DE112009001968T5

DE112009001968T5 - Variable Ventilsteuerungseinrichtung

Info

Publication number: DE112009001968T5
Application number: DE112009001968T
Authority: DE
Inventors: Koji Shizuoka Sato; Takahide Shizuoka Saito; Keisuke Shizuoka Kazuno; Akira Shizuoka Yamagata; Yumiko Shizuoka Mineno; Makoto Shizuoka Tokuda
Original assignee: NTN Corp; NTN Toyo Bearing Co Ltd
Current assignee: NTN Corp; Hitachi Astemo Ltd
Priority date: 2008-08-12
Filing date: 2009-08-11
Publication date: 2011-07-14

Abstract

Variable Ventilsteuerungseinrichtung, umfassend eine Nockenwelle zum Ansteuern mindestens eines aus einem Einlassventil und einem Auslassventil eines Motors, einen Zahnkranz, durch den die Drehung des Motors auf die Nockenwelle übertragen wird, wobei die Nockenwelle und der Zahnkranz koaxial zueinander und drehbar bezüglich einander angeordnet sind, einen Elektromotor mit einer koaxial zu der Nockenwelle angeordneten Abtriebswelle, und ein Reduziergetriebe, durch das die Drehung der Abtriebswelle des Elektromotors auf die Nockenwelle übertragen werden kann, wodurch der Öffnungs- und Schließ-Zeitablauf des Ventils geändert werden kann, indem die Winkelposition der Nockenwelle bezüglich des Zahnkranzes geändert wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Reduziergetriebe umfasst: einen exzentrischen Wellenbereich, der an der Abtriebswelle des Elektromotors vorgesehen ist und einen kreisförmigen Querschnitt aufweist, ein mit einer Vielzahl von Nockenbuckeln ausgebildetes Innenzahnrad, die umlaufend in gleichen Abständen angeordnet sind und in eine radial innere Fläche eines zylindrischen Bereichs eines Gehäuses eingearbeitet sind, das einstückig so mit dem Zahnkranz gekoppelt ist, dass...

Description

Technisches Gebiet
Diese Erfindung bezieht sich auf eine variable Ventilsteuerungseinrichtung zum Verändern des Öffnungs- und Schließ-Zeitablaufs von Einlassventilen oder Auslassventilen eines Motors.
Technischer Hintergrund
Variable Ventilsteuerungseinrichtungen werden benutzt, um den Öffnungs- und Schließ-Zeitablauf von Einlassventilen und/oder Auslassventilen eines Automotors gemäß den Betriebsbedingungen des Automobils zu verändern. Viele dieser Vorrichtungen sind hydraulisch und eingerichtet, die Winkelposition einer Nockenwelle zum Ansteuern der Ventile bezüglich des Umlaufs des Motors zu verändern. Hydraulische variable Ventilsteuerungseinrichtungen weisen ein Problem auf, dass der hydraulische Druck dazu tendiert, ungenügend zu sein oder das Ansprechen auf die Steuerung des hydraulischen Drucks dazu tendiert, niedrig zu sein, wenn die Umgebungstemperatur niedrig ist, oder unmittelbar nach dem Start des Motors. Daher werden elektrische variable Ventilsteuerungseinrichtungen vorgeschlagen, in denen ein Elektromotor als Betätigungselement benutzt wird.
Eine solche elektrische variable Ventilsteuerungseinrichtung ist in den 24(a) und 24(b) gezeigt, die eine Nockenwelle 51 zum Ansteuern von Motorventilen enthält, einen Zahnkranz 52, durch den die Drehung des Motors auf die Nockenwelle 51 übertragen wird, wobei die Nockenwelle 51 und der Zahnkranz 52 koaxial zueinander und drehbar bezüglich einander angeordnet sind, einen Elektromotor 53 mit einer koaxial zu der Nockenwelle 51 angeordneten Abtriebswelle 54 und ein Reduziergetriebe 55 und einen Verbindungsmechanismus 56, durch welche die Drehung der Abtriebswelle 54 des Elektromotors 53 auf die Nockenwelle 51 übertragen werden kann, wodurch der Öffnungs- und Schließ-Zeitablauf der Ventile geändert werden kann, indem die Winkelposition der Nockenwelle 51 bezüglich des Zahnkranzes 52 geändert wird (siehe z. B. Patentschrift 1).
Das Reduziergetriebe 55 enthält ein Innenzahnrad 57, das drehbar durch einen exzentrischen Wellenbereich 54a der Abtriebswelle 54 des Elektromotors 53 über ein Lager getragen ist, und ein Außenzahnrad 59, das an einem Gehäuse 58 vorgesehen ist, das einstückig mit dem Zahnkranz 52 ist, wobei ein Teil der Zähne des Innenzahnrads 57 und das Außenzahnrad 59 ineinander greifen. Daher dreht sich, wenn sich die Abtriebswelle 54 bezüglich des Zahnkranzes 52 dreht, das Innenzahnrad 57 um den exzentrischen Wellenbereich 54a. Die Drehung des Innenzahnrads 57 wird auf eine Führungsplatte 60 übertragen, und die Drehung der Führungsplatte 60 wird auf eine Nockenplatte 51a übertragen, die sich übereinstimmend mit der Nockenwelle 51 über einen Verbindungsmechanismus 56 dreht, der die Arme 56a und 56b umfasst, wodurch die Nockenwelle 51 bezüglich des Zahnkranzes 52 gedreht wird.
Dokumente zum Stand der Technik
Patentschriften

Patentschrift 1: Japanische Patentveröffentlichung 2008-57349A

Zusammenfassung der Erfindung
Aufgabe der Erfindung
Die in der Patentschrift 1 offenbarte elektrische variable Ventilsteuerungseinrichtung kann nicht kompakt konstruiert werden, weil der Mechanismus zum Übertragen der Drehung des Elektromotors auf die Nockenwelle das Reduziergetriebe und den Verbindungsmechanismus umfasst und daher kompliziert aufgebaut ist.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine variable Ventilsteuerungseinrichtung zu schaffen, bei der die Drehung des Elektromotors auf die Nockenwelle nur über das Reduziergetriebe übertragen werden kann.
Mittel zum Erfüllen der Aufgabe
Um diese Aufgabe zu erfüllen, schafft die vorliegende Erfindung eine variable Ventilsteuerungseinrichtung, umfassend eine Nockenwelle zum Ansteuern mindestens eines aus einem Einlassventil und einem Auslassventil eines Motors, einen Zahnkranz, durch den die Drehung des Motors auf die Nockenwelle übertragen wird, wobei die Nockenwelle und der Zahnkranz koaxial zueinander und drehbar bezüglich einander angeordnet sind, einen Elektromotor mit einer koaxial zu der Nockenwelle angeordneten Abtriebswelle, und ein Reduziergetriebe, durch das die Drehung der Abtriebswelle des Elektromotors auf die Nockenwelle übertragen werden kann, wodurch der Öffnungs- und Schließ-Zeitablauf des Ventils geändert werden kann, indem die Winkelposition der Nockenwelle bezüglich des Zahnkranzes geändert wird, wobei das Reduziergetriebe umfasst: einen exzentrischen Wellenbereich, der an der Abtriebswelle des Elektromotors vorgesehen ist und einen kreisförmigen Querschnitt aufweist, ein mit einer Vielzahl von Nockenbuckeln ausgebildetes Innenzahnrad, die umlaufend in gleichen Abständen angeordnet sind und in eine radial innere Fläche eines zylindrischen Bereichs eines Gehäuses eingearbeitet sind, das einstückig so mit dem Zahnkranz gekoppelt ist, dass es dem exzentrischen Wellenbereich gegenüber steht, eine Vielzahl von Rollen, die in rollendem Kontakt mit dem Innenzahnrad und einer radial äußeren Fläche des exzentrischen Wellenbereichs gehalten werden, die dem Innenzahnrad gegenüber steht, und eine koaxial zu der Nockenwelle angeordnete Zwischenwelle mit einem mit Fächern ausgebildeten ringförmigen Käfigteil, wobei die Rollen in den jeweiligen Fächern gehalten werden, wobei die jeweiligen Fächer an allen oder einem Teil der umlaufend mit gleichem Abstand angeordneten Punkte an dem ringförmigen Käfigteil vorgesehen sind, wobei die Anzahl der umlaufend mit gleichem Abstand angeordneten Punkte an dem ringförmigen Käfigteil um eins größer oder kleiner ist als die Anzahl der Nockenbuckel, wobei die Form jedes Nockenbuckels für eine Teilung mit der radial äußeren Hüllkurve der Ortskurve der entsprechenden, in den Fächern gehaltenen Rollen übereinstimmt, wenn die Abtriebswelle des Elektromotor gedreht wird, wodurch der Umlauf der Rollen um die Abtriebswelle des Elektromotors auf die Nockenwelle über die Zwischenwelle übertragen wird.
