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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Einlaß- und/oder
Auslaß-Ventil-Zeitsteuervorrichtung, die optimal dazu
geeignet ist, daß sie bei einem Verbrennungsmotor mit interner
Verbrennung eingesetzt wird. Insbesondere betrifft sie ein
System, das fähig ist, die Einlaß- und/oder Auslaß-Ventil-
Zeitsteuerung abhängig von dem Betriebszustand des Motors,
beispielsweise der Größe der Maschinenbelastung und/oder der
Maschinendrehzahl, zu steuern.
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Vor kurzem wurden verschiedene Einlaß- und/oder
Auslaß-Ventil-Zeitsteuervorrichtungen für Verbrennungsmotoren mit
interner Verbrennung zur Erzeugung eines optimalen
Motorbetriebes abhängig von dem Betriebszustand des Motors
vorgeschlagen.
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Wie allgemein bekannt ist, wird die Ventil-Zeitsteuerung so
durchgeführt, daß ein optimaler Motorbetrieb erzielt wird,
aber dennoch ist die vorbestimmte Ventil-Zeitsteuerung nicht
für alle auftretenden Betriebsbedingungen geeignet. Wie
bekannt ist, wird, wenn der Motor innerhalb eines Bereichs mit
niedrigen Drehzahlen betrieben wird, ein höheres Drehmoment
mit einer frühen Einlaß- und/oder
Auslaß-Ventil-Zeitsteuerung als mit der vorbestimmten Ventil-Zeitsteuerung
erhalten.
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Solche herkömmlichen Einlaß- und/oder
Auslaß-Ventil-Zeitsteuervorrichtungen
für Verbrennungsmaschinen mit interner
Verbrennung sind in dem Japanischen Gebrauchsmuster (Jikkai
Showa) 62-66206 und in dem US-Patent 4,421,408 beschrieben.
In diesen herkömmlichen Ventil-Zeitsteuervorrichtungen ist
eine Zeitsteuer-Riemenscheibe drehbar über einen
Tellerradmechanismus (Hohlrad) an dem frontseitigen Ende der
Nockenwelle gelagert. Der Tellerradmechanismus weist ein Tellerrad
auf, das ein inneres Schnecken-Zahnrad (Schraubenrad), das
in einem Bereich eines äußeren Schnecken-Zahnrades, das an
dem frontseitigen Ende der Nockenwelle befestigt ist,
eingreift, und ein äußeres Schnecken-Zahnrad, das in einen
Bereich eines inneren Schnecken-Zahnrades, das an der inneren
Umfangswand der Zeitsteuer-Riemenscheibe gebildet ist,
eingreift. In dieser Art und Weise greift das Tellerrad drehbar
zwischen der Zeitsteuer-Riemenscheibe und der Nockenwelle
ein. Das Tellerrad ist üblicherweise in axialer Richtung der
Nockenwelle über Federeinrichtungen, wie beispielsweise eine
Schraubenfeder, vorgespannt. Unter diesen Bedingungen wird
die Einlaß- und/oder Auslaß-Ventil-Zeitsteuerung
üblicherweise auf eine vorbestimmte Ventil-Zeitsteuerung
eingestellt. Die herkömmliche Ventil-Zeitsteuervorrichtung weist
weiterhin eine Venntilanordnung für die Öflußsteuerung auf,
die in der Nockenwelle zur Steuerung der Ölströmung, die
über eine Druckkammer, die zwischen der
Zeitsteuer-Riemenscheibe und dem frontseitigen Endbereich der Nockenwelle
angeordnet ist, zugeführt wird, und ein elektromagnetisches
Betätigungsglied ist mit einer Kipphebel-Abdeckung zum
Betrieb des Strömungs-Steuerventils befestigt. Die
Ventilanordnung zur Strömungssteuerung und die elektromagnetische
Betätigungsglied-Anordnung sind koaxial zueinander
angeordnet. Die Betätigungsglied-Anordnung weist einen im
wesentlichen zylindrischen Kolben auf, der üblicherweise zu seiner
innersten Stellung hin über eine Feder vorgespannt ist. Die
Ventilanordnung für die Durchflußsteuerung weist weiterhin
ein im wesentlichen zylindrisches Steuerventil auf, das
üblicherweise in seiner äußersten Stellung vorgespannt ist,
wobei das äußere Ende des Kolbens (Stempels) und das äußere
Ende des Steuerventils über Einrichtungen in Form einer
Feder aneinanderstoßen. Falls das Betätigungsglied aktiviert
wird, wird der Kolben von seiner innersten Stellung zu
seiner äußersten Stellung verschoben und hierdurch wird das
Steuerventil von der äußersten Stellung zu der innersten
Stellung bewegt, wobei es zwischen dem Öl-Zuführ-Durchlaß
und dem Öl-Ablaß-Durchgang alternierend bewegt wird, wobei
jeder Durchgang im Wechsel geöffnet wird. In diesem Aufbau
wird, wenn das Beätigungsglied aktiviert wird, das Ventil
für die Durchflußsteuerung derart gesteuert, daß das
Arbeitsfluid (Betriebsöl), das unter hohem Druck steht, über
eine Motor-Ölpumpe von der Ölwanne über das Ventil für die
Durchflußsteuerung zu der Druckkammer zugeführt und
demzufolge das Ringzahnrad gedreht und in einer axialen Richtung
gegen die Richtung der vorgespannten Feder bewegt wird.
