DE10109234B4

DE10109234B4 - Variable Ventilvorrichtung eines Verbrennungsmotors

Info

Publication number: DE10109234B4
Application number: DE10109234A
Authority: DE
Inventors: Katsuya Moteki; Shinichi Yokohama Takemura; Yoshiaki Atsugi Miyazato
Original assignee: Hitachi Ltd; Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2000-02-24
Filing date: 2001-02-26
Publication date: 2005-08-25
Anticipated expiration: 2021-02-27
Also published as: US20010027762A1; DE10109234A1; JP2001234720A; US6684833B2; US20030131813A1; JP4006160B2; US6561148B2

Abstract

Variable Ventilvorrichtung eines Verbrennungsmotors, umfassend:
eine durch den Motor angetriebene Antriebswelle (4, 51);
eine parallel zur Antriebswelle (4, 51) verlaufende Steuerwelle (6, 54), wobei die Steuerwelle (6, 54) drehbar um deren Achse zu einer gegebenen Winkelposition in Übereinstimmung mit einem Betriebszustand des Motors ist;
einen Schwenknocken (8, 53), welcher drehbar um die Antriebswelle (4, 51) angeordnet ist, wobei der Schwenknocken (8, 53) Motorventile betätigt;
einen dicht an der Antriebswelle (4, 51) angeordneten, ersten Exzenternocken (12, 55);
eine erste Verbindung (14, 56) welche am ersten Exzenternocken (12, 55) drehbar angeordnet ist;
einen zweiter Exzenternocken (16, 57), welcher dicht an der Steuerwelle (6, 54) angeordnet ist;
einen Kipphebel (18, 58), welcher drehbar an dem zweiten Steuernocken (16, 57) angeordnet ist;
eine zweite Verbindung (20, 59), welche zwischen dem Kipphebel (18, 58) und dem Schwenknocken (8, 53) verläuft;
einen ersten Verbindungsstift (22, 61), durch...

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine variable Ventilvorrichtung eines Verbrennungsmotors, welche Ventilsteuerzeiten und einen Ventilhub des Motor in Übereinstimmung mit einem Betriebszustand des Motors steuert.
Heutzutage werden variable Ventilvorrichtungen aufgrund ihrer Überlegenheit gewöhnlich bei Verbrennungsmotoren von Kraftfahrzeugen verwendet. Tatsächlich werden mittels der Vorrichtung der Kraftstoffverbrauch und das Laufverhalten bei einem Betrieb niedriger Drehzahl und niedriger Last des Motors beide verbessert, und gleichzeitig wird infolge eines erhöhten Gemischladegrads eine ausreichende Ausgangsleistung bei einem Betrieb hoher Drehzahl und hoher Last des Motors erhalten.

Aus DE 198 59 564 A1 ist eine variable Ventilverstell-Vorrichtung für einen Verbrennungskraftmotor bekannt. Diese variable Ventilverstell-Vorrichtung umfasst eine Antriebsnocke, die an einer Antriebswelle befestigt ist, eine Ventilbetätigungsnocke, die durch die Antriebswelle für eine Drehbewegung gehalten ist und eine Bewegungsübertragungseinrichtung, die die Antriebsnocke und die Ventilbetätigungsnocke verbindet. Die Ventilbetätigungsnocke weise eine Nockenfläche auf, die sich zumindest von einem Startpunkt des Nockenhubes bis zu einem Punkt des maximalen Nockenhubes erstreckt. Die Nockenfläche umfasst einen ersten Abschnitt, der einen Rampenabschnitt darstellt, einen zweiten Abschnitt, der einen Abschnitt für eine positive Beschleunigung darstellt, und einen dritten Abschnitt, der einen beschleunigungsfreien Abschnitt darstellt, was eine Situation beinhaltet, bei der sich die Beschleunigung durchgängig innerhalb eines vorbestimmten, infi nitesimalen Fensters um Null ändert. Mit anderen Worten, diese Druckschrift beschreibt eine variable Ventilverstellvorrichtung, bei der der Ausschlagwert und der maximale Hub in Einklang gebracht werden sollen. Dazu wird eine Nocke mit einer speziell ausgebildeten Nockenfläche verwendet, die mit mehreren unterschiedlichen Abschnitten versehen ist.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine variable Ventilvorrichtung eines Verbrennungsmotors zu schaffen, welche frei ist von unerwünschtem unsymmetrischem Verschleiß des Lagerabschnittes.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Merkmalskombination des Anspruchs 1 gelöst, die Unteransprüche zeigen weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.

Weitere Vorteile der vorliegenden Erfindung gehen aus der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung deutlich hervor.

1 ist eine schematische Ansicht einer variablen Ventilvorrichtung, welche ein erstes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist;

2 ist eine Querschnittsansicht längs der Linie II-II von 1;

3 ist ein Graph, welcher eine Beschleunigung eines ersten, zweiten und dritten Verbindungsstifts darstellt, die in der Vorrichtung des ersten Ausführungsbeispiels verwendet werden;

4 ist eine zu 1 ähnliche Ansicht, welche jedoch ein zweites Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt;

5 ist eine Querschnittsansicht längs der Linie V-V von 4;

6 ist eine zu 1 ähnliche Ansicht, welche jedoch ein drittes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt;

7 ist eine Querschnittsansicht längs der Linie VII-VII von 6;

8A und 8B sind Darstellungen zur Erläuterung der Wirkungsweise der Vorrichtungen des ersten und dritten Ausführungsbeispiels;

9 ist eine zu 1 ähnliche Ansicht, welche jedoch ein viertes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt;

10 ist eine zu 1 ähnliche Ansicht, welche jedoch ein fünftes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt;

11 ist eine Querschnittsansicht längs der Linie XI-XI von 10;

12 ist eine zu 1 ähnliche Ansicht, welche jedoch ein sechstes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt;

13 ist eine Querschnittsansicht längs der Linie XIII-XIII von 12;

14 ist ein Graph, welcher Lasten darstellt, die auf einen Lagerabschnitt einer Ringverbindung wirken; und

15 ist eine Querschnittsansicht einer variablen Ventilvorrichtung des Standes der Technik, welche in der japanischen Offenlegungsschrift 11- 141321 beschrieben ist.