Bei der Anordnung, in der das Reduziergetriebe zum Übertragen der Drehung der Abtriebswelle des Elektromotors auf die Nockenwelle umfasst: einen exzentrischen Wellenbereich, der an der Abtriebswelle des Elektromotors vorgesehen ist und einen kreisförmigen Querschnitt aufweist, ein mit einer Vielzahl von Nockenbuckeln ausgebildetes Innenzahnrad, die umlaufend in gleichen Abständen angeordnet sind und in eine radial innere Fläche eines zylindrischen Bereichs eines Gehäuses eingearbeitet sind, das einstückig so mit dem Zahnkranz gekoppelt ist, dass es dem exzentrischen Wellenbereich gegenüber steht, eine Vielzahl von Rollen, die in rollendem Kontakt mit dem Innenzahnrad und einer radial äußeren Fläche des exzentrischen Wellenbereichs gehalten werden, die dem Innenzahnrad gegenüber steht, und eine koaxial zu der Nockenwelle angeordnete Zwischenwelle mit einem mit Fächern ausgebildeten ringförmigen Käfigteil, wobei die Rollen in den jeweiligen Fächern gehalten werden, wobei die jeweiligen Fächer an allen oder einem Teil der umlaufend mit gleichem Abstand angeordneten Punkte an dem ringförmigen Käfigteil vorgesehen sind, wobei die Anzahl der umlaufend mit gleichem Abstand angeordneten Punkte an dem ringförmigen Käfigteil um eins größer oder kleiner ist als die Anzahl der Nockenbuckel, wobei die Form jedes Nockenbuckels für eine Teilung mit der radial äußeren Hüllkurve der Ortskurve der entsprechenden, in den Fächern gehaltenen Rollen übereinstimmt, wenn die Abtriebswelle des Elektromotor gedreht wird, wodurch der Umlauf der Rollen um die Abtriebswelle des Elektromotors über die Zwischenwelle auf die Nockenwelle übertragen wird, kann die Drehung des Elektromotors auf die Nockenwelle nur über das Reduziergetriebe übertragen werden.
Vorzugsweise weist der exzentrische Wellenbereich der Abtriebswelle des Elektromotors einen Auswuchtbereich zum Einstellen des Gewichtsausgleichs des exzentrischen Wellenbereichs um die Abtriebswelle herum auf. Mit dieser Anordnung ist es möglich, eine ungleiche Drehung des exzentrischen Wellenbereichs aufgrund von Unwucht um die Achse der Abtriebswelle zu reduzieren und dadurch eine Vibration des Reduziergetriebes zu verhindern.
Der Auswuchtbereich kann ein Durchgangsloch sein, das sich axial durch die exzentrische Seite des exzentrischen Wellenbereichs erstreckt.
Wenn ein Wälzlager um den exzentrischen Wellenbereich montiert ist, wobei die Rollen in rollendem Kontakt mit der radial äußeren Fläche des Außenrings des Wälzlagers stehen, kann der Auswuchtbereich ein an dem radial äußeren Bereich an der exzentrischen Seite des exzentrischen Wellenbereichs ausgebildeter Ausschnitt sein.
Der Ausschnitt kann durch eine ebene Fläche definiert sein, die sich entlang einer Sehne des Kreises erstreckt, der den exzentrischen Wellenbereich beschreibt.
Alternativ kann der Ausschnitt ein konkaver Ausschnitt sein.
Vorzugsweise ist der Auswuchtbereich gleichförmig im Querschnittsmaß über die gesamte axiale Länge des exzentrischen Wellenbereichs, sodass der Auswuchtbereich durch Pressen oder Schmieden einfach ausgebildet werden kann.
Vorzugsweise weist jede Rolle Balligkeiten an beiden Enden ihres Rumpfes auf, um Kantenbelastungen an den Rollen sowie Festfressen und Verschleiß der Rollen zu reduzieren, wenn die Rollen in rollendem Kontakt mit der radial äußeren Fläche des exzentrischen Wellenbereichs und dem Innenzahnrad stehen, wodurch eine hohe Übertragungseffizienz erhalten und eine lange Lebensdauer sichergestellt wird.
Eine Vielzahl von winzigen Vertiefungen kann zumindest auf der Oberfläche des Rumpfes jeder Rolle in unregelmäßiger Weise ausgebildet sein, sodass die Oberfläche des Rumpfes eine SK-Zahl als Oberflächenrauheitsparameter von –1,6 oder weniger aufweist. Bei dieser Gestaltung bildet sich ein ausreichender Ölfilm auf der Oberfläche jeder Rolle aus, die in rollendem Kontakt mit der radial äußeren Fläche des exzentrischen Wellenbereichs und dem Innenzahnrad steht, was Festfressen und Verschleiß der Rollkontaktflächen der Rollen verhindert.
Wie in den 23(a) bis 23(c) gezeigt, ist die SK-Zahl als Oberflächenrauheitsparameter ein Wert, der die Beziehung der Amplitudenverteilungskurve der Oberflächenrauheit zur Mittelwertlinie der Oberflächenrauheit angibt, und ist durch die Gleichung (1) definiert:
wobei:
x die Rauheitshöhen angibt; x₀ die mittlere Rauheitshöhe ist; P(x) die Wahrscheinlichkeitsdichtefunktion der Rauheitsamplitude ist; und σ der quadratische Mittelwert der Rauheit ist.
Wie in 23(a) gezeigt, ist, wenn die Anzahl der Spitzen bezüglich der Mittelwertlinie der Oberflächenrauheit größer ist, die SK-Zahl größer als Null; wenn die Anzahl von Spitzen und Tälern gleich ist, wie in 23(b) gezeigt, ist die SK-Zahl gleich Null; und wenn die Anzahl von Tälern größer ist, wie in 23(c) gezeigt, ist die SK-Zahl kleiner als Null. Durch Einstellen des Parameters SK-Zahl auf –1,6 oder weniger, was kleiner als Null ist, ist es daher möglich, einen ausreichenden Ölfilm auf den Rollkontaktflächen der Rollen auszubilden.
Vorzugsweise werden die Rollen einer primären Härtung unterworfen, bei der die Rollen einer Carbonitrierungsbehandlung unterworfen und dann auf eine niedrigere Temperatur als der Umwandlungspunkt A1 abgekühlt, und die Rollen werden dann einer sekundären Härtung unterworfen, bei der die Rollen bei einer niedrigeren Temperatur als die Temperatur der primären Härtung gehärtet werden. Durch diese Wärmebehandlung wird die Größe der austenitischen Kristallkörner der Rollen reduziert, was die Rollermüdungsfestigkeit der Rollen erhöht. Dies ermöglicht es, kürzere Rollen zu verwenden und damit die Größe der gesamten Vorrichtung weiter zu reduzieren und auch die Übertragungseffizienz durch Reduzieren des Reibungsdrehmoments zu verbessern.
Um Festfressen und Verschleiß auf den Rollflächen der Rollen zuverlässiger zu verhindern, werden die Rollen vorzugsweise durch Fett oder Öl mit Hochdruckeigenschaften geschmiert.
Durch Ausbilden einer Schicht mit einem niedrigen Reibungskoeffizienten zumindest auf den Innenflächen der Fächer ist es möglich, Drehmomentverlust aufgrund von Reibungskontakt der Rollen mit den Innenflächen der Fächer zu reduzieren. Die Schicht mit niedrigem Reibungskoeffizienten kann eine Phosphatschicht oder eine Kunstharzschicht sein.
