DE69818946T2

DE69818946T2 - Vorrichtung zur Steuerung der Drehphase

Info

Publication number: DE69818946T2
Application number: DE69818946T
Authority: DE
Inventors: Tsunehisa Hiroshima-shi Okuda; Yoshiyuki Hiroshima-shi Shinya; Tsutomu Aki-gun Shimizu; Yasuaki Higashi-Hiroshima-shi Hasegawa; Toshihide Yamamoto
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 1997-11-21
Filing date: 1998-11-19
Publication date: 2004-05-13
Anticipated expiration: 2018-11-20
Also published as: EP0918142A3; EP0918142B1; US6129061A; EP0918142A2; DE69818946D1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Steuerung einer Drehphase, und insbesondere eine Vorrichtung zur Steuerung einer Drehphase, die zur Steuerung der Ventileinstellung einer Brennkraftmaschine verwendet werden kann.
Beschreibung des Stands der Technik
Konventionellerweise wird eine Vorrichtung zur Steuerung einer Drehphase eines Abtriebsglieds relativ zu einem Antriebsglied zum Beispiel zur Steuerung der Ventileinstellung einer Brennkraftmaschine verwendet. Die Brennkraftmaschine ist mit einem Ventiltrieb versehen, bei dem eine Drehung der Maschine durch ein Übertragungsmittel von einer Kurbelwelle zu einer Nockenwelle übertragen wird und Ansaugventile und Auspuffventile von der Nockenwelle betätigt werden, um geöffnet und geschlossen zu werden. In diesem Fall ist eine Vorrichtung zur Steuerung einer Drehphase zwischen einem Antriebsglied oder einer Nockenwellenriemenscheibe, das (oder die) mit einer Kurbelwelle verbunden ist, und einem Abtriebsglied oder der Nockenwelle angeordnet.
Solch eine Vorrichtung zur Steuerung einer Drehphase wird zum Beispiel in der ungeprüften japanischen Patentschrift Nr. 4-232312 offenbart. Die Vorrichtung in dieser Patentschrift ist mit einem Planetenradmechanismus zwischen einer Nockenwelle und einer Nockenwellenriemenscheibe versehen. Der Planetenradmechanismus ist mit einem Sonnenrad, Planetenrädern, die von einem Planetenträger getragen werden, und einem Zahnkranz versehen. Der Zahnkranz ist mit der Nockenwellenriemenscheibe verbunden, und der Planetenträger ist mit der Nockenwelle verbunden. Zudem ist das Sonnenrad mit einer Buchse verbunden, an deren hinterem Ende ein antriebskraftaufnehmendes Rad angeordnet ist. Zum anderen ist ein Brennkraftmaschinenkörper mit einem Schrittmotor versehen, und die Welle des Schrittmotors ist mit einer Schnecke versehen; die mit dem antriebskraftaufnehmenden Rad im Eingriff steht.
Wenn in der obigen Vorrichtung das Sonnenrad stillsteht, rotiert die Nockenwelle im Verhältnis zur Nockenwellenriemenscheibe mit einer konstanten Übersetzung in Langsame. Wenn das Sonnenrad durch die Schnecke oder ähnliches vom Schrittmotor angetrieben wird, wird die Drehphase der Nockenwelle verschoben.
In der obigen konventionellen Vorrichtung ist der Planetenradmechanismus am Ende der Nockenwelle installiert, und der Motor ist so angeordnet, daß die Welle des Motors vertikal zur Nockenwelle verläuft. Die Schnecke, die auf der Motorwelle vorgesehen ist, steht mit einem relativ großen Rad im Eingriff, das am hinteren Ende der Buchse vorgesehen ist, die mit dem Sonnenrad des Planetenradmechanismus verbunden ist. Daher weist die konventionelle Vorrichtung einige Probleme auf. Das heißt, der Einbau des Motors usw. ist kompliziert. Da in den Seitenabschnitten der Nockenwelle ein Raum für den Einbau des Schrittmotors, der Schnecke usw. notwendig ist, ist es zudem schwierig, den Ventiltrieb einschließlich der Vorrichtung zur Steuerung einer Drehphase zu verkleinern.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist daher die Bereitstellung einer Vorrichtung zur Steuerung einer Drehphase, in welcher sich das Antriebsmittel zur Phasenverschiebung usw. leicht einbauen läßt.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung einer Vorrichtung zur Steuerung einer Drehphase, in welcher ein Planetenradmechanismus und ein Antriebsmittel zur Phasenverschiebung, das einen Abschnitt aufweist, der mit den Planetenradmechanismus verbunden ist, relativ zum Abtriebs- und Abtriebsglied auf integrierte Weise in einen kompakten Raum eingebaut werden können.
Die obige Aufgabe wird erfindungsgemäß durch Bereitstellung einer Vorrichtung zur Steuerung einer Drehphase erreicht, umfassend ein Antriebsglied, das relativ zu einer feststehenden Seite auf drehbare Weise angeordnet ist, ein Abtriebsglied, das koaxial zum Antriebsglied relativ zur feststehenden Seite auf drehbare Weise angeordnet ist, einen Planetenradmechanismus, der koaxial zum Antriebsglied und zum Abtriebsglied angeordnet ist, um das Antriebsglied mit dem Abtriebsglied zu verbinden, wobei dieser Planetenradmechanismus drei Elemente aufweist, die ein Sonnenrad, ein Planetenträger, der Planeten räder trägt, und ein Zahnkranz sind, Antriebsmittel, die mit einem der drei Elemente des Planetenradmechanismus verbunden sind, um eine Drehphase zu verschieben, wobei diese Antriebsmittel zwei Glieder umfassen, die relativ zueinander drehbar sind, und das Antriebsglied oder das Abtriebsglied mit dem Zahnkranz verbunden ist, während das andere Antriebsglied oder Abtriebsglied mit dem Planetenträger verbunden ist, und wobei die zwei Glieder des Antriebsmittels koaxial zum Planetenradmechanismus angeordnet sind, wobei eines der zwei Glieder auf der feststehenden Seite befestigt ist und das andere der zwei Glieder mit dem Zahnkranz verbunden ist.
Wenn das Sonnenrad des Planetenradmechanismus stillsteht, rotiert das Abtriebsglied erfindungsgemäß mit einem konstanten Drehzahlverhältnis, das der Rotation des Antriebsgliedes entspricht. Wenn der Sonnenrad andrerseits durch das Antriebsmittel angetrieben wird, so daß es rotiert, wird das Drehzahlverhältnis des Zahnkranzes zum Planetenträger so verändert, daß die Drehphase im Vergleich zu dem Zustand, in dem das Sonnenrad stillsteht, verschoben wird.
Dadurch kann die Steuerung der Drehphase durchgeführt werden. Und da der Planetenradmechanismus und das Antriebsmittel zudem koaxial zum Antriebsglied und Abtriebsglied angeordnet sind, kann die Vorrichtung verkleinert und dadurch leicht eingebaut werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das andere Glied des Antriebsmittels ein Rotor, und diese Vorrichtung umfaßt außerdem drehzahlreduzierende Mittel, die zwischen dem Rotor und dem Sonnenrad des Planetenradmechanismus angeordnet sind, wobei der Rotor, das Sonnenrad und das drehzahlreduzierende Mittel alle koaxial angeordnet sind.
Wenn das drehzahlreduzierende Mittel auf diese Weise vorgesehen ist, wird die Drehzahl des Rotors des Antriebsmittels reduziert und zum Sonnenrad übertragen, wodurch das Antriebsdrehmoment des Antriebsmittels verkleinert wird und der Phasensteuerungsvorgang mit Genauigkeit durchgeführt werden kann.
In einer anderen bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das drehzahlreduzierende Mittel in einer axialen Richtung bewegbar und umfaßt ein Gleit element, das so angeordnet ist, daß es in das Zentrum des Rotors eindringt, wobei das Gleitelement und ein entsprechender Abschnitt des Rotors jeweils mit Vorschubgewinden versehen sind, um eine Drehung des Rotors in eine Axialbewegung des Gleitelements umzuwandeln, das Sonnenrad mit dem Gleitelement verbunden ist und ein Schrägstirnrad umfaßt, um die Axialbewegung in eine Rotation umzuwandeln, und die Vorschubgewinde und das Schrägstirnrad jeweils solche Steigungswinkel aufweisen, daß eine Drehzahl des Rotors reduziert wird und an den Planetenmechanismus übertragen wird.
In der Ausführungsform, in welcher das drehzahlreduzierende Mittel vorgesehen ist, sind die Steigungswinkel der Vorschubgewinde bevorzugt so vorgesehen, daß sie kleiner sind der des Schrägstirnrads, und auch so, daß sie kleiner oder gleich den Steigungswinkeln sind, bei denen eine Drehkraft, die einer Schubkraft entspricht, und eine Reibungskraft sich gegenseitig ausgleichen.
Der obigen Ausführungsform gemäß wird die Drehzahl des Rotors reduziert und an den Planetenradmechanismus übertragen, da die Steigungswinkel der Vorschubgewinde kleiner sind als der des Schrägstirnrads. Wenn das Antriebsmittel stillsteht, kann der Rotor zudem durch die Reibungskraft der Vorschubgewinde gegen die Reaktionskraft vom Abtriebsglied festgehalten werden.
In einer anderen bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfaßt Vorrichtung darüber hinaus einen Sekundärplanetenradmechanismus, der zwischen dem Planetenradmechanismus und dem Antriebsmittel angeordnet ist, um die Drehzahl des Rotors des Antriebsmittels zu reduzieren und die reduzierte Drehzahl an das Sonnenrad des Planetenradmechanismus zu übertragen.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfaßt die Vorrichtung außerdem Kupplungsmittel, um zwischen einem ersten Zustand und einem zweiten Zustand zu verschieben, wobei der erste Zustand der ist, in dem die Drehung der zwei Glieder des Antriebsmittels relativ zueinander zugelassen wird, und der zweite Zustand der ist, in dem die Drehung der zwei Glieder des Antriebsmittels relativ zueinander nicht zugelassen wird, wobei diese Kupplungsmittel so betrieben werden, daß die zwei Glieder des Antriebsmittels im zweiten Zustand sind, wenn das Antriebsmittel stillsteht.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann die Vorrichtung zur Steuerung der Ventileinstellung des Ventiltriebs der Brennkraftmaschine verwendet werden. In dieser Ausführungsform ist das Antriebsglied eine Riemenscheibe, die durch ein Übertragungselement mit einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine verbunden ist, das Abtriebsglied ist eine Nockenwelle zur Ventileinstellung, die Riemenscheibe und die Nockenwelle sind koaxial angeordnet, um relativ zur feststehenden Seite, die ein Brennkraftmaschinenkörper ist, drehbar zu sein, und eines der zwei Glieder des Antriebsmittels ist am Brennkraftmaschinenkörper befestigt.
