DE19918910A1 - Verstellbare Ventilzeitsteuerungsvorrichtung - Google Patents

Abstract

Eine Ventilzeitsteuerungsvorrichtung hat eine Drehwelle (10, 20), die drehbar in einem Zylinderkopf (70) einer Brennkraftmaschine eingebaut ist, ein Drehübertragungselement (30, 40, 50), das um die Umfangsfläche der Drehwelle angeordnet ist, um relativ dazu innerhalb eines vorbestimmten Bereichs zu drehen, um eine Drehkraft von einer Kurbelwelle zu übertragen, einen Flügel (60), der an einem von der Drehwelle und dem Drehübertragungselement vorgesehen ist, eine Druckkammer (R0), die zwischen den Drehwelle und dem Drehübertragungselement ausgebildet und durch den Flügel in eine Voreilkammer (R1) und eine Nacheilkammer (R2) unterteilt ist, einen ersten Fluidkanal (12) zum Zuführen und Ablassen eines Fluids zu und von der Voreilkammer, einen zweiten Fluidkanal (11) zum Zuführen und Ablassen eines Fluids zu und von der Nacheilkammer, einen Verriegelungsmechanismus (29, 81) zum Aufrechterhalten der Beziehung zwischen der Drehwelle und dem Drehübertragungselement in einer Mittelstellung des vorbestimmten Bereichs, wenn die Brennkraftmaschine angelassen wird, und einen Steuerungsmechanismus (90, 28, 91) zur Begrenzung der Drehung des Drehübertragungselements um die Drehwelle innerhalb eines Bereichs zwischen der Mittelstellung und einer Endstellung des vorbestimmten Bereichs.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Steuerungsvor­ richtung für Ventilöffnungs- und Schließzeiten, nachfolgend als Ventilzeitsteuerungsvorrichtung bezeichnet, und bezieht sich insbesondere auf eine Ventilzeitsteuerungsvorrichtung zur Steue­ rung einer Winkelphasendifferenz zwischen einer Kurbelwelle ei­ ner Brennkraftmaschine und einer einer Nockenwelle der Brenn­ kraftmaschine

Eine herkömmliche Ventilzeitsteuerungsvorrichtung hat eine Dreh­ welle zum Öffnen und Schließen eines Ventils, ein Drehübertra­ gungselement, das drehbar an der Drehwelle angebracht ist, einen Flügel, der an der Drehwelle vorgesehen ist, eine Druckkammer, die zwischen der Drehwelle und dem Drehübertragungselement aus­ gebildet und durch den Flügel in eine Voreilkammer und eine Nacheilkammer unterteilt ist, einen ersten Fluidkanal, der mit der Voreilkammer verbunden ist, um ein Fluid zuzuführen und ab­ zuführen, einen zweiten Fluidkanal, der mit der Nacheilkammer verbunden ist, um das Fluid zuzuführen und abzuführen, und ein Verriegelungselement zum Aufrechterhalten einer Relativposition zwischen der Drehwelle und dem Drehübertragungselement. Eine solche herkömmliche veränderliche Ventilzeitsteuerungsvorrich­ tung ist beispielsweise in der japanischen Patentoffenlegungs­ schrift Nr. H01-92504 sowie in der japanischen Patentoffenle­ gungsschrift Nr. H09-250310 beschrieben.

In der herkömmlichen Ventilzeitsteuerungsvorrichtung wird die Ventilzeitsteuerung durch eine Relativverlagerung zwischen der Drehwelle und dem Drehübertragungselement in Voreilrichtung ver­ stellt, wenn das Fluid der Voreilkammer zugeführt und von der Nacheilkammer abgeführt wird. Im Gegensatz dazu wird die Ventil­ zeitsteuerungsvorrichtung infolge der Gegenverlagerung zwischen der Drehwelle und dem Drehübertragungselement in Nacheilrichtung verstellt, wenn das Fluid von der Voreilkammer abgegeben und der Nacheilkammer zugeführt wird.

Bei den in diesen Veröffentlichungen beschriebenen herkömmlichen Ventilzeitsteuerungsvorrichtungen überträgt ferner der Flügel die Drehung von dem Drehübertragungselement auf die Drehwelle. Folglich empfängt die Drehwelle stets eine Kraft zur Ausdehnung der Nacheilkammer, wenn die Brennkraftmaschine läuft. Wenn die Brennkraftmaschine angehalten wird, dreht die Drehwelle zum Aus­ dehnen oder Vergrößern der Nacheilkammer infolge einer fehlenden ausreichenden Fluidversorgung, um den Flügel in der derzeitigen Position zu halten. Folglich erreicht die Drehwelle die größte Nacheilstellung, in welcher die Nacheilkammer am größten ist. Wenn die Brennkraftmaschine in der Position größter Nacheilung der Drehwelle angelassen wird, vibriert der Flügel in Folge ei­ nes instabilen Übergangsdurcks, so daß ein unerwünschtes Ge­ räusch erzeugt wird. Herkömmlicher weise hält das Verriegelung­ selement die vorbestimmte Relativposition zwischen der Drehwelle und dem Drehübertragungselement, so daß eine Erzeugung einer solchen Vibration des Flügels wirksam verhindert ist.

Ferner versucht Einlaßluft durch Trägheit auch dann in einen Zy­ linder zu fließen, nachdem der Kolben auf den unteren Totpunkt zuzulaufen begonnen hat, wenn die Brennkraftmaschine mit hoher Drehzahl dreht. Folglich kann der volumetrische Wirkungsgrad verbessert werden, indem daß Schließen eines Lufteinlaßventils verzögert wird, so daß die Leistung der Brennkraftmaschine ver­ bessert werden kann.

