß die zweite Nockenwelle ein Öffnungs-/Schließtiming eines Ventils in Verbindung mit der zweiten Nockenwelle einstellt.

Es ist möglich, die oben genannten zwei Steuerungsmodi zu kombinieren. Das heißt, ein axialer Antriebsmechanismus zur Variierung der Ventilöffnungsperiode und des Ventilhubs durch Antreiben der Nockenwelle, die das in der Axialrichtung variierende Nockenprofil hat, kann mit einem Phaseneinstellmechanismus zur Einstellung der Rotationsphase der zweiten Nockenwelle relativ zur ersten Nockenwelle kombiniert werden.

In diesem kombinierten System wird der Phaseneinstellmechanismus durch die Nockenwelle getragen, wenn sich die Nockenwelle nicht in der Axialrichtung bewegt, weil der Phaseneinstellmechanismus normalerweise durch ein Bauteil gelagert wird, das sich nicht in der Axialrichtung bewegt. Der Phaseneinstellmechanismus hat einen nockenwellenseitigen Drehkörper, der sich mit der Nockenwelle dreht. Deshalb kann in dem Fall, in dem der Phaseneinstellmechanismus mit der Nockenwelle, die sich nicht in der Axialrichtung bewegt, zusammengebaut ist, eher durch einfaches Befestigen des nockenwellenseitigen Drehkörpers an der Nockenwelle durch Schraubenbolzen oder dergleichen gelagert werden.

Es ist jedoch erforderlich, den Phaseneinstellmechanismus nicht durch die erste Nockenwelle drehbar zu lagern, sondern durch einen Zylinderkopf des Motors, beispielsweise in dem Fall, in dem der Phaseneinstellmechanismus mit der ersten Nockenwelle zusammengebaut ist. Weil der Zylinderkopf nicht drehbar ist, ist ein drehbares Bauteil erforderlich, zusätzlich, zur Lagerung des Phaseneinstellmechanismus's, das relativ zum Zylinderkopf drehbar ist, was in einer erhöhten Anzahl an Komponenten resultiert.

Wenn die erste Nockenwelle in der Axialrichtung beweglich ist, muß ein Fluidkanal, der in der ersten Nockenwelle ausgebildet ist, und ein Fluidkanal, der in dem Phaseneinstellmechanismus ausgebildet ist, durch einen Verbindungskanal miteinander in Verbindung gehalten werden. Somit muß beispielsweise der Verbindungskanal länglich ausgebildet sein, was in einer komplizierten Bearbeitung für den Verbindungskanal resultiert.

Ferner wird ein Zahnradzähneschlaggeräusch an einem Keilwellennnut-Eingriffsteil erzeugt, das die Axialbewegung der Nockenwelle ermöglicht, und/oder an einem zähneabwälzenden Teil, das die Antriebs kraft von der ersten Nockenwelle auf die zweite Nockenwelle überträgt, weil die zweite Nockenwelle positiven und negativen Änderungen des Drehmoments, das darauf aufgebaut wird, unterworfen ist.

Es ist deshalb eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Gerät zur variablen Ventilbetriebssteuerung zu schaffen, das eine Vielzahl an angetriebenen Wellen hat, das in der Konstruktion einfach ist und leicht hergestellt werden kann.

Es ist darüber hinaus ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Gerät zur variablen Ventilbetriebssteuerung zu schaffen, das das Zahnradzähneschlaggeräusch reduziert, das durch positive und negative Änderungen des Drehmoments, das auf eine angetriebene Welle aufgebracht wird, die in einer Axialrichtung beweglich ist, reduziert.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine erste angetriebene Welle in einer Axialrichtung unbeweglich gehalten und eine zweite angetriebene Welle wird in der Axialrichtung beweglich gehalten. Ein Phaseneinstellmechanismus wird auf der ersten angetriebenen Welle gelagert, zur Einstellung einer Rotationsphase der zweiten angetriebenen Welle relativ zur ersten angetriebenen Welle. Der Phaseneinstellmechanismus umfaßt einen ersten Drehkörper, der mit der ersten angetriebenen Welle drehbar ist, und einen antriebsseitigen Drehkörper, der relativ zum ersten Drehkörper drehbar ist. Ein zweiter Drehkörper wird durch den antriebsseitigen Drehkörper angetrieben, um die zweite angetriebene Welle zu drehen.

Somit kann der Phaseneinstellmechanismus durch die erste angetriebene Welle als Auslaßnockenwelle anstelle von anderen Bauteilen wie einem Motorzylinderkopf gelagert werden. Ferner kann, wenn die erste angetriebene Welle in der Axialrichtung nicht beweglich ist, der erste Drehkörper mit der ersten angetriebenen Welle beispielsweise ohne einen Keilwellennuteingriff gekoppelt werden. Folglich werden eine Trägerkonstruktion für den Phaseneinstellmechanismus und eine Montage des Phaseneinstellmechanismus's mit der zweiten Antriebswelle vereinfacht.

Der zweite Drehkörper, der durch den Phaseneinstellmechanismus angetrieben wird, enthält vorzugsweise eine Vielzahl an Zahnrädern und ein Vorspannbauteil. Das Vorspannbauteil spannt die Zahnräder in entgegengesetzte Richtungen, so daß die inneren und äußeren Zähne der Zahnräder in einer Umfangsrichtung versetzt sind. Wenn kein Spiel im Zahnradeingriffsteil und im Keilwellennuteingriffsteil existiert, kann das Zähneschlaggeräusch, das beim Eingriff der Teile erzeugt wird, unterdrückt werden, sogar wenn die zweite angetriebene Welle positiven und negativen Drehmomentänderungen unterworfen wird.