In einer Anordnung weist die Abtriebswelle des Elektromotors einen zylindrischen Bereich auf, ist der exzentrische Wellenbereich am radial äußeren Bereich des zylindrischen Bereichs der Abtriebswelle vorgesehen, ist die Nockenwelle in den zylindrischen Bereich der Abtriebswelle eingefügt, und ist ein Lager, das die Abtriebswelle trägt, zwischen der radial äußeren Fläche der Nockenwelle und dem zylindrischen Bereich der Abtriebswelle montiert. Mit dieser Anordnung ist es möglich, die axiale Gesamtlänge der Abtriebswelle des Elektromotors und der Nockenwelle zu reduzieren und dadurch die axiale Länge der gesamten Vorrichtung zu reduzieren.
Wenn die radial äußere Fläche des am radial äußeren Bereich des zylindrischen Bereichs der Abtriebswelle vorgesehenen exzentrischen Wellenbereichs durch die radial äußere Fläche des Außenrings eines um den exzentrischen Wellenbereich montierten Wälzlagers definiert ist, liegt die axiale Mitte eines die Abtriebswelle tragenden Lagers vorzugsweise innerhalb der Breite des um den exzentrischen Wellenbereich montierten Wälzlagers.
Mit der Anordnung, bei der die Zwischenwelle einen zylindrischen Bereich aufweist, die Abtriebswelle des Elektromotors in den zylindrischen Bereich der Zwischenwelle eingefügt ist und ein die Abtriebswelle tragendes Lager zwischen der radial äußeren Fläche der Abtriebswelle und dem zylindrischen Bereich der Zwischenwelle montiert ist, ist es möglich, die axiale Gesamtlänge der Abtriebswelle des Elektromotors und der Nockenwelle zu reduzieren und dadurch die axiale Länge der gesamten Vorrichtung zu reduzieren.
Wenn ein die Zwischenwelle tragendes Lager auf der radial äußeren Fläche des zylindrischen Bereichs der Zwischenwelle montiert ist, liegt die axiale Mitte des die Abtriebswelle tragenden Lagers vorzugsweise innerhalb der Breite des auf der radial äußeren Fläche des zylindrischen Bereichs der Zwischenwelle montierten Lagers.
Mit einer Anordnung, bei der die radial äußere Fläche des exzentrischen Wellenbereichs, mit der die Rollen in rollendem Kontakt stehen, durch eine radial äußere Fläche eines Außenrings eines um den exzentrischen Wellenbereich montierten Wälzlagers definiert ist, ist es möglich, den Schlupf zwischen den Rollen und der radial äußeren Fläche des exzentrischen Wellenbereichs zu reduzieren.
Mit einer Anordnung, bei der das um den exzentrischen Wellenbereich montierte Rollenlager ein Rollenlager ohne Käfig ist, ist es möglich, eine größere Anzahl von Rollen zu verwenden und dadurch die Belastungsfähigkeit zu erhöhen.
Mit einer Anordnung, bei der das Rollenlager einen durch einen radial äußeren Bereich des exzentrischen Wellenbereichs definierten Innenring aufweist, ist es möglich, die Anzahl von Teilen zu reduzieren.
Durch Ausbilden von Balligkeiten an beiden Enden der Rollen des Rollenlagers ist es möglich, Kantenbelastungen zu verhindern.
Indem die Laufbahnen des Rollenlagers einer Induktionshärtung unterworfen werden, ist es möglich, die Verschleißfestigkeit zu verbessern.
Mit einer Anordnung, in welcher der exzentrische Wellenbereich einen exzentrischen Ring umfasst, der um die Abtriebswelle montiert ist, kann der exzentrische Wellenbereich einfach an der Abtriebswelle vorgesehen sein.
Mit einer Anordnung, in welcher der ringförmige Käfigteil ein sich axial erstreckender kammförmiger Bereich mit einem axial offenen Ende ist und zwischen benachbarten axialen Kammzähnen, die den kammförmigen Bereich bilden und Öffnungen an den distalen Enden der Kammzähne aufweisen, definierte Zwischenräume als die Fächer zum Halten der jeweiligen Rollen dienen, ist es möglich, die Länge des Käfigteils zu reduzieren und dadurch die axiale Länge der gesamten Vorrichtung weiter zu reduzieren. Ebenfalls können mit dieser Anordnung, da die Rollen axial in die jeweiligen Fächer des Käfigteils eingesetzt werden können, die Rollen leicht in den Fächern montiert werden.
Durch Ausbilden von Fasen an beiden Seitenkanten der Öffnung jedes zwischen den benachbarten Kammzähnen definierten Faches können die Rollen leichter in den Fächern montiert werden.
Durch Ausbilden von Hohlkehlen an den Ecken der Fächer an ihren proximalen Enden ist es möglich, die Festigkeit des kammförmigen Käfigteils zu erhöhen.
Mit einer Anordnung, in welcher der zylindrische Bereich des Gehäuses an seinem einen Ende einen sich radial nach innen erstreckenden Flansch aufweist, der axial den Öffnungen der Fächer gegenübersteht, verhindert dieser Flansch, dass sich die Rollen axial von den jeweiligen Fächern trennen.
Der Käfigteil der Zwischenwelle kann aus einem Kunstharzmaterial bestehen, um Schäden an den Rollen aufgrund von gleitendem Kontakt mit den Flächen der Fächer des Käfigteils zu verhindern.
Die Zwischenwelle mit dem Käfigteil kann durch Pressen eines Metallblechs ausgebildet werden, sodass die Zwischenwelle bei niedrigen Kosten gefertigt werden kann.
Vorzugsweise besteht ein Zwischenraum zwischen einem Scheitel jedes Nockenbuckels und der entsprechenden Rolle, während sich die Rolle in Rollkontakt mit der radial äußeren Fläche des exzentrischen Wellenbereichs befindet, um zu verhindern, dass übermäßiger Druck auf die Rollen wirkt, wenn die Rollen an den Scheiteln der Nockenbuckel des Innenzahnrads vorbeigehen.
Der Scheitel jedes Nockenbuckels kann ausgeschnitten sein und dadurch den Zwischenraum zwischen dem Scheitel und der Rolle definieren. Auf diese Weise kann der Zwischenraum einfach ausgebildet sein. Auch ist es durch Ausbilden solcher Ausschnitte möglich, die Form eines Werkzeugs, wie etwa einer Räumnadel zum Ausbilden der Nockenbuckel am Innenzahnrad oder eines Formwerkzeugs zum Ausbilden des Nockenbuckels durch Pressen oder Schmieden, zu vereinfachen. Solche Ausschnitte dienen auch dazu, die Lebensdauer des Werkzeugs zu verlängern, wenn die Nockenbuckel durch Pressen ausgebildet werden.
Der Scheitel jedes Nockenbuckels kann zu einer ebenen Fläche ausgeschnitten sein.
Alternativ kann der Scheitel jedes Nockenbuckels zu einer radial konvexen oder radial konkaven gebogenen Fläche ausgeschnitten sein.
Der Teilbereich des Scheitels jedes Nockenbuckels, der einen Abstand von der Rolle aufweist, kann mit einem stoßabsorbierenden Material beschichtet sein, um Stöße und Schwingungen zu absorbieren, wenn die Rollen mit den Nockenbuckeln kollidieren.
Das Innenzahnrad kann ein von dem zylindrischen Bereich des Gehäuses getrenntes Element sein und fest in die radial innere Fläche des zylindrischen Bereichs des Gehäuses eingepasst sein. Mit dieser Anordnung kann das Innenzahnrad leicht ausgebildet werden.
Die Nockenbuckel des Innenzahnrads können durch Räumen, Pressen oder Gesenkschmieden ausgebildet werden.
Indem die Nockenbuckel des Innenzahnrads einer Induktionshärtung unterworfen werden, ist es möglich, die Festigkeit und Verschleißfestigkeit der Nockenbuckel zu erhöhen.
Mit der Anordnung, bei welcher der Käfigteil der Zwischenwelle elastische Elemente trägt, welche die Rollen in den jeweiligen Fächern von beiden Umfangsseiten her vorspannen, ist es möglich, die Rollen zuverlässig in den jeweiligen Fächern zu halten und dadurch ihr Verhalten zu stabilisieren.
Vorzugsweise sind die elastischen Elemente jeweils in einer der am Umfang gegenüberstehenden Seitenflächen der jeweiligen Fächer des Käfigteils aufgenommen.
Die elastischen Elemente können Schraubenfedern sein.