Jedoch muß bei der herkömmlichen Ventilzeitsteuerungsvorrichtung die größte Nacheilstellung so gewählt werden, daß der Einlaß von Luft ausreicht, um die Brennkraftmaschine anzulassen. Dies be­ deutet, daß die Schließzeit des Lufteinlaßventils nicht für den Hochgeschwindigkeitsbetrieb der Brennkraftmaschine optimiert ist. Folglich kann der volumetrische Wirkungsgrad nicht durch die Trägheit der Einlaßluft verbessert werden. Wenn die Schließ­ zeit des Lufteinlaßventils übermäßig für den Hochgeschwindig­ keitsbetrieb der Brennkraftmaschine optimiert wird, fließt die einmal in den Zylinder angesaugte Einlaßluft beim Anlassen der Brennkraftmaschine zurück, weil die Einlaßluft nicht genug Träg­ heit hat und das Lufteinlaßventil offen bleibt, auch nachdem der Kolben den unteren Totpunkt durchlaufen hat und auf den oberen Totpunkt zuzulaufen beginnt. Folglich kann die Brennkraftmaschi­ ne in Folge eines nicht ausreichenden Verdichtungsverhältnisses und schlechter Verbrennung schwer angelassen werden. Ferner kann der gleiche Nachteil bei der herkömmlichen Ventilzeitsteuerungs­ vorrichtung in Folge niedrigen atmosphärischen Drucks in großen Höhen erwartet werden, wenn das Lufteinlaßventil etwa am unteren Totpunkt des Kolbens geschlossen werden soll.

Wenn ferner bei der herkömmlichen Ventilzeitsteuerungsvorrich­ tung die Auslaßventilschließzeit gleichermaßen verzögert wird, nimmt die Menge rückgeführten Abgases durch eine vergrößerte Überlappungszeit des Lufteinlaßventils und des Auslaßventils zu, so daß die Brennkraftmaschine schwer anzulassen ist.

Mit der Erfindung sollen die vorgenannten Probleme gelöst wer­ den. Erfindungsgemäß ist eine Ventilzeitsteuerungsvorrichtung geschaffen, mit: einer Drehwelle, die drehbar an einem Zylinder­ kopf einer Brennkraftmaschine eingebaut ist, einem Drehübertra­ gungselement, das um die Umfangsfläche der Drehwelle angebracht ist, um relativ dazu innerhalb eines vorbestimmten Bereichs zu drehen, um eine Drehkraft von einer Kurbelwelle zu übertragen, einem Flügel, der an einem von der Drehwelle und dem Drehüber­ tragungselement vorgesehen ist, einer Druckkammer, die zwischen der Drehwelle und dem Drehübertragungselement ausgebildet und durch den Flügel in eine Voreilkammer und eine Nacheilkammer un­ terteilt ist, einem ersten Fluidkanal zum Zuführen und Ablassen eines Fluids zu und von der Voreilkammer, einem zweiten Fluidka­ nal zum Zuführen und Ablassen eines Fluids zu und von der Nach­ eilkammer, einem Verriegelungsmechanismus zum Aufrechterhalten der Beziehung zwischen der Drehwelle und dem Drehübertragungse­ lement in einer Mittelposition (oder Mittelstellung) des vorbe­ stimmten Bereichs, wenn die Brennkraftmaschine angelassen wird, und einem Steuerungsmechanismus zur Begrenzung der Drehung des Drehübertragungselement um die Drehwelle innerhalb eines Be­ reichs zwischen der Mittelposition und einer Endposition des vorbestimmten Bereichs.

Andere Ziele und Vorteile der Erfindung werden aus der nachfol­ genden Diskussion der beigefügten Zeichnung deutlich.

Die vorhergehenden und zusätzlichen Merkmale der vorliegenden Erfindung werden aus der nachfolgenden genauen Beschreibung der Ausführungsbeispiele davon unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung deutlicher. Es zeigen:

Fig. 1 eines Schnittansicht eines ersten Ausführungsbei­ spiels einer Ventilzeitsteuerungsvorrichtung gemäß der vorlie­ genden Erfindung;

Fig. 2 eine Schnittansicht längs der Linie A-A in Fig. 1, wenn ein Verriegelungsmechanismus eine Beziehung zwischen der Drehwelle und dem Drehübertragungselement in einer Mittel­ stellung aufrechterhält;

Fig. 3 eine Schnittansicht ähnlich Fig. 2, die jedoch die größte Nacheilstellung zeigt;

Fig. 4 eine zu Fig. 2 ähnliche Ansicht, die jedoch eine an­ dere Stellung zwischen der größten Nacheilstellung und der Mit­ telstellung zeigt;

Fig. 5 eine zu Fig. 2 ähnliche Ansicht, die jedoch die größ­ te Voreilstellung zeigt; und

Fig. 6 eine zu Fig. 2 ähnliche Ansicht, die jedoch eine mo­ difizierte Version des ersten Ausführungsbeispiels gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.

Eine Ventilzeitsteuerungsvorrichtung gemäß bevorzugten Ausfüh­ rungsbeispielen der vorliegenden Erfindung wird unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung beschrieben. Eine Ventilzeitsteue­ rungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung, die in Fig. 1 bis 5 gezeigt ist, hat den folgenden Aufbau: eine Ventilöff­ nungs- und Schließwelle mit einer Nockenwelle 10 die drehbar durch einen Zylinderkopf 70 einer Brennkraftmaschine gehalten ist und einem inneren Rotor 20, der einstückig an dem Führungs­ endabschnitt der Nockenwelle 10 vorgesehen ist; ein Drehübertra­ gungselement, das um den inneren Rotor 20 angebracht ist, um re­ lativ dazu innerhalb eines vorbestimmten Bereichs zu drehen, und einen äußeren Rotor 30, eine Frontplatte 40, eine Rückplatte 50 und ein Synchronzahnrad 51 aufweist, welches einstückig um die Rückplatte 50 ausgebildet ist; vier Flügel 60, die in den inne­ ren Rotor eingebaut sind; einen Verriegelungsmechanismus 80, der in den äußeren Rotor 30 eingebaut ist, und einen Steuerungsme­ chanismus 90, der in den äußeren Rotor 30 eingebaut ist. Hierbei ist das Synchronzahnrad 51 auf bekannte Weise aufgebaut, um die Drehkraft im Uhrzeigersinn in Fig. 2 bis 5 von einer Kurbelwelle 54 über eine Steuerkette 55 zu übertragen.