Ein axialer Antriebsmechanismus ist vorzugsweise angrenzend zur zweiten angetriebenen Welle angeordnet, um die zweite angetriebene Welle in der Axialrichtung zu bewegen. Somit kann der Phaseneinstellmechanismus und der axiale Antriebsmechanismus kompakt montiert werden.

Andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden anhand der nachfolgenden detaillierten Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen verständlicher. In den Zeichnungen werden die gleichen Bezugszeichen durchgehend verwendet, um die gleichen oder ähnliche Bauteile zu bezeichnen. Folgendes wird in den Zeichnungen gezeigt.

Fig. 1 ist eine Schnittansicht, die ein Gerät zur variablen Ventilbetriebssteuerung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt.

Fig. 2 ist eine Schnittansicht des ersten Ausführungsbeispiels entlang einer Linie II-II in Fig. 1.

Die Fig. 3A und 3B sind schematische Schnittansichten, die einen Keilnuteneingriffsteil und ein Zahnradwälzteil des ersten Ausführungsbeispiels zeigen.

Fig. 4 ist eine Schnittansicht, die ein Gerät zur variablen Ventilbetriebssteuerung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt.

Fig. 5 ist eine Schnittansicht, die ein Gerät zur variablen Ventilbetriebssteuerung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt.

(Erstes Ausführungsbeispiel)

Unter erster Bezugnahme auf die Fig. 1 und 2 ist ein Gerät zur variablen Ventilbetriebssteuerung 1 für einen Motor von einer hydraulisch gesteuerten Bauart, das die Antriebskraft einer Motorkurbelwelle (Antriebswelle) 100 auf eine Auslaßnockenwelle (erste angetriebene Welle) 3 für Motorauslaßventile (nicht gezeigt), und auf eine Ansaugnockenwelle (zweite angetriebene Welle) 5 für Motoransaugventile (nicht gezeigt) überträgt. Beide Wellen 3, 5 werdendrehbar in einem Motorzylinderkopf 2 gelagert. Die Auslaßnockenwelle 3 ist in der Axialrichtung nicht bewegbar und hat eine Nocke 4, die ein entsprechendes Auslaßventil öffnet und schließt. Die Nocke 4 hat auf ihrem äußeren Umfang in Axialrichtung das gleiche Profil. Die Ansaugnockenwelle 5 wird in der Axialrichtung beweglich gehalten, so daß sie durch einen axialen Antriebsmechanismus (nicht gezeigt) in der Axialrichtung angetrieben werden kann. Die Ansaugnockenwelle 5 hat eine Nocke 6, die ein entsprechendes Ansaugventil öffnet und schließt. Die Nocke 6 hat auf ihrer äußeren Umfangsoberfläche ein Profil, das sich in der Axialrichtung verändert. Das linksseitige Profil wird verwendet, wenn der Motor mit niedriger Drehzahl dreht, und das rechtsseitige Profil wird verwendet, wenn der Motor bei höheren Drehzahlen dreht.

Eine Steuerriemenscheibe 10 ist durch einen Schraubenbolzen 41 an der Auslaßnockenwelle 3 befestigt. Die Position der Steuerriemenscheibe 10 relativ zur Auslaßnockenwelle 3 wird durch einen Zapfen 40 in einer Drehrichtung geregelt. Somit wird die Antriebs kraft der Kurbelwelle 100 durch die Steuerriemenscheibe 10 auf die Auslaßnockenwelle 3 übertragen. Einem allgemein in zylindrischer Flügelrotor (erster Drehkörper) 11 wird durch eine Mutter 43 auf eine Stufe 3a der Auslaßnockenwelle 3 gepreßt, so daß er fest auf der Auslaßnockenwelle 3 befestigt ist. Die Position des Flügelrotors 11 relativ zur Auslaßnockenwelle 3 wird durch einen Zapfen 42 in dessen Drehrichtung und in dessen axialer Richtung geregelt. Somit drehen sich die Steuerriemenscheibe 10, die Auslaßnockenwelle 3 und der Flügelrotor 11 mit der Kurbelwelle 100 im Urzeigersinn (Fig. 2), von der linken Seite in Fig. 1 aus betrachtet.

Ein Schuhgehäuse 12 und ein Zahnrad (erstes gezahntes Rad) 15 werden durch Schraubenbolzen 44 fest miteinander gekoppelt, um als ein antriebsseitiger Drehkörper zu arbeiten. Das Schuhgehäuse 12 ist um den Flügelrotor 11 herum drehbar montiert, so daß die Drehphase des Schuhgehäuses 12 relativ zum Flügelrotor 11 hydraulisch verändert wird. Das Schuhgehäuse 12 und das Zahnrad 15 sind relativ zur Steuerriemenscheibe 10, zur Auslaßnockenwelle 3 und zum Flügelrotor 11 drehbar. Der Flügelrotor 11 und das Schuhgehäuse 12 arbeiten somit als ein Phaseneinstellmechanismus, der auf der Auslaßnockenwelle 3 gelagert ist.