Zur weiteren Verdeutlichung der Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird unter Bezugnahme auf 15 der beiliegenden Zeichnung kurz eine variable Ventilvorrichtung des Standes der Technik beschrieben, welche in der japanischen Offenlegungsschrift 11-141321 dargestellt ist.

Wie in 15 dargestellt, umfaßt eine variable Ventilvorrichtung generell eine Antriebswelle 51, welche sich zusammen mit einer (nicht dargestellten) Kurbelwelle eines Verbrennungsmotors dreht, einen Schwenknocken 53, welcher drehbar an der Antriebswelle 51 angeordnet ist, um Einlaßventile (bzw. Auslaßventile) 52 zu betätigen, eine Steuerwelle 54, welche parallel zur Antriebswelle 51 verläuft, und eine Verbindungsvorrichtung zum verbinden der Antriebswelle 51 und des Schwenknockens 53 durch die Steuerwelle 54. Die Verbindungsvorrichtung umfaßt einen ersten Exzenternocken 55, welcher an der Antriebswelle 51 befestigt ist, und eine ringartige Verbindung (bzw. Ringverbindung) 56, welche drehbar am ersten Exzenternocken 55 angeordnet ist. Ein zweiter Exzenternocken 57 ist an der Steuerwelle 54 befestigt, und ein Kipphebel 58 ist drehbar am zweiten Exzenternocken 57 angeordnet. Ein vorstehendes Ende der Ringverbindung 56 und ein Ende des Kipphebels 58 sind drehbar durch einen ersten Verbindungsstift 61 verbunden, und das andere Ende des Kipphebels 58 und der Schwenknocken 53 sind drehbar durch eine stangenartige Verbindung (bzw. Stangenverbindung) 59 verbunden. Das heißt, das andere Ende des Kipphebels 58 und ein Ende der Stangenverbindung 59 sind drehbar durch einen zweiten Verbindungsstift 62 verbunden, und das andere Ende der Stangenverbindung 59 und der Schwenknocken 53 sind drehbar durch einen dritten Verbindungsstift 63 verbunden. Mit 57a ist eine Mitte des zweiten Exzenternockens 57 bezeichnet, um welche der Kipphebel 58 schwenkt. Mit 54a ist eine Mitte der Steuerwelle 54 bezeichnet. So wird, wenn bei Betrieb des dazugehörigen Motors die Steuerwelle 54 zu einer bestimmten Winkelposition gedreht wird, die Mitte 57a des zweiten Exzenternockens 57 relativ zur Mitte 54a der Steuerwelle 54 verschoben, um dadurch die Hubcharkteristik der Einlaßventile 52 zu ändern. Zum Erreichen eines gleichmäßigen Drehens zwischen den miteinander verbundenen Elementen (d.h., 56 und 58, 58 und 59, bzw. 59 und 53) werden der erste, zweite und dritte Verbindungsstift 61, 62 und 63 jeweils derart angeordnet, daß sie eine freie Drehung relativ zu den beiden miteinander verbundenen Elementen aufweisen. Das heißt, jeder Verbindungsstift 61, 62 bzw. 63 ist drehbar zu den beiden miteinander verbundenen Elementen, welche damit in Zusammenhang stehen. Dies bedeutet, daß ein Radialzwischenraum zwischen dem Stift 61, 62 bzw. 63 und einer Innenwand einer zylindrischen Bohrung zwingend definiert ist, welche in jedem der miteinander verbunden Elemente ausgebildet ist.

Jedoch ist, wie bekannt ist, eine Bestimmung idealer Maße eines derartigen Radialzwischenraums sehr schwierig und zumindest beschwerlich. Tatsächlich tritt, wenn die Maße nicht richtig festgelegt sind, leicht eine Fehlausrichtung zwischen den miteinander verbundenen Elementen auf, die einen unerwünschten unsymmetrischen Verschleiß eines Lagerabschnitts, wie etwa des durch den Pfeil 64 angezeigten Abschnitts bewirken kann.