Dadurch wird der Phasenwinkel zwischen der
Zeitsteuer-Riemenscheibe und der Nockenwelle geringfügig verändert mit dem
Ergebnis, daß die Ventil-Zeitsteuerung relativ zu dem
Kurbelwellenwinkel variabel gesteuert wird. Umgekeht wird, wenn
das Betätigungsglied deaktiviert wird, das
Durchfluß-Steuerventil derart gesteuert, daß das Arbeitsfluid von der
Ölwanne über das Steuerventil zu dem inneren Zwischenraum, der
durch den Zylinderkopf gebildet wird, zugeführt wird.
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Dennoch wird in einem herkömmlichen
Ventil-Zeitsteuerungssystem das Steuerventil der Durchfluß-Ventilsteueranordnung
relativ zu dem Kolben der Betätigungsglied-Anordnung in
einem Zustand gedreht, bei dem die einander gegenüberliegenden
Enden des Steuerventils in dem Durchfluß-Steuerventil und
dem Kolben der Betätigungsglied-Anordnung ständig aneinander
stoßen, unabhängig davon, ob oder ob nicht das
Betätigungsglied aktiviert ist, wodurch ein Abrieb zwischen den Enden
des Kolbens und des Steuerventils auftritt. Dies wirkt sich
in einer Verringerung des Hubes des Steuerventils aus.
Hierdurch kann die Durchflußsteuerung zu dem
Tellerradmechanismus nicht effektiv ausgeführt werden.
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Wie vorstehend beschrieben ist, weisen Motoren mit innerer
Verbrennung, da herkömmliche Ventil-Zeitersteuersysteme
derart aufgebaut sind, daß das Arbeitsfluid über das
Durchflußsteuerventil in den inneren Zwischenraum in den Zylinderkopf
eingeleitet wird, ein positives
Kurbelwellen-Entlüftungssystem (PCV) auf, wobei ein Teil des Arbeitsfluids mit den
Abgasen oder anderen Dämpfen in dem Kurbelwellengehäuse oder
in dem Zylinderkopf vermischt wird. Dadurch kann das
Arbeitsfluid verschlechtert werden. Falls das vorbeigelassene
Gas, das einen Anteil des Arbeitsfluids aufweist, durch das
PCV-Ventil, das dazu vorgesehen ist, den Durchfluß des
vorbeigelassenen Gases von dem Kurbelwellengehäuse in den
Ansaug-Rohrverteiler (Ansaugbrücke) zu regulieren, eingeführt
wird, wird das vorbeigelassenen Gas mit dem einströmenden
Luft-Treibstoffgemisch gemischt und den Zylindern zur
Verbrennung zugeführt. Hierdurch wird die Konzentration von
Giftstoffen, die aus dem Auslaßventil in die Umgebung
abgegeben wird, vergrößert, wodurch die Emissionssteuerqualität
verringert wird. Aus diesem Grund erfordern
Verbrennungsmaschinen mit interner Verbrennung mit herkömmlichen Ventil-
Zeitsteuersystemen Separatoren, wie beispielsweise eine
Prallplatte und einen Stahlschirm zur Trennung des
Arbeitsfluids von den Abgas-Verbrennungsrückständen. Diese Teile
vergrößern die Gesamtkosten des Motors.