Ein Zahnrad 16 für ein positives Drehmoment und ein Zahnrad 17 für ein negatives Drehmoment sind als zweites Zahnrad vorgesehen. Das zweite Rad und der zweite Drehkörper haben die gleiche Konstruktion. Die Zahnräder 16, 17 sind so angeordnet, daß Zahnradzähne 16b, 17b, die am äußeren Umfang ausgebildet sind, in einem wälzenden Eingriff mit Zahnradzähnen 15b des Zahnrads 15 stehen, und so daß Keilwellennuten 16a, 17a, die auf dem inneren Umfang ausgebildet sind, im Keilwelleneingriff auf einer Keilwelle 5a, die auf der Ansaugnockenwelle 5 ausgebildet ist, in Eingriff stehen. Wie in Fig. 3 gezeigt ist, sind die Zahnradzähne 15b, 16b, 17b geneigt, während die Keilwellennuten 15a, 16a, 17a gerade sind. Somit wird die Ansaugnockenwelle 5 in das Zahnrad 16 für das positive Drehmoment und in das Zahnrad 17 für das negative Drehmoment hin- und her beweglich darin eingepaßt. Das Zahnrad 16 für das positive Drehmoment ist am Zylinderkopf 2 befestigt.

Ein Zapfen 46 ist in dem Zahnrad 17 für das negative Drehmoment befestigt. Eine Feder 47 ist so angeordnet, daß sie den Zapfen 46 normalerweise nach links in Fig. 1 vorspannt, so daß die Zahnräder 16, 17 in entgegengesetzte Richtungen vorgespannt sind, das heißt in entgegengesetzten Richtungen. Somit sind die Drehmomentzahnräder 16, 17 vorgespannt, um sich einander zu nähern. Wie in den Fig. 3A und 3B gezeigt ist, sind die Keilwellennuten 16a, 17a versetzt und die Zahnradzähne 16b, 17b sind in der Drehrichtung versetzt, unter der Bedingung, daß die Drehmomentzahnräder 16, 17 mit dem Zahnrad 15 und der Ansaugnockenwelle 5 in Eingriff stehen. Die Keilwellennut 16a und die Zahnradzähne 16b des Zahnrads 16 für das positive Drehmoment schlägt jeweils an der nachlaufende Seite der Drehrichtung gegen die Keilwellennut 5a und die Zahnradzähne 15b. Die Keilwellennut 17a und die Zahnradzähne 17b des Zahnrads 17 für das negative Drehmoment schlagen auf der Führungsseite der Drehrichtung jeweils gegen die Keilwellennut 5a und die Zahnradzähne 15b.

Wenn die Nocke 6 das Ansaugventil zur Öffnung und Schließung antreibt, empfängt die Ansaugnockenwelle 5 ein positives Drehmoment und ein negatives Drehmoment. Wenn der Durchschnitt jedes Drehmoments positiv ist, ist das Drehmoment, das auf das Zahnrad mit dem positiven Drehmoment 16 ausgeübt wird, größer als dasjenige, das auf das Zahnrad für das negative Drehmoment 17 ausgeübt wird. Somit kann die Vorspannkraft der Feder 47 durch diese Anordnung reduziert werden, wobei der Zylinderkopf 2 das Zahnrad für das positive Drehmoment 16 in der Axialrichtung unbeweglich lagert und die Feder 47 das Zahnrad für das negative Drehmoment 17 zum Zahnrad für das positive Drehmoment 16 hin vorspannt.

Das Schuhgehäuse 12 und eine hintere Platte 13 decken die axialen Seiten des Flügelrotors 11 ab. Wie in Fig. 2 gezeigt ist, hat der Flügelrotor 11 Flügel 11a bis 11d, die im wesentlichen in gleichen Winkelabständen in der Umfangsrichtung angeordnet sind, und sich in einer radial auswärts gerichteten Richtung erstrecken. Das Schuhgehäuse 12 hat Schuhe 12a bis 12d, die sich in einer radial einwärts gerichteten Richtung erstrecken und im wesentlichen in gleichen Winkelabständen in der Umfangsrichtung angeordnet sind. Somit bilden zwei angrenzende Schuhe der Schuhe 12a bis 12d eine flügelförmige Fluidkammer 20 dazwischen. Die Flügel 12a bis 12d sind jeweils in den Fluidkammern 20 relativ beweglich angeordnet. Die Richtungen im Urzeigersinn und im Gegenurzeigersinn in Fig. 2 zeigen die Drehrichtungen des Schuhgehäuses 12 relativ zum Flügelrotor 11 zum Voreilen und zum Nacheilen des Ventilbetriebstimings (Öffnen und Schließen) an. Das Schuhgehäuse 12 ist so gezeigt, wie es sich in der äußersten Nacheilposition relativ zum Flügelrotor 11 befindet. Die äußerste Nacheeilposition des Schuhs 12 wird durch den Eingriff auf der nachlaufseitigen (linke Seite) Oberfläche des Schuhs 12a mit der voreilseitigen (rechte Seite) Oberfläche des Flügelrotors 11d geregelt.

Jeder der Flügel 11a bis 11d teilt die Fluidkammer 20 in eine nacheilseitige Kammer und eine voreilseitige Kammer. Das heißt, die nacheilseitigen Kammern 31, 22, 23, 24 sind jeweils zwischen dem Flügel 11a und dem Schuh 12a, zwischen dem Flügel 11b und dem Schuh 12b, zwischen dem Flügel 11c und dem Schuh 12c und dem Flügel 11d und dem Schuh 12d vorgesehen. Zwischen dem Flügel 11d und dem Schuh 12a, zwischen dem Flügel 11a und dem Schuh 12b, zwischen dem Flügel 11b und dem Schuh 12c und zwischen dem Flügel 11b und dem Schuh 12c und zwischen dem Flügel 11c und dem Schuh 12d sind jeweils voreilseitige Kammern 25, 26, 27, 28 vorgesehen.