Der obigen Ausführungsform gemäß kann die Ventileinstellung geändert werden, indem die Drehphase der Nockenwelle verschoben wird. Zudem kann die Vorrichtung zur Steuerung einer Drehphase in einen kleinen Raum am Ende der Nockenwelle eingebaut werden. Da das eine Glied des Antriebsmittels am Brennkraftmaschinenkörper befestigt ist, wird der Gewichtsanteil des Antriebsmittels usw., der am Ende der Nockenwelle zu installieren ist, vom Brennkraftmaschinenkörper getragen. Infolgedessen wird keine große Last auf die Nockenwelle angelegt, und die Nockenwelle kann dadurch reibungslos betrieben werden.
In der Ausführungsform, in der die Vorrichtung im Ventiltrieb der Brennkraftmaschine verwendet wird, ist die Riemenscheibe bevorzugt mit dem Zahnkranz des Planetenradmechanismus verbunden, und die Nockenwelle ist mit dem Planetenträger des Planetenradmechanismus verbunden.
Im Ventiltrieb der Brennkraftmaschine muß die Nockenwelle so betrieben werden, daß sie relativ zur Kurbelwelle mit einer konstanten Übersetzung ins Langsame gedreht wird. In der obigen Ausführungsform wird die Drehzahl daher zwischen der Riemenscheibe und der Nockenwelle reduziert. Deshalb kann die Übersetzung ins Langsame von der Kurbelwelle zur Riemenscheibe klein sein, und der Durchmesser der Riemenscheibe kann daher klein sein.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Antriebsmittel ein Elektromotor, und die zwei Glieder des Antriebsmittels sind ein Stator mit Spulen zum Erzeugen eines Magnetfelds und ein Rotor mit einem Permanentmagnet, wobei dieser Stator auf der feststehenden Seite befestigt ist.
In der obigen Ausführungsform wird die Drehphase des Abtriebsglieds durch den Elektromotor gesteuert.
In der Ausführungsform ist der Elektromotor bevorzugt ein Schrittmotor, dessen Rotor durch das drehzahlreduzierende Mittel mit dem Sonnenrad des Planetenradmechanismus verbunden ist. In diesem Fall kann der Phasenverschiebungswinkel des Abtriebsglieds klein sein, um einem Schritt des Schrittmotors zu entsprechen, und die Auflösung kann erhöht werden. Der erfindungsgemäße Schrittmotor wird als ein Motor definiert, der schrittweise betrieben wird, einschließlich eines Schrittmotors, bürstenlosen Gleichstrommotors und ähnliches.
In einer anderen bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Antriebsmittel ein Hydromotor, und die zwei Glieder des Antriebsmittels sind ein Gehäuseelement, das eine darin enthaltene hydraulische Kammer aufweist, und ein Rotor, der im Gehäuseelement angeordnet ist.
Die obigen und andere Aufgaben und Merkmale der Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung hervor, Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen, die bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung veranschaulichen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine schematische Ansicht einer Vorrichtung zur Steuerung einer Drehphase gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
2 ist eine schematische Ansicht eines Planetenradmechanismus der Vorrichtung zur Steuerung einer Drehphase;
3 ist eine Schnittansicht der Vorrichtung zur Steuerung einer Drehphase gemäß der ersten Ausführungsform;
4 ist eine Vorderansicht eines Elektromotors, der das Antriebsmittel zum Verschieben einer Drehphase ist;
5 ist eine Ansicht, die das Vorschubgewinde eines Gleitelements zeigt, welches das drehzahlreduzierende Mittel ist, den Steigungswinkel eines Sonnenrads usw.;
6 ist eine Ansicht, die eine Drehkraft zeigt, die einer Schubkraft entspricht, und eine Reibungskraft, die beide an das Gewinde des Gleitelements angelegt werden;
7 ist eine schematische Ansicht einer Vorrichtung zur Steuerung einer Drehphase gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
8 ist eine schematische Ansicht eines Planetenradmechanismus der Vorrichtung zur Steuerung einer Drehphase in 7;
9 ist eine Schnittansicht einer Vorrichtung zur Steuerung einer Drehphase gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
10 ist eine partiell vergrößerte Schnittansicht der Vorrichtung zur Steuerung einer Drehphase in 9;
11 ist eine Ansicht, die einen Planetenradmechanismus in der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
12 ist eine Vorderansicht eines Elektromotors;
13 ist eine Ansicht, die das Vorschubgewinde eines Gleitelements und den Steigungswinkel eines Sonnenrads in der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
14 ist eine Schnittansicht einer Vorrichtung zur Steuerung einer Drehphase gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
15 ist eine Ansicht, die das Vorschubgewinde eines Gleitelements und den Steigungswinkel eines Sonnenrads in dem Fall zeigt, in dem eine Vor richtung zur Steuerung einer Drehphase gemäß einer fünften Ausführungsform der Erfindung auf der Auspuffseite einer Brennkraftmaschine mit doppelter obenliegender Nockenwelle angewandt wird;
16 ist eine Ansicht, die ein Beispiel der Ventileinstellung eines Ansaugventils und eines Auspuffventils zeigt; und
17 ist eine partiell vergrößerte Schnittansicht einer Vorrichtung zur Steuerung einer Drehphase gemäß einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Nachstehend werden die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung Bezug nehmend auf die Zeichnungen beschrieben.
Zuerst wird eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung Bezug nehmend auf 1–6 beschrieben.
1 ist eine schematische Ansicht einer Vorrichtung zur Steuerung einer Drehphase gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung. In der Ausführungsform, die in 1 gezeigt wird, wird die Vorrichtung zur Steuerung einer Drehachse auf eine variable Ventileinstellungsvorrichtung angewandt, die im Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine installiert ist. Ein Bezugszeichen 1 bezeichnet eine Nockenwelle, die auf drehbare Weise von einem Brennkraftmaschinenkörper (nicht gezeigt) getragen wird und Ansaug- und Auspuffventile 2 betätigt, um diese zu öffnen und zu schließen. Eine Nockenwellenriemenscheibe 3, die eine Steuerriemenscheibe oder eine gezahnte Riemenscheibe ist, ist um das Ende der Nockenwelle 1 herum angeordnet und durch einen Steuerriemen 6 mit einer Kurbelwellenriemenscheibe 5 verbunden, die am Ende der Kurbelwelle 4 angebracht ist. In dieser Ausführungsform entspricht die Nockenwelle 1 einem Abtriebsglied, und die Nockenwellenriemenscheibe 3 entspricht einem Antriebsglied.
Ein Planetenradmechanismus 10 und ein Elektromotor 20, der ein Antriebsmittel zur Phasenverschiebung ist, sind an einem Ende der Nockenwelle 1 koaxial zur Nockenwelle 1 und zur Nockenwellenriemenscheibe 3 angeordnet.
Wie in 2 gezeigt, umfaßt der Planetenradmechanismus 10 ein Sonnenrad 11, einen Planetenträger 12 (nachstehend Träger genannt), der eine Vielzahl von Planetenrädern 13 trägt, und einen Zahnkranz 14. Diese drei Komponenten, das Sonnenrad 11, der Träger 12 und der Zahnkranz 14 sind auf drehbare Weise koaxial zueinander angeordnet. Die Nockenwellenriemenscheibe 3 ist mit dem Zahnkranz 14 verbunden, und der Zahnkranz 12 ist am Ende der Nockenwelle 1 befestigt.
Der Elektromotor 20 umfaßt einen Stator 21 und einen Rotor 23. Der Stator 21 ist am Brennkraftmaschinenkörper angebracht, und der Rotor 23 ist durch einen drehzahlreduzierenden Mechanismus mit einem Sonnenrad 11 des Planetenradmechanismus 10 verbunden. In dieser Ausführungsform umfaßt der drehzahlreduzierende Mechanismus ein Gleitelement 30, das entlang der Axialrichtung bewegbar ist, und das Sonnenrad 11 ist mit dem Gleitelement 30 verbunden. Wie nachstehend ausführlich beschrieben, wird die Drehbewegung des Rotors 23 durch Vorschubgewinde 31 und 32, die am Rotor 23 und am Gleitelement 30 vorgesehen sind, in eine Bewegung des Gleitelements 30 in die axiale Richtung umgewandelt. Dann wird die Axialbewegung des Gleitelements 30 in eine Drehung umgewandelt und durch ein Schrägstirnrad, das auf dem Sonnenrad 11 vorgesehen ist, zum Planetenradmechanismus 10 übertragen.
Die Vorrichtung zur Steuerung einer Drehphase wird Bezug nehmend auf 3 und 4 ausführlich beschrieben. Der Träger 12 des Planetenradmechanismus 10 ist mit einer integralen Rückwand 12a versehen, die so geformt ist, daß sie auf das vordere Ende der Nockenwelle 1 paßt, mit einer Vielzahl von vorspringenden Abschnitten 12b, die auf ihrem Umfang geformt sind, und mit einer Buchse 12c, die auf dem Innenumfang der Rückwand 12a geformt ist und sich zur Vorderseite hin erstreckt. In der Rückwand 12a und in der Buchse 12c ist eine Durchgangsbohrung 12d geformt. In die Durchgangsbohrung 12d dringt ein gewindeter Wellenkörper 15 ein, und ein vorderer Gewindeabschnitt 15a des Wellenkörpers 15 steht mit einer Gewindebohrung 16 im Gewindeeingriff, die in der Nockenwelle 1 geformt ist. Dadurch wird der Wellenkörper 15 zusammen mit dem Träger 12 an der Nockenwelle 1 befestigt. Die vorspringenden Abschnitte 12b des Trägers 12 tragen die Planetenräder 13 auf drehbare Weise.