Die Nockenwelle 10 ist mit einem Nocken (nicht gezeigt) zum Öff­ nen und Schließen eines Einlaßventils (nicht gezeigt) ausgerü­ stet und hat darin einen Nacheilkanal 11 und einen Voreilkanal 12, die sich in Axialrichtung der Nockenwelle 10 erstrecken. Der Voreilkanal 12, welcher um eine Schraube 16 angeordnet ist, ist mit einem Verbindungsanschluß 101b eines Steuerventils 100 über einen Radialkanal 13, einen Ringkanal 14 und einen Verbindungs­ kanal 72 verbunden. Andererseits ist der Nacheilkanal 11 mit ei­ nem Verbindungsanschluß 101a des Steuerventils 100 über einen Ringkanal 15, einen Verbindungskanal 71 und einen Umschaltventil 110 verbunden. Das Steuerventil 100 hat einen Solenoid 102, ei­ nen Spulenkörper 101 sowie eine Feder 103. In Fig. 1 treibt der Solenoid 102 den Spulenkörper 101 nach links gegen die Feder 103 an, wenn der Solenoid 102 erregt wird. Im erregten Zustand ver­ bindet das Steuerventil 100 einen Einlaßanschluß 101c mit einem Verbindungsanschluß 101b und verbindet zudem den Verbindungsan­ schluß 101a mit einem Ablaßanschluß 101d. Im Gegensatz dazu ver­ bindet im Normalzustand das Steuerventil 100 den Einlaßanschluß 101c mit dem Verbindungsanschluß 101a und verbindet zudem den Verbindungsanschluß 101b mit dem Ablaßanschluß 101d, wie in Fig. 1 gezeigt ist. Der Solenoid 102 des Steuerventils 100 wird durch eine elektronische Steuereinrichtung (nicht gezeigt) erregt. Im Ergebnis wird ein Betriebsfluid (Arbeitsöl) dem Nacheilkanal 11 zugeführt, wenn der Solenoid 102 entregt ist, und wird dem Vor­ eilkanal 12 zugeführt, wenn er erregt ist. Durch eine Lastver­ hältnissteuerung des elektronischen Steuergeräts kann der Spu­ lenkörper 101 linear gesteuert werden, um an verschiedenen Zwi­ schenpositionen gehalten zu werden. Alle Anschlüsse 101a, 101b, 101c und 101d sind geschlossen, wenn der Spulenkörper 101 in der Zwischenposition gehalten ist.

Das Umschaltventil 110 hat einen Solenoid 112, einen Spulenkör­ per 111 und eine Feder 113. In Fig. 1 treibt der Solenoid 112 den Spulenkörper 111 nach rechts gegen die Feder 113 an, wenn der Solenoid 112 erregt ist. Im Normalzustand verbindet das Um­ schaltventil 110 den Verbindungsanschluß 101a mit dem Nacheilka­ nal 11 über den Verbindungskanal 71. Im Gegensatz dazu schließt im erregten Zustand das Umschaltventil 110 zwischen dem Verbin­ dungsanschluß 101a und dem Nacheilkanal 11 und verbindet den Nacheilkanal 11 mit einer Ölwanne 105 über den Verbindungskanal 71. Der Solenoid 112 des Umschaltventil 110 wird ebenfalls durch die elektronische Steuereinrichtung (nicht gezeigt) erregt.

Der innere Rotor 20 ist einstückig an der Nockenwelle 10 durch die Schraube 16 befestigt und hat vier Flügelnuten 20a zur Auf­ nahme der vier Flügel 60 einzeln in den radialen Richtungen. Ferner sind vorgesehen: ein Einsatzloch 29 zum Einsetzen eines oberen Abschnitts eines Verriegelungsstifts 81 in einem bestimm­ ten Ausmaß in dem in Fig. 2 gezeigten Zustand, in welchem die Nockenwelle 10, der innere Rotor 20 und der äußere Rotor 30 re­ lativ zueinander phasensynchron sind (die Flügel 60 sind in der Mittelstellung einer Kammer R0); ein Kanal 25 zum Zuführen und Ablassen des Betriebsfluids zu und von dem Einsatzloch 29 über den Voreilkanal 12; vier Kanäle 23 zum Zuführen und Ablassen des Betriebsfluids zu und von Voreilkammern R1, die durch die ein­ zelnen Flügel 60 begrenzt sind, über den Voreilkanal 12; eine Ringnut 21, die mit dem Nacheilkanal 11 verbunden ist; vier Ver­ bindungskanäle 22, welche in Achsenrichtung der Schraube 16 aus­ gebildet sind und von denen jeder mit der Ringnut 21 verbunden ist; sowie vier Kanäle 26 zum Zuführen und Ablassen des Be­ triebsfluids zu und von den Nacheilkammern R2, die durch die einzelnen Flügel 60 begrenzt sind, über den Nacheilkanal 11, die Ringnut 21 und die Verbindungskanäle 22. Das Einsatzloch 29 ist auf der Umfangsfläche des inneren Rotors 20 vorgesehen und er­ streckt sich in Radialrichtung des inneren Rotors 20. Zudem gibt es eine Verbindungsnut 28 auf der Umfangsfläche des inneren Ro­ tors 20. Die Verbindungsnut 28 ist ein Element des Steuerungsme­ chanismus 90. Wenn der Verriegelungsmechanismus 80 den inneren Rotor 20 an der Drehung relativ zu dem äußeren Rotor 30 hindert, wie in Fig. 2 gezeigt ist, kann ein oberer Abschnitt eines Ver­ bindungsstifts 91 in einen Endabschnitt der Verbindungsnut 28 eingreifen. Wenn andererseits der innere Rotor 20 mit den Flü­ geln 60 und der Nockenwelle in der größten Voreilstellung rela­ tiv zu dem äußeren Rotor 30, der Frontplatte 40 und der Rück­ platte 50 ist, wie in Fig. 5 gezeigt ist, kann der obere Ab­ schnitt des Verbindungsstifts 91 in den anderen Endabschnitt der Verbindungsnut 28 eingreifen. Zudem gibt es eine Verbindungsnut 27, welche die Verbindungsnut 28 und die benachbarte Nacheilkam­ mer R2 verbindet, wenn der innere Rotor 20 und die Flügel 60 re­ lativ zu dem äußeren Rotor 30, der Frontplatte 40 und der Rück­ platte 50 zwischen der Mittelstellung und der größten Nacheil­ stellung sind. Hierbei ist jeder Flügel 60 durch eine Flügelfe­ der (nicht gezeigt), die in den Bodenabschnitt der Flügelnut 20a eingesetzt ist, radial auswärts vorgespannt.