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Die FR-A-2 526 858, gegen die der Oberbegriff des
Anspruches 1 abgegrenzt ist, beschreibt eine
Zeitsteuervorrichtung für eine Nockenwelle, in der Öl unter Druck über
einen Öl-Zuführ-Durchgang zugeführt wird, der durch den
Zylinderkopf zu einem Nockenwellenlager und daher zu dem
hydraulischen Betätigungsglied für die Zeitsteuervorrichtung
zugeführt wird. Öl wird durch einen Öl-Auslaß-Durchgang zu
einem Steuerventil, das auf der Zylinderkopfabdeckung
befestigt ist, abgegeben. Das Steuerventil steuert den Grad der
Öffnung eines Ausgangs in das Innere der
Zylinderkopfabdeckung und dadurch steuert es den strömungsaufwärts
gerichteten Öldruck an dem hydraulischen Betätigungsglied.
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Die DE-A-32 10 914 beschreibt eine
Nockenwellen-Zeitsteueranordnung, in der Öl sowohl zu als auch aus einem
hydraulischen Betätigungsglied über einen einzigen Durchgang, der
durch den Zylinderkopf zu einem System von Einlaß- und
Auslaßventilen, die nur schematisch gezeigt sind, zugeführt
wird.
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Die EP-A-0 340 821 (hierbei handelt es sich um eine
parallele, anhängige Anmeldung, die gemäß Artikel 54 (3)
angeführt ist) beschreibt eine Nockenwellen-Zeitsteueranordnung,
in der ein Steuerventil in einem Teil, das an der Außenseite
des Zylinderkopfes befestigt ist, mit einem Zuführungskanal,
einem Auslaßkanal und einem Kanal versehen ist, der zu dem
hydraulischen Betätigungsglied für die Zeitsteuervorrichtung
führt, wobei alle durch den Zylinderkopf hindurchführen.
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Es ist als eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung
anzusehen, ein Einlaß- und/oder Auslaß-Ventil-Zeitsteuersystem
für Verbrennungsmotoren mit interner Verbrennung mit hoher
Haltbarkeit anzugeben, in der die Ventil-Zeitsteuerung
variabel in Abhängigkeit von dem Betriebszustand des Motors,
beispielsweise der Größe der Motorleistung und/oder der
Motordrehzahl, gesteuert wird.
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Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung ein variables
Einlaß- und/oder Auslaß-Ventil-Zeitsteuersystem anzugeben, das
eine optimale Emissionscharakteristik für
Verbrennungsmotoren mit interner Verbrennung aufweist, indem ein
Arbeitsfluid
für das Zeitsteuersystem verwendet wird, das nicht mit
vorbeigeführten Gasen in dem Zylinderkopf vermischt wird.
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Die Erfindung gibt ein Einlaß- und/oder
Auslaß-Ventil-Zeitsteuersystem für Verbrennungsmotoren mit interner
Verbrennung an, wobei das System einen Zahnradmechanismus aufweist,
der zwischen einer Zeitsteuer-Riemenscheibe und einer
Nockenwelle zur Einstellung des Phasenwinkels zwischen der
Riemenscheibe und der Nockenwelle dient, einen
Antriebsmechanismus zur Steuerung des Zahnradmechanismus über den
Öldruck in Abhängigkeit von dem Betriebszustand des Motors,
wobei der Antriebsmechanismus folgende Merkmale aufweist:
Einen hydraulischen Kreis, der einen Öl-Zuführ-Durchgang
aufweist, der durch den Zylinderkopf des Motors zur
Zuführung von Arbeitsfluid von einem Öldruckgenerator zur
Druckerzeugung für das Arbeitsfluids zu dem
Zahnradmechanismus hin und ein Öl-Auslaß-Durchgang zum Auslaß des Fluids
von dem Zahnradmechanismus zu einer Ölwanne des Motors, ein
Durchfluß-Steuerventil zur Steuerung des Betrages des
Arbeitsfluids, das durch den hydraulischen Kreis fließt,
Einrichtungen zur Überwachung des Betriebszustandes des Motors,
wobei die Überwachungseinrichtung ein Steuersignal erzeugt,
das für den Betriebszustand des Motors charakteristisch ist,
und ein Betätigungsglied zum Betätigen des
Strömungs-Steuerventils in Abhängigkeit des Steuersignals von der
Überwachungseinrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß der
Ölauslaßdurchgang durch den Zylinderkopf hindurchführt und daß
das Durchfluß-Steuerventil in dem Zylinderkopf angeordnet
ist.