Auf jeder der radial äußeren Umfangsoberfläche der Flügel 11a bis 11d ist eine Dichtung 29 eingepaßt und durch eine Blattfeder zu jeder radial innenliegenden Umfangsoberflächen des Schuhgehäuses 12 vorgespannt. Somit wird die Dichtung 29 in einem gleitenden Kontakt mit einer jeden inneren Umfangsoberfläche des Schuhgehäuses 12 gehalten. Die Dichtung 29 schränkt eine Leckage von Fluid zwischen den flügelunterteilten Kammern in jeder Fluidkammer 20 ein, weil ein Spielraum zwischen jeder äußeren Umfangsoberfläche der Flügel 11a bis 11d und jeder inneren Umfangsoberfläche des Schuhgehäuses 12 vorgesehen ist.

In dem Flügel 11d ist in der Axialrichtung ein Führungsring 30 eingepreßt und ein Stopperkolben 31 ist in den Führungsring 30 in der Axialrichtung gleitfähig eingesetzt. Der Stopperkolben 31 hat eine zylindrische Form mit einem Boden. Der Stopperkolben 31 wird durch eine Feder 33 zu einem Stopperloch 32a vorgespannt. Ein Einpaßring 32 ist in ein Einpaßloch eingepaßt, das in dem Schuhgehäuse 12 ausgebildet ist. Der Einpaßring 32 hat ein Stopperloch 32a an seiner radialen Innenwand. Der Stopperkolben 31 ist in der am meisten nacheilenden Position des Schuhgehäuses 12 in dem Stopperloch 32a eingepaßt. Das Schuhgehäuse 12 wird an einer Drehung relativ zum Flügelrotor 11 beschränkt, unter der Bedingung, daß der Stopperkolben 31 in dem Stopperloch 32a eingepaßt ist, um an dem Stopperloch in der Drehrichtung anzuschlagen. Das heißt, der Stopperkolben 31 und das Stopperloch 32a befinden sich in der am meisten nacheilenden Drehposition des Schuhgehäuses 12 in dem eingeschränkten Zustand.

Der Stopperkolben 31 ist so angeordnet, daß er einen Fluiddruck sowohl von der voreilenden Seite als auch von der nacheilenden Seite an seiner druckaufnehmenden Oberfläche empfängt. Der von dem Fluid auf den Stopper 31 aufgebrachte Druck bewirkt, daß der Stopperkolben 31 aus dem Stopperloch 32a herausgestoßen wird. Der Stopperkolben 31 wird entgegen der Feder 33 aus dem Stopperloch 32a herausgestoßen, wenn der Fluiddruck ein vorbestimmtes Niveau überschreitet. Der Stopperkolben 31 und das Stopperloch 32a sind so angeordnet, daß der Stopperkolben 31 in der Lage ist, in das Stopperloch eingepaßt zu werden, wenn sich das Schuhgehäuse 12 in der am weitesten nacheilenden Position relativ zum Flügelrotor 11 befindet, das heißt wenn sich die Ansaugnockenwelle 5 an der am meisten nacheilenden Position relativ zur Kurbelwelle 100 befindet.

Der Zylinderkopf 2 hat eine Schmierölkammer 2a im Inneren. Diese Kammer 2a steht mit einer Entlüftung 35, die in der Rückplattenseite des Flügels 11d ausgebildet ist, einer Entlüftung (nicht gezeigt), die in der Rückplatte 13 ausgebildet ist, und einer Entlüftung 15a, die in dem Zahnrad 15 ausgebildet ist, in Verbindung. Diese Entlüftungen stehen mit einer Staudruckkammer 34 des Stopperkolbens 31 in der am meisten nacheilenden Position in Verbindung. Der Stopperkolben 31 ist in einer Lage, sich zur am meisten nacheilenden Position zu bewegen, wenn die Staudruckkammer 34 mit der Außenatmosphäre belüftet wird. Die Verbindung zwischen der Staudruckkammer 34 und den Entlüftungen wird unterbrochen, wenn sich das Schuhgehäuse 12 von der am meisten nacheilenden Position zur voreilenden Position dreht, das heißt, wenn sich das Schuhgehäuse 12 in eine nicht eingeschränkte Position dreht, wo der Stopperkolben 31 und das Stopperloch 32a nicht in der Lage sind, zusammenzupassen.

In der Auslaßnockenwelle 3 sind in der Axialrichtung Fluidkanäle 36, 39 ausgebildet. Die Fluidkanäle 36, 39 sind entweder mit einer Hydraulikpumpe als Antriebsquelle (nicht gezeigt) oder mit einer Ableitung (nicht gezeigt) verbindbar. Der Fluidkanal 36 steht durch einen ringförmigen Kanal 38 mit den nacheilseitigen Kammern 21, 22, 23, 24 in Verbindung. Der Fluidkanal 39 steht durch Fluidkanäle 50, 51, 52, 53 mit den voreilseitigen Kammern 25, 26, 27, 28 in Verbindung. Beide Enden des Fluidkanals 39 sind durch Kugeln 45 geschlossen. Die Ansaugnockenwelle 5 wird mit einem Kanal 55 ausgebildet, um Schmieröl an das Keilnuteneingriffsteil zwischen der Ansaugnockenwelle 5 und den Drehmomentzahnrädern 16, 17 zu liefern.