Nachfolgend werden verschiedene Ausführungsbeispiele 100A bis 100F der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung beschrieben. Zur Erleichterung des Verständnisses werden verschiedene Richtungsbegriffe, wie etwa rechts, links, oberes, unteres, nach oben, nach unten und ähnliches, in der Beschreibung verwendet. Jedoch sind diese Begriffe lediglich in Bezug auf die Zeichnung bzw. Figuren zu verstehen, in welchen ein entsprechendes Element bzw. ein entsprechender Abschnitt dargestellt ist.
In 1 und 2 ist eine variabel Ventilvorrichtung 100A dargestellt, welche ein erstes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist. Die Vorrichtung 100A ist derart ausgeführt, daß sie auf einen Verbrennungsmotor anwendbar ist, welcher in jedem Zylinder zwei Einlaßventile 2 und zwei Auslaßventile (nicht dargestellt) aufweist.
Wie aus der Zeichnung ersichtlich, verläuft über Ventilhebern 2a der Einlaßventile 2 des Motors eine Antriebswelle 4. Die Antriebswelle 4 verläuft in einer Richtung, längs welcher die Zylinder des Motors ausgerichtet sind. Ein (nicht dargestelltes) Kettenrad ist an einem Ende der Antriebswelle 4 befestigt und wird durch eine (nicht dargestellte) Kurbelwelle über (nicht dargestellte) Steuerkette mit Kraft versorgt bzw. angetrieben. Die Antriebswelle 4 ist mit in Axialrichtung verlaufenden Ölkanälen ausgebildet, durch welche Schmieröl fließt.
Wie aus 2 ersichtlich, ist über der Antriebswelle 4 eine Steuerwelle 6 angeordnet, welche parallel zur Antriebswelle 4 verläuft. Ein (nicht dargestellter) Aktuator ist mit der Steuerwelle 6 verbunden, um eine Winkelposition derselben in Übereinstimmung mit einem Betriebszustand des Motors zu ändern und zu steuern. Die Steuerwelle 6 ist, wie die oben erwähnte Antriebswelle 4, mit in Axialrichtung verlaufenden Ölkanälen ausgebildet.
Um die Antriebswelle 4 ist schwenkbar bzw. drehbar ein Schwenknocken 8 für jeden Zylinder angeordnet, welcher die Einlaßventile 2 zum öffnen und schließen derselben betätigt.
Wie aus 1 ersichtlich, umfaßt der Schwenknocken 8 ein Paar von Nasenabschnitten 8a und 8a, welche die Ventilheber 2a und 2a gleitend berühren, und einen zylindrischen Lagerabschnitt 8b, welcher zwischen den Nasenabschnitten 8a und 8a angeordnet ist. Der Lagerabschnitt 8b und die Steuerwelle 6 werden durch eine (nicht dargestellte) Halterung drehbar gehalten, die an einem (nicht dargestellten) Zylinderkopf des Motors befestigt ist.
Wie aus der weiteren Beschreibung deutlich hervorgeht, sind bei der variablen Ventilvorrichtung 100A die Antriebswelle 4 und der Schwenknocken 8 zeitlich und mechanisch über die Steuerwelle 6 verbunden. Das heißt, bei Betrieb der variablen Ventilvorrichtung 100A werden die Einlaßventile 2 gezwungen, in einem vorbestimmten Zyklus in Übereinstimmung mit einer Drehung der Antriebswelle 4 zu öffnen bzw. zu schließen, und die Hubcharakteristik jedes Ventils 2 wird in Übereinstimmung mit einer Winkelposition gesteuert, die durch die Steuerwelle 6 eingenommen wird.
Wie aus der Zeichnung, insbesondere aus 2, ersichtlich, umfaßt die variable Ventilvorrichtung 100A einen ersten Exzenterkreisnocken 12 (welcher im weiteren als erster Exzentermnocken bezeichnet wird), welcher dicht und exzentrisch an der Antriebswelle 4 angeordnet ist, eine ringartige Verbindung (welche im weiteren als Ringverbindung bzw. erste Verbindung bezeichnet wird) 14, welche drehbar am ersten Exzenternocken 12 angeordnet ist, einen zweiten Exzenterkreisnocken (welcher im weiteren als zweiter Exzenternocken bezeichnet wird) 16, welcher dicht und exzentrisch an der Steuerwelle 6 angeordnet ist, einen Kipphebel 18, welcher drehbar am zweiten Exzenternocken 16 angeordnet ist, und eine stangenartige Verbindung (welche im weiteren als Stangenverbindung bzw. zweite Verbindung bezeichnet wird) 20, welche sowohl mit dem Kipphebel 18 als auch mit dem Schwenknocken 8 drehbar verbunden ist.
Der erste Exzenternocken 12 ist mittels einer Preßpassung an der Antriebswelle 4 befestigt. Wie aus 2 ersichtlich, ist eine Mitte C2 des ersten Exzenternocken 12 von einer Mitte C1 der Antriebswelle 4 um eine gegebene Distanz verschoben. Wie aus 1 ersichtlich, weist die Ringverbindung 14 im wesentlichen die gleiche Dicke auf wie der erste Exzenternocken 12, und wie aus 2 ersichtlich, weist die Ringverbindung 14 einen vorstehenden Abschnitt 14a auf, welcher in Radialrichtung nach außen vorsteht. Durch ein Bezugszeichen 28 ist ein Gleitlagerabschnitt bezeichnet, an welchem ein Außenumfang des ersten Exzenternockens 12 und ein Innenumfang der Ringverbindung 14 sich gegenseitig gleitend berühren.
Der zweite Exzenternocken 16 ist mittels einer Preßpassung an der Steuerwelle 6 befestigt. Wie aus 2 ersichtlich, ist eine Mitte C4 des zweiten Exzenternockens 16 von einer Mitte C3 der Steuerwelle 6 um eine gegebene Distanz verschoben. Der Kipphebel 18 ist von einem Winkelhebeltyp, und wie aus 1 und 2 ersichtlich, umfaßt der Kipphebel 18 einen zylindrischen Mittelabschnitt 18a, welcher dicht am zweiten Exzenternocken 16 angeordnet ist, und einen ersten und zweiten Hebelabschnitt 18b und 18c, welche in Radialrichtung nach außen ausgehend von den zylindrischen Mittelabschnitt 18a in entgegengesetzten Richtungen verlaufen. Wie aus 1 ersichtlich, sind der erste und der zweite Hebelabschnitt 18b und 18c in der Axialrichtung versetzt. Der zweite Exzenternocken 16 und der Kipphebel 18 sind in der Nähe einer Einheit angeordnet, welche aus den ersten Exzenternocken 12 und der Ringverbindung 14 besteht.