Der Zahnkranz 14 und die Nockenwellenriemenscheibe 3 sind fest miteinander verbunden, und ein innerer zylindrischer Abschnitt 17a, der von der Nockenwelle 1 getragen wird, ist zudem mit dem Zahnkranz 14 und der Nockenwellenriemenscheibe 3 fest verbunden. Das heißt, ein zylindrisches Element 17, das einen bestimmten Durchmesser aufweist, ist mit der Nockenwellenriemenscheibe 3 versehen, die an seinem Außenumfang geformt ist, dem Zahnkranz 13, der auf dem Innenumfang seiner Vorderseite geformt ist, und dem inneren zylindrischen Abschnitt 17a, der eine Verbindungswand 17b aufweist. Der innere zylindrische Abschnitt 17a des zylindrischen Elements 17 wird durch ein Lager 18 sowohl von der Nockenwelle 1 als auch vom Träger 12 getragen, der an der Nockenwelle 1 befestigt ist.
Der Elektromotor 20 ist zum Beispiel ein Schrittmotor, der einen Stator 22 umfaßt, auf dem Statorspulen zum Erzeugen eines Magnetfelds gewickelt sind, und einen Rotor 23, der Permanentmagnete 24 aufweist. Der Stator 22 ist in einem ringförmigen Gehäuse 25 befestigt, und eine Halterung 26, die mit dem Gehäuse 25 aus einem Stück geformt ist, ist am Brennkraftmaschinenkörper befestigt.
Der Rotor 23 ist in einer inneren Seite des Stators 21 eingebaut. Der Wellenkörper 15 und die Buchse 12c dringen in das Zentrum des Rotors 23 ein, und die vorderen Enden sowohl des Wellenkörpers 15 als auch der Buchse 12c werden durch ein Lager 27 vom Gehäuse 25 getragen.
Ein zylindrisches Führungselement 35 ist auf dem Außenumfang der Buchse 12c angeordnet, und ein zylindrisches Gleitelement 30 ist auf dem Außenumfang des Führungselements 35 angeordnet. Das Führungselement 35 ist am Gehäuse 25 angebracht und dadurch am Brennkraftmaschinenkörper befestigt. Keilprofile 36 oder Kerbverzahnungen sind auf entsprechende Weise in einer axialen Richtung auf dem Außenumfang des Führungselements 35 und auf dem Innenumfang des Gleitelements 30 geformt. Durch den Eingriff der Keilprofile 36 beider Elemente 30 und 35 ist das Gleitelement 30 in der Lage, sich in der Axialrichtung zu verschieben, unter der Bedingung, daß seine Drehung nicht zugelassen wird.
Der vordere Abschnitt des Gleitelements 30 ist im Zentrum des Elektromotors 20 angeordnet, und ein Vorschubgewinde 31 wie ein spiralförmiges Keilprofil ist auf dem Außenumfang des vorderen Abschnitts des Gleitelements 30 geformt. Der Rotor 23 ist mit einem Gewinde 32 versehen, das auf seinem Innenumfang geformt ist. Das Gewinde 32 des Rotors 23 steht mit dem Vorschubgewinde 31 des Gleitelements 30 im Eingriff. Zum anderen ist der hintere Abschnitt des Gleitelements 30 im Zentrum des Planetenradmechanismus 10 angeordnet, und das Sonnenrad 11 ist in einem Stück auf dem Außenumfang des hinteren Abschnitts des Gleitelements 30 geformt. Das Sonnenrad 11, die jeweiligen Planetenräder 13, die mit dem Sonnenrad 11 im Eingriff stehen, und der Zahnkranz 14, der mit den Planetenrädern 13 im Eingriff steht, sind alle Schrägstirnräder.
Der Steigungswinkel des Vorschubgewindes 31 ist so vorgesehen, daß er kleiner ist als der des Schrägstirnrads des Sonnenrads 11, so daß die Drehung des Rotors 23 reduziert und zum Planetenradmechanismus 10 übertragen wird. Zudem ist der Steigungswinkel des Vorschubgewindes 31 so vorgesehen, daß er so klein ist, daß er den stillstehenden Zustand des Rotors 23 gegen eine Schubkraft aufrechterhält, die von der Nockenwellenseite auf das Gleitelement 30 angelegt wird, wenn der Motor 20 nicht betrieben wird und steht. Die Details des Aufbaus des Gleitelements 30 usw. werden weiter unten beschrieben.
Der Elektromotor 20 wird von einer Steuerung 40 gesteuert, die in 1 gezeigt wird. Das heißt, die Drehphasen der Nockenwelle 1 werden im voraus so festgelegt, daß den Fahrbedingungen entsprechend optimale Ventileinstellungen erreicht werden können. Die Steuerung 40 regelt den Strom, der an die Statorspule 22 des Motors 20 angelegt wird, derart, daß die Drehphase der Nockenwelle 1 den Fahrbedingungen entsprechend verschoben wird.
Wenn der Elektromotor 20 ein Schrittmotor ist, wird ein Phasenverschiebungsbetrag in eine Schrittzahl umgewandelt, und der Motor wird durch einen Regelvorgang mit offener Schleife gesteuert. Zudem ist ein Kurbelwinkelsensor 41 vorgesehen, um einen Kurbelwellenwinkel der Brennkraftmaschine zu erkennen, und ein Nockenwinkelsensor 42, um einen Nockenwellenwinkel zu erkennen. Die Position des Rotors wird auf der Basis der Phasendifferenz aus den Ausgangssignalen der Sensoren 41 und 42 berechnet. Wenn die Position des Rotors von der abweicht, die auf der Basis der Schrittzahl erhalten wurde, zum Beispiel aufgrund eines Synchronisationsverlustes des Schrittmotors und dergleichen, kann ein Positionskorrekturvorgang oder ein Fehlervorgang ausgeführt werden.
In Betrieb, während eines nicht phasenverschiebenden Betriebs, steht der Elektromotor 20, und das Sonnenrad 11 des Planetenradmechanismus 10 steht still. Infolgedessen rotieren die Nockenwellenriemenscheibe 3, die mit dem Zahnkranz 14 verbunden ist, und die Nockenwelle 1, die mit dem Träger 12 verbunden ist, jeweils mit einem Drehzahlverhältnis, das von der Zahl der Zähne des Sonnenrads 11 und des Zahnkranzes 14 abhängig ist. Das Drehzahlverhältnis ist zudem von einem bestimmten Riemenscheibenverhältnis der Kurbelwellenriemenscheibe 5 und der Nockenwellenriemenscheibe 3 abhängig. Wenn die Brennkraftmaschine ein Viertaktmotor ist, rotiert die Nockenwelle 1 daher mit einem 1/2 Drehzahlverhältnis gegenüber der Kurbelwelle 4.
Während eines phasenverschiebenden Betriebs wird der Rotor 23 des Elektromotors 20 gedreht, die Drehung des Rotors 23 wird durch die Vorschubgewinde 31 und 32 in die Axialbewegung des Gleitelements 30 und des Sonnenrads 11 umgewandelt. Dann wird die Axialbewegung des Elements 30 und des Sonnenrads 11 durch die Schrägstirnräder einschließlich des Sonnenrads 11 usw. in die Drehkraft umgewandelt, so daß die Drehkraft vom Sonnenrad 11 auf die Planetenräder 13 angelegt wird. Dadurch verändert sich das Drehzahlverhältnis zwischen dem Zahnkranz 14 und dem Träger 12 im Vergleich zu dem Zustand, in dem das Sonnenrad 11 stillsteht, wodurch die Drehphase der Nockenwelle 1 verschoben wird, so daß die Ventileinstellung geändert wird.
In der Ausführungsform reduziert der Planetenradmechanismus 10 die Drehzahl so, daß der Drehwinkel in der Phasenverschiebung der Nockenwelle 1 kleiner ist als der, in den die Axialbewegung durch das Sonnenrad umgewandelt wird. Die Drehzahl wird auch zwischen dem Elektromotor 20 und dem Planetenradmechanismus 10 reduziert. Dadurch wird die Antriebskraft des Elektromotors zum Erzeugen der Drehphasenänderung verkleinert, wodurch die Genauigkeit der Drehphasensteuerung verbessert werden kann.
Die Arbeitsweise der Ausführungsform wird nun nachstehend eingehender beschrieben.
Wenn im Planetenradmechanismus 10 das Verhältnis der Zahl der Zähne des Sonnenrads 11 zum Zahnkranz 14 1 : 3 beträgt, wird die Umdrehungszahl des Trägers 12 (oder der Nockenwelle 1) im Vergleich zu der des Zahnkranzes 14 (oder der Nockenwellenriemenscheibe) auf 3/4 reduziert, unter der Bedingung, daß das Sonnenrad 11 stillsteht. Da die Umdrehungszahl der Nockenwelle in einem Viertaktmotor der 1/2 von der der Kurbelwelle entsprechen muß, muß ein Riemenscheibenverhältnis (oder Durchmesser der Kurbelwellenriemenscheibe/Durchmesser der Nockenwellenriemenscheibe) 2/3 betragen. Daher kann diesem Ausführungsbeispiel gemäß der Durchmesser der Nockenwellenriemenscheibe verkleinert werden, da das Riemenscheibenverhältnis (oder Durchmesser der Kurbelwellenriemenscheibe/Durchmesser der Nockenwellenriemenscheibe) in einem konventionellen Motor 1/2 beträgt.
Wenn in diesem Beispiel das Sonnenrad 11 gedreht wird, wird der Phasenwinkel der Nockenwelle um 1/4 des Drehwinkels des Sonnenrads verschoben. Das heißt, wenn das Sonnrad 11 um 4 Grad gedreht wird, wird der Phasenwinkel der Nockenwelle um 1 Grad verschoben.
Wenn i_p ein Planetenradverhältnis ist, das ein Verhältnis des Sonnenrad-Drehwinkels zum Träger-Drehwinkel ist, und θ_p ein erforderlicher Phasenverschiebungswinkel ist, und wenn zum Beispiel i_p gleich 4 und θ₀ gleich 30 Grad ist, ist der Sonnenrad-Drehwinkel gleich θ₀ * i_p = 120°. Da im Beispiel der Ausführungsform das Sonnenrad 11 nicht gedreht, sondern in einer axialen Richtung bewegt wird, muß das Sonnenrad um eine bestimmte Entfernung bewegt werden, die der 120 Grad-Drehung des Sonnenrads entspricht.