Der äußere Rotor 30 ist so mit dem Außenumfang des inneren Ro­ tors 20 zusammengefügt, daß er relativ dazu in einem vorbestimm­ ten Bereich drehen kann. An beiden Seiten des äußeren Rotors 30 sind die Frontplatte 40 bzw. die Rückplatte 50 mittels vier Schrauben (nicht gezeigt) befestigt, von denen jede durch einen Durchdringungskanal 32 des äußeren Rotors 30 verläuft. Ferner sind vier Radialvorsprünge 31 innerhalb des äußeren Rotors 30 ausgebildet. Die Spitzen der Radialvorsprünge 31 berühren den inneren Rotor 20, so daß der äußere Rotor 30 um den inneren Ro­ tor 20 dreht. Der Verriegelungsstift 81 sowie eine Feder 82 sind in einer Bohrung 33 aufgenommen, die in einem der Radialvor­ sprünge 31 ausgebildet ist. Die Bohrung 33 erstreckt sich in Ra­ dialrichtung des äußeren Rotors 30. Zusätzlich ist eine weitere Bohrung 35 in einem anderen der Radialvorsprünge 31 ausgebildet. Die Bohrung 35 ist symmetrisch um die Achse des inneren Rotors 20 angeordnet. Die Bohrung 35 enthält den Verbindungsstift 91 und eine Feder 92. Die Bohrung 35 erstreckt sich ebenfalls in Radialrichtung des äußeren Rotors 30.

Jeder Flügel 60 hat eine abgerundete Kante, die den äußeren Ro­ tor 30 auf fluiddichte Weise berührt. Jeder Flügel 60 berührt zudem die beiden Platten 40 und 50 auf fluiddichte Weise. Die Flügel 60 können in den Flügelnuten 20a in Radialrichtung des inneren Rotors 20 gleiten. Jeder Flügel 60 unterteilt jeweils eine der Druckkammern R0 in die Voreilkammer R1 und die Nacheil­ kammer R2. Die Druckkammern R0 sind durch den äußeren Rotor 30, die Radialvorsprünge 31, den inneren Rotor 20, die Frontplatte 40 und die Rückplatte 50 gebildet. Wie in Fig. 2 bis 5 gezeigt ist, berührt, um die Relativdrehung zwischen dem inneren Rotor 20 und dem äußeren Rotor 30 innerhalb eines vorbestimmten Be­ reichs zu begrenzen, einer der Flügel 60 (ein mit 60a bezeichne­ ter Flügel oben links in Fig. 2) die benachbarten Radialvor­ sprünge 31a in den größten Voreil- und Nacheilstellungen. Mit anderen Worten, wie in Fig. 3 gezeigt ist, ist die größte Nach­ eilstellung erreicht, wenn der obere linke Flügel 60a eine Nach­ eilseite des Radialvorsprungs 31a in Folge der vergrößerten Nacheilkammern R2 erreicht. Im Gegensatz dazu ist, wie in Fig. 5 gezeigt ist, die größte Voreilstellung erreicht, wenn der obere linke Flügel 60a eine Voreilseite des Radialvorsprungs 31a in Folge der vergrößerten Voreilkammern R1 berührt.

Der Verriegelungsstift 81 ist verschiebbar in die Bohrung 33 eingesetzt. Der Verriegelungsstift 81 ist durch eine Feder 82 in Richtung des inneren Rotors 20 vorgespannt. Die Feder 82 ist zwischen dem Verriegelungsstift 81 und einem Halter 83 einge­ setzt. Der Halter 83 ist in der Bohrung 33 durch einen Spren­ gring 84 gehalten.

Der Verbindungsstift 91 ist verschiebbar in die Bohrung 35 ein­ gesetzt. Der Verbindungsstift 91 ist durch die Feder 92 in Rich­ tung auf den inneren Rotor 20 vorgespannt. Die Feder 92 ist zwi­ schen den Verbindungsstift 91 und einen Sprengring 93 einge­ setzt.

Wenn in dem obigen Ausführungsbeispiel jeder der Flügel 60 in der Mittelstellung der Druckkammer R0 ist, stimmt das äußere En­ de des Einsatzlochs 29 mit dem inneren Ende der Bohrung 33 über­ ein, so daß die Spitze des Verriegelungsstifts 81 in das Ein­ satzloch 29 vorsteht. In diesem Zustand ist die Ventilsteuerzeit des Einlaßventils so eingestellt, daß die Brennkraftmaschine an­ gelassen werden kann. Ferner steht, wenn die Relativphase zwi­ schen dem inneren Rotor 20 mit den Flügeln 60 und dem äußeren Rotor 30 zwischen der Mittelstellung und der größten Voreilstel­ lung ist, die Spitze des Verbindungsstift 91, der in der Bohrung 35 angeordnet ist, in die Nut 28 vor.