Wie aus der Zeichnung ersichtlich, sind der erste Hebelabschnitt 18b des Kipphebels 18 und der vorstehende Abschnitt 14a der Ringverbindung 14 durch einen ersten Verbindungsstift 22 drehbar verbunden, der zweite Hebelabschnitt 18c des Kipphebels 18 und ein Endabschnitt der Stangenverbindung 20 sind durch einen zweiten Verbindungsstift 24 drehbar verbunden, und der andere Endabschnitt der Stangenverbindung 20 und der Schwenknocken 8 sind durch einen dritten Verbindungsstift 26 drehbar verbunden.
Wenn bei Betrieb des Motors die Antriebswelle 4 gedreht wird, wird die Ringverbindung 14 durch den Exzenternocken 18 bewegt, und der Kipphebel 18 wird um die Mitte C4 des zweiten Exzenternockens 16 geschwenkt, und gleichzeitig wird der Schwenknocken 8 durch die Stangenverbindung 20 geschwenkt. Währenddessen werden die Ventilheber 2a aussetzend durch den Schwenknocken 8 entgegen Kräften (nicht dargestellter) Ventlilfedern gedrückt, so daß die Einlaßventile 2 einer ÖFFNUNGS/SCHLIEß-Betätigung in Übereinstimmung mit dem Betrieb des Motors unterzogen werden. Wenn nun die Steuerwelle 6 gedreht wird, so daß sie eine bestimmte Winkelposition einnimmt, so wird Mitte C4 des zweiten Exzenternockens 16, welche als Drehmitte des Kipphebels 18 dient, verschoben, wodurch sich die Hubcharakteristik der Einlaßventile 2 kontinuierlich ändert. Nähert sich die Mitte C4 des zweiten Exzenternockens 16 der Mitte C1 der Antriebswelle 4, so nehmen der Hub und der Betätigungswinkel der Ventile 2 zu.
Wie oben erwähnt, ist bei der Variablen Ventilvorrichtung 100A der Schwenknocken 8, welcher die Einlaßventile 2 betätigt, drehbar an der Antriebswelle 4 angeordnet, welche in Übereinstimmung mit einem Betrieb des Motors gedreht wird. So wird eine unerwünschte Mittenverschiebung des Schwenknockens 8 relativ zur Antriebswelle 4 unterdrückt und somit die Steuergenauigkeit erhöht.
Ferner besteht aufgrund der Tatsache, daß die Antriebswelle 4 als eine Tragwelle für den Schwenknocken 8 dient, keine Notwendigkeit, eine getrennte Welle für den Schwenknocken 8 vorzusehen. Daher ist die Anzahl verwendeter Bauteile verringert, und die Vorrichtung 108 kann in kompakter Größe ausgeführt werden. Ferner sind die meisten Bauteile durch eine sogenannte Fläche-Fläche-Verbindung miteinander verbunden und weisen eine zufriedenstellende Beständigkeit gegen Abrieb auf und erleichtern eine Schmierung.
Bei diesem ersten Ausführungsbeispiel 100A ist der erste Verbindungsstift 22 am ersten Hebelabschnitt 18b des Kipphebels 18 (bzw. am vorstehenden Abschnitt 14a der Ringverbindung 14) mittels einer Preßpassung befestigt. Das heißt, der erste Hebelabschnitt 18b ist mit einer Paßbohrung 18d ausgebildet, in welche der erste Verbindungsstift 22 preßeingepaßt wird. Das heißt, in dem in 1 dargestellten Zustand, ist der Zwischenraum zwischen dem ersten Verbindungsstift 22 und der Paßbohrung 18d im Wesentlichen 0 (Null).
Hingegen ist die Verbindung zwischen dem ersten Verbindungsstift 22 und der Ringverbindung 14 drehbarer ausgeführt. Das heißt, der vorstehende Abschnitt 14a der Ringverbindung 14 ist mit einer Lagerbohrung 14c ausgebildet, in welcher ein äußeres Ende des ersten Verbindungsstift 22 drehbar aufgenommen wird. Das heißt, in dem in 1 dargestellten Zustand ist ein bestimmter, jedoch sehr kleiner Zwischenraum zwischen dem ersten Verbindungsstift 22 und der Lagerbohrung 14c definiert.
Wie aus 1 ersichtlich weist der zweite Hebelabschnitt 18c des Kipphebels 18 gegabelte Enden auf, welche ausgerichtete Lagerbohrungen 18e und 18e aufweisen. Der Endabschnitt der Stangenverbindung 20 ist zwischen die gegabelten Enden des Kipphebels 18 gelegt und weist eine Lagerbohrung 20a ?in Eingriff? mit den ausgerichteten Lagerbohrungen 18e und 18e auf. Der zweite Verbindungsstift 24 wird drehbar in den ausgerichteten drei Bohrungen 18e, 20a und 18e aufgenommen. Das heißt, in dem Zustand von 1 ist ein bestimmter, jedoch sehr kleiner Zwischenraum zwischen dem zweiten Verbindungsstift 24 und jeder der Bohrungen 18e, 20a und 18e definiert. Genauer ist der zweite Verbindungsstift 24 sowohl bezüglich des Kipphebels 18 sowohl als auch der Stangenverbindung 20 drehbar. Jedoch kann, falls erwünscht, der zweite Verbindungsstift 24 am Kipphebel 18 oder an der Stangenverbindung 20 befestigt werden.