Vorteile der Erfindung
Bei der variablen Ventilsteuerungseinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung kann die Drehung des Elektromotors auf die Nockenwelle nur über das Reduziergetriebe übertragen werden, da das Reduziergetriebe zum Übertragen der Drehung der Abtriebswelle des Elektromotors auf die Nockenwelle umfasst: einen exzentrischen Wellenbereich, der an der Abtriebswelle des Elektromotors vorgesehen ist und einen kreisförmigen Querschnitt aufweist, ein mit einer Vielzahl von Nockenbuckeln ausgebildetes Innenzahnrad, die umlaufend in gleichen Abständen angeordnet sind und in eine radial innere Fläche eines zylindrischen Bereichs eines Gehäuses eingearbeitet sind, das einstückig so mit dem Zahnkranz gekoppelt ist, dass es dem exzentrischen Wellenbereich gegenüber steht, eine Vielzahl von Rollen, die in rollendem Kontakt mit dem Innenzahnrad und einer radial äußeren Fläche des exzentrischen Wellenbereichs gehalten werden, die dem Innenzahnrad gegenüber steht, und eine koaxial zu der Nockenwelle angeordnete Zwischenwelle mit einem mit Fächern ausgebildeten ringförmigen Käfigteil, wobei die Rollen in den jeweiligen Fächern gehalten werden, wobei die jeweiligen Fächer an allen oder einem Teil der umlaufend mit gleichem Abstand angeordneten Punkte an dem ringförmigen Käfigteil vorgesehen sind, wobei die Anzahl der umlaufend mit gleichem Abstand angeordneten Punkte an dem ringförmigen Käfigteil um eins größer oder kleiner ist als die Anzahl der Nockenbuckel, wobei die Form jedes Nockenbuckels für eine Teilung mit der radial äußeren Hüllkurve der Ortskurve der entsprechenden, in den Fächern gehaltenen Rollen übereinstimmt, wenn die Abtriebswelle des Elektromotors gedreht wird, wodurch der Umlaut der Rollen um die Abtriebswelle des Elektromotors über die Zwischenwelle auf die Nockenwelle übertragen wird. Daher weist die gesamte Vorrichtung eine kompakte Größe auf.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
1 ist eine vertikale Schnittansicht einer variablen Ventilsteuerungseinrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
2 ist eine Schnittansicht entlang der Linie II-II von 1.
3(a) ist eine Vorderansicht einer Rolle von 1; und 3(b) ist eine vergrößerte Abwicklung der Fläche des Rumpfes der Rolle von 3(a).
4 zeigt die Wärmebehandlungsschritte der Rolle der 3(a) und 3(b).
5 ist eine vertikale Schnittansicht einer variablen Ventilsteuerungseinrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
6 ist eine Schnittansicht entlang der Linie VI-VI von 5.
7 ist eine Schnittansicht einer Abwandlung des Ausschnitts von 6.
8 ist eine Schnittansicht eines Reduziergetriebes einer variablen Ventilsteuerungseinrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform.
9 ist eine vergrößerte teilweise Schnittansicht eines Bereichs von 8.
10(a) bzw. 10(b) sind Schnittansichten von Abwandlungen des Ausschnitts am Nockenbuckel von 9.
11(a) ist eine vergrößerte teilweise Schnittansicht von 8; und 11(b) ist eine Ansicht entlang der Linie XIb-XIb von 11(a).
12 ist eine vertikale Schnittansicht einer variablen Ventilsteuerungseinrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
13 ist eine perspektivische Ansicht einer Zwischenwelle mit einem Käfigteil von 12.
14 ist eine vertikale Schnittansicht einer variablen Ventilsteuerungseinrichtung gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
15 ist eine vertikale Schnittansicht einer variablen Ventilsteuerungseinrichtung gemäß einer sechsten Ausführungsform.
16 ist eine vertikale Schnittansicht einer variablen Ventilsteuerungseinrichtung gemäß einer siebenten Ausführungsform.
17 ist eine Schnittansicht entlang der Linie XVII-XVII von 16.
18 ist eine vertikale Schnittansicht einer variablen Ventilsteuerungseinrichtung gemäß einer achten Ausführungsform.
19 ist eine Schnittansicht entlang der Linie XIX-XIX von 18.
20 ist eine vertikale Schnittansicht einer variablen Ventilsteuerungseinrichtung gemäß einer neunten Ausführungsform.
21(a) bzw. 21(b) sind vertikale Schnittansichten von Abwandlungen von 20.
22 ist eine vertikale Schnittansicht einer variablen Ventilsteuerungseinrichtung gemäß einer zehnten Ausführungsform.
Die 23(a) bis 23(c) zeigen die Definition eines SK-Wertes als Oberflächenrauheitsparameter.
24(a) ist eine vertikale Schnittansicht einer herkömmlichen variablen Ventilsteuerungseinrichtung; und 24(b) ist eine Schnittansicht entlang der Linie XXIVb-XXIVb von 24(a).
Ausführungsweise der Erfindung
Die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind mit Bezug auf die Zeichnung beschrieben. Die 1 bis 4 zeigen die erste Ausführungsform. Wie in 1 gezeigt, enthält die variable Ventilsteuerungseinrichtung eine Nockenwelle 1 zum Ansteuern von Einlassventilen (nicht gezeigt) eines Motors und einen Zahnkranz 2, durch den die Drehung des Motors auf die Nockenwelle 1 übertragen wird. Der Zahnkranz 2 ist koaxial zu der Nockenwelle 1 und ist bezüglich dieser drehbar. Die variable Ventilsteuerungseinrichtung enthält weiter einen Elektromotor 3 mit einer koaxial zu der Nockenwelle 51 angeordneten Abtriebswelle 4 und ein Reduziergetriebe 5. Die Drehung der Abtriebswelle 4 des Elektromotors 3 wird über das Reduziergetriebe 5 auf die Nockenwelle 1 übertragen, um die Winkelposition der Nockenwelle 1 bezüglich des Zahnkranzes 2 zu verändern, wodurch der Öffnungs- und Schließ-Zeitablauf der Einlassventile geändert wird.
Wie in den 1 und 2 gezeigt, enthält das Reduziergetriebe 5 einen exzentrischen Wellenbereich 4a, der an der Abtriebswelle 4 des Elektromotors 3 vorgesehen ist und einen kreisförmigen Querschnitt aufweist, ein Wälzlager 6 in Form eines fest um den exzentrischen Wellenbereich 4a montierten Kugellagers, ein an dem Zahnkranz 2 befestigtes Gehäuse 7 mit einem zylindrischen Bereich 7a, und ein getrenntes Innenzahnrad 8 mit einer Vielzahl von Nockenbuckeln 8a, das so in die radial innere Fläche des zylindrischen Bereichs 7a des Gehäuses 7 fest eingepasst ist, dass es zur radial äußeren Fläche des Außenrings 6a des Wälzlagers 6 weist. Eine Vielzahl von Rollen 9 steht in rollendem Kontakt mit der radial äußeren Fläche des Außenrings 6a und wird in jeweiligen Fächern 10a gehalten, die in einem ringförmigen Käfigteil 10b einer Zwischenwelle 10 ausgebildet sind, die koaxial zu der Nockenwelle 1 ist. Die Zwischenwelle 10 ist über Keilverzahnungen mit der Nockenwelle 1 gekoppelt. Später ist beschrieben, wie die Drehung der Abtriebswelle 4 des Elektromotors 3 über die Zwischenwelle 10 auf die Nockenwelle 1 übertragen wird.
Auf der exzentrischen Seite des exzentrischen Wellenbereichs 4a ist ein Durchgangsloch 4b als Auswuchtbereich zum Einstellen des Gewichtsausgleichs des exzentrischen Wellenbereichs 4a um die Achse der Abtriebswelle 4 herum ausgebildet. Das Durchgangsloch 4b ist sowohl im exzentrischen Wellenbereich 4a als auch in der Abtriebswelle 4 ausgebildet und weist über seine gesamte axiale Länge ein gleichmäßiges Querschnittsmaß auf. Die Abtriebswelle 4 des Elektromotors 3 wird durch das Gehäuse 7 über ein Kugellager 12 getragen. Die Zwischenwelle 10 wird am Gehäuse 7 über ein Kugellager 13 und einen zylindrischen Vorsprung des Innenzahnrads 8 getragen.