In dem obigen Ausführungsbeispiel ist die Summe der Drücke in den Voreilkammern R1 im Gleichgewicht mit der Summe der Drücke in den Nacheilkammern R2 und ein Gegendrehmoment der Druckkam­ mern R0 ergibt sich, wenn vorbestimmte Fluiddrücke der Voreil­ kammer R1 und der Nacheilkammer R2 nach dem Anlassen der Brenn­ kraftmaschine zugeführt werden. Wenn der äußere Rotor 30 gedreht wird, wird die Gegendrehkraft stets auf die Flügel 60 in Rich­ tung auf die größte Nacheilstellung aufgebracht, weil die Druck­ kammern R0 und die Flügel 60 in dem Drehübertragungspfad zwi­ schen dem äußeren Rotor 30 und dem inneren Rotor 20 sind. In Übereinstimmung mit verschiedenen Zuständen der Brennkraftma­ schine wird das Steuerventil 100 gesteuert, um das Gleichgewicht zu verändern. Das Betriebsfluid (Arbeitsöl) wird den Voreilkam­ mern R1 durch die Voreilkanäle 12 und Kanäle 23 zugeführt und wird von den Nacheilkammern R2 durch die Kanäle 26, die Verbin­ dungskanäle 22, die Ringnut 21 und den Nacheilkanal 11 abge­ führt, wenn das Lastverhältnis zur Erregung des Steuerventils 100 erhöht wird. Der innere Rotor 20 mit den Flügeln 60 dreht in Richtung auf die größte Voreilstellung (im Uhrzeigersinn in Fig. 2 bis 5) relativ zu dem äußeren Rotor 30, der Frontplatte 40 und der Rückplatte 50, wenn das Betriebsfluid den Voreilkammern R1 zugeführt und von den Nacheilkammern R2 abgeführt wird. Die Re­ lativdrehung des inneren Rotors 20 mit den Flügeln 60 ist durch den oberen linken Flügel 60a und den Radialvorsprung 31a be­ grenzt, wie in Fig. 5 gezeigt ist. Ferner wird das Betriebsfluid den Nacheilkammern R2 durch die Kanäle 26, die Verbindungskanäle 22, die Ringnut 21 und den Nacheilkanal 11 zugeführt und von den Voreilkammern R1 durch den Voreilkanal 12 und Kanäle 23 abge­ führt, wenn das Lastverhältnis vermindert wird, um daß Steuer­ ventil 100 weniger zu erregen. Der innere Rotor 20 und die Flü­ gel 60 drehen in Richtung auf die größte Nacheilstellung (im Ge­ genuhrzeigersinn in Fig. 2 bis 5) relativ zu dem äußeren Rotor 30, der Frontplatte 40 und der Rückplatte 50, wenn das Betriebs­ fluid den Nacheilkammern R2 zugeführt und von den Voreilkammern R1 abgeführt wird. Die Relativdrehung des inneren Rotors 20 mit den Flügeln 60 ist ebenfalls durch den oberen linken Flügel 60a und den Radialvorsprung 31a begrenzt, wie in Fig. 3 gezeigt ist. Ein vorbestimmter Druck wird auf das Einsatzloch 29 über den Ka­ nal 25 aufgebracht, ausgenommen, wenn die Relativphase zwischen dem inneren Rotor 20 mit dem Flügeln 60 und dem äußeren Rotor 30 in der größten Nacheilstellung ist. In Folge der auf den Verrie­ gelungsstift 81 aufgebrachten Drücke wird der Verriegelungsstift 81 in Richtung auf die Feder 82 bewegt, so daß der Verriege­ lungsstift 81 von dem Einsatzloch 29 freikommt. Zudem wird das Betriebsfluid auch zu der Verbindungsnut 28 von der benachbarten Nacheilkammer R2 über die Verbindungsnut 27 zugeführt, wenn die Relativphase zwischen dem inneren Rotor 20 mit den Flügeln 60 und dem äußeren Rotor 30 zwischen der größten Nacheilstellung und der Mittelstellung ist. In Folge des auf den Verbindungs­ stift 91 aufgebrachten Drucks wird der Verbindungsstift 91 in Richtung auf die Feder 92 bewegt, so daß der Verbindungsstift 91 aus der Verbindungsnut 28 freikommt. Hierbei ist während der obigen Vorgänge der Solenoid 112 des Umschaltventils 110 nicht erregt, so daß der Verbindungsanschluß 101a des Steuerventils 100 über den Verbindungskanal 71 mit dem Nacheilkanal 11 verbun­ den ist.

In dem obigen Ausführungsbeispiel ist die Bohrung 33 koaxial zu dem Einsatzloch 29, wenn die Flügel 60 in der Mitte der Druck­ kammern R0, wie in Fig. 2 gezeigt ist. In dieser Stellung sind die Ventilsteuerzeiten zum optimalen Anlassen der Brennkraftma­ schine eingestellt. Folglich können die Ventilsteuerzeiten bis zu der in Fig. 3 gezeigten größten Nacheilstellung weiter verzö­ gert werden. Somit wird für den Hochgeschwindigkeitsbetrieb der Brennkraftmaschine das Steuerventil 100 angesteuert, um die Ven­ tilsteuerzeiten weiter zu verzögern. Der volumetrische Wirkungs­ grad kann durch die Trägheit der Einlaßluft im Hochgeschwindig­ keitsbetrieb der Brennkraftmaschine verbessert werden, so daß eine höhere Leistung erhalten werden kann.