Der andere Endabschnitt der Stangenverbindung 20 ist mit einer Lagerbohrung 20b ausgebildet, einer der Nasenabschnitte 8a des Schwenknockens 8 ist mit einer Lagerbohrung 8d ausgebildet, und ein Hilfshalteabschnitt 8c des Schwenknockens ist mit einer Lagerbohrung 8e ausgebildet. Wie in 1 dargestellt, sind diese drei Bohrungen 8d, 20b und 8e ausgerichtet, und dritte Verbindungsstift 26 ist drehbar in diesen ausgerichteten Bohrungen 8d, 20b und 8e aufgenommen. Das heißt, in dem Zustand von 1 ist ein bestimmter, jedoch sehr kleiner zwischen dem dritten Verbindungsstift 26 und jeder der Bohrungen 8d, 20b und 8e definiert. Genauer ist der dritte Verbindungsstift 26 sowohl bezüglich der Stangenverbindung 20 als auch bezüglich des Schwenknockens 8 drehbar. Jedoch kann, falls erwünscht, der dritte Verbindungsstift 26 an der Stangenverbindung 20 oder dem Schwenknocken 8 befestigt werden.
Das heißt, bei der variablen Ventilvorrichtung 100A dieses ersten Ausführungsbeispiels ist von sämtlichen Verbindungen zwischen den Stiften 22, 24 und 26 und den Bauteilen 8, 14, 18, und 20 lediglich die Verbindung zwischen dem ersten Verbindungsstift 22 und dem ersten Hebelabschnitt 18b des Kipphebels 18 fest ausgeführt, und die anderen Verbindungen sind schwenkbar bzw. drehbar ausgeführt.
Infolge der festen Verbindung zwischen dem ersten Verbindungsstift 22 und dem ersten Hebelabschnitt 18b des Kipphebels 18 werden die folgenden Vorteile erwartet. Das heißt, selbst wenn, wie bei einer Ventilhebung, eine bestimmte Last zwischen den Kipphebel 18 und der Ringverbindung 14 durch den ersten Verbindungsstift 22 übertragen wird, werden eine unerwünschte Neigungserscheinung des ersten Verbindungsstifts 22 in der Richtung des Pfeils P1 und eine unerwünschte Neigungserscheinung der Ringverbindung 14 in der Richtung des Pfeils P2 unterdrückt. So wird ein unerwünschter unsymmetrischer Verschleiß des Lagerabschnitts 28 zwischen der Ringverbindung 14 und dem ersten Exzenternocken 12 unterdrückt oder zumindest minimiert. Ferner wird infolge der festen Verbindung zwischen dem Stift 22 und dem Kipphebel 18 die Bewegung der Ringverbindung 14 zuverlässig auf den Kipphebel 18 und somit auf den Schwenknocken 8 übertragen, so daß eine unerwünschte Verlagerung des Schwenknockens 8 längs der Antriebswelle 4 unterdrückt oder zumindest minimiert wird. Ferner wird infolge der benachbarten Anordnung des Kipphebels 18 und der Ringverbindung 14 in der Axialrichtung, durch welche einen gegenüberliegende Flächen davon miteinander in Berührung sind, eine unerwünschte Neigungserscheinung der Verbindung 14 unterdrückt. Bei der variablen Ventilvorrichtung 100A wird eine Anordnung verwendet, bei welcher der Bewegungsgrad mit einer Zunahme einer Kraft, welche von der Ringverbindung 14 zum Schwenknocken 8 wandert, allmählich zunimmt. Daher würde, wenn die Verbindung zwischen dem ersten Verbindungsstift 22 und dem Kipphebel 18 schwach ausgeführt wäre, der Schwenknocken 8 einer ausgeprägten Verschiebung unterworfen werden. Jedoch unterdrückt die feste Verbindung des ersten Verbindungsstift 22 mit dem Kipphebel 18 einen derartigen Nachteil.
Gewöhnlich wird in einem Fall eines Einpassens eines Stifts in einem Element ausgebildete Bohrung eine Wand der Bohrung in Berücksichtigung einer ausgeprägten Beanspruchung verstärkt, welche beim Einpassen auf die Wand wirken würde. Gewöhnlich wird zu einer derartigen Verstärkung ein Abschnitt des Elements, in welchem die Bohrung vorgesehen ist, vergrößert. Bei dem Ausführungsbeispiel 100A der Erfindung ist die Länge des ersten Verbindungsstift 22, welcher tatsächlich in die Paßbohrung 18d gesetzt wird, länger als diejenige des anderen Verbindungsstifts 24 bzw. 26. Dies bewirkt eine Zunahme des Gewichts und der Masse des Verbindungsstifts 22 und somit eine Zunahme der Trägheitslast des Selben bei Betrieb der variablen Ventilvorrichtung 100A.
Wie bekannt ist, nimmt die Trägheitslast mit einer Zunahme der Beschleunigung des Verbindungsstifts tendenziell zu. Hingegen weist, wie aus dem Graphen von 3 ersichtlich, bei der variablen Ventilvorrichtung 100A des ersten Ausführungsbeispiels der variable Verbindungsstift 22 die niedrigste Beschleunigung von den drei Stiften 22,24 und 26 auf. Der erste Verbindungsstift 22 ist am Kipphebel 18 befestigt, wie unten beschrieben, so daß eine Zunahme der Trägheitslast, bewirkt durch die Befestigung des Stifts 22 am Kipphebel 18, verhältnismäßig niedrig gesteuert wird, verglichen mit der Zunahme der Trägheitslast des anderen Stifts 24. bzw. 26.
Beim ersten Ausführungsbeispiel 100A wird die längere Seite des ersten Verbindungsstifts 22 fest in die Paßbohrung 18d des Kipphebels 18 eingepaßt, und die kürzere Seite des Stifts 22 wird drehbar in der Lagerbohrung 14c der Ringverbindung 14 ausgenommen. Diese Anordnung bewirkt eine Zunahme der Tragsteifigkeit bezüglich des Stifts 22, verglichen mit einem umgekehrten Fall, bei welchem die längere Seite drehbar in der Bohrung 18d aufgenommen wird und die kürzere Seite fest in die Bohrung 14c eingepaßt wird. So wird einen unerwünschte Neigungserscheinung der Ringverbindung 14 unterdrückt.
Nachfolgend werden weitere Ausführungsbeispiele 100B, 100C 100D, 100E und 100F der Erfindung beschrieben. Da diese Ausführungsbeispiele hinsichtlich des Aufbaus dem oben erwähnten Ausführungsbeispiel 100A ähnlich sind, werden lediglich Bauteile und/oder Abschnitte genau beschrieben, welche sich von jenen des ersten Ausführungsbeispiels 100A unterscheiden. Im Wesentlichen die gleichen Bauteile und/oder Abschnitte werden durch die gleichen Bezugszeichen jene des ersten Ausführungsbeispiels 100A bezeichnet.
