DE19903622A1 - Gerät zur variablen Ventilsteuerung - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Steuergerät zur variablen Ventilsteuerung, das in der Lage ist, die zeitliche Steuerung der Öffnung/Schließung und des Hubs von dem Ansaugven­ til und/oder dem Auslaßventil eines Verbrennungsmotors (im nach­ folgenden wird darauf einfach als "Motor" Bezug genommen) in Ab­ hängigkeit von den Betriebszuständen zu ändern.

Wie in der JP-A-9-32519 offenbart ist, ist ein Steuergerät zur variablen Ventilsteuerung bekannt, bei dem die Ventilöffnungspe­ riode und der Hub von einem Ansaugventil und/oder einem Auslaß­ ventil durch axiales Verschieben einer Nockenwelle verändert wird, die eine Nocke umfaßt, die ein axial unterschiedliches Profil hat.

Ein anderes Gerät zur variablen Ventilsteuerung ist in der JP-A- 1-92504 offenbart, bei dem die Drehphase einer Nockenwelle be­ züglich einer Kurbelwelle eingestellt wird, um die Ventilöff­ nungs-/-schließsteuerung variabel einzustellen.

Ein anderes Gerät zur variablen Ventilsteuerung ist in der JP-A- 5-106411 offenbart, bei dem Nockenwellen zum jeweilige Antreiben des Ansaugventils und des Auslaßventils durch Zahnräder gekop­ pelt sind, und bei dem die eine Nockenwelle zur Aufnahme des Drehmoments der Kurbelwelle die andere Nockenwelle antreibt.

Wenn eine axiale Bewegungsvorrichtung zur Änderung der Ventil­ öffnungsperiode und des Hubs von mindestens einem der vorstehend genannten Ansaug- und Auslaßventile und eine Phaseneinstellvor­ richtung zur Einstellung der Drehphase der Nockenwelle bezüglich der Kurbelwelle kombiniert werden, erhöht eine separate Anord­ nung der zwei Vorrichtungen die Anzahl an Teilen und dementspre­ chend die Anzahl ihrer Montageschritte.

Es ist möglich, die Nockenwellen durch Zahnräder zu kombinieren, so daß eine Nockenwelle die andere Nockenwelle antreibt. Wenn sich eine der Nockenwellen axial bewegt, bewegt sich jedoch ein Zahnrad mit der bewegten Nockenwelle zusammen mit der Nockenwel­ le, so daß der Eingriff des Zahnrades verloren gehen kann oder dessen Kupplungslänge verkürzt werden kann, so daß eine ausrei­ chende Übertragung des Drehmoments verfehlt wird. Diese Drehmo­ mentübertragung könnte durch Vergrößern der axialen Länge der Zahnräder aufrechterhalten werden, aber eine solche Vergrößerung der Zahnräder kann ein Problem hervorrufen, indem die Zahnräder und das gesamte Gerät größer werden.

Da das Drehmoment, das zum Antreiben der Nockenwelle notwendig ist, hoch ist, werden im allgemeinen schräg verzahnte Zahnräder zur Übertragung des Drehmoments zwischen den Nockenwellen ver­ wendet. Mit diesem schräg verzahnten Getriebe dreht sich dann, wenn sich eine Nockenwelle axial bewegt, die andere Nockenwelle relativ zur einen Nockenwelle, so daß die relative Phase zwi­ schen diesen Nockenwellen verändert werden kann.

Wenn das Zahnradkuppeln auf Stirnradzahnräder angewendet wird, ändert sich die Phase einer Nockenwelle nicht, sogar wenn sich die andere Nockenwelle in der Axialrichtung bewegt. Wenn sich die Phase einer Nockenwelle relativ zur Kurbelwelle ändert, ver­ ändert sich jedoch auch die Phase der anderen Nockenwelle, so daß die relative Phase zwischen diesen Nockenwellen nicht einge­ stellt werden kann.

Die vorliegende Erfindung wurde im Licht der vorstehenden Pro­ bleme getätigt und es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfin­ dung, ein Gerät zur variablen Ventilsteuerung zu schaffen, das in der Lage ist, die Anzahl an Teilen zu vermindern, indem eine Phaseneinstellvorrichtung und eine Vorrichtung zur axialen Bewe­ gung zusammen konstruiert werden, wodurch die Anzahl der Monta­ geschritte und die Größe des gesamten Geräts reduziert wird und die Produktionskosten gesenkt werden.

Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein Gerät zur varia­ blen Ventilsteuerung zu schaffen, das in der Lage ist, die rela­ tive Phase zwischen den angetriebenen Wellen durch Übertragen des Drehmoments vom antriebsseitigen Rotor zu einer ersten ange­ triebenen Welle genau einzustellen, so daß eine Drehphase dazwi­ schen einstellbar ist, und auf eine zweite angetriebene Welle, so daß eine Drehphase dazwischen nicht einstellbar ist.

Gemäß einem Gerät zur variablen Ventilsteuerung der vorliegenden Erfindung ist ein Gerät zur variablen Ventilsteuerung vorgese­ hen, bei dem eine Phaseneinstellvorrichtung zur Einstellung der zeitlichen Öffnungs-/Schließsteuerung eines Ventils durch hy­ draulische Steuerung der Drehphase eines Rotors der angetriebe­ nen Seite in Bezug zu einem antriebsseitigen Rotor und eine Axialbewegungsvorrichtung zur Einstellung der Öffnungsperiode und des Hubs des Ventils durch hydraulisches Steuern der axialen Bewegung eines Kolbenbauteils, das sich zusammen mit einer er­ sten angetriebenen Welle axial bewegt, als eine Antriebsvorrich­ tung aufgebaut sind. Folglich kann die Anzahl an Teilen und dem­ gemäß die Anzahl ihrer Montageschritte vermindert werden, um die Größe des Gerätes zu reduzieren und die Produktionskosten zu senken.

Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung treibt ein Drehbauteil zur relativ verdrehbaren Lagerung der ersten angetriebenen Welle und zur gemeinsamen Drehung mit dem antriebsseitigen Rotor eine zweite angetriebene Welle, so daß das Drehmoment der Antriebs­ welle von einem antriebsseitigen Rotor auf die zwei angetriebe­ nen Wellen übertragen werden kann, um ein Ansaugventil und ein Auslaßventil individuell anzutreiben. Folglich kann die Anzahl an Teilen zur Übertragung des Drehmoments auf die zwei angetrie­ benen Wellen und die Anzahl ihrer Montageschritte vermindert werden, um die Größe des Geräts zu reduzieren und die Produkti­ onskosten zu senken.

Da das Drehbauteil zur gemeinsamen Drehung mit dem antriebssei­ tigen Rotor und zur relativ drehbaren Lagerung der ersten ange­ triebenen Welle die zweite angetriebene Welle antreibt, ändert sich darüber hinaus die Drehphase der zweiten angetriebenen Wel­ le in Bezug zum antriebsseitigen Rotor nicht, sogar wenn sich die Drehphase der ersten angetriebenen Welle in Bezug auf den antriebsseitigen Rotor ändert. Folglich können die Relativphasen der angetriebenen Wellen hochgenau gesteuert werden.

Da das Drehbauteil, das axial unbeweglich gelagert ist, die zweite angetriebene Welle, die axial unbeweglich gemacht ist, antreibt, geht darüber hinaus der Abschnitt des Drehbauteils zur Übertragung des Drehmoments und der Abschnitt der zweiten ange­ triebenen Welle zur Aufnahme des Drehmoments nicht aus der Posi­ tion heraus. Folglich kann das Drehmoment nicht nur durch die Zahnräder, sondern auch durch einen Riemen oder eine Kette leicht von dem Drehbauteil auf die zweite angetriebene Welle übertragen werden. Wenn die Zahnräder verwendet werden, bewegt sich darüber hinaus noch deren Kupplung nicht aus der Position, so daß die axiale Zahnradlänge zur Aufrechterhaltung der Kupp­ lungslänge nicht vergrößert werden muß. Sogar wenn sich die er­ ste angetriebene Welle axial bewegt, bewegt sich das Drehbauteil nicht axial, so daß sich die Drehphase der zweiten angetriebenen Welle relativ zum Drehbauteil oder dem antriebsseitigen Rotor nicht ändert, sogar wenn die Zahnräder zur Erhöhung ihrer Kupp­ lungskraft durch schräg verzahnte Zahnräder verkörpert werden.

Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung sind Niederdruckkanäle auf den zwei axialen Seiten eines Hochdruckkanals an den drehba­ ren Verschiebeabschnitten zwischen dem Drehbauteil und dem La­ gerbauteil zur drehbaren Lagerung des ersteren angeordnet. Wenn ein Arbeitsfluid unter einem hohen Druck aus dem Hochdruckkanal in die Niederdruckkanäle leckt, kann es deshalb aus den Nieder­ druckkanälen zum axialen Endabschnitt der drehbaren Verschiebe­ abschnitte lecken. Folglich kann der Druckanstieg in den Nieder­ druckkanälen verhindert werden, um die Steuerung der Druckdiffe­ renz zwischen dem Hochdruckkanal und den Niederdruckkanälen zu erleichtern, um dadurch die Phase der ersten angetriebenen Welle relativ zur Antriebswelle mit einem hohen Genauigkeitsgrad zu steuern.

