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Dokumentenidentifikation DE102006056434A1 31.05.2007
Titel Einstellbare Ventilsteuervorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine
Anmelder Kyowa Metal Works Co., Ltd., Yokohama, Kanagawa, JP;
Finemech Co., Ltd., Yokohama, Kanagawa, JP
Erfinder Hiraiwa, Kazuyoshi, Yokohama, Kanagawa, JP
Vertreter CBDL Patentanwälte, 47051 Duisburg
DE-Anmeldedatum 28.11.2006
DE-Aktenzeichen 102006056434
Offenlegungstag 31.05.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 31.05.2007
IPC-Hauptklasse F01L 13/02(2006.01)A, F, I, 20061128, B, H, DE
IPC-Nebenklasse F01L 1/04(2006.01)A, L, I, 20061128, B, H, DE   
Zusammenfassung Eine für eine Verbrennungskraftmaschine geeignete, einstellbare Ventilsteuervorrichtung umfaßt eine Nockenwelle (10) mit einer ersten Nockenfläche (10a), einen Kipphebel (24), der eine erste Rolle (26) drehbar lagert und ermöglicht, daß sich ein Ventil (20) durch dessen Schwenkbewegung öffnet, wenn auf die erste Rolle (26) gedrückt wird, ein Antriebsglied (28), das eine zweite Rolle (34) drehbar lagert und sich zum Antreiben eines Verbindungsstiftes (32) bewegt, wenn die erste Nockenfläche (10a) auf die zweite Rolle (34) drückt, einen Schwenknocken (30) mit einer zweiten Nockenfläche (30a), der in einer Mitte einer Lagerwelle (38) verschwenkbar ist, wenn das Antriebsglied (28) über den Verbindungsstift (32) auf denselben drückt, so daß die zweite Nockenfläche (30a) auf die erste Rolle (26) drückt; und ein Betätigungsorgan (50) zum Ändern einer Position einer dritten Nockenfläche (18) zur Veränderung einer Position des Antriebsglieds (28).

Beschreibung[de]
GEBIET DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung betrifft eine einstellbare Ventilsteuervorrichtung, die für eine Verbrennungskraftmaschine geeignet ist und die Öffnungs-/Schließzeitgabe und einen Spitzenhebungsbetrag eines Einlaßventils und/oder eines Auslaßventils entsprechend einem Betriebszustand einer an einem Kraftfahrzeug eingebauten Verbrennungskraftmaschine kontinuierlich ändern kann.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Eine einstellbare Ventilsteuervorrichtung der hier in Frage stehenden Art ist aus der Japanischen Offenlegungsschrift Nr. (Tokkaihei) 11-107725 bekannt. Die dort beschriebene einstellbare Ventilsteuervorrichtung umfaßt einen Kipphebel, der zwischen einem Antriebsnocken und einem Pendelnocken angeordnet ist, so daß der Antriebsnocken den Pendelnocken in Pendelbewegung versetzen kann, wobei die Position des Pendelzentrums des Kipphebels mittels eines Steuernockens geändert werden kann, welcher den Pendelnocken pendelfähig in seinem Pendelzentrum hält.

Eine weitere einstellbare Ventilsteuervorrichtung ist in der Japanischen Offenlegungsschrift Nr. (Tokkyokohyo) 2004-521234 offenbart. Bei dieser einstellbaren Ventilsteuervorrichtung wird die Hebebewegung eines Ventils über ein Übertragungselement mit Hilfe einer Steuerspur gesteuert, die an dem einem Endabschnitt eines Schwenkhebels vorgesehen ist, der von einer Nockenwelle eines Motors angetrieben wird. Der andere Endabschnitt des Schwenkhebels weist einen Schwenkmittelpunkt auf, dessen Position mit Hilfe einer Einstellvorrichtung veränderbar ist.

Bei den genannten bekannten einstellbaren Steuervorrichtungen tritt jedoch ein Problem dadurch auf, daß sich die der Drehungsphase der Nockenwelle entsprechende Zeitgabe kaum ändert, wenn ein Ventilhebungsbetrag einen Spitzenbetrag erreicht, obwohl ein Ventilöffnungsbereich, der einem Drehungswinkel einer Nockenwelle zwischen einem Ventilöffnungswinkel und einem Ventilschließwinkel entspricht, und ein Ventilhebungsspitzenbetrag stufenlos einstellbar sein können. Dadurch entsteht eine Verzögerung der Ventilöffnungszeitgabe, wenn der Spitzenhebungswert des Ventils kleiner eingestellt wird. Wenn die Vorrichtung für ein Einlaßventil ausgebildet ist, wird ein zu langer Zeitraum zwischen der Schließzeitgabe für ein Auslaßventil und der Öffnungszeitgabe für ein Einlaßventil bewirkt.

Zur Beseitigung des oben genannten Problems kann in die einstellbare Ventilsteuervorrichtung eine Zeitgabeeinstellvorrichtung derart eingebracht werden, daß die Ventilöffnungszeitgabe nach vorn verlegt wird, wenn der Spitzenhebungsbetrag kleiner wird. Eine solche Zeitgabeeinstellvorrichtung ist derart konstruiert, daß sie beispielsweise eine Drehungsphase zwischen einer Nockenwelle und einem die Nockenwelle antreibenden Zahnriemenscheibe ändert. Folglich werden der Spitzenhebungsbetrag und die Zeitgabe gleichzeitig gesteuert, wobei jedoch ein Problem dadurch entsteht, daß die einstellbare Ventilsteuervorrichtung durch die Zeitgabeeinstellvorrichtung relativ kompliziert wird und ihr Gewicht und ihre Herstellungskosten steigen.