In 4 und 5 ist eine variable Ventilvorrichtung 100B dargestellt, welche ein weiteres Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist.
Bei diesem zweiten Ausführungsbeispiel 100B ist der erste Verbindungsstift 22A mit dem Kipphebel 18 einstÜckig. Das heißt, der einstückige Stift 22A, welcher ausgehend vom ersten Hebelabschnitt 18b des Kipphebels 18 vorsteht, weist ein vorderes Ende auf, welches drehbar in der Lagerbohrung 14c in der Ringverbindung 14 aufgenommen wird.
Die Vorrichtung 100B weist im wesentlichen die gleichen Vorteile wie jene des oben erwähnten Ausführungsbeispiels 100A auf. Ferner steigt infolge der nicht Notwendigkeit der Preßpassung des ersten Verbindungsstifts mit dem Kipphebel 18 die Produktivität der Vorrichtung 100B an. Ferner wird infolge der einstückigen Verbindung des Stifts 22A mit dem Kipphebel 18 die Tragsteifigkeit des Stifts stark erhöht.
In 6 und 7 ist variable Ventilvorrichtung 100C dargestellt, welche ein drittes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist.
Beim dritten Ausführungsbeispiel 100C ist, wie aus 6 und 8B ersichtlich, ein Versatzflächenbereich (das heißt, ein Flachschnitt) 32 durch die Ringverbindung 14 vorgesehen, welche dem Einlaßabschnitt der Paßbohrung 18d des Kipphebels 18 zugewandt ist. So ist, wie in der Zeichnung dargestellt, ein Teil des ersten Verbindungsstift 22 durch den Versatzflächenbereich 32 von außen zu sehen.
Der durch dieses dritte Ausführungsbeispiel 100C gegebene Vorteil wird unter Bezugnahme auf 8A und 8B beschrieben. Zur Verbesserung des Verständnisses ist auch die Vorrichtung 100A des ersten Ausführungsbeispiels in 8A dargestellt, und in 8A und 8B ist eine Verformung des ersten Verbindungsstifts 22 übertrieben dargestellt.
Wenn bei Betrieb des dazugehörigen Motors eine bestimmte Last auf den ersten Verbindungsstift 22 infolge der Drehmomentübertragung von der Ringverbindung 14 auf den Kipphebel 18 wirkt, wird der Stift 22 einer elastischen Verformung unterworfen, wie in der Zeichnung dargestellt. Unter dieser Bedingung erfolgt im Falle des dritten Ausführungsbeispiels 100C von 8b eine Verschiebung bzw. ein Versatz der Position, wo die Last direkt vom Stift 22 auf die Verbindung 14 angewandt wird, weg vom Kipphebel 18 um einen Grad entsprechend der Tiefe des Versatzflächenbereichs 32, verglichen mit dem ersten Ausführungsbeispiel 100A von 8A. Dies bedeutet, daß beim dritten Ausführungsbeispiel 100C ein Drehmoment T1, welches auf den Lagerabschnitt 28 wirkt , kleiner ist als ein Drehmoment T2 im Falle des ersten Ausführungsbeispiels 100A. So wird ein unerwünschter unsymmetrischer Verschleiß des Lagerabschnitts 28 bei dritten Ausführungsbeispiel 100C unterdrückt.
In 9 ist eine variable Ventilvorrichtung 100D dargestellt, welche ein viertes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist.
Die Vorrichtung 100D dieses vierten Ausführungsbeispiels ist im Wesentlichen die Gleich die Vorrichtung 100C, mit Ausnahme der Form des Kipphebels 18. das heißt, beim vierten Ausführungsbeispiel 100D steht eine rechte Fläche 18g des Kipphebels 18, welche dem Versatzflächenbereich 32 der Ringverbindung 14 zugewandt ist, in Richtung der Ringverbindung 14 um eine Distanz entsprechend der Tiefe des Versatzflächenbereichs 32 vor. das heißt, die rechte Fläche 18g kann in Gleitkontakt mit der Unterseite des Versatzflächenbereichs 32 gebracht werden. Um Störung zwischen der Ringverbindung 14 und dem Kipphebel 18 sowie dem zweiten Exzenternocken 16 zu verhindern, weisen der Kipphebel 18 und der zweite Exzenternocken 16 Flachschnitte 33 an den Flächen auf, welche der Ringverbindung 14 zugewandt sind.
Da die Vorrichtung 100D dieses vierten Ausführungsbeispiels die beiden Merkmale des oben erwähnten ersten und dritten Ausführungsbeispiels 100A und 100C aufweist, weist die Vorrichtung 100D dieses vierten Ausführungsbeispiels die gleichen Vorteile wie die Ausführungsbeispiele 100A und 100C auf.
In 10 und 11 ist eine variable Ventilvorrichtung 100E dargestellt, welche ein fünftes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist.
Die Vorrichtung 100E dieses Ausführungsbeispiels ist im wesentlichen die gleiche wie die Vorrichtung 100A, mit Ausnahme der Form des Kipphebels 18. das heißt, beim fünften Ausführungsbeispiel 100E ist der erste Hebelabschnitt 18b des Kipphebels 18, wie aus der Zeichnung ersichtlich, mit einem verlängertem Abschnitt 34 ausgebildet, welcher den Einlaßabschnitt der Paßbohrung 18d umgibt.
Bei diesem fünften Ausführungsbeispiel 100E werden die Vorteile des ersten Ausführungsbeispiels 100A erhalten. Ferner wird infolge des Vorsehens des verlängerten Abschnitts 34 die Tragsteifigkeit bezüglich des ersten Verbindungsstifts 22 stark erhöht, und infolge der vergrößerten, sich gegenseitig berührenden Flächen, welche der erste Hebelabschnitt 18b und die Ringverbindung 14 aufweisen, wird die unerwünschte Neigung der Ringverbindung 14 unterdrückt.