Die Nockenbuckel 8a des Innenzahnrads 8 werden durch Räumen ausgebildet und werden einer Induktionshärtung unterworfen. Aber die Nockenbuckel 8a können durch Pressen oder Gesenkschmieden ausgebildet werden. Es gibt 29 der umlaufend mit gleichem Abstand angeordneten Nockenbuckel 8a. Es gibt 15 der Fächer 10a, wovon jedes an jedem zweiten der 30 umlaufend mit gleichem Abstand angeordneten Punkte an dem ringförmigen Käfigteil 10b vorgesehen ist. Daher ist die Anzahl der umlaufend mit gleichem Abstand angeordneten Punkte an dem Käfigteil 10b um eins größer als die Anzahl der Nockenbuckel 8a. Die Form jedes Nockenbuckels 8a für eine Teilung stimmt mit der radial äußeren Hüllkurve der Ortskurve der entsprechenden, in den Fächern 10a gehaltenen Rollen 9 überein, wenn die Abtriebswelle 4 gedreht wird.
Wie in 3(a) gezeigt, weist jede Rolle 9 Balligkeiten 9a an beiden Enden des Rumpfes auf. Die Balligkeiten 9a verhindern Kantenbelastungen an der Rolle 9, wenn die Rolle 9 in rollenden Kontakt mit der radial äußeren Fläche des Außenrings 6a und dem Innenzahnrad 8 gebracht wird. Eine Balligkeit 9a kann über die gesamte Länge des Rumpfes vorgesehen sein.
Wie in 3(b) gezeigt, die eine vergrößerte Ansicht ist, sind unzählige winzige Vertiefungen 9b auf der Oberfläche des Rumpfes jeder Rolle in zufälliger Weise ausgebildet, sodass die SK-Zahl, die ein Oberflächenrauheitsparameter ist, der Oberfläche –1,6 oder weniger beträgt. Die Rollen 9 sind durch Öl mit Hochdruckeigenschaften geschmiert. Daher bildet sich ein ausreichender Ölfilm auf den rollenden Flächen der Rollen 9, die in rollenden Kontakt mit der radial äußeren Fläche des Außenrings 6a und dem Innenzahnrad 8 gebracht werden, und verhindert daher Fressen und Abnutzung der rollenden Flächen der Rollen 9.
Die Rollen 9 bestehen aus kohlenstoffreichem Chrom-Lagerstahl SUJ2. Wie in 4 gezeigt, werden die Rollen 9 einer primären Härtung unterworfen, bei der die Rollen einer Carbonitrierungsbehandlung bei der Temperatur T1 unterworfen und dann auf eine niedrigere Temperatur als der Umwandlungspunkt A1 abgekühlt werden; die Rollen werden dann einer sekundären Härtung unterworfen, bei der die Rollen in Öl bei der Temperatur T2 gehärtet werden, die niedriger als T1 ist, und schließlich werden die Rollen getempert. Die Größe der austenitischen Kristallkörner der mikroskopischen Struktur wird so weiter reduziert.
Obwohl dies nicht gezeigt ist, ist der Käfigteil 10b auf seiner Oberfläche einschließlich der Innenflächen der Fächer 10a, in denen die Rollen 9 gehalten sind, mit einer Schicht mit einem niedrigen Reibungskoeffizienten beschichtet, die eine Phosphatschicht ist.
Nun wird beschrieben, wie das Reduziergetriebe 5 die Drehzahl reduziert. Wenn sich die Abtriebswelle 4 im Uhrzeigersinn dreht, wie durch den Pfeil in 2 gezeigt, drehen sich die engsten und breitesten Bereiche A und B des ringförmigen Raums zwischen der radial äußeren Fläche des exzentrischen Außenrings 6a und dem Innenzahnrad 8 ebenfalls im Uhrzeigersinn, während sie voneinander um einen Winkel von 180° getrennt gehalten werden. So verkleinert sich, wenn sich die Abtriebswelle 4 dreht, jeder Bereich auf der rechten Seite des ringförmigen Raums allmählich, während sich jeder Bereich auf der linken Seite des ringförmigen Raums allmählich vergrößert. Folglich bewegen sich die Rollen 9 in der rechten Hälfte des ringförmigen Raums nach unten in 2 und gleichzeitig radial nach außen, während sich die Rollen in der linken Hälfte des ringförmigen Raums nach oben in 2 und gleichzeitig radial nach innen bewegen. Dies bringt den Käfigteil 10b der Zwischenwelle 10, der die Rollen 9 hält, dazu, in derselben Richtung wie die Abtriebswelle 4 gedreht zu werden, d. h. im Uhrzeigersinn.
In dieser Ausführungsform laufen die jeweiligen Rollen 9, da die Anzahl N der oben erwähnten umlaufend mit gleichem Abstand angeordneten Punkte um eins größer ist als die Anzahl der Nockenbuckel 8a, wenn sich die Abtriebswelle 4 einmal dreht, im Uhrzeigersinn um die Achse der Welle 4 um eine Strecke gleich der Teilung zwischen beliebigen benachbarten Nockenbuckeln 8a. Daher ist das Untersetzungsverhältnis zwischen der Abtriebswelle 4 und der Zwischenwelle gleich N. Wenn diese Zahl N um eins kleiner ist als die Anzahl der Nockenbuckel 8a, laufen die jeweiligen Rollen 9 um die Welle Im Gegenuhrzeigersinn um, sodass sich die Zwischenwelle 10 in der entgegengesetzten Richtung zu der Richtung dreht, in die sich die Abtriebswelle 4 dreht.
Die 5 und 6 zeigen die zweite Ausführungsform. Die variable Ventilsteuerungseinrichtung nach dieser Ausführungsform weist im Grunde denselben Aufbau auf wie die erste Ausführungsform und unterscheidet sich davon darin, dass der Auswuchtbereich zum Einstellen des Gewichtsausgleichs des exzentrischen Wellenbereichs um die Achse der Abtriebswelle 4 ein Ausschnitt 4c ist, der an der exzentrischen Seite des exzentrischen Wellenbereichs 4a ausgebildet ist und durch eine flache Fläche definiert ist, die sich entlang einer Sehne des Kreises erstreckt, der den exzentrischen Wellenbereich 4a definiert. Der Ausschnitt 4c weist ein gleichförmiges Querschnittsmaß über seiner gesamten Länge in der axialen Richtung des exzentrischen Wellenbereichs 4a auf. Sonst ist diese Ausführungsform im Aufbau identisch mit der ersten Ausführungsform.
7 zeigt einen anderen Ausschnitt 4c als Auswuchtbereich. Dieser Ausschnitt 4c ist ein konkaver, im radial äußeren Bereich an der exzentrischen Seite des exzentrischen Wellenbereichs 4a ausgebildeter Ausschnitt. Dieser Ausschnitt 4c weist ebenfalls ein gleichförmiges Querschnittsmaß über seiner gesamten Länge in der axialen Richtung des exzentrischen Wellenbereichs 4a auf.
Die 8 bis 11 zeigen die dritte Ausführungsform. Die variable Ventilsteuerungseinrichtung nach dieser Ausführungsform weist im Grunde ebenfalls denselben Aufbau auf wie die erste Ausführungsform und unterscheidet sich davon darin, dass sich, wie in 9 gezeigt, die eine vergrößerte Ansicht ist, jeder Nockenbuckel 8a einen flachen Scheitel aufweist, sodass, wenn die Rollen 9 an den Scheiteln der jeweiligen Nockenbuckel 8a vorbeilaufen, während sie durch die jeweiligen Fächer 10a gehalten werden und in Rollkontakt mit dem Außenring 6a des Wälzlagers 6 gehalten werden, Lücken 5 dazwischen bilden. Dies verhindert übermäßigen Druck, wenn die Rollen 9 an den Scheiteln der jeweiligen Nockenbuckel 8a vorbeilaufen. Der flache Scheitel jedes Nockenbuckels 8a ist mit einem stoßabsorbierenden Material 14 beschichtet, um Stöße und Schwingungen zu absorbieren, wenn die Rollen 9 mit den Nockenbuckeln kollidieren. Das stoßabsorbierende Material 14 kann aus Urethanharz oder synthetischem Gummi bestehen.
Die 10(a) und 10(b) zeigen verschiedene Ausschnittformen des Scheitels jedes Nockenbuckels 8a. 10(a) zeigt einen Scheitel in der Form einer bogenförmigen, radial nach außen konkaven Vertiefung. 10(b) zeigt einen Scheitel in der Form eines bogenförmigen, radial nach innen konvexen Vorsprungs.