Wenn die Brennkraftmaschine angehalten wird, wird eine Ölpumpe P nicht mehr durch die Brennkraftmaschine angetrieben und der So­ lenoid 102 des Steuerventils 100 ist nicht erregt, so daß die Druckkammer R0 kein Betriebsfluid mehr empfängt. Zu dieser Zeit wird weder der Druck in den Voreilkammern R1 noch der Druck in den Nacheilkammern R2 auf die Flügel 60 aufgebracht, sondern le­ diglich die Gegendrehkraft wird auf die Flügel 60 in Richtung auf die größte Nacheilstellung, aufgebracht, bis die Kurbelwelle 54 der Brennkraftmaschine vollständig angehalten ist. Die Rela­ tivposition zwischen dem inneren Rotor 20 und dem äußeren Rotor 30 wird durch die Relativposition dazwischen unmittelbar vor dem Abstellen der Brennkraftmaschine bestimmt. Wenn zu diesem Zeit­ punkt die Bohrung 33 koaxial zu dem Einsatzloch 29 ist, steht der obere Abschnitt des Verbindungsstifts 91 in die Verbindungs­ nut 28 vor, um zu verhindern, daß der innere Rotor 20 mit den Flügel 60 und die Nockenwelle 10 in Richtung auf die Nacheilsei­ te dreht. Entsprechend steht der obere Abschnitt des Verriege­ lungsstift 81 in das Einsatzloch 29 vor, um den inneren Rotor 20 mit den Flügeln 60 an der Drehung relativ zu dem äußeren Rotor 30 zu hindern, wie in Fig. 2 gezeigt ist.

Wenn die Bohrung 33 auf der Voreilseite bezüglich der obigen Koaxialposition zwischen der Bohrung 33 und dem Einsatzloch 29 positioniert ist, werden der innere Rotor 20 mit den Flügeln 60 und die Nockenwelle 10 in Richtung auf die größte Nacheilstel­ lung durch die obige Gegenkraft gedreht. Jedoch ist die Drehung des inneren Rotors 20 mit den Flügeln 60 und der Nockenwelle 10 durch die Länge der Verbindungsnut 28 begrenzt, weil der obere Abschnitt des Verbindungsstifts 91 in die Verbindungsnut 28 vor­ steht. In Folge der Begrenzung der Drehung des inneren Rotors 20 mit den Flügeln 60 und der Nockenwelle 10 wird die Drehung in der Mittelstellung angehalten. Entsprechend steht der obere Ab­ schnitt des Verriegelungsstifts 81 in das Einsatzloch 29 vor, um den inneren Rotor 20 mit den Flügeln 60 daran zu hindern, rela­ tiv zu dem äußeren Rotor 30 zu drehen, wie in Fig. 2 gezeigt ist.

Wenn in dem obigen Ausführungsbeispiel ein Anlasserschalter zum Anlassen der Brennkraftmaschine angeschaltet wird, wird der So­ lenoid 112 des Umschaltventils 110 für eine vorbestimmte Zeit­ spanne erregt, so daß der Nacheilkanal 11 über den Verbindungs­ kanal 71 mit der Ölwanne 105 verbunden ist. Wenn die Brennkraft­ maschine angelassen wird, ist ferner der Solenoid 102 des Steu­ erventils 100 nicht erregt, so daß sowohl die Voreilkammern R1 als auch die Nacheilkammern R2 mit der Ölwanne 105 verbunden sind. Im Ergebnis kann, wenn die Brennkraftmaschine angelassen wird, der innere Rotor 20 mit Flügeln 60 leicht relativ zu dem äußeren Rotor 30 sowohl zur Voreilseite als auch zur Nacheilsei­ te drehen (vibrieren).

Wenn jedoch unmittelbar vor dem Anhalten der Brennkraftmaschine die Relativposition zwischen dem inneren Rotor 20 und dem äuße­ ren Rotor 30 entweder so ist, daß die Bohrung 33 und das Ein­ satzloch 29 in Koaxialposition sind, oder daß die Bohrung 33 auf der Voreilseite bezüglich der Koaxialposition zwischen der Boh­ rung 33 und dem Einsatzloch 29 ist, steht der obere Abschnitt des Verriegelungsstifts 81 in das Einsatzloch 29 vor, um den in­ neren Rotor 20 mit den Flügeln 60 daran zu hindern, relativ zu dem äußeren Rotor 30 zu drehen (vibrieren).

Wenn unmittelbar vor dem Abstellen der Brennkraftmaschine die gestufte Bohrung 33 auf der Nacheilseite der obigen Koaxialposi­ tion zwischen der Bohrung 33 und dem Einsatzloch 29 ist, wie beispielsweise in Fig. 4 gezeigt ist, oder in der größten Nach­ eilstellung ist, wie in Fig. 3 gezeigt ist, stehen weder der obere Abschnitt des Verriegelungsstifts 81 noch der obere Ab­ schnitt des Verbindungsstifts 91 in das Einsatzloch 29 oder die Verbindungsnut 28 vor. Wenn die Brennkraftmaschine in diesem Zu­ stand angelassen wird, beginnen der inneren Rotor 20 mit den Flügeln 60 und die Nockenwelle 10 relativ zu dem äußeren Rotor 30 in die Nacheilrichtung durch eine Drehmomentschwankung zu drehen, welche durch die Wirkung auf die Nockenwelle 10 beim An­ lassen der Brennkraftmaschine bedingt ist, so daß es schwierig ist, die Brennkraftmaschine anzulassen. In dem obigen Ausfüh­ rungsbeispiel sind jedoch, wenn ein Anlaßschalter zum Anlassen der Brennkraftmaschine angeschaltet wird, sowohl die Voreilkam­ mern R1 als auch die Nacheilkammern R2 mit der Ölwanne 105 ver­ bunden, so daß der inneren Rotor 20 mit den Flügeln 60 und die Nockenwelle 10 leicht relativ zu dem äußeren Rotor 30 sowohl zur Voreilseite als auch zur Nacheilseite drehen (vibrieren) können. Wenn der innere Rotor 20 mit den Flügeln 60 und die Nockenwelle 10 relativ zu dem äußeren Rotor 30 in Richtung auf die Vor­ eilseite drehen (vibrieren), steht die Spitze des Verbindungs­ stifts 91 in die Nut 28 vor. Im Ergebnis sind der inneren Rotor 20 mit den Flügeln 60 und die Nockenwelle 10 daran gehindert, relativ zu dem äußeren Rotor 30 in Richtung auf die Nacheilseite von der Stellung zu drehen, in welcher die Koaxialposition zwi­ schen der Bohrung 33 und dem Einsatzloch 29 vorliegt. In der obigen Koaxialposition steht der obere Abschnitt des Verriege­ lungsstifts 81 in das Einsatzloch 29 vor, um den inneren Rotor 20 mit den Flügeln 60 und die Nockenwelle 10 daran zu hindern, relativ zu dem äußeren Rotor 30 zu drehen.