In 12 und 13 ist eine variable Ventilvorrichtung 100F dargestellt, welche ein sechstes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist.
Bei diesem sechsten Ausführungsbeispiel 100F wird ein Nadellager 36 am Lagerabschnitt 28 zwischen dem ersten Exzenternocken 12 und der Ringverbindung 14 verwendet. Infolge der Verwendung des Nadellagers 36 ist die relative Drehung zwischen dem ersten Exzenternocken 12 und der Ringverbindung 14 stark verbessert.
Die Vorteile der oben erwähnten Ausführungsbeispiele gehen aus dem Graphen von 14 deutlich hervor, welcher berechnete Lasten darstellt, die auf in Axialrichtung in Abstand angeordnete Abschnitte des Gleitlagerabschnitts 28 der Ringverbindung 14 wirken würden, das heißt, auf eine linke und eine rechte Hälfte 28a und 28b des Lagerabschnitts 28, bezüglich einer Winkelposition der Antriebswelle 4. Es sei darauf hingewiesen, daß die Möglichkeit des unsymmetrischen Verschleißes des Lagerabschnitts 28 geringer wird, wenn die Differenz zwischen einer Summe S-1 der auf die linke Hälfte 28a des Lagerabschnitts 28 wirkenden Lasten und Summe S-2 der auf die rechte Hälfte 28b des Lagerabschnitts 28 wirkenden Lasten geringer wird. Die durch "a1" bis a6" bezeichneten Kurven sind Ergebnisse, welche aus den Vorrichtungen der vorliegenden Erfindung erhalten werden, bei welchen der erste Verbindungsstift 22 am Kipphebel 18 befestigt ist, und die durch "b1" bis "b6" bezeichneten Kurven sind Ergebnisse, welche aus Referenzvorrichtungen erhalten werden, bei welchen der Stift 22 drehbar bezüglich des Kipphebels 18 ist. Die Kurven "a1", "a3" und "a5" zeigen die Summe S-1 der auf die linke Hälfte 28a des Lagerabschnitts 28 wirkenden Lasten, wenn die Tiefe des Versatzflächenbereichs 32 gleich 0 mm, 1 mm und 2 mm beträgt während die Kurven "a2", "a4" und "a6" die Summe S-2 der auf die rechte Hälfte 28b des Lagerabschnitts 28 wirkenden Lasten darstellen, wenn die Tiefe des Versatzflächenbereichs 32 gleich 0 mm, 1 mm bzw. 2 mm beträgt. Ebenso stellen die Kurven "b1", "b3" und "b5" die Summe S-1 der auf die linke Hälfte 28a des Lagerabschnitts 28 wirkenden Lasten dar, wenn die Tiefe des Versatzflächenbereichs 32 gleich 0 mm, 1 mm bzw. 2 mm beträgt, während die Kurven "b2", "b4" und "b6" die Summe S-2 die auf die rechte Hälfte 28b des Lagerabschnitts 28 wirkenden Lasten darstellen, wenn die Tiefe des Versatzflächenbereichs gleich 0 mm, 1 mm bzw. 2 mm beträgt. Genauer sind die Kurven "a3" bis "a6" und "b3" bis "b6" die Ergebnisse, welche aus den Vorrichtungen eines Tips erhalten werden, bei welchem, wie bei dem oben erwähnten Ausführungsbeispiel 100C und 100D, die Ringverbindung 14 einen Versatzflächenbereich ausweist, welcher dem Einlaßabschnitt der Paßbohrung (bzw. Lagerbohrung) 18d des Kipphebels 18 zugewandt ist.
Wie aus diesem Graphen ersichtlich, weisen durch die Kurven "a1" bis "a6" der Erfindung dargestellten Ergebnisse bei gleichem Versatzgrad eine geringere Differenz zwischen den Summen S-1 und S-2 als diejenige der durch die Kurven "b1" bis "b6" der Referenzvorrichtungen dargestellten Ergebnisse auf. Dies bedeutet, daß der unerwünschte unsymmetrische Verschleiß des Lagerabschnitts 28 erfindungsgemäß unterdrückt wird.
Ferner geht aus dem Graphen hervor, daß dann, wenn die Ringverbindung 14 einen Versatzflächenbereich 32 aufweist, die different zwischen den Summen S-1 und S-2 viel kleiner wird und somit der unerwünschte unsymmetrische Verschleiß des Lagerabschnitts 28 wirksam unterdrückt wird.
Zusammenfassend betrifft die vorliegende Erfindung eine variable Ventilvorrichtung, wobei ein Schwenknocken zum betätigen von Motorventilen drehbar um eine Antriebswelle angeordnet ist. Ein erster Exzenternocken ist dicht an der Antriebswelle angeordnet. Eine Ringverbindung ist drehbar an dem ersten Exzenternocken angeordnet. Ein zweiter Exzenternocken ist dicht an einer Steuerwelle angeordnet, welche sich zu einer gegebenen Winkelposition in Übereinstimmung mit einem Betriebszustand eines dazugehörigen Verbrennungsmotors dreht. Ein Kipphebel ist drehbar an einem zweiten Exzenternocken angeordnet. Eine Stangenverbindung verläuft zwischen dem Kipphebel und dem Exzenternocken. Ein erster Verbindungsstift verbindet drehbar einen ersten Hebelabschnitt des Kipphebels mit der Ringverbindung. Ein zweiter Verbindungsstift verbindet drehbar einen zweiten Hebelabschnitt des Kipphebels mit einem Ende der Stangenverbindung. Ein dritter Verbindungsstift verbindet drehbar das andere Ende der Stangenverbindung mit dem Schwenknocken. Der erste Verbindungsstift ist mit dem ersten Hebelabschnitt des Kipphebels oder der Ringverbindung verbunden.
Obwohl die vorliegende Erfindung oben unter Bezugnahme auf die Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben wurde, ist die Erfindung nicht auf diese oben beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Verschiedene Abwandlungen und Änderungen dieser Ausführungsbeispiele können durch Fachleute auf diesem Gebiet im Lichte der obigen Offenbarung durchgeführt werden.