Im Vergleich zu dem Fall, in dem der Hochdruckkanal auf dem axialen Endabschnitt des Niederdruckkanals angeordnet ist, kann die Druckdifferenz zwischen dem axialen Endabschnitt und dem Niederdruckkanal niedriger gemacht werden, um die Leckage des Arbeitsfluids zu reduzieren. Folglich wird die Steuerungsemp­ findlichkeit verbessert.

Andere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden ebenso wie Arbeitsverfahren und die Funktion der dazugehörigen Teile anhand eines Studiums der nachfolgenden detaillierten Be­ schreibung, der beigefügten Ansprüche und der Zeichnungen, die alle einen Teil dieser Anmeldung bilden, offensichtlich.

Fig. 1 ist eine Schnittansicht im Längsschnitt, die ein Gerät zur variablen Ventilsteuerung gemäß einem ersten Ausführungsbei­ spiel der vorliegenden Erfindung zeigt.

Fig. 2 ist eine Schnittansicht im Längsschnitt, die ein Gerät zur variablen Ventilsteuerung gemäß einem zweiten Ausführungs­ beispiel der vorliegenden Erfindung zeigt.

Fig. 3 ist eine Schnittansicht eines Teils des Geräts zur varia­ blen Ventilsteuerung entlang der Linie III-III aus Fig. 2 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.

Fig. 4 ist eine Schnittansicht im Längsschnitt, die ein Gerät zur variablen Ventilsteuerung gemäß einem dritten Ausführungs­ beispiel der vorliegenden Erfindung zeigt.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung wer­ den unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrie­ ben.

Erstes Ausführungsbeispiel

Ein Gerät zur variablen Ventilsteuerung gemäß einem ersten Aus­ führungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist in Fig. 1 ge­ zeigt. Ein Gerät zur variablen Ventilsteuerung 1 des ersten Aus­ führungsbeispiel ist vom hydraulischen Steuertyp zur Übertragung des Drehmoments einer Kurbelwelle (nicht gezeigt) als eine An­ triebswelle auf eine Ansaugnockenwelle 3 und eine Auslaßnocken­ welle 5. Die Ansaugnockenwelle 3, die einer ersten angetriebenen Welle entspricht, ist in ihrer Axialrichtung beweglich. Eine mehrdimensionale Nocke 4 zum Öffnen und Schließen des Ansaugven­ tils ist auf der Ansaugnockenwelle 3 befestigt. Die mehrdimen­ sionale Nocke 4 hat ein unterschiedliches Profil in der Axial­ richtung und ihre linke Seite in Fig. 1 ist für hohe Drehzahlen bestimmt, wohingegen ihre rechte Seite in Fig. 1 für niedrige Drehzahlen bestimmt ist. Die Auslaßnockenwelle 5, die einer zweiten angetriebenen Welle entspricht, kann in ihrer Axialrich­ tung nicht bewegt werden. Eine Nocke 6 zur Öffnung und Schlie­ ßung des Auslaßventils ist auf der Auslaßnockenwelle 5 befe­ stigt. Die Nocke 6 hat ein gleichmäßiges Profil in der Axial­ richtung.

Ein Gehäuse 11 und ein Drehbauteil 12 sind durch einen Schrau­ benbolzen 40 an einer Riemenscheibe 10 befestigt, um einen an­ triebsseitigen Rotor zusammen mit der Antriebsriemenscheibe 10 zu bilden. Ein Schraubenkeil 11a, der innere Zähne hat, ist an einem Teil der inneren Umfangswand des Gehäuses 11 ausgebildet. Die Steuerriemenscheibe 10 und die Ansaugnockenwelle 3 drehen sich im Uhrzeigersinn, betrachtet von der linken Seite in Fig. 1.

Ein ringförmiger Abschnitt 12a, ein zylindrischer Abschnitt 12b und ein ringförmiger Abschnitt 12c sind einstückig ausgebildet, um das Drehbauteil 12 zu bilden. Das Drehbauteil 12 ist durch einen Zylinderkopf 2 drehbar gelagert, der einem Lagerbauteil entspricht. Das Drehbauteil 12 lagert die Ansaugnockenwelle 3 drehbar. Die Ansaugnockenwelle 3 kann sich drehen und ist in ih­ rer Axialrichtung entgegen dem Drehbauteil 12 bewegbar. Zwischen dem Zylinderkopf 2 und den ringförmigen Abschnitten 12a und 12c sind nur kleine Spielräume zum Erlauben von Drehbewegungen axial ausgebildet, so daß sich das Drehbauteil 12 axial nicht bewegen kann.

Durch einen nicht gezeigten Schraubenbolzen ist ein Zahnrad 45 an dem Drehbauteil 12 befestigt. Ein Zahnrad 46 ist an der Aus­ laßnockenwelle 5 befestigt. Indem das Zahnrad 45 mit dem Zahnrad 46 in Eingriff steht, wird das Drehmoment der Kurbelwelle durch die Steuerriemenscheibe 10, das Drehbauteil 12, das Zahnrad 45 und das Zahnrad 46 mit derselben Phase der Kurbelwelle auf die Auslaßnockenwelle 5 übertragen.

Ein Schraubenkeilbauteil 13 und ein Kolbenbauteil 22, die der axialen Bewegungsvorrichtung entsprechen, sind durch einen Schraubenbolzen 41 und einen nicht gezeigten Zapfen so an einem Endabschnitt der Ansaugnockenwelle 3 befestigt, daß sie zusammen mit der Ansaugnockenwelle 3 drehen und sich zusammen mit der An­ saugnockenwelle 3 axial bewegen. Auf dem Abschnitt der äußeren Umfangswand des Keilbauteils 13 ist entsprechend einem Rotor der angetriebenen Seite ein äußerer Schraubenkeil 13a ausgebildet.

Zwischen dem Gehäuse 11 und dem Keilbauteil 13 sind in radialer Richtung zwei bogenförmige Zahnräder 20 und zwei bogenförmige Zahnräder 21 zur Drehung der Steuerriemenscheibe 10 und der An­ saugnockenwelle 3 relativ zueinander eingelegt. Mit anderen Wor­ ten, die bogenförmigen Zahnräder 20 und 21 ändern die Drehpha­ sendifferenz zwischen der Ansaugnockenwelle 3 und der Steuerrie­ menscheibe 10 als Phaseneinstellvorrichtung. Diese bogenförmigen Zahnräder 20 und 21 werden durch Teilen eines ringförmigen Zahn­ rads in einer Teilungsebene, die die Achse enthält, erzeugt. Die Ansaugnockenwelle 3 dreht sich relativ zur Voreilwinkelseite in Bezug zur Steuerriemenscheibe 10, wenn sich die bogenförmigen Zahnräder 20 und 21 zur Voreilseite bewegen, wie in Fig. 1 durch einen Pfeil gezeigt ist. Die Ansaugnockenwelle 3 dreht sich re­ lativ zur Verzögerungswinkelseite in Bezug zur Steuerriemen­ scheibe 10, wenn sich die bogenförmigen Zahnräder 20 und 21 zur Nacheilseite drehen, wie durch einen Pfeil in Fig. 1 gezeigt ist. Die bogenförmigen Zahnräder 20 und 21 werden abwechselnd so in der Umfangsrichtung auf dem Kolbenbauteil 22 montiert, daß sie offensichtlich ein ringförmiges Zahnrad aufweisen. In den oberen Endabschnitten der bogenförmigen Zahnräder 20 und 21 sind bogenförmige Nuten ausgebildet, in denen ein Sicherungsring 23 (Sprengring) untergebracht ist.

Eine Unterbringungsbohrung 22a ist an einer Position ausgebil­ det, die den bogenförmigen Zahnrädern 20 in dem Kolbenbauteil 22 entspricht. In den Unterbringungsbohrungen 22a ist eine Feder 25 zur Aufbringung einer Federkraft auf ein ringförmiges Bauteil 24 und die bogenförmigen Zahnräder 20 nach links in Fig. 1, d. h. in die Richtung weg von dem Kolbenbauteil 22, untergebracht.

Ein Zapfen 26 ist so in das Kolbenbauteil 22 und die bogenförmi­ gen Zahnräder 21 eingesetzt, daß er sich nach hinten und vorne bewegt und gleitfähig in dem ringförmigen Bauteil 24 eingepaßt ist. Darüber hinaus ist der Zapfen 26 in den Sprengring 23 ein­ gepreßt, so daß sich der Sprengring 23 und der Zapfen 26 zusam­ men bewegen. Der Zapfen 26 wird durch die Federkraft einer Feder 27 nach rechts in Fig. 1 vorgespannt, so daß der Sprengring 23 und die bogenförmigen Zahnräder 21 ebenfalls nach rechts in Fig. 1 vorgespannt werden, d. h. in die Richtung, in der sie sich dem Kolben 22 nähern, entgegengesetzt zur Vorspannrichtung der bo­ genförmigen Zahnräder 20 durch die Feder 25.