In der dritten Ausführungsform sind, wie in den 11(a) und 11(b) gezeigt, die vergrößerte Ansichten sind, jeweils Vertiefungen 15 in den am Umfang gegenüberliegenden inneren Seitenflächen jedes Fachs 10a des Käfigteils 10 der Zwischenwelle 10 ausgebildet. Schraubenfedern 16 als elastische Elemente sind in den jeweiligen Vertiefungen 15 aufgenommen und spannen die Rolle 9 von beiden Umfangsrichtungen her vor. Die Federn 16 halten die Rollen 9 zuverlässig in den jeweiligen Fächern 10a und stabilisieren dadurch ihr Verhalten.
Da sich die Vertiefungen 15 auch an der radial äußeren Seite öffnen, können die Schraubenfedern 16 leicht in den jeweiligen Vertiefungen 15 von radial außen her aufgenommen werden, wobei die Rollen 9 in den jeweiligen Fächern 10a gehalten sind. Bogenförmige Hohlkehlen 15a sind an den radial inneren Ecken jeder Vertiefung 15 ausgebildet, um eine Konzentration von Spannungen zu verhindern. Eine bogenförmige Fase 15b ist entlang der Kante der Öffnung jeder Vertiefung 15 ausgebildet, um Schäden an den Rollen 9 zu vermeiden.
Die 12 und 13 zeigen die vierte Ausführungsform. Die variable Ventilsteuerungseinrichtung nach dieser Ausführungsform weist ebenfalls im Grunde denselben Aufbau auf wie die erste Ausführungsform und unterscheidet sich davon darin, dass, wie in 13 gezeigt, der Käfigteil 10b der Zwischenwelle 10 ein sich axial erstreckender kammartiger Bereich mit einem axial offenen Ende ist. Die zwischen den benachbarten axialen Kammzähnen definierten Zwischenräume mit Öffnungen an den distalen Enden der Kammzähne dienen als die Fächer 10a zum Halten der jeweiligen Rollen 9. Fasen 17 sind an beiden Seitenkanten der Öffnung jedes Fachs 10a ausgebildet. Bogenförmige Hohlkehlen 18 sind an den Ecken der Fächer 10a an ihren proximalen Enden ausgebildet. Wie in 12 gezeigt, weisen die Öffnungen der Fächer 10 zur Innenfläche des Flansches 7b des Gehäuses 7. Daher verhindert der Flansch 7b, dass sich die Rollen 9 axial von den jeweiligen Fächern 10a trennen.
14 zeigt die fünfte Ausführungsform. Die variable Ventilsteuerungseinrichtung nach dieser Ausführungsform weist im Grunde denselben Aufbau auf wie die vierte Ausführungsform und unterscheidet sich davon darin, dass der Käfigteil 10b der Zwischenwelle 10 durch Umspritzen mit Kunstharz ausgebildet ist. Sonst ist diese Ausführungsform im Aufbau identisch mit der vierten Ausführungsform. Daher weisen die Öffnungen der Fächer 10 des kammförmigen Käfigteils 10b zur Innenfläche des Flansches 7b des Gehäuses 7.
15 zeigt die sechste Ausführungsform. Die variable Ventilsteuerungseinrichtung nach dieser Ausführungsform weist ebenfalls im Grunde denselben Aufbau auf wie die vierte Ausführungsform und unterscheidet sich davon darin, dass die Zwischenwelle 10 durch Pressen eines Stahlblechs ausgebildet ist. Sonst ist diese Ausführungsform im Aufbau identisch mit der vierten Ausführungsform. Daher weisen die Öffnungen der Fächer 10a des kammförmigen Käfigteils 10b zur Innenfläche des Flansches 7b des Gehäuses 7.
Die 16 und 17 zeigen die siebente Ausführungsform. Die variable Ventilsteuerungseinrichtung nach dieser Ausführungsform weist im Grunde denselben Aufbau auf wie die erste Ausführungsform und unterscheidet sich davon darin, dass das um den exzentrischen Wellenbereich 4a eingepasste Wälzlager 6 ein Rollenlager ohne Käfig mit seinen Rollen 6b in einer voll aufgefüllten Anordnung ist und sein Innenring den radial äußeren Bereich des exzentrischen Wellenbereichs 4a umfasst. Der Außenring 6a des Wälzlagers 6 weist Flansche an seinen beiden Enden zum Beschränken der axialen Bewegung der Rollen 6b auf. Am radial äußeren Teil des exzentrischen Wellenbereichs 4a als Innenring ist an seinem einen Ende ein Flansch ausgebildet, und ein Flanschring 19 ist auf sein anderes Ende aufgepasst. Während keine vergrößerte Ansicht gezeigt ist, sind Balligkeiten an beiden Enden der Rollen 6b vorgesehen, um Kantenbelastungen zu vermeiden. Induktionshärtung wird an der Laufbahn des Außenrings 6a des Wälzlagers und der radial äußeren Fläche des exzentrischen Wellenbereichs 4a als Laufbahn des Innenrings durchgeführt.
Die 18 und 19 zeigen die achte Ausführungsform. Die variable Ventilsteuerungseinrichtung nach dieser Ausführungsform weist im Grunde denselben Aufbau auf wie die siebente Ausführungsform und unterscheidet sich davon darin, dass der exzentrische Wellenbereich 4a ein exzentrischer Ring 20 ist, der um die Abtriebswelle 4 aufgepasst ist, und dass der exzentrische Ring 20 auch als Innenring des Wälzlagers 6 dient, das ein Kugellager ist. Der exzentrische Ring 20 als Innenring weist an einem Ende davon einen Flansch auf, und ein Flanschring 19, der exzentrisch zur Abtriebswelle 4 ist, ist um den Ring 20 an seinem anderen Ende aufgepasst. Sonst ist diese Ausführungsform im Aufbau identisch mit der siebenten Ausführungsform. Daher weist der Außenring 6a Flansche an beiden Enden auf, und Induktionshärtung wird an der Laufbahn des Außenrings 6a und der Laufbahn des Innenrings durchgeführt, welcher der exzentrische Ring 20 ist.
20 zeigt die neunte Ausführungsform. Bei dieser variablen Ventilsteuerungseinrichtung weist die Abtriebswelle 4 einen zylindrischen Bereich als den exzentrischen Wellenbereich 4a auf. Die Nockenwelle 1 weist einen Vorsprung 1a auf, der von ihrem distalen Endbereich herausragt, an dem Keilverzahnungen 11 ausgebildet sind. Der Vorsprung 1a ist in den exzentrischen Wellenbereich 4a eingesetzt, welcher der zylindrische Bereich der Abtriebswelle 4 ist. Ein Kugellager 12 ist zwischen dem Vorsprung 1a und der radial inneren Fläche des exzentrischen Wellenbereichs 4a zum Halten der Abtriebswelle 4 angeordnet. Bei dieser Anordnung ist die gesamte axiale Länge der Vorrichtung kürzer. Die Zwischenwelle 10 wird durch den zylindrischen Bereich 7a des Gehäuses 7 über ein Kugellager 13 direkt getragen. Ein Wälzlager 6 in Form eines Kugellagers ist an der radial äußeren Fläche des exzentrischen Wellenbereichs 4a fest aufgepasst. Rollen 9 stehen in rollendem Kontakt mit der radial äußeren Fläche des Außenrings 6a des Lagers 6. Das Kugellager 12 ist axial innerhalb der Breite des Wälzlagers 6 positioniert. Sonst ist diese Ausführungsform im Aufbau identisch mit der ersten Ausführungsform.
Die 21(a) und 21(b) zeigen Abwandlungen der neunten Ausführungsform. In der Anordnung von 21(a) ist wie bei der siebenten Ausführungsform das Wälzlager ein Rollenlager ohne Käfig, und sein Innenring ist der radial äußere Bereich des exzentrischen Wellenbereichs 4a. In der Anordnung von 21(b) ist wie bei der achten Ausführungsform das Wälzlager 6 ein Rollenlager ohne Käfig, und der exzentrische Wellenbereich 4a ist der exzentrische Ring 20, der auch als der Innenring des Wälzlagers 6 dient.