Wenn, Bezug nehmend auf 5, D der Durchmesser des Vorschubgewindes 31 des Gleitelements 30 ist, x die Bewegungsweite des Gleitelements 30 ist, und γ_B der Steigungswinkel, der ein Winkel zur Achse vertikal zur axialen Richtung ist, des Sonnenrads 11 ist, wird die Gleichung 1 erhalten. (1) x = n * D * (θ0 * ip/360°)* tanγB
Wenn zum Beispiel D = 20 mm und γ_B = 50° ist und diese Werte und θ₀ * i_p = 120° in die Gleichung 1 eingesetzt werden, ist x = 24,9 (mm), weshalb die Bewegungsweite des Gleitelements 30 so vorzusehen ist, daß diese Bewegungsweite zugelassen wird.
Ein Keilwinkel ist ein Schrägungswinkel zur Nockenwellenrichtung. Die Keilwinkel des Gleitelements 30 und des Elektromotors 20 sind so vorgesehen, daß sie größer sind als der des Sonnenrads 11, wodurch die Drehzahl zwischen dem Elektromotor 20 und dem Planetenradmechanismus 10 reduziert wird. Wenn statt des Keilwinkels ein Steigungswinkel verwendet wird, wird die Drehzahl reduziert, wenn der Steigungswinkel γ_A des Vorschubgewindes 31 kleiner ist als der Steigungswinkel γ_B des Sonnenrads, und ein Schrägstirnradverhältnis i_h, das einem Drehzahlreduktionsverhältnis entspricht, wird durch die Gleichung 2 erhalten. (2) ih = tanγA/tanγB
Die Steigungswinkel γ _A und γ_B werden bevorzugt so gewählt, daß i_h = 10. Das heißt, wenn der Steigungswinkel γ_B des Sonnenrads 11 gleich 50° ist, wird Gleichung 2 gemäß ein Steigungswinkel γ_A des Vorschubgewindes 31 von 6,8° vorgesehen.
Wenn das ein Schrägstirnradverhältnis i_h und das Planetenradverhältnis i_p auf diese Weise vorgesehen werden, beträgt das Übersetzungsverhältnis insgesamt 1 : 40, und die Drehzahl wird so reduziert, daß der Phasenverschiebungswinkel der Nockenwelle 1 1/40 der Drehung des Rotors 23 entspricht. Da die Drehzahl sehr stark reduziert wird, kann ein Elektromotor mit kleinem Drehmoment und hoher Drehzahl auf effektive Weise eingesetzt werden, und die Auflösung der Phasensteuerung kann hoch sein. Wenn zum Beispiel ein Schrittmotor mit einem Schrittwinkel von 1,8° verwendet wird, ist die Auflösung des Kurbelwellenwinkels 0,09° und die des Nockenwellenwinkels 0,045°.
Selbst wenn der Elektromotor 20 steht, wird während des Betriebs der Brennkraftmaschine durch eine Reaktionskraft der Nockenwelle 1 eine Schubkraft auf das Gleitelement 30 angelegt, und eine der Schubkraft entsprechende Drehkraft wird auf den Rotor 23 angelegt. Wenn dabei der Steigungswinkel γ_A des Vorschubgewindes 31 klein genug ist, hält die Reibungskraft den Rotor 23 fest, so daß er nicht durch die Reaktionskraft gedreht wird.
Das heißt, wenn eine Schubkraft P, wie in 6 gezeigt, auf das Gleitelement 30 angelegt wird, ist die Drehkraft, die auf die zylindrische Fläche einer Teilung des Vorschubgewindes 31 angelegt wird, gleich P * sinγ_A, und wenn α ein Schrägungswinkel der Zahnfläche in einem Querschnitt des Vorschubgewindes 31 ist, wird ein vertikale Komponente P_n der auf die Zahnfläche des Vorschubgewindes 31 angelegten Kraft durch die Gleichung 3 erhalten. (3) Pn = P * cosγA * cosα
Wenn μ ein Reibungskoeffizient ist, wird die Reibungskraft folglich durch die Gleichung 4 erhalten. (4) μ * Pn = μ * P * cosγA * cosα
Wenn die Reibungskraft mit der Drehkraft ausgeglichen ist, behält der Rotor 23 einen stillstehenden Zustand bei, und diese Beziehung wird durch die Gleichung 5 ausgedrückt. (5) P * sinγA – μ * P * cosγA * cosα = 0 TanγA = μ * cosα
Da μ allgemein etwa gleich 0,15 ist und α etwa gleich 20° ist, entspricht γ_A etwa 8,0°, und der Rotor 23 wird in einem stillstehenden Zustand gehalten, wenn der Steigungswinkel des Vorschubgewindes 31 kleiner als dieser Wert ist.
Wenn hier der Steigungswinkel γ_A des Vorschubgewindes 31 gleich 6,8° ist, so daß der Steigungswinkel γ_B gleich 50° ist und das Schrägstirnradverhältnis i_h gleich 10 ist, wird die Bedingung für das Halten des Rotors 23 im stillstehenden Zustand erfüllt.
Als nächstes wird eine zweite Ausführungsform der Erfindung Bezug nehmend auf 7 und 8 erläutert. 7 und 8 zeigen eine zweite Ausführungsform der Erfindung. In der zweiten Ausführungsform weist ein Planetenradmechanismus 50 zur Verbindung eines Antriebsglieds mit einem Abtriebsglied den gleichen Aufbau auf wie der in der in der ersten Ausführungsform in 1–4 gezeigte. Das heißt, der Planetenradmechanismus 50 umfaßt ein Sonnenrad 51, einen Träger 52, der eine Vielzahl von Planetenrädern 53 trägt, und einen Zahnkranz 54. Diese drei Komponenten aus Sonnenrad 51, Träger 52 und Zahnkranz 54 sind auf drehbare Weise koaxial zueinander angeordnet.
Die Nockenwellenriemenscheibe 3 ist mit dem Zahnkranz 54 verbunden, und der Träger 52 ist an ein Ende der Nockenwelle 1 befestigt.
In der zweiten Ausführungsform sind das Sonnenrad 51, die Planetenräder 53 und der Zahnkranz 54 alle aus Geradstirnrädern aufgebaut. Zudem ist das Sonnenrad 51 auf drehbare Weise um die Buchse 55c herum vorgesehen, die durch einen Wellenkörper 55 an der Nockenwelle 1 befestigt ist.
Ein Elektromotor 60, der ein Antriebsmittel zur Phasenverschiebung ist, weist denselben Aufbau auf wie der in 1–4 gezeigte und umfaßt einen Stator 61, auf welchem eine Statorspule 62 gewickelt ist, und einen Rotor 63 mit einem Permanentmagnet 64. Der Stator 61 ist zylindrisch geformt und am Gehäuse befestigt, das durch die Halterung am Brennkraftmaschinenkörper angebracht ist.
In der zweiten Ausführungsform ist ein Sekundärplanetenradmechanismus 70 zwischen dem Elektromotor 60 und dem Planetenradmechanismus 50 angeordnet. Auch der Sekundärplanetenradmechanismus 70 umfaßt ein Sonnenrad 71, einen Träger 72, der eine Vielzahl von Planetenrädern 73 trägt, und einen Zahnkranz 74. Das Sonnenrad 71 ist mit dem Rotor 63 verbunden, der Träger 72 ist mit dem Sonnenrad 51 des Planetenradmechanismus 50 verbunden, und der Zahnkranz 74 ist am Brennkraftmaschinenkörper befestigt.
In der zweiten Ausführungsform wird die Drehphase der Nockenwelle 1 durch die Drehung des Rotors 63 des Elektromotors 60 verschoben, und die Drehung des Rotors 63 wird durch den Sekundärplanetenradmechanismus 70 stark reduziert und dann zum Planetenradmechanismus 50 übertragen. Daher kann ein Motor mit kleinem Drehmoment und hoher Drehzahl verwendet werden, wodurch die Genauigkeit der Drehphasensteuerung erhöht werden kann. Zudem können der Motor 20 und die Planetenradmechanismen 50 und 70 auf koaxiale Weise in einen kompakten Raum eingebaut werden. Diese vorteilhaften Wirkungen sind die gleichen wie bei der ersten Ausführungsform.
In der ersten Ausführungsform sind die Steigungswinkel der Vorschubgewinde 31 und 32 so klein vorgesehen, daß der Rotor 23 gegen die Reaktionskraft der Nockenwelle gehalten wird, während der Motor 20 steht. Da aber die zweite Ausführungsform nicht mit solchen Vorschubgewinden versehen ist, ist die zweite Ausführungsform anders aufgebaut. Daher ist in der zweiten Ausführungsform eine elektromagnetische Kupplung (oder ein Kupplungsmittel) 80 am Elektromotor 60 vorgesehen.
Die elektromagnetische Kupplung 80 umfaßt ein Paar Reibplatten 82 und 83, die auf der feststehenden Seite und dem Rotor 63 vorgesehen sind, und ein Solenoid 81, um die Reibplatten 82 und 83 zu verbinden und zu trennen. Wenn der Elektromotor 60 steht, wird das Solenoid betätigt, um die Reibplatten 82 und 83 miteinander zu verbinden, so daß der Rotor 63 im stillstehenden Zustand gehalten wird.
Hier kann die erste Ausführungsform, wo der drehzahlreduzierende Mechanismus den in 1–4 gezeigten Aufbau hat, mit einer elektromagnetischen Kupplung versehen werden, wenn die Reibungswiderstände der Vorschubgewinde 31 und 32 nicht ausreichen, um den Rotor 63 im stillstehenden Zustand zu halten.
Erfindungsgemäß kann anstelle des Elektromotors 20, 60 ein Hydromotor verwendet werden, wovon jedes ein Antriebsmittel zur Phasenverschiebung ist. In dieser Variante umfaßt der Hydromotor ein Gehäuse, das eine Druckkammer definiert, und einen Rotor, der im Inneren des Gehäuses eingebaut ist. Das Gehäuse ist durch eine Halterung mit einem Brennkraftmaschinenkörper verbunden, und der Rotor ist durch einen drehzahlreduzierenden Mechanismus mit dem Sonnenrad 11, 51 des Planetenradmechanismus 10, 50 verbunden, der das Antriebsglied mit dem Abtriebsglied verbindet.
Erfindungsgemäß kann der Rotor direkt mit dem Sonnenrad verbunden sein. In dieser Variante wird bevorzugt ein drehzahlreduzierender Mechanismus, wie in den obigen Ausführungsformen gezeigt, zwischen beiden angeordnet, um das Antriebsdrehmoment des Motors zu verringern und die Genauigkeit der Drehphasensteuerung zu erhöhen.