Auf der Innenumfangswand der bogenförmigen Zahnräder 20 und 21 sind jeweils innere Schraubenkeile 20a und 21a ausgebildet, und auf der äußeren Umfangswand der bogenförmigen Zahnräder 20 und 21 sind jeweils äußere Schraubenkeile 20b und 21b ausgebildet. Die bogenförmigen Zahnräder 20 und 21 sind in einander axial ge­ genüberliegenden Richtungen vorgespannt, so daß die axialen Po­ sitionen der äußeren Schraubenkeile 20b und 21b und der inneren Schraubenkeile 20a und 21a weiter von denjenigen in Fig. 1 ab­ weichen, bevor die bogenförmigen Zahnräder 20 und 21 zischen dem Gehäuse 11 und dem Keilbauteil 13 angeordnet sind.

Die bogenförmigen Zahnräder 20 und 21 bewegen sich, wenn sie zwischen dem Gehäuse 11 und dem Keilbauteil 13 eingelegt sind, um eine kleine Distanz in der axialen Richtung und den Drehrich­ tungen der Ansaugnockenwelle 3 um ein Ausmaß, um das Spiel zwi­ schen den Keilen so zu absorbieren, daß sie mit einem kleineren axialen Versatz als vorher zwischen dem Gehäuse 11 und dem Keil­ bauteil 13 eingelegt sind. Die Federn 25 und die Feder 27 brin­ gen die Federkraft jeweils auf die bogenförmigen Zahnräder 20 und 21, jeweils in den axial entgegengesetzten Richtungen in Be­ zug zum Kolbenbauteil 22, auf. Diese Federkräfte erzeugen ein Drehmoment, so daß das bogenförmige Zahnrad 20 versucht, die An­ saugnockenwelle 3 in die Verzögerungswinkelrichtung relativ zur Steuerriemenscheibe 10 zu drehen und erzeugt ein Drehmoment, so daß das bogenförmige Zahnrad 21 versucht, die Ansaugnockenwelle 3 in die Voreilwinkelrichtung relativ zur Steuerriemenscheibe 10 zu drehen. Mit anderen Worten stößt der äußere Schraubenkeil 20b der bogenförmigen Zahnräder 20 den inneren Schraubenkeil 11a des Gehäuses 11 durch die Federkraft der Feder 25 in die Verzöge­ rungsrichtung, und der innere Schraubenkeil 20a stößt den äuße­ ren Schraubenkeil 13a des Keilbauteils 13 in die Verzögerungs­ richtung. Durch die Federkraft der Feder 27 stößt der äußere Schraubenkeil 21b der bogenförmigen Zahnräder 21 andererseits den inneren Schraubenkeil 11a des Gehäuses 11 in die Voreilrich­ tung und der innere Schraubenkeil 21a stößt den äußeren Schrau­ benkeil 13a des Keilbauteils 13 in die Voreilrichtung. Folglich wird auf die bogenförmigen Zahnräder 20 und 21 durch die Feder­ kräfte der Federn 25 und 27 das Drehmoment entgegen dem positi­ ven/negativen Schwankungsdrehmoment aufgebracht, um durch die Ansaugnockenwelle 3 aufgenommen zu werden, wenn das Ansaugventil geöffnet/geschlossen wird, so daß das Rattergeräusch aufgrund des Spiels zwischen den Keilen reduziert wird.

Durch diese Eingriffe zwischen den Keilen wird das Drehmoment der Steuerriemenscheibe 10 durch das Gehäuse 11, die bogenförmi­ gen Zahnräder 20 und 21 und das Keilbauteil 13 auf die An­ saugnockenwelle 3 übertragen.

Zwischen dem ringförmigen Abschnitt 12a und dem Kolbenbauteil 22 ist eine Feder 28 installiert, um das Kolbenbauteil 22 nach links in Fig. 1 zu drängen, d. h. auf die Verzögerungsseite. Durch die Vorspannkraft (Federkraft) dieser Feder 28 werden die bogenförmigen Zahnräder 20 und 21 und das Kolbenbauteil 22 nach links in Fig. 1 gedrängt, so daß die Ansaugnockenwelle 3 durch das Keilbauteil 13 entgegen der Steuerriemenscheibe 10 zur Ver­ zögerungsseite gedrängt wird.

Eine Verzögerungsöldruckkammer 33 ist auf der rechten Seite des Kolbenbauteils 22 ausgebildet und eine Voreilöldruckkammer 38 ist auf der linken Seite des Kolbenbauteils 22 ausgebildet. Die­ se Verzögerungs- und Voreilöldruckkammern 33 und 38 werden durch einen Schraubenbolzen 42 und das Gehäuse 11 abgedichtet und im wesentlichen durch den zylindrischen Abschnitt 12b des Drehbau­ teils 12 abgedichtet. Die Verzögerungs- und Voreilöldruckkammern 33 und 38 sind mit einem Dichtungsbauteil 43, das aus Kunstharz hergestellt ist, das auf dem Außenumfang des Kolbenbauteils 22 aufgesteckt ist, abgedichtet.

An den Drehgleitabschnitten des Drehbauteils 12 sind auf der In­ nenumfangswand des Zylinderkopfs 2 ringförmige Ölkanäle 30 und 34 ausgebildet. Diese Ölkanäle 30 und 34 können durch ein Schaltventil 51 mit einer hydraulischen Pumpe 50 als eine An­ triebsquelle oder einen Ablaß 52 verbunden werden. Das Umschalt­ ventil 51 ändert die Verbindungen zwischen den Ölkanälen 30 und 34 und der hydraulischen Pumpe 50 oder dem Ablaß 52 in Reaktion auf einen Befehl einer Maschinensteuereinheit (ECU) 53.

Der Ölkanal 30 steht mit der Verzögerungsöldruckkammer 33 durch eine Verbindungsöffnung 31, die im zylindrischen Abschnitt 12b ausgebildet ist, und durch eine Öldruckkammer 32, die einen bo­ genförmigen Querschnitt hat und in der äußeren Umfangswand der Ansaugnockenwelle 3 ausgebildet ist, in Verbindung. Die Öldruck­ kammer 32 wird immer in einem Zustand gehalten, so daß sie eine Verbindung mit der Verbindungsöffnung 31 hat, egal ob die An­ saugnockenwelle 3 innerhalb eines vorbestimmten Bereichs in Be­ zug zum Drehbauteil 12 drehen könnte oder sich axial in Bezug zum Drehbauteil 12 bewegen könnte.

Der Ölkanal 34 steht durch eine Verbindungsöffnung 35, die in dem zylindrischen Abschnitt 12b ausgebildet ist, eine Öldruck­ kammer 36, die einen bogenförmigen Querschnitt hat und in der äußeren Umfangswand der Ansaugnockenwelle 3 ausgebildet ist, ei­ nen Ölkanal 37, der am mittleren Abschnitt der Ansaugnockenwelle 3 ausgebildet ist, und einen Ölkanal 41a, der in dem Schrauben­ bolzen 41 ausgebildet ist, in Verbindung. Die Öldruckkammer 36 wird immer in dem Zustand gehalten, so daß sie mit der Verbin­ dungsöffnung 35 in Verbindung ist, egal ob die Ansaugnockenwelle 3 innerhalb eines vorbestimmten Bereichs relativ zum Drehbauteil 12 drehen würde oder sich axial entgegen dem Drehbauteil 12 be­ wegen würde.

Durch Schalten des Schaltventils 51 zur Änderung der Verbindun­ gen zwischen den Ölkanälen 30, 34 und der Hydraulikpumpe 50 oder dem Ablaß 52 werden die Öldrücke der Verzögerungsöldruckkammer 33 und der Voreilöldruckkammer 38 eingestellt. Durch Ändern der axialen Positionen der bogenförmigen Zahnräder 20 und 21 und des Kolbenbauteils 22 wird (1) die Drehphase der Ansaugnockenwelle 3 relativ zur Steuerriemenscheibe 10 gesteuert, um die zeitliche Steuerung des Öffnens/Schließens des Ansaugventils einzustellen. Darüber hinaus wird (2) die Ansaugnockenwelle 3 zusammen mit dem Kolbenbauteil 22 axial bewegt oder gestoppt, so daß das Profil der Nocke 4 zum Antreiben des Ansaugventils verändert wird, um die Öffnungs-/Schließsteuerung, die Öffnungsperiode und den Hub des Ansaugventils zu steuern.

Gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird das Drehbauteil 12 zur drehbaren Lagerung der Ansaugnocken­ welle 3 und zur Gewährung einer axialen Bewegung der Ansaugnoc­ kenwelle 3 durch den Zylinderkopf 2 axial unbeweglich gelagert. Demgemäß bewegt sich das Drehbauteil 12 nicht axial, sogar wenn der Öldruck, der auf die Verzögerungsöldruckkammer 33 und die Voreilöldruckkammer 38 aufgebracht wird, gesteuert wird, um die Ansaugnockenwelle 3 zusammen mit dem Kolbenbauteil 22 axial zu bewegen. Deshalb ist es unnötig, die Zahnräder 45, 46 zur Kom­ pensation der axialen Bewegung des Zahnrades 45 zu verlängern.