Folglich drehen trotz der großen Drehmomentschwankungen die Noc­ kenwelle 10 und der innere Rotor 20 einstückig mit dem äußeren Rotor 30, wenn die Brennkraftmaschine angelassen wird. Die Flü­ gel 60 können keinerlei unerwünschte Geräusche erzeugen, weil die Flügel 60 in der Mitte der Druckkammer R0 gehalten sind, wenn die Bohrung 33 koaxial mit dem Einsatzloch 29 ist.

Gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird keinerlei unerwünschtes Geräusch erzeugt, wenn die Brenn­ kraftmaschine angelassen wird. Ferner kann der volumetrische Wirkungsgrad verbessert werden, indem das Schließen eines Lufteinlaßventils verzögert wird.

Fig. 6 zeigt eine andere modifizierte Version des ersten Ausfüh­ rungsbeispiels, welche insbesondere eine modifizierte Anordnung der Nut 28 ist. In Fig. 6 sind die gleichen Teile wie in Fig. 1 bis 5 mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet, die in Fig. 1 bis 5 verwendet wurden. In dieser modifizierten Konstruktion gibt es keine Verbindungsnut, welche die Verbindungsnut 28 und die benachbarte Nacheilkammer R2 verbindet. Der Verbindungsstift 91 kann in die Bohrung 35 gegen die Feder 92 durch Zentrifugal­ kraft durch die Drehung des äußeren Rotor 30 bewegt werden. Das Gewicht des Verbindungsstifts 91 und die Vorspannkraft der Feder 92 sind so gewählt, daß der Verbindungsstift 91 durch Zentrifu­ galkraft durch die Drehung des äußeren Rotor 30 in die Bohrung 35 bewegt werden kann, wenn die Drehzahl des äußeren Rotor 30 eine vorbestimmte Drehzahl ist, die kleiner ist als die Drehzahl des äußeren Rotor 30 im Leerlauf der Brennkraftmaschine. Ferner ist die obige vorbestimmte Drehzahl des äußeren Rotor 30 so ge­ wählt, daß sie größer ist als die Drehzahl des äußeren Rotor 30 beim Anlassen der Brennkraftmaschine. Wenn in der obigen modifi­ zierten Version die Brennkraftmaschine angehalten oder angelas­ sen wird, steht der obere Abschnitt des Verbindungsstifts 91 in die Nut 28 vor, um den inneren Rotor 20 mit den Flügeln 60 und die Nockenwelle 10 daran zu hindern, relativ zu dem äußeren Ro­ tor 30 zu drehen, wie unter Bezugnahme auf das erste Ausfüh­ rungsbeispiel beschrieben ist.

In den obigen Ausführungsbeispielen sind die Bohrung 35, daß Einsatzloch 29 und die Bohrung 33 in Radialrichtung der Nocken­ welle 10 angeordnet und der Verriegelungsstifts 81 und der Ver­ bindungsstift 91 werden in der gleichen Richtung bewegt. Jedoch kann diese Erfindung auf einen anderen Typ einer Ventilzeit­ steuerungsvorrichtung gewandt werden. Beispielsweise kann in Bo­ genrichtung die Dicke der Flügel groß sein und die Flügel können einstückig an dem inneren Rotor vorgesehen sein. Die Bohrung, welche den Verriegelungsstift aufnimmt, ist an einer von den Endflächen des Flügels oder der Frontplatte (oder Rückplatte) angeordnet. Das Einsatzloch, in welches der Verriegelungsstift vorsteht, ist an dem anderen davon angeordnet. Folglich ist die Bewegungsrichtung des Verriegelungsstifts die gleiche wie die Achsrichtung der Nockenwelle.

Ferner wird in den Ausführungsbeispielen der Verriegelungsstift 81 durch das Betriebsöl in die Bohrung 33 bewegt, das über den Kanal 25 der Voreilkammer R1 zugeführt wird. Jedoch kann diese Erfindung auf andere Verriegelungsstifte angewandt werden. Bei­ spielsweise kann der Verriegelungsstift ein gestufter Stift sein, welcher einen Abschnitt kleinen Durchmessers und einen Ab­ schnitt großen Durchmessers aufweist. An dem Abschnitt kleinen Durchmessers wird das Betriebsöl von einem von der benachbarten Voreilkammer R1 oder der benachbarten Nacheilkammer R2 zuge­ führt. An dem Abschnitt großen Durchmessers wird das Betriebsöl von der anderen von den Kammern zugeführt. Wenn folglich das Be­ triebsöl irgendeiner Kammer zugeführt wird, steht der Verriege­ lungsstift nicht in die Bohrung vor.

Ferner treibt in den obigen Ausführungsbeispiel die Nockenwelle 10 die Lufteinlassventile der Brennkraftmaschine an. Jedoch kann diese Erfindung auf die andere Nockenwelle angewandt werden, die die Auslassventile oder beide Gaswechselventile der Brennkraft­ maschine antreibt.