Erfindungsgemäß kann ein Antriebsglied (oder die Nockenwellenriemenscheibe) mit dem Träger verbunden sein, und ein Abtriebsglied (oder die Nockenwelle) kann mit dem Zahnkranz verbunden sein. Zum anderen ist in den obigen Ausführungsformen das Antriebsglied oder die Nockenwellenriemenscheibe mit dem Zahnkranz verbunden, und das Abtriebsglied oder die Nockenwelle ist mit dem Träger verbunden. Der Durchmesser der Riemenscheibe ist in diesen Ausführungsformen vorteilhafterweise kleiner als der dieser Variante.
Eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird Bezug nehmend auf 9–13 beschrieben.
9 ist eine schematische Ansicht einer Vorrichtung zur Steuerung einer Drehphase gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung. Auch in der Ausführungsform, die in 9 gezeigt wird, wird die Vorrichtung zur Steuerung einer Drehphase auf eine variable Ventileinstellungsvorrichtung angewandt, die im Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine installiert ist. Ein Bezugszeichen 101 bezeichnet eine Nockenwelle, die auf drehbare Weise von einem Brennkraftmaschinenkörper (nicht gezeigt) getragen wird und Ventile betreibt, um diese durch ihre Drehung zu öffnen und zu schließen. Eine Nockenwellenriemenscheibe 102, die eine Steuerriemenscheibe oder eine gezahnte Riemenscheibe ist, ist um das Ende der Nockenwelle 101 herum angeordnet und durch einen Steuerriemen 103 mit einer Kurbelwellenriemenscheibe (nicht gezeigt) verbunden, die am Ende der Kurbelwelle (nicht gezeigt) angebracht ist.
Ein Planetenradmechanismus 110 und ein Elektromotor 130, der ein Antriebsmittel zur Phasenverschiebung ist, sind am Ende der Nockenwelle 101 koaxial zur Nockenwelle 101 und zur Nockenwellenriemenscheibe 102 angeordnet.
Der Planetenradmechanismus 110 umfaßt ein Sonnenrad 111, einen Planetenträger 112 (nachstehend Träger genannt), der eine Vielzahl von Planetenrädern 113 trägt, und einen Zahnkranz 114. Diese drei Komponenten aus Sonnenrad 111, Träger 112 und Zahnkranz 114 sind auf drehbare Weise koaxial zueinander angeordnet. Die Nockenwellenriemenscheibe 102 ist mit dem Zahnkranz 114 verbunden, und der Träger 112 ist am Ende der Nockenwelle 101 befestigt.
Der Elektromotor 130 umfaßt einen Stator 131 und einen Rotor 133. Der Stator 131 ist durch ein Gehäuse 135 und eine Halterung 104 am Brennkraftmaschinenkörper befestigt. Der Rotor 133 ist durch einen drehzahlreduzierenden Mechanismus mit einem Sonnenrad 111 des Planetenradmechanismus 110 verbunden. In dieser Ausführungsform umfaßt der drehzahlreduzierende Mechanismus ein Gleitelement 144, das entlang der Axialrichtung verschiebbar ist, und das Sonnenrad 111 ist mit dem Gleitelement 144 verbunden. Wie nach stehend eingehend beschrieben, wird die Drehung des Rotors 133 in die Bewegung des Gleitelements 144 in der axialen Richtung umgewandelt. Dann wird die Axialbewegung des Gleitelements 144 weiter in eine Drehung umgewandelt und durch Schrägstirnräder, die auf dem Sonnenrad 11 usw. vorgesehen sind, zum Planetenradmechanismus 110 übertragen.
Die Drehphasensteuerung, die auf die variable Ventileinstellungsvorrichtung angewandt wird, wird nun ausführlich beschrieben. Wie in 10 gezeigt, ist der Träger 112 des Planetenradmechanismus 110 mit einer Durchgangsbohrung 116 versehen, die einen Abschnitt 116a mit kleinem Durchmesser und einen Abschnitt 116b mit großem Durchmesser aufweist, die in einer axialen Richtung von vorne nach hinten verlaufen. Der Abschnitt 116b mit großem Durchmesser der Durchgangsbohrung 116 ist auf einem Ende der Nockenwelle 101 angebracht. Der Träger 112 ist um den Abschnitt 116a mit kleinem Durchmesser herum mit einer Vielzahl von Bolzenlöchern 117 versehen. Bolzen 18 sind in die Bolzenlöcher 117 eingeführt und stehen im Gewindeeingriff mit Gewindebohrungen 119, die in der Nockenwelle 101 geformt sind, so daß der Träger 112 mit der Nockenwelle 101 verbunden ist. Daher ist der Träger 112 mit der Nockenwelle 101 verbunden, wobei der Träger 112 auf der Nockenwelle 101 angebracht ist, wodurch der Träger 112 im Zentrum der Nockenwelle 101 angeordnet ist.
Die Bolzenlöcher 117 sind, wie in 11 gezeigt, zwischen den jeweiligen Planetenrädern 113 um den Abschnitt 116a mit kleinem Durchmesser herum angeordnet. Da der Träger 112 mit der Nockenwelle 101 verbunden wird, indem die Zwischenräume zwischen den jeweiligen Planetenrädern 113 genutzt werden, kann zwischen dem Träger 112 und der Nockenelle 101 eine kompakte Verbindung erhalten werden.
Die Nockenwellenriemenscheibe 102 ist auf dem Außenumfang des Trägers 112 angeordnet und wird von der Außenfläche des Trägers 112 durch zwei vordere und hintere Lager 120a und 120b auf drehbare Weise getragen. Der Zahnkranz 114 ist mit dem vorderen Ende der Nockenwellenriemenscheibe 102 fest verbunden, und der Zahnkranz 114 steht mit den Planetenrädern 113 im Eingriff.
Wie in 10 gezeigt, wird das hintere Ende des Zahnkranzes 114 in das vordere Ende der Nockenwellenriemenscheibe 102 eingepaßt, und dann werden die Nockenwellenriemenscheibe 102 und der Zahnkranz 114 durch einen Flansch 121 miteinander verbunden, der auf dem Außenumfang des Zahnkranzes 114 vorgesehen ist. Das heißt, Bolzen 123 werden von der Vorderseite aus in Bolzenlöcher 122 eingeführt, die auf dem Flansch 121 geformt sind, und in Gewindebohrungen 124 geschraubt, die in der Nockenwellenriemenscheibe 102 geformt sind, und dann wird der Zahnkranz 114 fest mit der Nockenwellenriemenscheibe 102 verbunden. Da der Zahnkranz 114 mit der Nockenwellenriemenscheibe 102 verbunden ist, wobei der Zahnkranz 114 in die Nockenwellenriemenscheibe 102 eingepaßt wird, ist der Zahnkranz 114 durch die Nockenwellenriemenscheibe 102 und die Lager 120a und 120b im Zentrum des Trägers 112 angeordnet. Infolgedessen kann der Zahnkranz passend mit den Planetenrädern 113 in Eingriff gebracht werden.
Schultern 126 und 127 sind auf der Innenfläche der Nockenwellenriemenscheibe 102 und der Außenfläche des Trägers 112 geformt. Die Axialbewegung der Lager 120a und 120b wird durch die Schultern 126 und 127, den Endbereich 114a des Zahnkranzes 114 und Scheiben (Zwischenglieder) 128 eingeschränkt, die durch die Bolzen 118 miteinander verbunden sind. Das heißt, die Schulter 126 steht am hinteren Ende des Trägers 112 vor, und die Schulter 127 steht in der Mitte der Richtung von vorne nach hinten der Nockenwellenriemenscheibe 102 vor. Das hintere Lager 120b ist zwischen diesen Schultern 126 und 127 angeordnet, wodurch die Axialbewegung des Lagers 120b eingeschränkt wird. Das vordere Lager 120a ist zwischen der Schulter 127, dem Endabschnitt 114a des Zahnkranzes 114 und den Scheiben 128 angeordnet, wodurch auch die Axialbewegung des Lagers 120a eingeschränkt wird.
Ein Verschlußelement 157 ist in die Innenfläche des vorderen Endes (Verbindungsabschnitt) 114b des Zahnkranzes 114 eingepaßt, und das hintere Ende des Elektromotors 130 ist in die innere Seite des Verschlußelements 157 eingepaßt.
Der Elektromotor 130 umfaßt einen Stator 131, auf dem Statorspulen 132 zum Erzeugen eines Magnetfelds gewickelt sind, und einen Rotor 133 mit Permanentmagneten 134. Der Stator 131, der ringförmig ist, ist durch Bolzen und dergleichen an ein Gehäuse 135 befestigt, das durch eine Halterung 104 mit dem Brennkraftmaschinenkörper verbunden ist. Wie in 12 gezeigt, sind drei Hallsche Elemente 155a–155c zwischen den benachbarten Statorspulen 132 an geordnet. Die Hallschen Elemente 155a–155c erkennen die Magnetpole der Permanentmagnete 134, die zusammen mit dem Rotor 133 rotieren. Der Drehwinkel des Rotors 133 wird daher durch die Hallschen Elemente 155a–155c erkannt, die die Magnetpole der Magnete 134 aufeinanderfolgend erkennen.
Der Rotor 133 ist in einer inneren Seite des Stator 131 eingebaut. Das vordere und hintere Ende des Rotors 133 ist jeweils durch Drucklager 137a und 137b mit dem Gehäuse 135 und dem Träger 112 verbunden, so daß der Rotor 133 auf drehbare Weise auf der Innenumfangsseite des Stators 131 getragen wird.
Wie in 10 gezeigt, ist der Rotor 133 mit integrierten Lagertragabschnitten 133a und 133b für die Lager 137a und 137b versehen. Die Tragabschnitte 133a und 133b umfassen jeweils Tragflächen 138 zum Tragen der Lager 137a und 137b. Der Träger 112 und das Gehäuse 135 sind jeweils mit einer Scheibe 136 und einem Ringelement 139 versehen, die beide als Tragabschnitte für die Lager 137a und 137b wirken. Die Scheibe 136 und das Ringelement 139 umfassen Innenumfangstragelemente 136a und 139a für die Lager 137a und 137b. Das heißt, die jeweiligen Lager 137a und 137b werden getragen, wobei die Lager in die Tragflächen und -elemente 138 und 136a und 139b eingepaßt sind, wodurch der Rotor 133 durch die Lager 137a und 137b in seinem Zentrum angeordnet ist. Dadurch kann ein geeigneter Luftspalt zwischen dem Stator 131 und den Permanentmagneten 134 erhalten werden.