Desweiteren ändert sich die Drehphase der Auslaßnockenwelle 5 relativ zur Steuerriemenscheibe 10 nicht, sogar wenn sich die Drehphase der Ansaugnockenwelle 3 relativ zur Steuerriemenschei­ be 10 gemäß der axialen Bewegung der bogenförmigen Zahnräder 20, 21 ändert. Darüber hinaus ändert sich die Drehphase der Auslaß­ nockenwelle 5 relativ zur Steuerriemenscheibe 10 gemäß der axia­ len Bewegung der Ansaugnockenwelle 3 nicht, sogar wenn die Zahn­ räder 45, 46 durch schräg verzahnte Zahnräder gekoppelt werden, da sich das Zahnrad 45 axial nicht bewegt, sogar wenn sich die Ansaugnockenwelle 3 axial bewegt. Folglich wird die Phase des Auslaßventils relativ zur Kurbelwelle immer konstant gehalten. Demgemäß wird die Phase des Ansaugventils relativ zum Auslaßven­ til mit einer hohen Genauigkeit gesteuert. Darüber hinaus wird die Kupplungskraft zwischen dem Zahnrad 45 und dem Zahnrad 46 erhöht, indem diese schräg verzahnt werden.

In dem ersten Ausführungsbeispiel werden andererseits die bogen­ förmigen Zahnräder 20 und 21 durch die Vorspannkräfte der Federn 25 und 27 durch das Kolbenbauteil 22 in die axial entgegenge­ setzten Richtungen und voneinander weg gedrängt.

Auf der Seite der Gehäuses 11 berühren deshalb die äußeren Schraubenkeile 20b und 21b der bogenförmigen Zahnräder 20 und 21 jeweils die inneren Schraubenkeile 11a des Gehäuses 11, während das Drehmoment darauf in die entgegengesetzten Richtungen aufge­ bracht wird. Auf der Seite des Keilbauteils 13 berühren die in­ neren Schraubenkeile 20a und 21a der bogenförmigen Zahnräder 20 und 21 jeweils den äußeren Schraubenkeil 13a des Keilbauteils 13, während das Drehmoment darauf in den entgegengesetzten Rich­ tungen aufgebracht wird. Folglich kann das Rattergeräusch auf­ grund des Spiels der Schraubenkeile unterdrückt werden, sogar wenn sich das auf die Ansaugnockenwelle 3 auf zubringende Drehmo­ ment nach hinten (für das positive Drehmoment) der Drehrichtung, oder nach vorne (für das negative Drehmoment) der Drehrichtung ändert.

Zweites Ausführungsbeispiel

Ein zweites Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist in den Fig. 2 und 3 gezeigt. In diesen und den übrigen Aus­ führungsbeispielen sind Komponenten, die im wesentlichen diesel­ ben sind, wie diejenigen in den vorherigen Aus­ führungsbeispielen, mit denselben Bezugszeichen versehen.

Ein Gerät zur variablen Ventilsteuerung 7 des zweiten Aus­ führungsbeispiels ist von einer hydraulischen Steuerbauart zur Übertragung des Drehmoments einer Kurbelwelle (nicht gezeigt) auf die Ansaugnockenwelle 3 und die Auslaßnockenwelle 5.

Eine Steuerriemenscheibe 60 ist, wie in Fig. 2 gezeigt, mit der Kurbelwelle über einen Steuerriemen (nicht gezeigt) gekoppelt, um das Drehmoment so aufzunehmen, daß sie zusammen mit der Kur­ belwelle synchron dreht.

Ein zylindrischer Abschnitt 55a, ein ringförmiger Abschnitt 55b, ein zylindrischer Abschnitt 55c und ein ringförmiger Abschnitt 55d sind einstückig als ein Drehbauteil 55 ausgebildet. Das Drehbauteil 55 wird durch den Zylinderkopf 2 drehbar gelagert. Ein Axiallager 56 ist zwischen dem Zylinderkopf 2 dem ringförmi­ gen Abschnitt 55d eingepaßt. Das Drehbauteil 55 lagert die An­ saugnockenwelle 3 in einer solchen Art und Weise, daß sich die Ansaugnockenwelle 3 dreht und relativ zum Drehbauteil 55 axial bewegt. Da die Spielräume zwischen dem Zylinderkopf 2 und den ringförmigen Abschnitten 55b, 55d in der Axialrichtung nur zur Zulassung der Drehverschiebung vorhanden sind, kann sich das Drehbauteil 55 im wesentlichen nicht in seine axiale Richtung bewegen.

Ein Schraubenbolzen 70 kombiniert die Steuerriemenscheibe 60, den zylindrischen Abschnitt 55a, eine Rückplatte 62 und ein später beschriebenes Schuhgehäuse 61. Die Steuerriemenscheibe 60, das Schuhgehäuse 61, die Rückplatte 62 und das Drehbauteil 55 bilden einen antriebseitigen Rotor.

Die Ansaugnockenwelle 3 nimmt das Drehmoment von der Steuerrie­ menscheibe 60 auf und kann sich mit einer vorbestimmten Phasen­ differenz relativ zur Steuerriemenscheibe 60 drehen. Die Steuer­ riemenscheibe 60 und die Ansaugnockenwelle 3 drehen sich im Uhrzeigersinn, wie von links in Fig. 2 betrachtet. Diese Dreh­ richtung wird "Voreilwinkelrichtung" genannt.

Ein Kolbenbauteil 57 als die axiale Bewegungsvorrichtung ist ra­ dial zwischen dem Drehbauteil 55 und der Ansaugnockenwelle 3 eingebaut und durch einen Zapfen 58 und einen Ring 59 in einer solchen Art und Weise montiert, daß sich das Kolbenbauteil 57 relativ zur Ansaugnockenwelle 3 jeweils nicht drehen und axial bewegen kann. Das Kolbenbauteil 57 teilt die Öldruckkammer, die durch die Ansaugnockenwelle 3, das Drehbauteil 55 und die Rück­ platte 62 gebildet wird, in eine Niederdrehzahlöldruckkammer 82 und eine Hochdrehzahlöldruckkammer 88.

Das Schuhgehäuse 61 bildet zusammen mit der Rückplatte 62 ein Gehäuse zum Unterbringen eines später beschriebenen Flügelrotors 63. Die Öffnung des Schuhgehäuses 61 wird durch ein Abdeckung 72 verschlossen. Die Phaseneinstellvorrichtung in dem zweiten Aus­ führungsbeispiel weist das Schuhgehäuse 61 und den Flügelrotor 63 auf.

Wie in Fig. 3 gezeigt ist, hat das Schuhgehäuse 61 Schuhe 61a, 61b, 61c und 61d, die im wesentlichen equidistant voneinander in der Umfangsrichtung ausgebildet sind und jeweils einen bogenför­ migen Querschnitt haben. In den vier Umfangsspalten zwischen den Schuhen 61a, 61b, 61c und 61d sind Sektorräume 100 ausgebildet, die als Gehäusekammern zum Unterbringen von Flügeln 63a, 63b, 63c und 63d als Flügelbauteile dienen.

Beide axiale Endoberflächen des Flügelrotors 63, der als Rotor der angetriebenen Seite dient, sind durch das Schuhgehäuse 61 und die Rückplatte 62 bedeckt. Der Flügelrotor 63 ist im wesen­ tlichen equidistant in der Umfangsrichtung mit Flügeln 63a, 63b, 63c und 63d ausgestattet, die drehbar in den Sektorräumen 100 untergebracht sind. Pfeile in Fig. 3, die die Verzögerungsrich­ tung und die Voreilrichtung zeigen, stellen jeweils die Ver­ zögerungswinkelrichtung und die Voreilwinkelrichtung des Flügel­ rotors 63 relativ zum Schuhgehäuse 61 dar. In Fig. 3 ist jeder Flügel an einem Umfangsendabschnitt eines jeden Sektorraumes 100 positioniert und der Flügelrotor 63 ist an der äußersten Ver­ zögerungsposition relativ zum Schuhgehäuse 61 positioniert. Diese äußerste Verzögerungsposition wird durch Zurückhalten der Verzögerungsseite des Flügels 63a auf der Voreilseite des Schuhs 61d gebildet. Ein innerer Keil 63e ist auf der inneren Umfang­ swand des Flügelrotors 63 ausgebildet.

Ein Keilbauteil 75 und ein Keilnutenbauteil 76, die in Fig. 2 gezeigt sind, sind mit dem Flügelrotor 63 so in Eingriff, daß die Ansaugnockenwelle 3, das Keilbauteil 75 und das Keilnuten­ bauteil 76 zusammen mit dem Flügelrotor 63 drehen und axial nach vorne und nach hinten relativ zum Flügelrotor 63 beweglich sind.

Das Keilbauteil 75 wird durch einen Zapfen 78 in seiner Drehposition bestimmt und auf der axialen Endseite der Ansaug­ nockenwelle 3 befestigt. Das Keilbauteil 75 und ein diametral reduziertes Bauteil 77 sind mittels eines Schraubenbolzens 71 durch eine Büchse 73 an der Ansaugnockenwelle 3 in einer solchen Art und Weise befestigt, daß das Keilbauteil 75 und das dia­ metral reduzierte Bauteil 77 daran gehindert werden, relativ zur Ansaugnockenwelle 3 zu drehen.

Auf der äußeren Umfangswand des Keilbauteils 75 ist ein äußerer Keil 75a ausgebildet. Das diametral reduzierte Bauteil 77 hat einen kleineren äußeren Durchmesser als das Keilbauteil 75 und hat auf dessen äußerer Umfangswand einen äußeren Schrägkeil 77a ausgebildet.