Der Fluiddruck in den nacheilseitigen Kammern 21, 22, 23, 24 und der Fluiddruck in den voreilseitigen Kammern 25, 26, 27, 28 werden in der bekannten Art und Weise gesteuert, so daß die Drehphase des Schuhgehäuses 12 relativ zum Flügelrotor 11 variiert wird, das heißt, die Drehphase der Ansaugnockenwelle 5 relativ zur Kurbelwelle 100 wird variabel eingestellt.

Das obige erste Ausführungsbeispiel funktioniert folgendermaßen:

Zur Anlaßzeit des Motors, in der das Fluid noch nicht von der Hydraulikpumpe in die Fluidkammern 20 geliefert wird, wird das Schuhgehäuse 12 in der am meisten nacheilenden Position relativ zum Kugelrotor 11 gehalten, wie in dem Fig. 1 und 2 gezeigt ist. Der Stopperkolben 31 wird durch Feder 33 in das Stopperloch 32a gepreßt, wodurch der Flügelrotor 11 und das Schuhgehäuse 12 steif gehalten werden. Die Ansaugnockenwelle 5 wird positiven und negativen Änderungen des Drehmoments unterworfen, die aufgebracht werden, wenn die Ansaugventile geöffnet und geschlossen werden. Sogar wenn Drehmomentänderungen auf das Schuhgehäuse 12 übertragen werden, erzeugt das Schuhgehäuse 12 keine Drehvibration in die Voreil- und Rückeilrichtungen relativ zum Flügelrotor 11. Somit wird das Schlaggeräusch, das durch die Kollision zwischen dem Flügelrotor 11 und dem Schuhgehäuse 12 hervorgerufen wird, unterdrückt.

Genauer gesagt, wenn die Ansaugnockenwelle 5 der positiven Drehmomentänderung unterworfen wird, schlägt die Keilwellennut 16a des Zahnrads für das positive Drehmoment 16 an die Keilwellennut 5a der Ansaugnockenwelle 5 an der Seite, die der und die Zahnradzähne 16b stoßen gegen die Zahnradzähne 15b an der Seite, die der Drehrichtung gegenüberliegt. Somit wird das positive Drehmoment aufgenommen. Wenn die Ansaugnockenwelle 5 einer negativen Drehmomentänderung unterworfen wird, stößt die Keilwellennut 17a des Zahnrads für das negative Drehmoment 17 an die Keilwellennut 5a der Ansaugnockenwelle 5 an der Seite, die dieselbe Drehrichtung hat und die Zahnradzähne 17b stoßen gegen die Zahnradzähne 15b an der Seite, die die selbe ist wie die Drehrichtung. Somit wird das negative Drehmoment aufgenommen. Folglich wird das Zähneschlaggeräusch an dem zähneabwälzenden Teil zwischen dem Zahnrad 15 und dem Drehmoment der Zahnräder 16, 17 und an dem Keilwellennuteingriffsteil zwischen der Ansaugnockenwelle 5 und den Zahnrädern 16, 17 unterdrückt, sogar wenn eine positive und eine negative Drehmomentänderung auf die Ansaugnockenwelle 5 aufgebracht wird. Somit wird die Vibration in den Voreil- und Nacheilrichtungen relativ zum Flügelrotor 11 des Schuhgehäuses 12 eingeschränkt.

Nach dem Anlassen des Motors wird das Fluid von der Hydraulikpumpe in die Fluidkammer 20 geliefert. Wenn der Fluiddruck durch die nacheilseitige Kammer 25 auch auf den Stopperkolben 31 aufgebracht wird, wird der Stopperkolben 31 aus dem Stopperloch 32a entgegen der Feder 33 herausgestoßen. Somit ist das Schuhgehäuse 12 in der Lage, relativ zum Flügelrotor 11 zu drehen. Jedoch wird das Schuhgehäuse 12 in der äußersten Nacheilposition gehalten, weil das Schuhgehäuse 12 den Fluiddruck der nacheilseitigen Kammern 21, 22, 23, 24 in der Nacheilrichtung aufnimmt. Deshalb wird das Schlaggeräusch, das durch die Kollision zwischen dem Flügelrotor 11 und dem Schuhgehäuse 12 hervorgerufen wird, in der gleichen Art und Weise wie vorstehend beschrieben unterdrückt, sogar wenn die positiven und negativen Drehmomentänderungen auf die Ansaugnockenwelle 5 aufgebracht werden, wenn die Ansaugventile betrieben werden.

Wenn das Schuhgehäuse 12 relativ zum Lüftungsrotor 11 von der am meisten nacheilenden Position in die Voreilrichtung gedreht werden soll, zur Öffnung und Schließung der Ventile bei dem vorgerückten Drehwinkel der Kurbelwelle 100, werden die rückseitigen Kammern 21, 22, 23, 24 zur Außenatmosphäre belüftet und die voreilseitigen Kammern 25, 26, 27, 28 werden mit Druckfluid beliefert, indem ein Ventil (nicht gezeigt) über eine elektronische Steuereinheit (nicht gezeigt) umgeschaltet wird. Wenn zu dieser Zeit der Fluiddruck von der Voreilseitenkammer 25 zum Stopperkolben 31 angewandt wird, wird der Stopperkolben 31 im ausgestoßenen Zustand von dem Stopperloch 32a gehalten. Wenn der Fluiddruck in jeder der voreilseitigen Kammern 25, 26, 27, 28 über das vorbestimmte Niveau ansteigt, wird das Schuhgehäuse 12 in die Voreilseite gedreht. Wenn die Positionen des Stopperkolbens 31 und des Stopperlochs 32a in der Umfangsrichtung versetzt werden, wird der Stopperkolben 31 unwirksam gemacht, um in das Stopperloch 32a eingepaßt zu werden.