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Das Durchfluß-Steuerventil und das Betätigungsglied sind
vorzugsweise integral aufgebaut und vorzugsweise an dem
Zylinderkopf befestigt. In dem Zylinderkopf sind der
Öl-Zuführ-Durchgang und der Öl-Ablaß-Durchgang vorzugsweise
nebeneinanderliegend angeordnet und das Durchfluß-Steuerventil
ist derart angeordnet, daß es sowohl den Öl-Zuführ- als auch
den Öl-Auslaß-Durchgang durchtritt. Das
Durchfluß-Steuerventil weist vorzugsweise ein Steuerventil zur Sperrung des
Öl-Zuführ-Durchgangs und zur Freigabe des
Öl-Auslaß-Durchgangs oder zur Sperrung des Öl-Auslaß-Durchgangs und zur
Freigabe des Öl-Zuführ-Durchgangs auf. Das Steuerventil
weist vorzugsweise einen ersten Ventilbereich zur Sperrung
und Freigabe des Öl-Zuführ-Durchgangs und einen zweiten
Ventilbereich zur Sperrung und Freigabe des
Öl-Auslaß-Durchgangs auf, wobei der erste Ventilbereich eine im
wesentlichen ringförmige Nut an der äußeren Umfangsfläche aufweist
derart, daß ein kleiner Betrag des Arbeitsfluids über die
Ringnut zu dem Zahnradmechanismus zugeführt wird, um eine
Schmierung des Zahnradmechanismus zu bewirken, wenn der Öl-
Zuführ-Durchgang über den ersten Ventilbereich gesperrt
wird. Das Betätigungsglied weist vorzugsweise eine
Kolbenstange auf, die dazu geeignet ist, das Steuerventil zu
bewegen, wobei das Steuerventil und die Kolbenstange integral
miteinander bewegt werden, während die einander zugewandten
Enden des Steuerventils und der Kolbenstange
aneinanderstoßen.
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Figur 1 zeigt einen Querschnitt, der eine bevorzugte
Ausführungsform einer Einlaß- und/oder
Auslaß-Ventil-Zeitsteueranordnung für Verbrennungsmaschinen mit interner
Verbrennung gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt.
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Figur 2 ist ein Querschnitt entlang der Schnittlinie II-II
der Figur 1.
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Die Grundgedanken der vorliegenden Erfindung, die sich auf
ein Einlaß- und/oder Auslaß-Ventil-Zeitsteuersystem für
Motoren mit interner Verbrennung beziehen, sind in den
Figuren 1 und 2 gezeigt.
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Figur 1 zeigt einen frontseitigen Endbereich einer
Nockenwelle 3, die zur Öffnung und Schließung eines (nicht
dargestellten) Einlaß- und/oder Auslaß-Ventils dient. Wie
deutlich anhand der Figur 1 zu sehen ist, ist die Nockenwelle 3
zwischen einem Zylinderkopf 14 und einem Lagerteil 20
gelagert. Mit dem Bezugszeichen 1 wird eine
Zeitsteuer-Riemenscheibe bezeichnet, die durch einen Steuerriemen oder eine
Steuerkette angetrieben wird. Die Zeitsteuer-Riemenscheibe 1
ist hermetisch durch einen Stirndeckel 2 an dem
frontseitigen Ende der im wesentlichen ringförmigen Nabe luftdicht
verschlossen. Die Riemenscheibe 1 weist weiterhin ein
inneres, schraubenförmiges Zahnrad 1a an ihrer inneren,
periphären Umfangsfläche auf. Eine Hülse (Buchse) 4, die ein
äußeres, schraubenförmiges Zahnrad 4a aufweist, ist fest mit
der äußeren, periphären Fläche des frontseitigen Endes der
Nockenwelle 3 mittels eines Bolzens 22 und eines Stiftes 32
verbunden. Ein Tellerradmechanismus (Hohlradmechanismus) 5
ist zwischen der Zeitsteuer-Riemenscheibe 1 und der Hülse
(Manschette) 4 vorgesehen. Der Tellerradmechanismus 5 weist
ein Ring-Zahnradteil 6, das aus einem ersten
Zahnradbereich 6a und einem einem zweiten Zahnradbereich 6b
zusammengesetzt ist, eine Vielzahl von Schrauben- oder
Spiralfedern 7 und eine Vielzahl von Verbindungsstiften 8 auf, die
in einer ringförmigen Ausnehmung, die in dem ersten
Zahnradbereich 6a an dem zweiten Zahnradbereich 6b gebildet ist,