Das Keilnutenbauteil 76 hat eine innere Schraubenkeilnut 76a, die auf ihre inneren Umfangswand ausgebildet ist, und steht über den Schraubenkeil mit dem diametral reduzierten Bauteil 77 in Eingriff. Andererseits hat das Keilnutenbauteil 76 eine äußere Keilnut 76b, die auf der äußeren Umfangswand ausgebildet ist, und steht über einen Keil mit dem Flügelrotor 63 in Eingriff. Das Keilnutenbauteil 76 wird durch eine Blattfeder 79 so axial vorgespannt, daß der innere Schraubenkeil 76a den äußeren Schraubenkeil 77a des diametral reduzierten Bauteils 77 in der hinteren Drehrichtung berühren kann.

Durch die Vorspannkraft der Blattfeder 79 werden das diametral reduzierte Bauteil 77 und das Keilbauteil 75 in die rückwärtige Drehrichtung vorgespannt, so daß der äußere Keil 75a des Keil­ bauteils 75 den inneren Keil 63e des Flügelrotors 63 in der nach hinten gerichteten Drehrichtung berührt. Das Keilnutenbauteil 76 wird durch die Vorspannkraft der Blattfeder 79 dazu gebracht, das diametral reduzierte Bauteil 77 in die rückwärtige Drehrich­ tung zu stoßen, und ist durch sich selbst in die vordere Dre­ hrichtung vorgespannt, so daß der äußere Keil 76b des Keilnuten­ bauteils 76 den inneren Keil 63e des Flügelrotors 63 in der vor­ deren Drehrichtung berührt.

Im zweiten Ausführungsbeispiel steht das Keilnutenbauteil 76 über den Schraubenkeil mit dem diametral reduzierten Bauteil 77 in Eingriff und wird durch die Blattfeder 79 axial vorgespannt, so daß jeweils der äußere Keil des Keilbauteils 75 und des Keil­ nutenbauteils 76 den inneren Keil 63e des Flügelrotors 63 als Rotor der angetriebenen Seite berühren, während kein Spiel durch Abweichen der Zahnspuren nach vorne und nach hinten von der Dre­ hrichtungen erzeugt wird. Sogar wenn die Nockenwelle 3 die posi­ tiven/negativen Drehmomentschwankungen aufnimmt, kann das Rat­ tergeräusch, das ansonsten durch die Kollisionen zwischen den Keilzähnen hervorgerufen werden könnte, an den Eingriffsab­ schnitten zwischen dem Keilbauteil 75 und dem Keilnutenbauteil 76 und dem Flügelrotor 63 verhindert werden.

Wie in Fig. 3 gezeigt ist, ist ein Dichtungsbauteil 47 auf der äußeren Umfangswand des Flügelrotors 63 eingepaßt. Kleine Spiel­ räume werden zwischen der äußeren Umfangswand des Flügelrotors 63 und der inneren Umfangswand des Schuhgehäuses 61 ausgebildet und die Dichtungsbauteile 47 sind vorgesehen, um das Arbeitsöl am Lecken zwischen den Öldruckkammern durch diese Spielräume zu hindern. Die Dichtungsbauteile 47 sind individuell durch die Vorspannkraft der Blattfeder auf die inneren Umfangswand des Schuhgehäuses 61 geschoben.

In der inneren Wand des Flügels 63a ist, wie in Fig. 2 gezeigt, ein eingepreßter und zurückgehaltener Führungsring 64, in den ein Stopperkolben 65, der als Kontaktabschnitt dient, eingesetzt ist. Dieser Stopperkolben 65 hat eine zylindrische Gestalt, die einen Boden hat, und er ist in dem Führungsring 64 so unterge­ bracht, daß der Stopperkolben 65 in der Axialrichtung der An­ saugnockenwelle 3 gleiten kann. Der Stopperkolben 65 wird durch eine Feder 67 zu einer später beschriebenen Stopperbohrung 66a hin vorgespannt.

Ein Einpaßring 66 ist in eine Passungsbohrung, die in dem Schuhgehäuse 61 ausgebildet ist, eingepaßt, während er in seiner inneren Umfangswand die Stopperbohrung 66a hat. Der Stopperkol­ ben 65 kann an der Position des äußersten Verzögerungswinkels in der Stopperbohrung 66a eingepaßt sein. Die Drehung des Flügelro­ tors 63 relativ zum Schuhgehäuse 61 wird behindert, wenn der Stopperkolben 65 in der Stopperbohrung 66a eingepaßt ist und ihn in der Drehrichtung berührt. Mit anderen Worten, der Stopperkol­ ben 65 und die Stopperbohrung 66a halten einander an der Posi­ tion des äußersten Verzögerungswinkels.

Der Stopperkolben 65 nimmt den Öldruck sowohl von der Voreil­ seite als auch von der Verzögerungsseite auf. Die Kraft an der Druckaufnahmeoberfläche des Stopperkolbens 65, die von dem Arbe­ itsöl aufgenommen wird, wirkt in der Richtung, um den Stopper­ kolben 65 von der Stopperbohrung 66a außer Eingriff zu bringen. Wenn ein Öldruck, der gleich oder größer als ein vorbestimmtes Niveau ist, auf den Stopperkolben 65 aufgebracht wird, wird die­ ser Stopperkolben 65 von der Stopperbohrung 66a entgegen der Vorspannkraft der Feder 67 außer Eingriff gebracht.

Der Stopperkolben 65 und die Stopperbohrung 66a sind so posi­ tioniert, daß der Stopperkolben 65 in der Stopperbohrung 66a durch die Vorspannkraft der Feder 67 eingepaßt werden kann, wenn sich der Flügelrotor 63 in seiner äußersten Verzögerungsposition relativ zum Schuhgehäuse 61 befindet, d. h., wenn sich die An­ saugnockenwelle 3 in der äußersten Verzögerungsposition relativ zur Kurbelwelle befindet.

In der Rückplattenseite des Flügels 63a und in der Rückplatte 62 wird, wie in Fig. 2 gezeigt, ein Verbindungskanal ausgebildet, zur Schaffung der Verbindung zwischen einer Rückschlagdruckkam­ mer 68 des Stopperkolbens 65 und einem Entlüftungskanal 55, der in dem zylindrischen Abschnitt 55a ausgebildet ist. Die Rückschlagdruckkammer 68 und der Entlüftungskanal 55e stehen an der äußersten Verzögerungsposition miteinander in Verbindung. Der Entlüftungskanal 55e wird über die Peripherie der Öldichtung 48 mit dem Ölschmierraum des Motors belüftet. Folglich wird die Rückschlagdruckkammer 68 in der äußersten Verzögerungsposition mit der Atmosphäre belüftet und die Bewegung des Stopperkolbens 65 wird nicht behindert. Wenn sich der Flügelrotor 63 von der äußersten Verzögerungsposition zur Voreilseite dreht, d. h., wenn sich der Flügelrotor 63 in eine Außereingriffsposition dreht, bei der der Stopperkolben 65 von der Stopperbohrung 66a außer Eingriff gelangt, wird die Verbindung zwischen der Si­ cherungsdruckkammer 68 und dem Entlüftungskanal 55e beendet.

Wie in Fig. 3 gezeigt, ist zwischen dem Schuh 61a und dem Flügel 63a eine Verzögerungsöldruckkammer 101 ausgebildet, zwischen dem Schuh 61b und dem Flügel 63b eine Verzögerung­ söldruckkammer 102; zwischen dem Schuh 61c und dem Flügel 63c eine Verzögerungsöldruckkammer 103; und zwischen dem Schuh 61d und dem Flügel 63d eine Verzögerungsöldruckkammer 104. Anderer­ seits ist zwischen dem Schuh 61d und dem Flügel 63a eine Vor­ eilöldruckkammer 105 ausgebildet; zwischen dem Schuh 61a und dem Flügel 63b eine Voreilöldruckkammer 106; zwischen dem Schuh 61b und dem Flügel 63c eine Voreilöldruckkammer 107 und zwischen dem Schuh 61c und dem Flügel 63d eine Voreilöldruckkammer 108. Jede der Öldruckkammern bildet eine Antriebsflüssigkeitsdruckkammer.

Wie in Fig. 2 gezeigt, sind in der inneren Umfangswand des Zylinderkopfs 2 ringförmige Ölkanäle 80, 83, 90 und 95 ausge­ bildet. Die Ölkanäle 83 und 85 sind zwischen dem Ölkanal 80 und dem Ölkanal 90 ausgebildet. Diese Ölkanäle 80 und 83 können über das Umschaltventil 51 entweder mit der Hydraulikpumpe 50, die als Antriebsquelle dient, oder dem Ablaß 52 verbunden werden. Andererseits können die Ölkanäle 90 und 95 über ein Umschaltven­ til 54 entweder mit der Hydraulikpumpe 50, die als Antrie­ bsquelle dient, oder mit dem Ablaß 52 verbunden werden. Die Um­ schaltventile 51 und 54 können die Ölkanäle in Reaktion auf eine Instruktion aus der ECU 53 unabhängig voneinander schalten.