Danach wird die Drehphase des Schuhgehäuses 12 relativ zum Flügelrotor 11 variabel eingestellt, indem der Fluiddruck sowohl in den nacheilseitigen Kammern 21, 22, 23, 24 als auch in den voreilseitigen Kammern 25, 26, 27, 28 in Abhängigkeit von den Motorbetriebszuständen gesteuert wird. Somit wird die Drehphase der Ansaugnockenwelle 5 relativ zur Kurbelwelle 100 und der Auslaßnockenwelle 3 variiert, so daß das Öffnungs- und das Schließtiming der Ansaugventile eingestellt werden kann.

Zusätzlich treibt der Axialantriebsmechanismus, der durch die elektronische Steuereinheit gesteuert wird, auch die Ansaugnockenwelle 5 in der Axialrichtung in Abhängigkeit von den Motorbetriebszuständen an. Folglich wird das Profil der - Nockenwelle 6, das das Ansaugventil antreibt, so variiert, daß das Öffnungs- und Schließtiming, die Öffnungsperiode und der Hub der Ansaugventile eingestellt werden.

(Zweites Ausführungsbeispiel)

In diesem Ausführungsbeispiel ist die Auslaßnockenwelle 3 an der Steuerriemenscheibe 10 befestigt, die wie im ersten Ausführungsbeispiel durch die Kurbelwelle 100 angetrieben wird, wie in Fig. 4 gezeigt ist. Eine Abdeckung 63 und ein zylindrisches Bauteil 64 sind an der axialseitigen Oberfläche des Zylinderkopfes befestigt, um eine Fluidkammer zu bilden. Diese Kammer wird durch ein Kolbenbauteil 66 in zwei, eine Niederdrehzahlkammer 68 und eine Hochdrehzahlkammer 69 unterteilt. Die Abdeckung 63, das zylindrische Bauteil 64 und das Kolbenbauteil 66 werden außerhalb des Zylinderkopfes 2 montiert. Das Kolbenbauteil 66 ist durch ein Lager 67 so an der Ansaugnockenwelle 5 befestigt, daß die Ansaugnockenwelle 5 relativ zum Kolbenbauteil 66 drehbar ist. Somit dient die Abdeckung 63, das zylindrische Bauteil 64 und das Kolbenbauteil 66 als der Axialantriebsmechanismus, der die Ansaugnockenwelle 5 in der Axialrichtung antreibt.

In diesem Ausführungsbeispiel bewegt sich die Ansaugnockenwelle 5 in die rechte Richtung in Fig. 4, zusammen mit dem Kolbenbauteil 66, wenn das Fluid in die Niederdrehzahlkammer 68 geliefert wird und das Fluid in der Hochdrehzahlkammer 69 in die Ableitung ausgestoßen wird, so daß das niederdrehzahlseitige Profil der Nocke 6 ausgewählt ist, um das Ansaugventil anzutreiben. Wenn das Fluid in der Niederdrehzahlkammer 68 in die Ableitung ausgestoßen wird und das Fluid in die Hochdrehzahlkammer 69 geliefert wird, bewegt sich andererseits die Ansaugnockenwelle 5 in die linke Richtung in Fig. 4, zusammen mit dem Kolbenbauteil 66, so daß das hochdrehzahlseitige Profil der Nocke 6 ausgewählt wird, um das Ansaugventil anzutreiben. Die Nocke 6 nimmt eine Axialbelastung in der rechten Richtung in Fig. 4 auf, wenn die Nocke 6 das Ansaugventil antreibt, unter der Bedingung, daß kein Fluid in die Kammern 68, 69 geliefert wird. Somit bewegt sich die Ansaugnockenwelle 5 in die rechte Richtung in Fig. 4, so daß die Nocke 6 das Ansaugventil zur Zeit des Motoranlassens durch das niederdrehzahlseitige Profil antreibt.

Die Abdeckung 63, das zylindrische Bauteil 64 und das Kolbenbauteil 66, die den Axialantriebsmechanismus bilden, sind an der Seite der Drehmomentzahnräder 16, 17 der Ansaugnockenwelle 5 vorgesehen, das heißt an einer axialen Endseite der Nockenwelle 5. Der Axialantriebsmechanismus kann zu dem Phaseneinstellmechanismus hinzugefügt werden, der den Flügelrotor 11 und das Schuhgehäuse 12 aufweist, leichter als in dem Fall, in dem der Axialantriebsmechanismus an der anderen axialen Endseite der Nockenwelle 5 gegenüber den Zahnrädern 16, 17 vorgesehen ist. Das Gerät zur variablen Ventilbetriebssteuerung 1 kann kompakt gebaut werden.