befestigt sind. Wie in Figur 1 zu sehen ist, ist der erste
Zahnradbereich 6a üblicherweise in Richtung des zweiten
Zahnradbereichs 6b durch Federn 7 vorgespannt. Der erste und
der zweite Zahnradbereich 6a und 6b weisen jeweils ein
inneres, schraubenförmiges Zahnrad 6c, das in das äußere
schraubenförmige Zahnrad 4a der Hülse 4 eingreift, und ein
äußeres schraubenförmiges Zahnrad 6d auf, das in das innere,
schraubenförmige Zahnrad 1a der Riemenscheibe 1 eingreift,
auf. Die axial nach vorne gerichtete Bewegungsfreiheit des
ersten Zahnradbereichs 6a ist durch eine innere Schulter,
die an dem inneren Umfang der Riemenscheibe 1 gebildet ist,
derart begrenzt, daß das frontseitige Ende des ersten
Zahnradbereichs 6a an die Schulter 1b anstößt. Auf der anderen
Seite wird die axiale nach hinten gerichtete
Bewegungsfreiheit des zweiten Zahnradbereichs 6b durch das frontseitige
Ende eines im wesentlichen ringförmigen Halterungsteils 9
begrenzt, das an dem hinteren Endbereich der Nabe der
Riemenscheibe 1 durch Aufpressen befestigt ist. Eine
ringförmige Druckkammer 10 wird durch die innere Umfangsfläche
der Riemenscheibe 1, der äußeren Umfangsfläche der Hülse 4
und der frontseitigen Endfläche des ersten
Zahnradbereichs 6a festgelegt, um Arbeitsfluid, das von der (nicht
dargestellten) Ölwanne über die (nicht dargestellte) Motor-
Ölpumpe zugeführt wird, zuzuführen.
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Ein Antriebsmechanismus 11 für das vorstehend beschriebene
Zahnradteil 6 weist einen hydraulischen Kreis 12 zur
Zuführung und Weiterleitung des Arbeitsfluids von der (nicht
dargestellten) Ölwanne zu der Druckkammer 10, wobei eine
Druckfeder zwischen dem Zahnradbereich 6b und dem
Halterungsteil 9 angeordnet ist, um in der Normalstellung das
ringförmige Zahnradteil 6 in einer axial nach vorne
gerichteten Richtung vorzuspannen, eine
Durchfluß-Steuerventilanordnung 15, die in dem Zylinderkopf 14 zur Steuerung der
Menge des Arbeitsfluids, das durch den hydraulischen
Kreis 12 strömt, vorgesehen ist, und eine
elektromagnetischen Betätigungsglied-Anordnung 16, die in dem
Zylinderkopf 14 zur Betätigung der
Durchfluß-Steuerventilanordnung 15 vorgesehen ist, auf. Wie in den Figuren 1 und 2 zu
sehen ist, weist der hydraulische Kreis 12 einen Öl-Zuführ-
Durchgang 17, einen dazwischenliegenden Öl-Durchgang 18 und
einen Öl-Auslaß-Durchgang 19 auf. Der Öl-Zuführ-Durchgang 17
steht über einen (nicht dargestellten) Haupt-Ölförderweg mit
der (nicht dargestellten) Ölpumpe auf der Anströmseite in
Verbindung und steht weiterhin an seinem abströmseitigen
Bereich 17a mit einem ringförmigen Öl-Durchgang 21 in
Verbindung, der zwischen der äußeren Umfangsfläche des frontseitig
gelagerten Bereichs der Nockenwelle 3 und der
halbkreisförmig gebogenen Oberfläche des Zylinderkopfs 14 und dem
Lagerteil 20 gebildet ist. Der Zwischen-Öl-Durchgang 18 weist
einen radialen Öl-Durchgangsweg 18a, der diametral durch den
frontseitigen Lagerbereich der Nockenwelle 3 hindurchführt,
einen axialen Öl-Durchgangsweg 18b, der in dem Bolzen 22
gebildet ist, um mit der Druckkammer 10 eine Verbindung
herzustellen, und einen axialen Öl-Durchgangsweg 18c auf, der in
den frontseitigen Endbereich der Nockenwelle 3 in einer
solchen Weise gebohrt ist, um mit dem Öl-Durchgangsweg 18a und
dem Öl-Durchgangsweg 18b zu kommunizieren. Wie deutlich in
der Figur 2 zu sehen ist, sind der Öl-Zuführ- und der
Öl-Ablaß-Durchgang 17 und 19 parallel zueinander in dem
Zylinderkopf 14 ausgeführt. Der Auslaß-Durchgang 19 steht an seinem
ausgangsseitigen Bereich 19a mit dem ringförmigen
Öl-Durchgang 21 in Verbindung und steht darüberhinaus mit der (nicht
dargestellten) Ölwanne abströmseitgig in Verbindung.