Das Ringelement 139 ist durch einen Druckstift oder ähnliches am Gehäuse 135 befestigt. Die Scheibe 136 wird durch Druckpassung an den Tragwellen der Planetenräder 113 am Träger 112 befestigt. Dadurch wird der Rotor 133 mit hoher Präzision an seinem Zentrum angeordnet. Um eine Streuung der magnetischen Kraftlinien zu vermeiden, sind der Tragabschnitt 133a und 133b des Rotors 133, die Scheibe 136, das Ringelement 139 usw. aus einem nichtmagnetischen Material wie z. B. Aluminium hergestellt.
Wie in 9 gezeigt, dringt ein Wellenkörper 142 in den Rotor 133 ein und ist koaxial zur Nockenwelle 101 angeordnet. Das vordere Ende des Wellenkörpers 142 wird vom Gehäuse 135 getragen, und das hintere Ende des Wellenkörpers 142 dringt durch die Durchgangsbohrung 116 in den Träger 112 ein und wird von der Nockenwelle 101 getragen. Das heißt, das Gehäuse 135 ist mit der Durchgangsbohrung 151 versehen, die einen Abschnitt 151a mit größerem Durch messer und einen Abschnitt 151b mit kleinerem Durchmesser aufweist, und der Wellenkörper 142 ist in die Durchgangsbohrung 151 eingeführt. Der Wellenkörper 142 ist an seinem vorderen Abschnitt mit einem Bund 143 versehen, und der Bund 143 ist in den Abschnitt 151a mit größerem Durchmesser eingeführt. Reibplatten 152 sind jeweils auf der vorderen und hinteren Seite des Bunds 143 angeordnet. Eine Abdeckplatte 153 ist auf dem vorderen Ende des Gehäuses 135 angebracht. Der Bund 143 wird durch die Reibplatten 152 zwischen der Abdeckplatte 153 und dem Gehäuse 135 eingeklemmt, so daß die Drehung des vorderen Endes des Wellenkörpers 142 relativ zum Gehäuse 135 verhindert wird. Demgegenüber ist das hintere Ende des Wellenkörpers 142 in den Aussparungsabschnitt 101a eingeführt und wird durch eine Buchse 154 getragen, so daß es relativ zur Nockenwelle 101 rotiert.
Das vordere Ende des Wellenkörpers 142 ragt durch eine Öffnung 153 der Abdeckplatte 153 heraus, und der vorspringende Abschnitt des Wellenkörpers 142 wirkt als Öleinlaßabschnitt. Das heißt, der Wellenkörper 142 ist mit einem Durchgang 142a darin versehen, um einem Abschnitt zwischen dem Wellenkörper 142 und dem Gleitelement 144 und/oder einem Abschnitt zwischen den Wellenkörper 142 und der Buchse 154 Schmieröl zuzuführen. Das Schmieröl wird durch den Öleinlaßabschnitt dem Durchgang 142a zugeführt.
Das zylindrische Gleitelement 144 ist auf dem Außenumfang des Wellenkörpers 142 angeordnet. Keilprofile 145 oder Kerbverzahnungen sind auf entsprechende Weise in einer axialen Richtung auf dem Außenumfang des Wellenkörpers 142 und dem Innenumfang des Gleitelements 144 geformt. Durch den Eingriff der Keilprofile 145 ist das Gleitelement 144 in der Lage, sich in der axialen Richtung oder in der Richtung nach vorne und hinten zu bewegen, unter der Bedingung, daß seine Drehung nicht zugelassen wird.
Ein Vorschubgewinde 146 wie z. B. ein spiralförmiges Keilprofil ist auf dem Außenumfang des vorderen Abschnitts des Gleitelements 144 geformt. Der Rotor 133 ist mit einem Gewinde 147 versehen, das auf seinem Innenumfang geformt ist. Der hintere Abschnitt des Gleitelements 144 ist zum anderen im Zentrum des Planetenradmechanismus 110 angeordnet, und das Sonnenrad 111 ist in einem Stück auf dem Außenumfang des hinteren Abschnitts des Gleitelements 144 geformt. Das Sonnenrad 111, die jeweiligen Planetenräder 113, die mit dem Sonnenrad 111 im Eingriff stehen, und der Zahnkranz 114, der mit den Planetenrädern 113 im Eingriff steht, sind alle Schrägstirnräder.
Wie in 13 gezeigt, ist im Gleitelement 144 der Schrägungswinkel einer Spiralnut oder der Steigungswinkel α des Vorschubgewindes 146, der ein Winkel zur Achse vertikal zur Axialrichtung des Gleitelements 144 ist, so vorgesehen, daß er kleiner ist als der Schrägungswinkel einer Spiralnut oder der Steigungswinkel β des Sonnenrads 111. Daher wird die Drehung des Rotors 133 reduziert und zum Planetenradmechanismus 110 übertragen, und der stillstehende Zustand des Rotors 133 kann gegen eine Schubkraft aufrechterhalten werden, die von der Nockenwellenseite auf das Gleitelement 144 angelegt wird, wenn der Elektromotor 130 nicht betrieben wird und steht.
Der Elektromotor 130 wird durch eine Steuerung (nicht gezeigt) gesteuert, die die Brennkraftmaschine komplett steuert. Das heißt, die Drehphasen der Nockenwelle 101 werden den Fahrbedingungen entsprechend im voraus bestimmt. Und die Steuerung regelt den Strom, der an die Statorspule 132 des Motors 130 angelegt wird, derart, daß die Drehphase der Nockenwelle 101 den Fahrbedingungen entsprechend verschoben wird. Während des Regelvorgangs wird der Drehwinkel des Rotors 133 auf der Basis der Magnetpolerkennung durch die Hallschen Elemente 155a–155c des Elektromotors 130 erhalten. Dadurch wird der aktuelle Nockenwellenwinkel erkannt, und die Drehphase wird angepaßt.
In Betrieb, während eines nicht phasenverschiebenden Betriebs, steht der Elektromotor 130, und das Sonnenrad 111 des Planetenradmechanismus 110 steht still. Dadurch werden die Nockenwellenriemenscheibe 102, der Zahnkranz 114, der mit der Nockenwellenriemenscheibe 102 verbunden ist, und die Nockenwelle 101, die mit dem Träger 112 verbunden ist, alle zusammen mit einem Drehzahlverhältnis gedreht. Das Drehzahlverhältnis ist vom Übersetzungsverhältnis des Zahnkranzes 114 und der Planetenräder 113 abhängig. Das Drehzahlverhältnis ist zudem von einem bestimmten Riemenscheibenverhältnis der Kurbelwellenriemenscheibe und der Nockenwellenriemenscheibe 102 abhängig. Dadurch rotiert die Nockenwelle 101 mit einem vorgegebenen Drehzahlverhältnis zur Kurbelwelle.
Während eines phasenverschiebenden Betriebs wird der Rotor 133 des Elektromotors 130 gedreht, die Drehung des Rotors 133 wird durch die Vorschub gewinde 146 und 147 in die Axialbewegung des Gleitelements 144 und des Sonnenrads 111 umgewandelt. Dann wird die Axialbewegung des Gleitelements 144 und des Sonnenrads 111 durch die Schrägstirnräder einschließlich des Sonnenrads 111 usw. in die Drehkraft umgewandelt, so daß die Drehkraft vom Sonnenrad 111 auf die Planetenräder 113 angelegt wird. Dadurch wird das Drehzahlverhältnis zwischen dem Zahnkranz 114 und dem Träger 112 im Vergleich zu dem Zustand geändert, in dem das Sonnenrad 111 stillsteht, wodurch die Drehphase der Nockenwelle 101 verschoben wird, um die Ventileinstellung zu ändern.
Die Vorrichtung zur Steuerung einer Drehphase der dritten Ausführungsform umfaßt zwei Einheiten, eine erste Einheit und eine zweite Einheit. Die erste Einheit umfaßt die Nockenwellenriemenscheibe 102, den Träger 112 und den Zahnkranz 114, die alle mit der Nockenwelle 101 verbunden und an dieser befestigt sind. Die zweite Einheit umfaßt das Gehäuse 135, den Elektromotor 130, den Wellenkörper 142, das Gleitelement 144 usw.. Der Elektromotor 130, der Wellenkörper 142, das Gleitelement 144 usw. sind am Gehäuse 135 befestigt. Die zweite Einheit ist mit dem Brennkraftmaschinenkörper verbunden und durch die Halterung 104 daran befestigt. Daher werden die erste und die zweite Einheit zuerst zusammengebaut, und dann wird die erste und zweite Einheit jeweils in die Brennkraftmaschine eingebaut.
Beim Zusammenbau der ersten Einheit zum Beispiel wird das Lager 120b, die Nockenwellenriemenscheibe 102, das Lager 120a und die Scheibe 36 nacheinander an den Träger 112 montiert, an den die Planetenräder noch nicht montiert wurden. Danach wird der Zahnkranz 114 eingebaut und an der Nockenwellenriemenscheibe 102 befestigt. Dann werden die Planetenräder 113 und die Scheibe 136 montiert, und dann wird das Lager 137b schließlich montiert. Dadurch wird die erste Einheit erhalten, in welcher die Nockenwellenriemenscheibe 102 und der Zahnkranz 114 auf drehbare Weise außerhalb des Trägers 112 getragen werden, und die Durchgangsbohrung 116 ist vorgesehen, in der das Sonnenrad 111 aufgenommen wird.
Beim Zusammenbau der zweiten Einheit wird zuerst das Ringelement 139, das Lager 137a und der Elektromotor 130 nacheinander an das Gehäuse 135 montiert. Danach wird der Wellenkörper 142 durch die Durchgangsbohrung 151 in das Gehäuse 135 eingeführt, und die Reibplatte 152 und die Abdeckplatte 153 werden angebracht. Dabei wird die Abdeckplatte vorübergehend angebracht. Am Ende wird das Gleitelement 144 in den Wellenkörper 142 eingeführt, und das Vorschubgewinde 146 des Gleitelements 144 wird in das Gewinde 147 des Rotors 133 geschraubt. Dadurch wird die zweite Einheit erhalten.