Es ist nur erforderlich, daß das Kolbenbauteil 66 zwei Fluiddruck aufnehmende Oberflächen hat, um die Fluiddrücke in entgegengesetzten Richtungen aufzunehmen, und an der Ansaugnockenwelle 5 befestigt ist, um eine Drehung der Nockenwelle 5 zu gestatten. Deshalb können die Druckaufnahmeoberflächen des Kolbenbauteils 66 exzentrisch von der Ansaugnockenwelle 5 ausgebildet sein, so daß der Axialantriebsmechanismus nicht von einem Teil des Zylinderkopfes 2, der nahe der Auslaßnockenwelle 3 existiert, gestört wird. Somit ist der Axialantriebsmechanismus in der Lage, mit weniger Positionierzwängen angeordnet zu werden.

(Drittes Ausführungsbeispiel)

Im dritten Ausführungsbeispiel ist eine Abdeckung 72 an dem Zahnrad für das negative Drehmoment 17 durch Schraubenbolzen 73 befestigt, so daß ein zylindrisches Bauteil 72 innerhalb des Zylinderkopfes 2 untergebracht ist, wie in Fig. 5 gezeigt ist. Ein Kolbenbauteil 74 ist mit der Ansaugnockenwelle 5 drehbar und in der Axialrichtung beweglich, da es durch die Abdeckung 72 geführt wird. Die Abdeckung 72 und das Zahnrad für das negative Drehmoment 17 bilden eine Fluidkammer, die durch das Kolbenbauteil 74 in eine Niederdrehzahlkammer 75 und eine Hochdrehzahlkammer 76 unterteilt ist. Die Abdeckung 72 und das Kolbenbauteil 74 arbeiten als Axialantriebsmechanismus.

In diesem Ausführungsbeispiel bewegt sich die Ansaugnockenwelle 5 in die rechte Richtung in Fig. 5, zusammen mit dem Kolbenbauteil 74, so daß das niederdrehzahlseitige Profil der Nocke 6 ausgewählt wird, um das Ansaugventil anzutreiben, wenn das Fluid in die Niederdrehzahlkammer 75 geleitet wird und das Fluid in der Hochdrehzahlkammer 76 in die Ableitung ausgestoßen wird. Wenn das Fluid in der Niederdrehzahlkammer 75 in die Ableitung ausgestoßen wird, und das Fluid in die Rochdrehzahlkammer 76 geleitet wird, bewegt sich andererseits die Ansaugnockenwelle 5 in die linke Richtung in Fig. 5, zusammen mit dem Kolbenbauteil 74, so daß das hochdrehzahlseitige Profil der Nocke 6 ausgewählt wird, um das Ansaugventil anzutreiben.

Die Abdeckung 72 und das Kolbenbauteil 74, die den Axialantriebsmechanismus bilden, sind nahe an der Seite der Zahnräder für das Drehmoment 16, 17 der Ansaugnockenwelle 5 vorgesehen, das heißt an einer axialen Endseite der Nockenwelle 5' Der axiale Antriebsmechanismus kann dem Phaseneinstellmechanismus hinzugefügt werden, der den Flügelrotor 11 und das Schuhgehäuse 12 aufweist, leichter als in dem Fall, in dem der axiale Antriebsmechanismus an der anderen axialen Endseite der Nockenwelle 5 gegenüber den Zahnrädern 16, 17 vorgesehen ist. Das Gerät zur variablen Ventilbetriebssteuerung kann kompakt gebaut werden.

Aus den vorgenannten Ausführungsbeispielen soll klar hervorgehen, daß der Phaseneinstellmechanismus (Flügelrotor 11 und Schuhgehäuse 12) durch einen einfachen Arbeitsvorgang des Anziehens der Mutter 43 auf der Auslaßnockenwelle 3 gelagert werden kann, weil sich die Auslaßnockenwelle 3 nicht in der Axialrichtung bewegt. Deshalb muß der Phaseneinstellmechanismus keine Keilnutenwellen und dergleichen haben, die ansonsten erforderlich wären, wenn der Phaseneinstellmechanismus an die Ansaugnockenwelle 5 angebaut würde, die in der Axialrichtung beweglich ist. Somit kann die Konstruktion des Phasenantriebsmechanismus vereinfacht werden.

Ferner können die Kanäle ohne Schwierigkeit ausgebildet werden, da der Kanal, der in der Auslaßnockenwelle 3 ausgebildet ist, und der Kanal, der in dem Flügelrotor 11 ausgebildet ist, an dem Verbindungsteil in der Axialrichtung nicht versetzt werden.

Das Zahnrad für das positive Drehmoment 16 und das Zahnrad für das negative Drehmoment 17, die mit der Ansaugnockenwelle 5 drehen, um als zweites Zahnrad zu arbeiten, werden durch die Feder 47 in der Richtung vorgespannt, in der sie sich einander annähern. Die Zahnradzähne 16b, 17b, die auf den äußeren Umfangsseiten der Zahnräder für das Drehmoment 16, 17 ausgebildet sind, und die Keilnutenwellen 16a, 17a, die auf den inneren Umfangsseiten der Zahnräder für das Drehmoment 16, 17 ausgebildet sind, sind nicht auf einer Linie ausgerichtet und werden mit den Zahnradzähnen 15b des Zahnrads 15 und der Keilnutenwelle 5a der Ansaugnockenwelle 5 gekoppelt. Folglich kann das Schlaggeräusch zwischen den Zähnen unterdrückt werden, sogar wenn die Ansaugnockenwelle 5 den positiven und negativen Drehmomentänderungen unterworfen wird.