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Gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die
Betätigungs-Anordnung 16 in eine relativ lange Bohrung 14a,
die in der Seitenwand des Zylinderkopfs 14 gebohrt ist,
eingesetzt, während die Durchfluß-Steuerventilanordnung 15 in
einer relativ kleinen Bohrung 14b eingesetzt ist, die sich
von der großen Bohrung 14a ausgehend erstreckt und die zwei
Öl-Durchgänge 17 und 19 durchdrngt. Die
Betätigungsglied-Anordnung 16 weist ein zylindrisches Gehäuse 16a auf, das in
der großen Bohrung 14a des Zylinderkopfes 14 über
Befestigungs- oder Spannteile 23 befestigt ist. Eine
elektromagnetische Spule 16b und ein Kolben 16c, der eine kleine
Schubstange 16d aufweist, sind in dem Gehäuse 16a
vorgesehen. Die Betätigungsglied-Anordnung 16 weist ein
Verbindungsteil 25 auf, das einen Eingangsanschluß 24 besitzt, der
an dessen äußerstem Bereich angeordnet ist, um darüber ein
Ausgangssignal von einem (nicht dargestellten) Steuerteil
einzugeben, das zur Überwachung des Betriebszustandes des
Motors mit innerer Verbrennung vorgesehen ist. Zusätzlich
weist die Durchfluß-Steuerventilanordnung 15 einen
Ventilkörper 26 auf, der dichtend an dem oberen Ende des
Gehäuses 16a befestigt und in die kleine Bohrung 14b eingesetzt
ist. Der Ventilkörper 26 besitzt eine diametral
gegenüberliegende erste und zweite Öffnung 27a und 27b, die an dessen
Außenumfang in axialer Richtung des in Anströmrichtung
weisenden Bereichs 17a des Öl-Zuführ-Durchgangs 17 gebildet
sind, und eine diametral gegenüberliegende dritte und vierte
Öffnung 27c und 27d auf, die an dessen Umfang entlang der
Achse des in Abströmrichtung weisenden Bereiches 19a des
Öl-Auslaß-Durchgangs 19 gebildet ist. Das Steuerventil 28
ist gleitend in dem Ventilgehäuse 26 für die Öffnung und
Schließung des Öl-Zuführ-Durchgangs 17 und des
Öl-Auslaß-Durchgangs 19 angeordnet. Das Steuerventil 28 weist
einen ersten Ventilbereich 28a zur Öffnung und Schließung des
Öl-Zuführ-Durchgangs 17 und einen zweiten Ventilbereich 28b
zur Öffnung und Schließung des Öl-Auslaß-Durchgangs 19 auf.
Wie am besten in Figur 2 zu sehen ist, ist eine
Schraubenfeder 29 zwischen der inneren Wand des oberen Endes des
Ventilkörpers 26 und dem linken Ende des ersten
Ventilbereichs 28a eingesetzt mit der Wirkung, daß das Steuerventil
in seiner normalen Stellung zur rechten Seite (aus Sicht der
Figur 2) vorgespannt ist und das rechte Ende des
Steuerventils 28 wird ständig gegen das obere Ende der Stange 16 des
Kolbens 16c gedrückt. In diesem Zustand ist der Öl-Zuführ-
Durchgang 17 geschlossen, während der Öl-Auslaß-Durchgang 19
vollständig geöffnet ist. Das Steuerventil 28 weist
weiterhin einen Verbindungs-Durchgang 30 auf, der axial
hindurchführt und in einen nach oben und nach unten gerichteten
Durchgangsweg an dessen rechtem Ende unterteilt ist. Durch
diesen Durchgangsweg 30 werden beide Ölkammern, die an
beiden Seiten des Steuerventils 28 gebildet sind, miteinander
verbunden und demzufolge kann das Steuerventil weich
(geschmiert) gleiten. Das Steuerventil 28 weist weiterhin eine
ringförmige Rundhöhlung 28c auf, die an deren im
wesentlichen zentralen äußeren Umfangsfläche gebildet ist. Wie
hier deutlich in Figur 2 zu sehen ist, werden, abhängig von
der Stellung des Steuerventils 28, die erste und die zweite
Öffnung 27a und 27b oder die dritte und die vierte
Öffnung 27c und 27d über die ringförmige Rundhöhlung 28c
miteinander verbunden. Zusätzlich weist der erste
Ventilbereich 28a eine ringförmige Ölnut 31 an dessen äußerer
Umfangsfläche auf. Der erste Ventilbereich 28a ermöglicht, daß
das Arbeitsfluid durch die Ölnut 31 hindurchfließt, wenn der
Öl-Zuführ-Durchgang 17 geschlossen ist.