In dem ringförmigen Abschnitt 55b des Drehbauteils 55 ist eine Verbindungsöffnung 81 ausgebildet und in dem zylindrischen Ab­ schnitt 55c sind Verbindungsöffnungen 84, 91 und 96 ausgebildet. In der äußeren Umfangswand der Ansaugnockenwelle 3 sind Öldruck­ kammern 85, 92 und 97 ausgebildet, die bogenförmige querver­ laufende Querschnitte haben.

Der Ölkanal 80 steht über die Verbindungsöffnung 81 mit der Nie­ drigdrehzahlöldruckkammer 82 in Verbindung. Der Ölkanal 83 steht über die Verbindungsöffnung 84, die Öldruckkammer 85, einen Öl­ kanal 86, der zwischen einem Ölkanalbauteil 74 und der Ansaug­ nockenwelle 3 ausgebildet ist, und einen Ölkanal 87, der in der Ansaugnockenwelle 3 ausgebildet ist, mit der Hochdreh­ zahlöldruckkammer 88 in Verbindung.

Wenn das Ansaugventil durch die Nocke 4 angetrieben wird, nimmt die Ansaugnockenwelle 3 die in Fig. 2 links gerichtete Axialk­ raft aufgrund des kegelförmigen Profils auf. Wenn das Kolbenbau­ teil 57 so gesteuert wird, daß es sich axial bewegt, erfordert deshalb die Hochdrehzahlöldruckkammer 88 einen höheren Öldruck als denjenigen, den die Niederdrehzahlöldruckkammer 82 benötigt. Mit anderen Worten ist der Öldruck, der auf den Ölkanal 83 auf­ gebracht werden muß, höher als derjenige des Ölkanals 80.

Um die Verbindungen zwischen den Ölkanälen 80, 83 und der Hy­ draulikpumpe 50 und des Ablasses 52 zu ändern, werden die Öldrücke in der Niederdrehzahlöldruckkammer 82 und der Hochdre­ hzahlöldruckkammer 88 durch Steuern des Umschaltventils 51 eingestellt.

Vielmehr wird jedoch durch axiales Bewegen oder Stoppen des Kol­ bens 57 die Ansaugnockenwelle 3 bewegt oder gestoppt, so daß das Profil der Nocke 4 zum Antreiben des Ansaugventils verändert wird, um die zeitliche Öffnungs-/Schließsteuerung, die Öffnung­ speriode und den Hub des Ansaugventils zu steuern.

Der Ölkanal 90 steht von der Verbindungsöffnung 91, der Öldruck­ kammer 92, einem Ölkanal 74a, der in dem inneren Umfang des Öl­ kanalbauteils 74 ausgebildet ist, und einem Ölkanal 71a, der in dem Schraubenbolzen 71 ausgebildet ist, über Ölkanäle 111, 112, 113 und 114 mit den Verzögerungsöldruckkammer 101, 102, 103 und 104 in Verbindung. Der Ölkanal 95 steht von der Verbindungsöff­ nung 96, der Öldruckkammer 97 und einem Ölkanal 98 über Ölkanäle 115, 116, 117 und 118 mit Voreilöldruckkammern 105, 106, 107 und 108 in Verbindung.

Wenn die Nocke 4 das Ansaugventil antreibt, empfängt die Nocke 4 das positive/negative Schwankungsdrehmoment. Dieses schwankende Drehmoment hat einen Durchschnittswert auf der positiven Drehmo­ mentseite. Mit anderen Worten nehmen die Ansaugnockenwelle 3 und der Flügelrotor 63 im Durchschnitt das Schwankungsdrehmoment zur Verzögerungsseite auf. Wenn der Flügelrotor 63 in Phase relativ zum Schuhgehäuse 61 gesteuert wird, erfordert die Voreilöldruck­ kammer einen höheren Öldruck als denjenigen, den die Ver­ zögerungsöldruckkammer erfordert. Kurz gesagt ist der Öldruck, der auf den Ölkanal 95 aufgebracht werden soll, höher als der­ jenige des Ölkanals 90.

Durch Steuerung des Umschaltventils 54 zur Änderung der Ver­ bindungen zwischen den Ölkanälen 90 und 91 und der hydraulischen Pumpe 50 und dem Ablaß 52 werden die Öldrücke in den Ver­ zögerungsöldruckkammern 101, 102, 103 und 104 in den die Vor­ eilöldruckkammern 105, 106, 107 und 108 eingestellt. Demgemäß wird die Drehphase des Flügelrotors 63 relativ zur Steuerriemen­ scheibe 60 eingestellt.

Funktionen des Gerätes zur variablen Ventilsteuerung 7 werden nun beschrieben.

Wenn der Motor gestartet wird, d. h., bevor das Arbeitsöl von der Hydraulikpumpe in die jeweiligen Öldruckkammern eingeleitet wird, befindet sich der Flügelrotor 63 in der äußersten Ver­ zögerungsposition, wie in den Fig. 2 und 3 gezeigt, relativ zum Schuhgehäuse 61, wenn sich die Kurbelwelle dreht. Der obere Endabschnitt des Stopperkolbens 65 ist durch die Vorspannkraft der Feder 67 in die Stopperbohrung 66a eingepaßt, so daß der Flügelrotor 63 und das Schuhgehäuse 61 fest zusammengehalten werden. Folglich wird die Bewegung des Flügelrotors 63 zur Ver­ zögerungsseite und zur Voreilseite relativ zum Schuhgehäuse 61 zurückgehalten, wodurch die relative Drehvibration verhindert wird, sogar wenn die Ansaugnockenwelle 3 den positiven/negativen Drehmomentschwankungen unterworfen wird, wenn die Ansaugnocken­ welle angetrieben wird. Demgemäß wird verhindert, daß das Schuhgehäuse 61 und der Flügelrotor 63 kollidieren und ein Rat­ tergeräusch erzeugen.

Wenn die Ansaugnockenwelle 3 eine positive Drehmomentschwankung aufnimmt, nimmt der äußere Keil des positiven Keilbauteils 75 das positive Drehmoment nach hinten in der Drehrichtung auf, weil er den inneren Keil 63e des Flügelrotors 63 berührt. Wenn die Ansaugnockenwelle 3 die negative Drehmomentschwankung auf­ nimmt, nimmt der äußere Keil des Keilnutenbauteils 76 das nega­ tive Drehmoment, das nach vorne in der Drehrichtung ausgerichtet ist, auf, weil sie den inneren Keil 63e berührt. Demgemäß werden die Kollisionen des Keils und die Erzeugung des Rattergeräusches reduziert, sogar wenn die Ansaugnockenwelle 3 die posi­ tiven/negativen Drehmomentschwankungen aufnimmt.

Wenn das Arbeitsöl nicht in die Niedrigdrehzahlöldruckkammer 82 und die Hochdrehzahlöldruckkammer 88 eingeleitet wird, nimmt die Nocke 4 die nach links in Fig. 2 gerichtete Axialkraft auf, wenn das Ansaugventil angetrieben wird. Demgemäß bewegt sich die Ansaugnockenwelle 3 in Fig. 2 nach links. Es ist deshalb das Niedrigdrehzahlprofil der Nocke 4, das das Ansaugventil beim Start des Motors antreibt.

Nach dem Motorstart wird das Arbeitsöl von der hydraulischen Pumpe 50 zu den jeweiligen Verzögerungsöldruckkammern geleitet. Da ebenso der Verzögerungsöldruck über die Verzögerungsöldruck­ kammer 101 auf den Stopperkolben 65 aufgebracht wird, gelangt der Stopperkolben 65 entgegen der Federkraft der Feder 67 von der Stopperbohrung 66a außer Eingriff, wenn der Öldruck in der Verzögerungsöldruckkammer 101 ein vorbestimmtes Niveau über­ schreitet. Dies erlaubt es, daß der Flügelrotor 63 relativ zum Schuhgehäuse 61 frei dreht. Da der Flügelrotor 63 in seiner äußersten Verzögerungsposition gehalten wird, wie in Fig. 3 gezeigt ist, indem der Öldruck auf der Verzögerungsseite von den jeweiligen Verzögerungsöldruckkammern aufgenommen wird, jedoch das Schuhgehäuse 61 und der Flügelrotor 63 am Kollidieren und Erzeugen von Rattergeräuschen gehindert, sogar wenn die Ansaug­ nockenwelle 3 die positiven/negativen Drehmomentschwankungen zur Zeit des Antriebs des Ansaugventils empfangen.

Als nächstes wird das Umschaltventil 54 umgeschaltet, um die jeweiligen Verzögerungsöldruckkammern zur Atmosphäre hin zu öff­ nen, wodurch das Arbeitsöl an die jeweiligen Voreilöldruckkam­ mern geliefert wird, um den Flügelrotor 63 von der äußersten Verzögerungsposition, die in Fig. 3 gezeigt, zur Voreilseite zu drehen. Zu dieser Zeit wird der Voreilöldruck von der Vor­ eilöldruckkammer 105 am Stopperkolben 65 aufgebracht, so daß der Stopperkolben 65 in seinem Außereingriffszustand von der Stop­ perbohrung 66a gehalten wird. Wenn der Öldruck in den jeweiligen Voreilöldruckkammern das vorbestimmte Niveau übersteigt, dreht sich der Flügelrotor 63 von der äußersten Verzögerungsposition zur Voreilseite, während der Stopperkolben 65 aus der Stopperbo­ hrung 66a heraus bewegt wird, so daß der Stopperkolben 65 und die Stopperbohrung 66a in der Umfangsrichtung voneinander ab­ weichen und der Stopperkolben 65 an einer Position angeordnet ist, die nicht mit der Stopperbohrung 66a in Eingriff ist.