22 zeigt die zehnte Ausführungsform. Bei der variablen Ventilsteuerungseinrichtung nach dieser Ausführungsform weist die Zwischenwelle 10 einen zylindrischen Bereich 10c auf. Der exzentrische Wellenbereich 4a der Abtriebswelle 4 weist einen Vorsprung 4d auf, der von seinem distalen Ende herausragt und in den zylindrischen Bereich 10c der Zwischenwelle 10 eingesetzt ist. Ein Kugellager 12 ist zwischen dem Vorsprung 4d und der radial inneren Fläche des zylindrischen Bereichs 10c der Zwischenwelle 10 zum Halten der Abtriebswelle 4 angeordnet. Bei dieser Anordnung ist die gesamte axiale Länge der Vorrichtung kürzer. Die Zwischenwelle 10 wird durch den zylindrischen Bereich 7a des Gehäuses 7 über ein Kugellager 13 direkt getragen. Ein Wälzlager 6 in Form eines Kugellagers ist an der radial äußeren Fläche des exzentrischen Wellenbereichs 4a fest aufgepasst. Rollen 9 stehen in rollendem Kontakt mit der radial äußeren Fläche des Außenrings 6a des Lagers 6. Das Kugellager 12 ist axial innerhalb der Breite des Kugellagers 13 positioniert. Sonst ist diese Ausführungsform im Aufbau identisch mit der ersten Ausführungsform.
Bezugszeichenliste

1: Nockenwelle
1a: Vorsprung
2: Zahnkranz
3: Elektromotor
4: Abtriebswelle
4a: Exzentrischer Wellenbereich
4b: Durchgangsloch
4c: Ausschnitt
4d: Vorsprung
5: Reduziergetriebe
6: Wälzlager
6a: Außenring
6b: Rolle
7: Gehäuse
7a: Zylindrischer Bereich
7b: Flansch
8: Innenzahnrad
8a: Nockenbuckel
9: Rolle
9a: Balligkeit
9b: Vertiefung
10 Zwischenwelle
10a: Fach
10b: Käfigteil
10c: Zylindrischer Bereich
11: Keilverzahnung
12, 13: Kugellager
14: Stoßabsorbierendes Material
15: Vertiefung
15a: Hohlkehle
15b: Fase
16: Schraubenfeder
17: Fase
18: Hohlkehle
19: Flanschring
20: Exzentrischer Ring

Zusammenfassung
Es wird eine variable Ventilsteuerungseinrichtung geschaffen, bei der die Drehung eines Elektromotors auf eine Nockenwelle nur über ein Reduziergetriebe übertragen werden kann. Das Reduziergetriebe (5), das gestaltet ist, die Drehung der Abtriebswelle (4) des Elektromotors (3) auf die Nockenwelle (1) zu übertragen, enthält: einen exzentrischen Wellenbereich (4a), der an der Abtriebswelle (4) vorgesehen ist, ein Innenzahnrad (8), das an einem zylindrischen Bereich eines mit einem Zahnkranz (2) einstückigen Gehäuses (7) vorgesehen ist, eine Zwischenwelle (10) mit einem mit Fächern (10a) ausgebildeten Käfigteil (10b), und in den Fächern (10a) gehaltenen und im rollendem Kontakt mit dem exzentrischen. Wellenbereich (4a) und dem Innenzahnrad (8) gehaltenen Rollen (9). Die Fächer (10a) sind an einem Teil von umlaufend mit gleichem Abstand angeordneten Punkten an dem Käfigteil (10) vorgesehen, wobei die Anzahl dieser Punkte um eins größer oder kleiner ist als die Anzahl von Nockenbuckeln (8a) des Innenzahnrads (8). Daher laufen die Rollen (9), wenn die Abtriebswelle (4) einmal umläuft, um eine Strecke um die Achse der Abtriebswelle um, die gleich einer Teilung der Nockenbuckel (8a) entlang der radial äußeren Fläche des exzentrischen Wellenbereichs (4a) ist, und der Umlauf der Rollen (9) wird über die Zwischenwelle (10) auf die Nockenwelle (1) übertragen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 2008-57349 A [0005]

Claims

Variable Ventilsteuerungseinrichtung, umfassend eine Nockenwelle zum Ansteuern mindestens eines aus einem Einlassventil und einem Auslassventil eines Motors, einen Zahnkranz, durch den die Drehung des Motors auf die Nockenwelle übertragen wird, wobei die Nockenwelle und der Zahnkranz koaxial zueinander und drehbar bezüglich einander angeordnet sind, einen Elektromotor mit einer koaxial zu der Nockenwelle angeordneten Abtriebswelle, und ein Reduziergetriebe, durch das die Drehung der Abtriebswelle des Elektromotors auf die Nockenwelle übertragen werden kann, wodurch der Öffnungs- und Schließ-Zeitablauf des Ventils geändert werden kann, indem die Winkelposition der Nockenwelle bezüglich des Zahnkranzes geändert wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Reduziergetriebe umfasst: einen exzentrischen Wellenbereich, der an der Abtriebswelle des Elektromotors vorgesehen ist und einen kreisförmigen Querschnitt aufweist, ein mit einer Vielzahl von Nockenbuckeln ausgebildetes Innenzahnrad, die umlaufend in gleichen Abständen angeordnet sind und in eine radial innere Fläche eines zylindrischen Bereichs eines Gehäuses eingearbeitet sind, das einstückig so mit dem Zahnkranz gekoppelt ist, dass es dem exzentrischen Wellenbereich gegenüber steht, eine Vielzahl von Rollen, die in rollendem Kontakt mit dem Innenzahnrad und einer radial äußeren Fläche des exzentrischen Wellenbereichs gehalten werden, die dem Innenzahnrad gegenüber steht, und eine koaxial zu der Nockenwelle angeordnete Zwischenwelle mit einem mit Fächern ausgebildeten ringförmigen Käfigteil, wobei die Rollen in den jeweiligen Fächern gehalten werden, wobei die jeweiligen Fächer an allen oder einem Teil der umlaufend mit gleichem Abstand angeordneten Punkte an dem ringförmigen Käfigteil vorgesehen sind, wobei die Anzahl der umlaufend mit gleichem Abstand angeordneten Punkte an dem ringförmigen Käfigteil um eins größer oder kleiner ist als die Anzahl der Nockenbuckel, wobei die Form jedes Nockenbuckels für eine Teilung mit der radial äußeren Hüllkurve der Ortskurve der entsprechenden, in den Fächern gehaltenen Rollen übereinstimmt, wenn die Abtriebswelle des Elektromotors gedreht wird, wodurch der Umlauf der Rollen um die Abtriebswelle des Elektromotors über die Zwischenwelle auf die Nockenwelle übertragen wird.
Variable Ventilsteuerungseinrichtung nach Anspruch 1, wobei der exzentrische Wellenbereich der Abtriebswelle des Elektromotors einen Auswuchtbereich zum Einstellen des Gewichtsausgleichs des exzentrischen Wellenbereichs um die Abtriebswelle herum aufweist.
Variable Ventilsteuerungseinrichtung nach Anspruch 2, wobei der Auswuchtbereich ein Durchgangsloch ist, das sich axial durch eine exzentrische Seite des exzentrischen Wellenbereichs erstreckt.
Variable Ventilsteuerungseinrichtung nach Anspruch 2, weiter umfassend ein um den exzentrischen Wellenbereich montiertes Wälzlager, wobei die Rollen in rollendem Kontakt mit einer radial äußeren Fläche eines Außenrings des Wälzlagers stehen, und wobei der Auswuchtbereich ein an einem radial äußeren Bereich an der exzentrischen Seite des exzentrischen Wellenbereichs ausgebildeter Ausschnitt ist.
Variable Ventilsteuerungseinrichtung nach Anspruch 4, wobei der Ausschnitt durch eine ebene Fläche definiert ist, die sich entlang einer Sehne des Kreises erstreckt, der den exzentrischen Wellenbereich beschreibt.
Variable Ventilsteuerungseinrichtung nach Anspruch 4, wobei der Ausschnitt ein konkaver Ausschnitt ist.
Variable Ventilsteuerungseinrichtung nach Anspruch 2 bis 6, wobei der Auswuchtbereich ein gleichförmiges Querschnittsmaß über der gesamten axialen Länge des exzentrischen Wellenbereichs aufweist.
Variable Ventilsteuerungseinrichtung nach einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 7, wobei jede Rolle Balligkeiten an beiden Enden ihres Rumpfes aufweist.