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Das Einlaß- und/oder Auslaß-Ventil-Zeitsteuersystem für
Verbrennungsmaschinen gemäß der vorliegenden Erfindung arbeitet
in der nachfolgend beschriebenen Art und Weise.
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Wenn der Motor unter niedriger Belastung betrieben wird,
befindet sich das Steuersignal der vorstehend beschriebenen
Steuervorrichtung in einem OFF-Zustand mit der Folge, daß
die Betätigungsglied-Anordnung 16 nicht durch die
Steuereinheit betätigt wird. Daher verbleibt, wie in Figur 2 gezeigt
ist, der Kolben 16c in seiner innersten Stellung und
hierdurch wird das Steuerventil 28 durch die Feder 29 in einer
Auslaßstellung gehalten, in der der erste Ventilbereich 28a
die erste und die zweite Öffnung 27a und 27b verschließt und
demzufolge der Öl-Zuführ-Durchgang 17 geschlossen ist, und
der zweite Ventilbereich 28b richtet die dritte und vierte
Öffnung 27c und 27d zueinander aus und demzufolge ist der
Öl-Auslaß-Durchgang 19 vollständig geöffnet. Daher wird das
Arbeitsfluid in dem Zwischen-Öl-Durchgang 18 und dem
ringförmigen Öl-Durchgang 21 durch den in Strömungsrichtung
liegenden Bereich 19a des Öl-Auslaß-Durchgangs 19, der dritten
Öffnung 27c, der ringförmigen Rundhöhlung 28c und der
vierten
Öffnung 27d zu der Ölwanne in dieser Reihenfolge
zurückgeführt. Andererseits wird der Ölfluß durch den Öl-Zuführ-
Durchgang 17 durch den ersten Ventilbereich verschlossen,
aber dennoch wird ein Anteil des Arbeitsfluids von der
Ölpumpe zu dem Öl-Zuführ-Durchgang 17 über die erste
Öffnung 27a, die ringförmige Nut 31, die zweite Öffnung 27b,
den in Abströmungsrichtung liegenden Bereich 17a des
Öl-Zuführ-Durchgangs 17 und den ringförmigen Öl-Durchgang 21a,
über den Zwischen-Öl-Durchgang 18 zu der Druckkammer 10
zugeführt. Dennoch wird, da der Anteil des Öls, das durch den
Öl-Auslaß-Durchgang 19 abgegeben wird, sehr viel größer als
derjenige der Ölmenge, die durch den Öl-Zuführ-Durchgang 17
zugeführt wird, der Druck innerhalb der Druckkammer 10
niedrig. Hierdurch wird, wie in Figur 1 zu sehen ist, das
ringförmige Zahnradteil 6 in seiner ganz links liegenden
Stellung (aus der Sicht gemäß Figur 1) über die Feder 13
positioniert. Unter dieser Bedingung wird der relative
Phasenwinkel zwischen der Zeitsteuer-Riemenscheibe 1 und der
Nockenwelle 3 auf einen vorbestimmten Phasenwinkel gesetzt,
in der eine Einlaß- und Auslaß-Ventilsteuerung relativ zu
dem Kurbelwellenwinkel initialisiert wird. Weiterhin dient
der geringe Anteil des Arbeitsfluids, der zu der
Druckkammer 10 zugeführt wird, dazu, den Ring-Zahnradmechanismus 5
zu schmieren, wodurch eine hohe Ansprechempfindlichkeit des
Ring-Zahnradmechanismus 5 erreicht wird.