Claims

Variable Ventilvorrichtung eines Verbrennungsmotors, umfassend: eine durch den Motor angetriebene Antriebswelle (4, 51); eine parallel zur Antriebswelle (4, 51) verlaufende Steuerwelle (6, 54), wobei die Steuerwelle (6, 54) drehbar um deren Achse zu einer gegebenen Winkelposition in Übereinstimmung mit einem Betriebszustand des Motors ist; einen Schwenknocken (8, 53), welcher drehbar um die Antriebswelle (4, 51) angeordnet ist, wobei der Schwenknocken (8, 53) Motorventile betätigt; einen dicht an der Antriebswelle (4, 51) angeordneten, ersten Exzenternocken (12, 55); eine erste Verbindung (14, 56) welche am ersten Exzenternocken (12, 55) drehbar angeordnet ist; einen zweiter Exzenternocken (16, 57), welcher dicht an der Steuerwelle (6, 54) angeordnet ist; einen Kipphebel (18, 58), welcher drehbar an dem zweiten Steuernocken (16, 57) angeordnet ist; eine zweite Verbindung (20, 59), welche zwischen dem Kipphebel (18, 58) und dem Schwenknocken (8, 53) verläuft; einen ersten Verbindungsstift (22, 61), durch welchen ein erster Hebelabschnitt (18b) des Kipphebels (18, 58) und die erste Verbindung (14, 56) drehbar verbunden sind; einen zweiten Verbindungsstift (24, 62), durch welchen ein zweiter Hebelabschnitt des Kipphebels (18, 58) und ein Ende der zweiten Verbindung (20, 59) drehbar verbunden sind; und einen dritten Verbindungsstift (26, 63) durch welchen das andere Ende der zweiten Verbindung (20, 59) und der Schwenknocken (8, 53) drehbar verbunden sind; wobei der erste Verbindungsstift (22, 61) an dem ersten Hebelanschnitt (18b) des Kipphebels (18, 58) oder der ersten Verbindung (14) befestigt ist, der zweite Verbindungsstift (24, 62) sowohl durch den zweiten Hebelabschnitt des Kipphebels (18, 58) als auch durch das Ende der zweiten Verbindung (20) drehbar gehalten ist, und der dritte Verbindungsstift (26, 63) sowohl durch das andere Ende der zweiten Verbindung (20) als auch durch den Schwenknocken (8, 53) drehbar gehalten ist.
Variable Ventilvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der erste Verbindungsstift (22, 61) mit dem ersten Hebelabschnitt (18b) des Kipphebels (18, 58) oder mit der ersten Verbindung (14) einstückig ausgebildet ist.
Variable Ventilvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der erste Hebelabschnitt (18b) des Kipphebels (18, 58) einstückig mit dem ersten Verbindungsstift (22, 61) ausgebildet ist und die erste Verbindung (14) mit einer Lagerbohrung ausgebildet ist, in welcher ein vorderes Ende des ersten Verbindungsstifts (22, 61) drehbar aufgenommen ist.