Wenn die Vorrichtung zur Steuerung einer Drehphase an die Brennkraftmaschine montiert wird, wird zuerst die erste Einheit an die Nockenwelle 101 befestigt. Das heißt, das vordere Ende der Nockenwelle 101 wird in die Durchgangsbohrung 116 des Trägers 112 eingeführt, und die erste Einheit wird an das Ende der Nockenwelle 101 befestigt. Danach wird der Träger 112 durch die Bolzen 118 an die Nockenwelle 101 befestigt.
Nach dem Anbringen der ersten Einheit wird die zweite Einheit an der Nockenwelle 101 und der ersten Einheit angebracht. Das heißt, das vordere Ende (das rechte Ende in 9) des Wellenkörpers 142 wird durch die Durchgangsbohrung 116 des Trägers 112 in den Aussparungsabschnitt 101a der Nockenwelle 101 eingeführt. Und die zweite Einheit wird mit der zweiten Einheit verbunden, wobei die erste Einheit mit den Sonnenrad 111 des Gleitelements 144 mit den Planetenrädern 113 im Eingriff steht. Dabei wird das Verschlußelement 157 im voraus an das vordere Ende des Zahnkranzes 114 angebracht, und bei der Verbindung beider Einheiten wird der Rotor 133 in das Lager 137a und das Verschlußelement 157 eingepaßt. Nach dem Verbinden der zweiten Einheit mit der ersten Einheit wird das Gehäuse 135 an die Halterung 104 befestigt.
Nachdem die erste und zweite Einheit jeweils am Brennkraftmaschinenkörper angebracht wurden, wird die Anfangseinstellung der Drehphase durch Drehen des Rotors 133, der Nockenwellenriemenscheibe 102 und des Wellenkörpers 142 durchgeführt. Dabei sind sowohl der Wellenkörper 142 als auch das Gleitelement 144 in einem Stück relativ zum Gehäuse 135 drehbar, da die Abdeckplatte 153 vom Gehäuse 135 abgenommen wird, so daß der Bund 143 nicht zwischen den Reibplatten 152 eingeklemmt ist. Dadurch kann die Anfangseinstellung der Drehphase anfangs eingestellt werden.
In der dritten Ausführungsform sind eine Vielzahl von länglichen Justierlöchern 156 um die Durchgangsbohrung 151 im Gehäuse 135 vorgesehen. Der Rotor 133 kann mit Werkzeugen usw. gedreht werden, die in die Justierlöcher eingeführt 156 werden.
Nach der Anfangseinstellung der Drehphase wird die Abdeckplatte 153 am Gehäuse 135 befestigt, so daß die Drehung des Wellenkörpers 142 und des Gleitelements 144 relativ zum Gehäuse 135 eingeschränkt wird. Dadurch ist die Anfangseinstellung beendet, und die Montage der Vorrichtung zur Steuerung einer Drehphase ist abgeschlossen.
Da der dritten Ausführungsform gemäß der Planetenradmechanismus 110 verwendet wird, kann die Vorrichtung verkleinert werden.
Zudem ist die Vorrichtung zur Steuerung einer Drehphase aus der ersten Einheit, die die Nockenwellenriemenscheibe 102, den Träger 112, den Zahnkranz 114 usw. umfaßt, und aus der zweiten Einheit aufgebaut, die den Elektromotor 130, den Wellenkörper 142, das Gleitelement 144 usw. umfaßt. Daher kann die Vorrichtung leicht am Brennkraftmaschinenkörper montiert werden, indem die erste und die zweite Einheit miteinander verbunden werden. Infolgedessen kann dieser Ausführungsform gemäß ein kompakter Aufbau der Vorrichtung und eine gute Montierbarkeit erhalten werden.
Auch eine gute Wartbarkeit kann erhalten werden, da die erste und die zweite Einheit jeweils ausgebaut werden können, wenn die Wartung erforderlich ist. Wenn zum Beispiel der Steuerriemen 103 angebracht oder abgenommen werden soll, kann der Riemen 103 leicht an der Nockenwellenriemenscheibe 102 angebracht oder davon abgenommen werden, indem die zweite Einheit angebracht oder abgenommen wird, selbst wenn der Elektromotor so groß ist, daß er ein Hindernis darstellt. Daher weist die Vorrichtung dieser Ausführungsform eine viel bessere Wartbarkeit auf als konventionelle Vorrichtungen, bei denen viele Bauteile nacheinander montiert werden müssen.
Wie oben erläutert, ist in der dritten Ausführungsform der Träger 112 mit der Nockenwelle 101 verbunden, wobei die Nockenwelle 101 in den Träger 112 eingepaßt ist. Doch statt dieses Aufbaus kann der Träger 112 mit der Nockenwelle 101 verbunden sein, wobei die Nockenwelle 101 nur mit dem Träger 112 in Kontakt steht. In dem Fall, daß der Träger 112 mit der Nockenwelle 101 verbunden ist, wobei die Nockenwelle 101 in den Träger 112 eingepaßt ist, wird der Träger 112 in einer axialen Richtung oder in der Richtung von vorne nach hinten länger für den Paßabschnitt der Nockenwelle 101. Durch die Verwendung des längeren Trägers 112 kann eine Vielzahl von Lagern 120a und 120b zum Tragen der Nockenwellenriemenscheibe 102 am Träger 112 in Reihe angeordnet werden. Dadurch kann der Träger 112 leicht im Zentrum angeordnet werden, und ausreichend Lager können angebracht werden.
Als nächstes wird eine vierte Ausführungsform der Erfindung Bezug nehmend auf 14 beschrieben. In der ersten Einheit der dritten Ausführungsform ist die Nockenwellenriemenscheibe 102 auf drehbare Weise auf dem Außenumfang des Trägers 112 vorgesehen, und der Zahnkranz 114 ist mit dem vorderen Ende der Nockenwellenriemenscheibe 102 verbunden. Demgegenüber sind in der vierten Ausführungsform der Zahnkranz 114 und der Träger 112 in der inneren und äußeren Richtung vertauscht. Nur der unterschiedliche Aufbau zwischen der dritten Ausführungsform und der vierten Ausführungsform wird Bezug nehmend auf 14 beschrieben.
Der Zahnkranz 114 ist mit einer integrierten Durchgangsbohrung 160 zur Aufnahme der Nockenwelle versehen. Das vordere Ende der Nockenwelle 101 ist in die hintere Seite der Durchgangsbohrung 160 eingepaßt, und der Zahnkranz 114 ist an der Nockenwelle 101 befestigt. Die Nockenwellenriemenscheibe 102 ist auf dem Außenumfang der Durchgangsbohrung 160 des Zahnkranzes 114 angebracht, und die Nockenwellenriemenscheibe 102 wird auf drehbare Weise durch die Lager 120a und 120b vom Zahnkranz 114 getragen. Zudem ist der Träger 112 mit dem vorderen Ende der Nockenwellenriemenscheibe 102 verbunden, und die Planetenräder 113, die vom Träger 112 getragen werden, stehen mit dem Zahnkranz 114 und dem Sonnenrad 111 im Eingriff.
Der vierten Ausführungsform gemäß steht das Sonnenrad 111 des Planetenradmechanismus 110 während des nicht phasenverschiebenden Betriebs still, während die Nockenwellenriemenscheibe 102, die Planetenräder 113 des Trägers 112, der von der Nockenwellenriemenscheibe 102 getragen wird, und der Zahnkranz 114 alle gedreht werden. Dadurch wird Nockenwelle 101 mit einem bestimmten Übersetzungsverhältnis zur Kurbelwelle gedreht.
Während des phasenverschiebenden Betriebs wird der Rotor 133 des Elektromotors 130 gedreht, und die Drehung des Rotors 133 wird in die Axialbewegung des Gleitelements 144 und des Sonnenrads 111 umgewandelt. Dann wird die Drehkraft vom Sonnenrad 111 auf die Planetenräder 113 angelegt. Dadurch wird das Drehzahlverhältnis des Zahnkranzes 114 zum Träger 112 im Vergleich zu dem Zustand geändert, in dem das Sonnenrad 111 stillsteht, wodurch die Drehphase der Nockenwelle 101 verschoben wird, um die Ventileinstellung zu ändern.
Die in 14 gezeigte Vorrichtung entspricht funktional der in 9 gezeigten. Doch die Vorrichtung in 9 ist größenmäßig oder räumlich vorteilhafter als die in 14. Das heißt, die Lager 120a und 120b und der Träger 112 sind in der Vorrichtung von 14 auf dem Außenumfang des Zahnkranzes 114 vorgesehen, und in der Vorrichtung von 9 ist nur die Nockenwellenriemenscheibe 102 auf dem Außenumfang des Zahnkranzes vorgesehen. Auch wenn das Sonnenrad 111, die Planetenräder 113 und der Zahnkranz 114 in beiden Vorrichtungen gleich aufgebaut sind, ist die Vorrichtung von 9 daher in einer radialen Richtung kleiner als die von 14.
Als nächstes wird eine fünfte Ausführungsform der Erfindung Bezug nehmend auf 9, 13, 15 und 16 beschrieben. Eine Brennkraftmaschine mit doppelter obenliegender Nockenwelle ist mit Ansaugventilen und Auspuffventilen versehen, wobei beide Ventile durch jeweilige Nockenwellen betätigt werden. Falls die Vorrichtung zur Steuerung einer Drehphase auf die Brennkraftmaschine mit doppelter obenliegender Nockenwelle angewandt wird, werden die Vorrichtungen auf die jeweilige Nockenwelle zum Betreiben der Ansaug- und Auspuffventile angewandt.
In der fünften Ausführungsform weist die Vorrichtung zur Steuerung einer Drehphase, die auf die Nockenwelle der Ansaugventile angewandt wird, den in 9 und 13 gezeigten Aufbau auf, und die Vorrichtung, die auf die Nockenwelle der Auspuffventile angewandt wird, weist den in 9 und 15 gezeigten Aufbau auf. In der Vorrichtung auf der Ansaugseite wird eine Anfangseinstellung so durchgeführt, daß das vordere Ende des Gleitelements 144 mit dem Anschlag 135a des Gehäuses 135 in Kontakt steht, wenn die Ansaugventileinstellung maximal verzögert ist, wie in 13 gezeigt. Zum anderen ist die Vorrichtung auf der Auspuffseite, wie in 15 gezeigt, mit einem Sonnenrad 111' und Planetenrädern 113' versehen, die beide einen spiralförmigen Aufbau haben, deren Schrägungswinkel denen von 13 entgegengesetzt sind. In der Vorrichtung auf der Auspuffseite wird eine Anfangseinstellung so durchgeführt, daß das vordere Ende des Gleitelements 144' mit dem Anschlag 135a des Gehäuses 135 in Kontakt steht, wenn die Auspuffventileinstellung maximal verfrüht ist, wie in 15 gezeigt.