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Umgekehrt wird, wenn der Betriebszustand des Motors von
einer niedrigen Belastung zu einer hohen Belastung wechselt,
das Steuersignal von der Steuereinheit über einen
Eingangsanschluß 24 des Verbindungsteils 25 zu der
elektromagnetischen Spule 16b mit der Folge zugeführt, daß die
Betätigungsglied-Anordnung 16 durch das von der Steuereinheit
ausgehende Signal aktiviert wird. Dadurch wird der Kolben 16c
in seine außenliegende Stellung bewegt und hierdurch drückt
die Kolbenstange 16d gegen das linke Ende des
Steuerventils
28, da das Steuerventil 28 von seiner links liegenden
Stellung zu der rechts liegenden Stellung gegen die
Federkraft, die durch die Feder 29 gebildet wird, bewegt wird.
Anders ausgedrückt wird das Steuerventil 28 in eine Zuführ-
Stellung gebracht, in der der zweite Ventilbereich 28b die
dritte und die vierte Öffnung 27c und 27d verschließt und
demzufolge der Öl-Ablaß-Durchgang 19 vollständig geschlossen
ist, und der erste Ventilbereich 28a ist mit der ersten und
der zweiten Öffnung 27a und 27b ausgerichtet und demzufolge
ist der Öl-Zuführ-Durchgang 17 vollständig geöffnet.
Demzufolge wird das Arbeitsfluid von der Ölpumpe durch die erste
Öffnung 27a, die ringförmige Rundhöhlung 28c, die zweite
Öffnung 27b, dem in Abströmungsrichtung liegenden Bereich
des Öl-Zuführ-Durchganges 17, den ringförmigen
Öl-Durchgang 21 und den Zwischen-Öl-Durchgang 18 zu der
Druckkammer 10 in dieser Durchgangsfolge zugeführt. Hierdurch wird,
da der Druck des Arbeitsfluids innerhalb der Druckkammer 10
hoch wird, das Tellerrad 6 in die (aus Sicht der Figur 1)
nach rechts gerichtete Richtung gegen die Federkraft, die
durch die Feder 13 erzeugt wird, bewegt. Deshalb wird der
Phasenwinkel zwischen der Zeitsteuer-Riemenscheibe 1 und der
Nockenwelle 3 relativ zu einem vorbestimmten Phasenwinkel
hin geändert, der einem optimalen Phasenwinkel während den
Betriebsbedingungen des Motors unter hohen Belastungen
entspricht. Auf diese Art und Weise wird die Einlaß- und/oder
Auslaß-Ventilsteuerung variabel abhängig von dem
Betriebszustand des Motors gesteuert.
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Wie aus der vorstehenden Beschreibung ersichtlich ist, wird,
da die Durchfluß-Steuerventilanordnungen nicht in der
Nockenwelle 3, sondern in dem Zylinderkopf entlang der
elektromagnetischen Betätigungsglied-Anordnung gebildet ist,
eine relative Bewegung zwischen dem Steuerventil der
Durchfluß-Steuerventilanordnung und der Kolbenstange des
Betätigungsgliedes in zufriedenstellender Weise vermieden.
Demzufolge
wird eine in Drehrichtung wirkende Reibung zwischen
den aneinandergrenzenden Enden der Stange und dem
Steuerventil in zufriedenstellender Weise vermieden und hierdurch
wird ein Abrieb, wie vorstehend angegeben, in ausreichendem
Maße vermieden. Zusätzlich wird, da die einander zugewandten
Enden der Kolbenstange und des Steuerventils ständig
aneinander stoßen, ein Zusammenstoßen zwischen den einander
zugewandten Enden vermieden, wenn das Betätigungsglied aktiviert
wird, wodurch Schlaggeräusche, die infolge des
Zusammenstoßens zwischen der Kolbenstange und dem Tellerventil
erzeugt werden, vermieden werden.
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In dem Einlaß- und/oder Auslaß-Ventil-Zeitsteuersystem gemäß
der Erfindung sind die Teile, da die elektromagnetische
Betätigungsglied-Anordnung und die
Durchfluß-Steuerventilanordnung integral aufgebaut sind, in einfacher Weise in
kleine und große Bohrungen, die in der Seitenwand des
Zylinderkopfes gebohrt sind, eingesetzt. Daher ist die Effizienz
beim Montieren des Betätigungsglieds und des
Durchfluß-Steuerventilaufbaus sehr hoch.
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Weiterhin wird das abfließende Arbeitsfluid von dem
Öl-Auslaß-Durchgang 19 direkt in die Ölwanne zurückgeführt,
wodurch verhindert wird, daß das Arbeitsfluid mit dem
vorbeiströmenden Gas, das in dem Zylinderkopf vorhanden ist,
vermischt wird. Demzufolge kann eine hohe Emissionskontrolle
erzielt werden.