Danach wird das Umschaltventil 54 in Reaktion auf die Instruk­ tion von der ECU gemäß dem Motorbetriebszustand umgeschaltet, um die Öldrücke in den jeweiligen Verzögerungsöldruckkammern und den jeweiligen Voreilöldruckkammern zu steuern, wodurch die Drehphase des Flügelrotors 63 relativ zum Schuhgehäuse 61 gesteuert wird, d. h., die Drehphasendifferenz zwischen der An­ saugnockenwelle 3 und der Kurbelwelle. Dies macht es möglich, das Timing für das Öffnen/Schließen des Ansaugventils genau zu steuern.

Darüber hinaus werden das zeitlich Öffnungs-/Schließtiming, die Öffnungsperiode und der Hub des Ansaugventils durch Umschalten des Umschaltventils 51 gemäß dem Motorbetriebszustand gesteuert, um die Ansaugnockenwelle axial zu bewegen. Gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung kann die Phasen­ steuerung durch das Schuhgehäuse 61 und den Flügelrotor 63 und die axiale Bewegungssteuerung der Ansaugnockenwelle 3 durch das Kolbenbauteil 57 durch Steuern des Umschaltventils 51 und des Umschaltventils 54 unabhängig voneinander durchgeführt werden.

Ferner sind zwischen den Niederdruckölkanälen 80 und 90 die Hochdruckölkanäle 83 und 95 ausgebildet. Genauer gesagt kann das Arbeitsöl aus den Niederdruckölkanälen 80 und 90 zur Atmosphäre entweichen, so daß der Öldruck in den Ölkanälen 80 und 90 nicht mehr ansteigt als notwendig, sogar wenn das Arbeitsöl aus den Ölkanälen 83 und 95 zu den Ölkanälen 80 und 90 leckt. Da die Öldrucksteuerung mit der Öldruckdifferenz durchgeführt wird, er­ leichtert die Tatsache, daß der Öldruck in den Ölkanälen 80 und 90 nicht mehr als notwendig ansteigt, die Steuerung der Druck­ differenz. Dies ermöglicht es, die Steuerung der Drehphase der Ansaugnockenwelle 3 relativ zur Steuerriemenscheibe 60 mit einem hohen Genauigkeitsgrad zu steuern. Im Vergleich zu dem Fall, in dem die Niederdruckkanäle 80 und 90 axial zwischen den Hochdruckkanälen 83 und 95 angeordnet sind, sind darüber hinaus die Druckdifferenz zwischen den Niederdruckölkanälen 80 und 90 und dem Atmosphärendruck niedriger als die Druckdifferenz zwischen den Hochdruckölkanälen 83 und 95 und dem Atmosphären­ druck. Deshalb ist die Ölmenge, die zur Atmosphäre entweicht, reduziert. Demgemäß ist die Ansprechempfindlichkeit der Phasen­ steuerung und der axialen Bewegungssteuerung verbessert.

Zusätzlich sind das Keilbauteil 75 und das Keilnutenbauteil 76 umfangsmäßig so angeordnet und auf der Ansaugnockenwelle 3 befestigt, daß sie nicht relativ zur Ansaugnockenwelle 3 drehen, so daß deren äußerer Keil den inneren Keil 63e des Lüfterrotors 63 vorwärts und rückwärts entsprechend der Drehrichtung und der­ selben Richtung mit den abweichenden Zahnspuren berührt, um kein Spiel zu erzeugen. Sogar wenn die Ansaugnockenwelle 3 die posi­ tiven/negativen Drehmomentschwankungen aufnimmt, kann deshalb das Rattergeräusch, das ansonsten durch die Kollissionen zwischen den Keilen erzeugt werden könnte, an dem Keilabschnitt zwischen dem Lüfterrotor 63 und den Keil- und Keilnutenbauteilen 75 und 76 verhindert werden.

Im zweiten Ausführungsbeispiel ist das Kolbenbauteil 57 zur axi­ alen Bewegung der Ansaugnockenwelle 3 in dem drehbaren Bauteil 55, das als antriebsseitiger Rotor dient, untergebracht. Mit an­ deren Worten, die Phaseneinstellvorrichtung und die axiale Bewegungsvorrichtung der Ansaugnockenwelle 3 sind als eine zusammengebaute Antriebsvorrichtung an einem Endabschnitt der Ansaugnockenwelle 3 konstruiert. Jedoch ist es möglich, die axi­ ale Bewegungsvorrichtung am anderen Endabschnitt der Ansaugnock­ enwelle 3 getrennt von der Phaseneinstellvorrichtung zu instal­ lieren.

Im zweiten Ausführungsbeispiel sind das Keil- und das Keilnuten­ bauteil 75 und 76 und der Lüfterrotor 63 durch das gerade Keil­ profil in Eingriff. Alternativ ist es möglich, einen Eingriff durch ein schräges Keilprofil vorzusehen.

Des weiteren ist die Konstruktion dazu angepaßt, das Drehmoment der Kurbelwelle durch die Steuerriemenscheibe 60 auf die Ansaug­ nockenwelle 3 und die Auslaßnockenwelle 5 zu übertragen. Die Konstruktion kann durch Verwendung eines Kettenritzels oder eines Steuerrades modifiziert werden. Eine andere Abwandlung kann derart sein, daß das Drehmoment der Kurbelwelle, die als Antriebswelle fungiert, durch den Lüfterrotor aufgenommen wird, um die Ansaugnockenwelle und das Schuhgehäuse gemeinsam zu dre­ hen.

Drittes Ausführungsbeispiel

Ein drittes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist in Fig. 4 gezeigt.

In dem Gerät zur variablen Ventilsteuerung 8 des dritten Aus­ führungsbeispiels sind die Ölkanäle 80, 83, 90 und 95, die in der inneren Umfangswand eines Zylinderkopfs 9 ausgebildet sein sollen, alle in der Axialrichtung angeordnet, wie in Fig. 4 gezeigt ist. Dies verkürzt die Bearbeitungszeitperiode, weil es ausreicht, das Werkzeug zur Ausbildung der Ölkanäle 80, 83, 90 und 95 nur in der Axialrichtung zu bewegen.

Gemäß den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen der vorlieg­ enden Erfindung sind die Phaseneinstellvorrichtung und die axi­ ale Bewegungsvorrichtung der Ansaugnockenwelle 3 in Form einer einzigen Antriebsvorrichtung aufgebaut, die am Endabschnitt der Ansaugnockenwelle 3 montiert ist. Folglich wird die Anzahl an Teilen vermindert, um die Anzahl ihrer Montageschritte zu reduz­ ieren, so daß die Größe des gesamten Gerätes verringert ist, um die Herstellkosten zu senken.

Gemäß den Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung la­ gert des weiteren das drehbare Bauteil die Ansaugnockenwelle 3 drehbar und erlaubt die axiale Bewegung der Ansaugnockenwelle 3 und das drehbare Bauteil ist durch den Zylinderkopf axial un­ beweglich gelagert. Darüber hinaus treibt das drehbare Bauteil die Auslaßnockenwelle 5 an, um zusammen mit der Steuerriemen­ scheibe zu drehen. Folglich gerät (1) der Zahnradeingriff zwischen dem drehbaren Bauteil und der Auslaßnockenwelle 5 nicht außer Eingriff, sogar wenn sich die Ansaugnockenwelle 3 axial bewegt, so daß das Zahnrad in der Größe reduziert ist, ohne die axiale Länge des Zahnrades zu vergrößern; (2) Die Drehphase der Auslaßnockenwelle 5 relativ zur Steuerriemenscheibe ändert sich nicht, sogar wenn sich die Ansaugnockenwelle 3 axial bewegt, so daß der Zahnradeingriff zwischen dem drehbaren Bauteil und der Auslaßnockenwelle 5 durch schräg verzahnte Zahnräder erreicht wird; Folglich kann ein hohes Drehmoment mit der selben axialen Zahnradlänge von dem drehbaren Bauteil auf die Auslaßnockenwelle 5 übertragen werden; (3) Die Drehphase der Auslaßnockenwelle 5 relativ zur Steuerriemenscheibe ändert sich nicht, sogar wenn sich die Drehphase der Ansaugnockenwelle 3 bezüglich der Steuer­ riemenscheibe ändert. Folglich wird die relative Phasendifferenz zwischen den Nockenwellen mit einem hohen Genauigkeitsgrad gesteuert.

In den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung wird die Drehphase der Ansaugnockenwelle 3 relativ zur Steuerriemenscheibe eingestellt, wohingegen die Auslaßnocken­ welle 5 dieselbe Phase wie die Steuerriemenscheibe hat. Jedoch kann die Konstruktion so modifiziert werden, daß die Drehphase der Auslaßnockenwelle 5 relativ zur Steuerriemenscheibe eingestellt wird, wohingegen die Ansaugnockenwelle 3 dieselbe Phase wie die Steuerriemenscheibe hat. Bei dieser Abwandlung werden die Ansaugnockenwelle 3 und die Auslaßnockenwelle 5 aus­ getauscht, so daß das Drehmoment der Kurbelwelle von der Auslaßnockenwelle 5 zur Ansaugnockenwelle 3 übertragen wird.