In den obigen Ausführungsbeispielen kann die Steuerriemenscheibe 10 durch ein Kettenritzel, ein Steuerzahnrad oder dergleichen ersetzt werden, um die Drehkraft der Kurbelwelle 100 aufzunehmen. Die Antriebs kraft der Auslaßnockenwelle 3 kann durch einen Riemen oder dergleichen anstelle des Zahnradwälzens auf die Ansaugnockenwelle 5 übertragen werden. Die Zahnradzähne 15b, 16b, 17b können in der Axialrichtung gerade vorgesehen werden, während die Zahnradzähne 16a, 17a und die Keilnutenwelle 5a geneigt sein können. Ferner können alle Zahnradzähne und die Keilnutenwelle 5a in der Axialrichtung geneigt sein.

In einem Gerät zur variablen Ventilbetriebssteuerung 1 werden eine Auslaßnockenwelle 3 und eine Ansaugnockenwelle 5 in der Axialrichtung jeweils nicht beweglich und beweglich gehalten. Die Ansaugnockenwelle 5 hat ein Profil, das in der Axialrichtung variiert. Eine Steuerriemenscheibe 10 und die Auslaßnockenwelle 3 werden durch einen Schraubenbolzen 41 befestigt, um die Auslaßnockenwelle 3 durch eine Kurbelwelle 100 anzutreiben. Ein Flügelrotor 11 ist an der Auslaßnockenwelle 3 befestigt, während ein Schuhgehäuse 12 und ein Zahnrad 15 relativ zu dem Flügelrotor 11 drehbar gehalten werden. Drehmomentübertragungszahnräder 16, 17 sind auf der Ansaugnockenwelle 5 vorgesehen, um mit der Ansaugnockenwelle 5 zu drehen. Die Drehphase der Ansaugnockenwelle 5 relativ zur Kurbelwelle 100 wird durch hydraulisches Variieren der Drehphase des Schuhgehäuses 12 relativ zum Flügelrotor 11 eingestellt.

Claims (5)

1. Gerät zur variablen Ventilbetriebssteuerung (1) zur Steuerung des Ventilbetriebs durch eine Antriebs kraft einer Antriebswelle (100), wobei das Steuergerät (1) folgende Bauteile aufweist:
eine erste angetriebene Welle (3), die mit der Antriebswelle (100) drehbar ist und in der Axialrichtung nicht beweglich ist;
eine zweite angetriebene Welle (5), die in der Axialrichtung beweglich ist und die ein Profil hat, das in der Axialrichtung variiert;
einen Phaseneinstellmechanismus (11, 12, 15), der auf der ersten angetriebenen Welle (3) gelagert ist, zur Einstellung einer Drehphase der zweiten angetriebenen Welle (5) relativ zur ersten angetriebenen Welle (3), wobei der Phaseneinstellmechanismus (11, 12) einen ersten Drehkörper (11) enthält, der mit der ersten angetriebenen Welle (3) drehbar ist, und einen antriebsseitigen Drehkörper (12, 15), der mit dem ersten Drehkörper (11) gekoppelt ist, wobei eine Drehphase des antriebsseitigen Drehkörpers (12 relativ zum ersten Drehkörper (11) durch einen Fluiddruck einstellbar ist; und
einen zweiten Drehkörper (16, 17), der durch den antriebsseitigen Drehkörper (12, 15) angetrieben wird, um die zweite angetriebene Welle (5) zu drehen.

2. Steuergerät (1) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der antriebsseitige Drehkörper (12, 15) ein erstes Zahnrad- (15) enthält;
der zweite Drehkörper (16, 17) ein zweites Zahnrad (16, 17) enthält, das eine Vielzahl an gezahnten Rädern (16, 17) hat, wobei das zweite Zahnrad (16, 17) mit dem ersten Zahnrad (15) an seinem äußeren Umfang in verzahnendem Eingriff steht und mit der zweiten angetriebenen Welle (3) an einem inneren Umfang davon mit einer Keilwellennut in Eingriff steht, so daß die zweite angetriebene Welle (5) in der Axialrichtung beweglich eingepaßt ist, wobei mindestens ein Eingriff zwischen dem ersten Zahnrad (15) und dem zweiten Zahnrad (16, 17) und zwischen dem zweiten Zahnrad (16, 17) und der zweiten angetriebenen Welle (3) in einer schrägen Verzahnung stattfindet; und
wobei ein Vorspannbauteil (47) vorgesehen ist, um die gezahnten Räder (16, 17) in entgegengesetzte Richtungen vorzuspannen, so daß die inneren und äußeren Zähne (16a, 16b, 17a, 17b) der gezahnten Räder (16, 17) in einer Umfangsrichtung versetzt sind.

3. Steuergerät gemäß Anspruch 1 oder 2, des weiteren gekennzeichnet durch einen Axialantriebsmechanismus (63-­ 69), der benachbart zur zweiten angetriebenen Welle (5) angeordnet ist, um die zweite angetriebene Welle (5) in der Axialrichtung zu bewegen.

4. Steuergerät gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Axialantriebsmechanismus (63-69) an einer axialen Endseite der zweiten angetriebenen Welle (5) an einer entgegengesetzten Seite von der Nocke (6) in der Axialrichtung in Bezug zum zweiten Drehkörper (16, 17) angeordnet ist.

5. Steuergerät gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Axialantriebsmechanismus (63-69) an einer axialen Endseite der zweiten angetriebenen Welle (5) angeordnet ist, an derselben Seite, wie die Nocke (6), in der Axialrichtung in Bezug zum zweiten Drehkörper (16, 17).