Der fünften Ausführungsform gemäß kann eine in 16 gezeigte Überlappungszeit des Auspuffventils und des Ansaugventils im Anfangseinstellungszustand maximal verkürzt werden, wodurch die Kraftstoffverbrennung beim Anlassen des Motors usw. stabilisiert werden kann. Da die jeweiligen Gleitelemente 144 und 144' der Ansaugseite und der Auspuffseite so vorgesehen sind, daß sie mit dem feststehenden Anschlag 135a in Kontakt sind, kann der Abrieb der Gleitelemente 144 und 144' auf vorteilhafte Weise vermieden werden. Das heißt, angenommen, die Gleitelemente 144 und 144' sind so vorgesehen, daß sie in der Anfangseinstellung mit der Nockenwelle (oder der hinteren Seite der Brennkraftmaschine) in Kontakt stehen. In diesem Fall tritt aufgrund der Drehung der Nockenwelle 101 möglicherweise ein Abrieb der Gleitelemente 144 und 144' und der Nockenwelle 101 auf. Dieser Abrieb läßt sich aber durch Verwendung des in 13 und 15 gezeigten Aufbaus vermeiden.
In den Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wird der Elektromotor 130 als Antriebsquelle verwendet. Die Vorrichtung, in welcher die Anfangseinstellung durchgeführt wird, weist eine spezifische vorteilhafte Wirkung auf, wenn der Elektromotor verwendet wird (siehe 13 und 15).
Das heißt, die Überlappungszeit des Ansaugventils und des Auspuffventils muß beim Anlassen oder während des Leerlaufs der Brennkraftmaschine möglichst kurz sein. Daher müssen beim Anlassen oder während des Leerlaufs der Brennkraftmaschine die Anfangseinstellungszustände in den jeweiligen Vorrichtungen zur Steuerung einer Drehphase beibehalten werden. Doch in der auspuffseitigen Vorrichtung, wo die Ventileinstellung im Anfangseinstellungszustand maximal verfrüht ist, neigt das Gleitelement 144' dazu, sich während des Betriebs der Brennkraftmaschine aufgrund der Reaktionskraft der Ventile zur Verzögerungsrichtung hin zu verschieben, und dieses Phänomen muß vermieden werden. Solch eine Verschiebung des Gleitelements 144' kann durch die Vorrichtung zur Steuerung einer Drehphase mit dem Elektromotor 130 sicher vermieden werden, indem der Motor 130 direkt nach dem Anlassen der Brennkraftmaschine betrieben wird. Angenommen, statt des Elektromotors 130 wird ein Hydromotor als Antriebsquelle verwendet. In diesem Fall kann eine solche Verschiebung des Gleitelements 144' nicht vermieden werden, da der hydrau lische Druck eine gewisse Zeit benötigt, um ausreichend anzusteigen. Daher ist es vorteilhaft, in der Vorrichtung, bei der eine Anfangseinstellung erforderlich ist, einen Elektromotor als Antriebsquelle vorzusehen.
Eine sechste Ausführungsform der Erfindung wird Bezug nehmend auf 17 beschrieben. In dieser sechsten Ausführungsform wird statt des Drucklagers 137a ein Kugellager 162 an der vorderen Seite des Rotors 133 verwendet. Dieser Ausführungsform gemäß wird die Bewegung des Rotors 133 in der radialen Richtung durch das Kugellager 162 eingeschränkt. Dadurch kann das Phänomen, daß der Rotor 133 durch die magnetische Kraft der Permanentmagnete 134 in die radiale Richtung angezogen wird und der Rotor 133 nicht in seinem Zentrum angeordnet bleibt, vermieden werden. Zudem kann das Kugellager 162 die Schubkraft einschränken und die axiale Kraft einschließlich der Reaktionskraft der Nockenwelle 101 korrekt aufnehmen. Da der Innenring 163 und der Außenring 164 des Kugellagers 162 zudem jeweils mit dem Gehäuse 135 und mit den Rotor 133 in Kontakt stehen, wird der Rotor 133 dadurch in seinem Zentrum gehalten, das dem Zentrum des Gehäuses 135 entspricht. Infolgedessen kann der Rotor 135 mit höherer Genauigkeit angeordnet werden, und der Abrieb der tragenden Teile kann reduziert werden. Die Zunahme des Reibungsverlusts kann zwischen den Gewinden 146 und 147 reduziert werden. Dadurch kann die Leistung zum Antrieb des Motors usw. verringert werden.
Auch wenn die vorliegende Erfindung Bezug nehmend auf spezifische, bevorzugte Ausführungsformen beschrieben wurde, ist für den Fachmann ersichtlich, daß Modifikationen und Verbesserungen durchgeführt werden können, ohne vom Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Der Umfang der vorliegenden Erfindung wird ausschließlich durch die beigefügten Ansprüche festgelegt.

Claims

Vorrichtung zur Steuerung einer Drehphase, umfassend: ein Antriebsglied (3), das relativ zu einer feststehenden Seite drehbar angeordnet ist; ein Abtriebsglied (1), das koaxial zum Antriebsglied relativ zur feststehenden Seite drehbar Weise angeordnet ist; ein Planetenradmechanismus (10), der koaxial zum Antriebsglied und zum Abtriebsglied angeordnet ist, um das Antriebsglied mit dem Abtriebsglied zu verbinden, wobei dieser Planetenradmechanismus drei Elemente aufweist, die ein Sonnenrad (11), ein Planetenträger (12), der Planetenräder (13) trägt, und ein Zahnkranz (14) sind; Antriebsmittel (20), die mit einem der drei Elemente des Planetenradmechanismus verbunden sind, um eine Drehphase umzuschalten, wobei diese Antriebsmittel zwei Glieder (21, 23) umfassen, die relativ zueinander drehbar sind; und das Antriebsglied oder das Antriebsglied mit dem Zahnkranz verbunden ist, während das andere Antriebsglied oder Abtriebsglied mit dem Planetenträger verbunden ist; dadurch gekennzeichnet, dass die zwei Glieder des Antriebsmittels koaxial zum Planetenradmechanismus (10) angeordnet sind, wobei eines der zwei Glieder (21) an der feststehenden Seite befestigt ist und das andere der zwei Glieder (23) mit dem Zahnkranz (11) verbunden ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das andere Glied des Antriebsmittels ein Rotor ist und diese Vorrichtung außerdem drehzahlreduzierende Mittel umfasst, die zwischen dem Rotor und dem Sonnenrad des Planetenradmechanismus angeordnet sind, wobei dieser Rotor, das Sonnenrad und die drehzahlreduzierenden Mittel alle koaxial angeordnet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei das drehzahlreduzierende Mittel in einer axialen Richtung bewegbar ist und ein Gleitelement umfasst, das so angeordnet ist, dass es in das Zentrum des Rotors eindringt, das Gleitelement und ein entsprechender Abschnitt des Rotors jeweils mit Vorschubgewinden versehen sind, um eine Drehung des Rotors in eine Axialbewegung des Gleitelements umzuwandeln, das Sonnenrad mit dem Gleitelement verbunden ist und ein Schrägstirnrad umfasst, um die Axialbewegung in eine Rotation umzuwandeln, und die Vorschubgewinde und das Schrägstirnrad jeweils solche Steigungswinkel aufweisen, dass eine Drehzahl des Rotors reduziert wird und an den Planetenmechanismus übertragen wird.
Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei die Steigungswinkel des Vorschubgewindes so vorgesehen sind, dass sie kleiner als der des Schrägstirnrads sind und auch so, dass sie kleiner oder gleich den Steigungswinkeln sind, bei denen eine Rotationskraft, die einer Schubkraft entspricht, und eine Reibungskraft sich gegenseitig ausgleichen.
Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Vorrichtung darüber hinaus einen Sekundärplanetenradmechanismus umfasst, der zwischen dem Planetenradmechanismus und dem Antriebsmittel angeordnet ist, um die Drehzahl des Rotors des Antriebsmittels zu reduzieren und die reduzierte Drehzahl an das Sonnenrad des Planetenradmechanismus zu übertragen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1–5, wobei die Vorrichtung außerdem Kupplungsmittel umfasst, um zwischen einem ersten Zustand und einem zweiten Zustand umzuschalten, wobei der erste Zustand der ist, in dem die Drehung der zwei Glieder des Antriebsmittels relativ zueinander zugelassen wird, und der zweite Zustand der ist, in dem die Drehung der zwei Glieder des Antriebsmittels relativ zueinander nicht zugelassen wird, wobei diese Kupplungsmittel so betrieben werden, dass die zwei Glieder des Antriebsmittels im zweiten Zustand sind, wenn das Antriebsmittel gestoppt wird.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1–6, wobei das Antriebsglied eine Riemenscheibe ist, die durch ein Übertragungselement mit einer Kurbelwelle einer Kraftmaschine verbunden ist, das Abtriebselement eine Nockenwelle zur Ventilsteuerung ist, die Riemenscheibe und die Nockenwelle koaxial angeordnet sind, um relativ zur feststehenden Seite, die ein Kraftmaschinenkörper ist, drehbar zu sein, und eines der zwei Glieder des Antriebsmittels am Kraftmaschinenkörper befestigt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei die Riemenscheibe mit dem Zahnkranz des Planetenradmechanismus verbunden ist und die Nockenwelle mit dem Planetenträger des Planetenradmechanismus verbunden ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1–8, wobei das Antriebsmittel ein Elektromotor ist und die zwei Glieder des Antriebsmittels ein Stator mit Spulen zum Erzeugen eines Magnetfelds und ein Rotor mit einem Permanentmagnet sind, wobei dieser Stator an der feststehenden Seite befestigt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 9, wobei der Elektromotor ein Schrittmotor ist, dessen Rotor durch das drehzahlreduzierende Mittel mit dem Sonnenrad des Planetenradmechanismus verbunden ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1–8, wobei das Antriebsmittel ein Hydromotor ist und die zwei Glieder des Antriebsmittels ein Gehäuseelement, das eine darin enthaltene hydraulische Kammer aufweist, und ein Rotor sind, der im Gehäuseelement angeordnet ist.