Eine Ventilzeitsteuerungsvorrichtung hat eine Drehwelle 10, 20, die drehbar in einem Zylinderkopf 70 einer Brennkraftmaschine eingebaut ist, ein Drehübertragungselement 30, 40, 50, das um die Umfangsfläche der Drehwelle angeordnet ist, um relativ dazu innerhalb eines vorbestimmten Bereichs zu drehen, um eine Dreh­ kraft von einer Kurbelwelle zu übertragen, einen Flügel 60, der an einem von der Drehwelle und dem Drehübertragungselement vor­ gesehen ist, eine Druckkammer R0, die zwischen der Drehwelle und dem Drehübertragungselement ausgebildet und durch den Flügel in eine Voreilkammer R1 und eine Nacheilkammer R2 unterteilt ist, einen ersten Fluidkanal 12 zum Zuführen und Ablassen eines Fluids zu und von der Voreilkammer einen zweiten Fluidkanal 11 zum Zuführen und Ablassen eines Fluids zu und von der Nacheil­ kammer, einen Verriegelungsmechanismus 29, 81 zum Aufrechterhal­ ten der Beziehung zwischen der Drehwelle und dem Drehübertra­ gungselement in einer Mittelstellung des vorbestimmten Bereichs, wenn die Brennkraftmaschine angelassen wird, und einen Steue­ rungsmechanismus 90, 28, 91 zur Begrenzung der Drehung des Dre­ hübertragungselements um die Drehwelle innerhalb eines Bereichs zwischen der Mittelstellung und einer Endstellung des vorbe­ stimmten Bereichs.

Claims (6)

1. Ventilzeitsteuerungsvorrichtung, mit:
einer Drehwelle (10, 20), die drehbar in einem Zylinderkopf (70) einer Brennkraftmaschine eingebaut ist;
einem Drehübertragungselement (30, 40, 50), das um die Umfangsfläche der Drehwelle (10, 20) angebracht ist, um relativ dazu innerhalb eines vorbestimmten Bereichs zu drehen, um eine Drehkraft von einer Kurbelwelle zu übertragen;
einem Flügel (60), der an einem von der Drehwelle (10, 20) und dem Drehübertragungselement (30, 40, 50) vorgesehen ist;
einer Druckkammer (R0) die zwischen der Drehwelle und dem Drehübertragungselement ausgebildet und durch den Flügel (60) in eine Voreilkammer (R1) und eine Nacheilkammer (R2) unterteilt ist;
einem ersten Fluidkanal (12) zum Zuführen und Abführen eines Fluids zu und von der Voreilkammer (R1);
einem zweiten Fluidkanal (11) zum Zuführen und Abführen eines Fluids zu und von der Nacheilkammer (R2);
einem Verriegelungsmechanismus (29, 81) zum Aufrechterhalten der Beziehung zwischen der Drehwelle und dem Drehübertragungselement in der Mittelstellung des vorbestimmten Bereichs, wenn die Brennkraftmaschine angelassen wird; und
einem Steuerungsmechanismus (90, 28, 91) zur Begrenzung der Drehung des Drehübertragungselements um die Drehwelle innerhalb eines Bereichs zwischen der Mittelstellung und einer Endstellung des vorbestimmten Bereichs.

2. Ventilzeitsteuerungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Endstellung die größte Voreilstellung zwischen der Drehwelle und dem Drehübertragungselement ist.

3. Ventilzeitsteuerungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Steuerungsmechanismus (90) aufweist:
einen Verbindungsstift (91);
ein in einem von dem Drehübertragungselement und der Drehwelle ausgebildetes Aufnahmeloch (35) zur Aufnahme des in Richtung auf das andere von der Drehwelle und dem Drehübertragungselement federvorgespannten Verbindungsstifts (91) darin; und
eine Nut (28), die in dem anderen von der Drehwelle und dem Drehübertragungselement ausgebildet ist, um darin einen oberen Abschnitt des Verbindungsstifts (91) aufzunehmen.

4. Ventilzeitsteuerungsvorrichtung nach Anspruch 3, wobei der Steuerungsmechanismus (90) ferner einen dritten Fluiddurchlass (27) aufweist, der die Nut (28) mit der Druckkammer verbindet, so daß der Verbindungsstift (91) in das Aufnahmeloch (35) bewegt wird.

5. Ventilzeitsteuerungsvorrichtung, mit:
einer Drehwelle (10, 20), die drehbar in einem Zylinderkopf (70) einer Brennkraftmaschine angebracht ist;
einem Drehübertragungselement (30, 40, 50), das um die Umfangsfläche der Drehwelle (10, 20) angebracht ist, um relativ dazu innerhalb eines vorbestimmten Bereichs zu drehen, um eine Drehkraft von einer Kurbelwelle zu übertragen;
einem an einem von der Drehwelle (10, 20) und dem Drehübertragungselement (30, 40, 50) vorgesehenen Flügel (60);
einer Druckkammer (R0), die zwischen der Drehwelle und dem Drehübertragungselement ausgebildet und durch den Flügel (60) in eine Voreilkammer (R1) und eine Nacheilkammer (R2) unterteilt ist;
einem ersten Fluidkanal (12) zum Zuführen und Abführen eines Fluids zu und von der Voreilkammer (R1);
einem zweiten Fluidkanal (11) zum Zuführen und Abführen eines Fluids zu und von der Nacheilkammer (R2);
einem Verriegelungsmechanismus (29, 81), um den Flügel (60) in der Mittelstellung der Druckkammer zu halten, wenn die Brennkraftmaschine angelassen wird; und
einem Steuerungsmechanismus (90, 28, 91) zur Begrenzung der Bewegung des Flügels (60) innerhalb eines Bereichs zwischen der Mittelstellung und einer Endstellung des vorbestimmten Bereichs.

6. Ventilzeitsteuerungsvorrichtung nach Anspruch 5, wobei die Endstellung die größte Voreilstellung des Flügels (60) ist.