Für die Drehmomentübertragung von dem drehbaren Bauteil zur Auslaßnockenwelle 5 kann nicht nur das Zahnrad, sondern auch eine Kette oder ein Riemen statt dessen verwendet werden.

Ferner wurden die Ausführungsbeispiele der vorliegenden Er­ findung hinsichtlich des Steuersystems zur variablen Ventil­ steuerung beschrieben, bei dem das Ansaugventil durch die An­ saugnockenwelle 3 angetrieben wird, wohingegen das Auslaßventil durch die Auslaßnockenwelle 5 angetrieben wird. Jedoch kann die Erfindung durch ein Gerät zur variablen Ventilsteuerung verkör­ pert werden, bei dem sowohl das Ansaugventil als auch das Auslaßventil durch eine Nockenwelle angetrieben werden.

Es wird ein Gerät zur variablen Ventilsteuerung offenbart, das in der Lage ist, die Größe des gesamten Gerätes zu reduzieren. Ein drehbares Bauteil 12 ist durch einen Schraubenbolzen 40 an einer Steuerriemenscheibe 10 montiert, so daß es zusammen mit der Steuerriemenscheibe drehbar ist. Ein Zylinderkopf 2 lagert das drehbare Bauteil 12 drehbar aber axial unbeweglich. Das drehbare Bauteil 12 lagert eine Ansaugnockenwelle 3 drehbar und axial beweglich. Sogar wenn die Ansaugnockenwelle 3 axial bewegt wird und sich in der Drehphase relativ zur Steuerriemenscheibe 10 ändert, wenn sich bogenförmige Zahnräder 20, 21 axial bewegen, ändert sich die Drehphase zwischen der Auslaßnocken­ welle 5 und der Steuerriemenscheibe 10 nicht.

Claims (7)

1. Gerät zur variablen Ventilsteuerung für einen Verbrennungsmo­ tor, der ein Ansaugventil, ein Auslaßventil und eine Antriebs­ welle hat, das die folgenden Bauteile aufweist:
eine axial bewegliche erste angetriebene Welle (3), die eine kegelförmige, mehrdimensionale Nocke (4) zur Öffnung und Schließung von mindestens einem Ventil des Ansaugventils und des Auslaßventils hat;
einen antriebsseitigen Rotor (10, 11, 12, 60, 62, 55) zur ge­ meinsamen Drehung mit der Antriebswelle;
ein drehbares Bauteil (12, 55), das einen Teil des an­ triebsseitigen Rotors (10, 11, 12, 60, 62, 55) zur drehbaren Lagerung der ersten angetriebenen Welle (3) und zur Zulassung einer axialen Bewegung der ersten angetriebenen Welle (3) bildet;
ein Lagerbauteil (2, 9) zur drehbaren Lagerung des drehbaren Bauteils (12, 55) und zur Verhinderung der axialen Bewegung des drehbaren Bauteils (12, 55);
einen Rotor der angetriebenen Seite (13, 63), der drehbar an dem antriebsseitigen Rotor (10, 11, 12, 60, 62, 55) montiert ist und hydraulisch in einer Drehphase relativ zum an­ triebsseitigen Rotor zur gemeinsamen Drehung mit der ersten angetriebenen Welle (3) gesteuert wird;
einen hydraulisch gesteuerten Kolben (22, 57), der im inneren des antriebsseitigen Rotors (10, 11, 12, 60, 62, 55) unterge­ bracht ist und zur gemeinsamen axialen Bewegung mit der er­ sten angetriebenen Welle (3) dient.

2. Gerät zur variablen Ventilsteuerung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die erste angetriebene Welle (3) das Ansaugventil oder das Auslaßventil öffnet und schließt,
das Gerät des weiteren eine axial unbewegliche zweite ange­ triebene Welle (5) zum Öffnen und Schließen der anderen Ven­ tils des Ansaugventils und des Auslaßventils enthält; und
das drehbare Bauteil (12, 55) die zweite angetriebene Welle (5) antreibt.

3. Gerät zur variablen Ventilsteuerung gemäß Anspruch 1 oder 2, des weiteren gekennzeichnet durch folgende Bauteile:
ein Paar erster Fluidkanäle (80, 90), die entlang einer axia­ len Richtung des drehbaren Bauteils (55) vorgesehen sind und an einem drehbaren Verschiebeabschnitt zwischen dem Lagerbau­ teil (2, 9) und dem drehbaren Bauteil (55) für die hydrauli­ sche Steuerung vorgesehen sind; und
einen zweiten Fluidkanal (83, 95), der zwischen dem Paar der ersten Fluidkanäle (80, 90) in der axialen Richtung des dreh­ baren Bauteils (55) vorgesehen ist, und der am drehbaren Ver­ schiebeabschnitt für die hydraulische Steuerung vorgesehen ist, wobei ein Fluiddruck der ersten Fluidkanäle (80, 90) niedriger ist als derjenige des zweiten Fluidkanals (83, 95).

4. Gerät zur variablen Ventilsteuerung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor der angetriebenen Seite (13, 63) und der Kolben (22, 57) an einem Ende der ersten angetriebenen Wellen (3) angeordnet sind.

5. Gerät zur variablen Ventilsteuerung für einen Verbrennungsmo­ tor, der ein Ansaugventil, ein Auslaßventil und eine Antriebs­ welle hat, das die folgenden Bauteile aufweist:
eine axial bewegliche erste angetriebene Welle (3), die eine kegelförmige, mehrdimensionale Nocke (4) zur Öffnung und Schließung des Ansaugventils oder des Auslaßventils hat;
einen antriebsseitigen Rotor (10, 11, 12, 60, 61, 62, 55) zur gemeinsamen Drehung mit der Antriebswelle;
ein drehbares Bauteil (12, 55), das einen Teil des an­ triebsseitigen Rotors (10, 11, 12, 60, 61, 62, 55) zur dreh­ baren Lagerung der ersten angetriebenen Welle (3) und zur Zu­ lassung einer axialen Bewegung der ersten angetriebenen Welle (3) bildet;
ein Lagerbauteil (3, 9) zur drehbaren Lagerung des drehbaren Bauteils (12, 55) und zur Verhinderung der axialen Bewegung des drehbaren Bauteils (12, 55);
einen Rotor an der angetriebenen Seite (13, 63), der drehbar an dem antriebsseitigen Rotor (10, 11, 12, 60, 62, 55) mon­ tiert ist und hydraulisch in einer Drehphase relativ zum an­ triebsseitigen Rotor (10, 11, 12, 60, 62, 55) zur gemeinsamen Drehung mit der ersten angetriebenen Welle (3) gesteuert wird; und
eine zweite angetriebene Welle (5), die axial unbeweglich ist, zum Schließen und Öffnen des anderen Ventils des Ansaug­ ventils und des Auslaßventils, wobei
das drehbare Bauteil (12, 55) die zweite angetriebene Welle (5) antreibt.

6. Gerät zur variablen Ventilsteuerung für einen Verbrennungsmo­ tor, der ein Ansaugventil, ein Auslaßventil und eine Kurbelwelle hat, das die folgenden Bauteile aufweist:
eine axial bewegliche erste angetriebene Welle (3), die eine kegelförmige, mehrdimensionale Nocke (4) zur Öffnung und Schließung von dem Ansaugventil und/oder dem Auslaßventil hat;
einen antriebsseitigen Rotor (10, 11, 12, 60, 62, 55), der durch die Kurbelwelle gedreht werden soll;
ein drehbares Bauteil (12, 55) zur Bildung eines Teils des antriebsseitigen Rotors (10, 11, 12, 60, 62, 55) zur drehba­ ren Lagerung der ersten angetriebenen Welle (3) und zur Zu­ lassung der axialen Bewegung der ersten angetriebenen Welle (3);
ein Lagerbauteil (2, 9) zur drehbaren Lagerung des drehbaren Bauteils (12, 55) und zur Verhinderung der axialen Bewegung des drehbaren Bauteils (12, 55);
einen Rotor an der angetriebenen Seite (13, 63), der drehbar an dem antriebsseitigen Rotor (10, 11, 12, 60, 62, 55) mon­ tiert ist und hydraulisch in einer Drehphase relativ zum an­ triebsseitigen Rotor (10, 11, 12, 60, 62, 55) zur gemeinsamen Drehung der ersten angetriebenen Welle (3) gesteuert wird;
eine hydraulisch gesteuerte Drehphaseneinstellvorrichtung (20, 21, 61, 63) zur Einstellung der Drehphase zwischen dem antriebsseitigen Rotor (10, 11, 12, 60, 62, 55) und dem Rotor an der angetriebenen Seite (13, 63); und
eine hydraulisch gesteuerte Axialbewegungsvorrichtung (22, 57) zur axialen Bewegung der ersten angetriebenen Welle (3).

7. Gerät zur variablen Ventilsteuerung gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehphaseneinstellvorrichtung (20, 21, 61, 63) und die axiale Bewegungsvorrichtung (22, 57) an einem Ende der ersten angetriebenen Welle (3) angeordnet sind.