Variable Ventilsteuerungseinrichtung nach einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 8, wobei eine Vielzahl von winzigen Vertiefungen zumindest auf der Oberfläche des Rumpfes jeder Rolle in unregelmäßiger Weise ausgebildet ist, sodass die Oberfläche des Rumpfes eine SK-Zahl als Oberflächenrauheitsparameter von –1,6 oder weniger aufweist.
Variable Ventilsteuerungseinrichtung nach einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Rollen einer primären Härtung unterworfen werden, bei der die Rollen einer Carbonitrierungsbehandlung unterworfen und dann auf eine niedrigere Temperatur als der Umwandlungspunkt A1 abgekühlt werden, und die Rollen dann einer sekundären Härtung unterworfen werden, bei der die Rollen bei einer niedrigeren Temperatur als die Temperatur der primären Härtung gehärtet werden.
Variable Ventilsteuerungseinrichtung nach einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 10, wobei die Rollen durch Schmierfett oder Öl mit Hochdruckeigenschaften geschmiert sind.
Variable Ventilsteuerungseinrichtung nach einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 11, wobei eine Schicht mit niedrigem Reibungskoeffizienten zumindest auf Innenflächen der Fächer ausgebildet ist.
Variable Ventilsteuerungseinrichtung nach einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 12, wobei die Abtriebswelle des Elektromotors einen zylindrischen Bereich aufweist, wobei der exzentrische Wellenbereich an dem radial äußeren Bereich des zylindrischen Bereichs der Abtriebswelle vorgesehen ist, wobei die Nockenwelle in den zylindrischen Bereich der Abtriebswelle eingefügt ist, und wobei ein Lager, das die Abtriebswelle trägt, zwischen der radial äußeren Fläche der Nockenwelle und dem zylindrischen Bereich der Abtriebswelle montiert ist.
Variable Ventilsteuerungseinrichtung nach Anspruch 13, wobei die radial äußere Fläche des exzentrischen Wellenbereichs durch eine radial äußere Fläche eines Außenrings eines um den exzentrischen Wellenbereich montierten Wälzlagers definiert ist, und wobei die axiale Mitte eines die Abtriebswelle tragenden Lagers innerhalb der Breite des um den exzentrischen Wellenbereich montierten Wälzlagers liegt.
Variable Ventilsteuerungseinrichtung nach einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 12, wobei die Zwischenwelle einen zylindrischen Bereich aufweist, wobei die Abtriebswelle des Elektromotors in den zylindrischen Bereich der Zwischenwelle eingefügt ist, und wobei ein Lager, das die Abtriebswelle trägt, zwischen der radial äußeren Fläche der Abtriebswelle und dem zylindrischen Bereich der Zwischenwelle montiert ist.
Variable Ventilsteuerungseinrichtung nach Anspruch 15, wobei ein Lager, das die Zwischenwelle trägt, auf der radial äußeren Fläche des zylindrischen Bereichs der Zwischenwelle montiert ist, und wobei die axiale Mitte des die Abtriebswelle tragenden Lagers innerhalb der Breite des auf der radial äußeren Fläche des zylindrischen Bereichs der Zwischenwelle montierten Lagers liegt.
Variable Ventilsteuerungseinrichtung nach einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 16, wobei die radial äußere Fläche des exzentrischen Wellenbereichs, mit dem die Rollen in rollendem Kontakt sind, durch eine radial äußere Fläche eines Außenrings eines um den exzentrischen Wellenbereich montierten Wälzlagers definiert ist.
Variable Ventilsteuerungseinrichtung nach Anspruch 17, wobei das um den exzentrischen Wellenbereich montierte Wälzlager ein Rollenlager ohne Käfig ist.
Variable Ventilsteuerungseinrichtung nach Anspruch 18, wobei das Rollenlager einen durch einen radial äußeren Bereich des exzentrischen Wellenbereichs definierten Innenring aufweist.
Variable Ventilsteuerungseinrichtung nach Anspruch 18 oder 19, wobei die Rollenlager Rollen aufweisen, die jeweils mit Balligkeiten an ihren beiden Enden ausgebildet sind.
Variable Ventilsteuerungseinrichtung nach einem beliebigen der Ansprüche 18 bis 20, wobei das Rollenlager Laufbahnen aufweist, die einer Induktionshärtung unterworfen werden.
Variable Ventilsteuerungseinrichtung nach einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 21, wobei der exzentrische Wellenbereich einen um die Abtriebswelle montierten exzentrischen Ring umfasst.
Variable Ventilsteuerungseinrichtung nach einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 22, wobei der ringförmige Käfigteil ein sich axial erstreckender kammartiger Bereich mit einem axial offenen Ende ist, und wobei zwischen benachbarten axialen Kammzähnen, die den kammartigen Bereich bilden und Öffnungen an den distalen Enden der Kammzähne aufweisen, definierte Zwischenräume als die Fächer zum Halten der jeweiligen Rollen dienen.
Variable Ventilsteuerungseinrichtung nach Anspruch 23, wobei Fasen an beiden Seitenkanten der Öffnung jedes zwischen den benachbarten Kammzähnen definierten Faches ausgebildet sind.
Variable Ventilsteuerungseinrichtung nach den Ansprüchen 23 oder 24, wobei Hohlkehlen an den Ecken der Fächer an ihren proximalen Enden ausgebildet sind.
Variable Ventilsteuerungseinrichtung nach einem beliebigen der Ansprüche 22 bis 25, wobei der zylindrische Bereich des Gehäuses an seinem einen Ende einen sich radial nach innen erstreckenden Flansch aufweist, der axial den Öffnungen der Fächer gegenübersteht und dadurch verhindert, dass sich die Rollen axial von den jeweiligen Fächern trennen.
Variable Ventilsteuerungseinrichtung nach einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 26, wobei der Käfigteil der Zwischenwelle aus einem Kunstharzmaterial besteht.
Variable Ventilsteuerungseinrichtung nach einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 26, wobei die Zwischenwelle mit dem Käfigteil durch Pressen eines Metallblechs ausgebildet ist.
Variable Ventilsteuerungseinrichtung nach einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 28, wobei ein Zwischenraum zwischen einem Scheitel jedes Nockenbuckels und der entsprechenden Rolle besteht, während sich die Rolle in rollendem Kontakt mit der radial äußeren Fläche des exzentrischen Wellenbereichs befindet.
Variable Ventilsteuerungseinrichtung nach Anspruch 29, wobei der Scheitel jedes Nockenbuckels ausgeschnitten ist und dadurch den Zwischenraum zwischen dem Scheitel und der Rolle definiert.
Variable Ventilsteuerungseinrichtung nach Anspruch 30, wobei der Scheitel jedes Nockenbuckels zu einer ebenen Fläche ausgeschnitten ist.
Variable Ventilsteuerungseinrichtung nach Anspruch 30, wobei der Scheitel jedes Nockenbuckels zu einer radial konvexen oder radial konkaven gebogenen Fläche ausgeschnitten ist.
Variable Ventilsteuerungseinrichtung nach einem beliebigen der Ansprüche 29 bis 32, wobei der Teilbereich des Scheitels jedes Nockenbuckels, der einen Abstand von der Rolle aufweist, mit einem stoßabsorbierenden Material beschichtet ist.
Variable Ventilsteuerungseinrichtung nach einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 33, wobei das Innenzahnrad ein von dem zylindrischen Bereich des Gehäuses. getrenntes Element ist und fest in die radial innere Fläche des zylindrischen Bereichs des Gehäuses eingepasst ist.
Variable Ventilsteuerungseinrichtung nach Anspruch 34, wobei die Nockenbuckel des Innenzahnrads durch Räumen, Pressen oder Gesenkschmieden ausgebildet werden.
Variable Ventilsteuerungseinrichtung nach einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 35, wobei die Nockenbuckel des Innenzahnrads einer Induktionshärtung unterworfen werden.
Variable Ventilsteuerungseinrichtung nach einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 36, wobei der Käfigteil der Zwischenwelle elastische Elemente trägt, welche die Rollen in den jeweiligen Fächern von beiden Umfangsseiten her vorspannen.
Variable Ventilsteuerungseinrichtung nach Anspruch 37, wobei die elastischen Elemente jeweils in einer der umlaufend gegenüberstehenden Seitenflächen der jeweiligen Fächer des Käfigteils aufgenommen sind.
Variable Ventilsteuerungseinrichtung nach einem beliebigen der Ansprüche 37 oder 38, wobei die elastischen Elemente Schraubenfedern sind.