AUFGABE UND ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine einstellbare Ventilsteuervorrichtung zu schaffen, die für eine Verbrennungskraftmaschine geeignet ist und die vorstehenden Nachteile beseitigt und die ohne eine zusätzliche spezielle Zeitgabeeinstellvorrichtung zur die Zeitgabe für eine Spitzenhebungsposition eines Ventils gemäß einem Spitzenhebungsbetrag des Ventils sehr stark verändern und eine Änderung des Ventilöffnungsbereichs bewirken bringen kann.

Gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird eine für eine Verbrennungskraftmaschine geeignete, einstellbare Ventilsteuervorrichtung geschaffen, die eine erste Rolle, eine zweite Rolle, einen Verbindungsstift, eine Lagerwelle, eine Nockenwelle, einen Kipphebel, ein Antriebsglied, einen Schwenknocken und ein Betätigungsorgan umfaßt. Die Lagerwelle ist an einem ortsfesten Element vorgesehen, und die Nockenwelle ist daran mit einer ersten Nockenfläche ausgebildet. Der Kipphebel lagert drehbar die erste Rolle und ermöglicht, daß sich ein Ventil durch eine Schwenkbewegung des Kipphebels öffnet, wenn auf die erste Rolle gedrückt wird. Das Antriebsglied lagert drehbar die zweite Rolle und bewegt sich zum Antreiben des Verbindungsstiftes, wenn die erste Nockenfläche auf die zweite Rolle drückt. Der Schwenknocken ist daran mit einer zweiten Nockenfläche ausgebildet und ist in einer Mitte der Lagerwelle verschwenkbar, wenn das Antriebsglied über den Verbindungsstift auf den Schwenknocken drückt, so daß die zweite Nockenfläche auf die erste Rolle drückt. Das Betätigungsorgan ändert eine Position einer dritten Nockenfläche zur Veränderung einer Position des Antriebsglieds.

Mit dieser Ausbildung kann die einstellbare Ventilsteuervorrichtung ohne eine zusätzliche spezielle Zeitgabeeinstellvorrichtung die Zeitgabe für eine Spitzenhebungsposition eines Ventils gemäß einem Spitzenhebungsbetrag des Ventils sehr stark verändern und eine Änderung des Ventilöffnungsbereiches bewirken.

Vorzugsweise bewegt sich eine Kontaktposition zwischen der zweiten Rolle und der ersten Nockenfläche der Nockenwelle in Gegenrichtung zu einer Drehrichtung der Nockenwelle, wenn die dritte Nockenfläche in einer Richtung bewegt wird, in der ein maximaler Hebungsbetrag des Ventils kleiner wird. Damit läßt sich die Ventilzeitgabe nach vorn verlegen, wenn der Spitzenhebungsbetrag kleiner wird. Deshalb kann sie für eine gewünschte Ventilöffnungskurve der Verbrennungskraftmaschine sorgen.

Vorzugsweise lagert das Antriebsglied die dritte Rolle drehbar, und die dritte Rolle steht mit der dritten Nockenfläche in Kontakt. Damit lassen sich die Hauptteile der Vorrichtung leicht und zu niedrigen Kosten herstellen.

Vorzugsweise ist die dritte Nockenfläche mit einer Kreisbogenfläche ausgebildet. Damit kann man die Nockenfläche leicht und zu niedrigen Kosten herstellen und eine gewünschte Ventilöffnungskurve erhalten.

Vorzugsweise ist die dritte Nockenfläche mit der Steuerwelle versehen. Damit läßt sich die Vorrichtung einfach konstruieren, wodurch sich ihr Gewicht und ihre Herstellungskosten vermindern.

Vorzugsweise ist die dritte Nockenfläche an dem Steuernocken ausgebildet, der zwischen dem Antriebsglied und der Steuerwelle angeordnet und durch die Steuerwelle bewegbar ist. Damit läßt sich die Vorrichtung einfach konstruieren, und die Steuerwelle kann mit einem kleineren Drehmoment angetrieben werden, wodurch sich ihr Gewicht und ihre Herstellungskosten vermindern.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden, rein beispielhaften und nicht-beschränkenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGSFIGUREN

1 ist eine entlang einer Linie C-C gemäß 2 geführte Querschnittsansicht, die eine einstellbare Ventilsteuervorrichtung in einer ersten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt, wobei die Vorrichtung für ein Einlaßventil einer Verbrennungskraftmaschine für ein Kraftfahrzeug geeignet ist.

2 ist eine entlang einer Linie A-A gemäß 1 geführte seitliche Entfaltungsansicht.

3 ist eine Querschnittsansicht, die einen Betriebszustand der in 1 gezeigten einstellbaren Ventilsteuervorrichtung zeigt, wenn eine Drehungsphase einer Steuervorrichtung ein Winkel &agr;1 ist.

4 ist eine Querschnittsansicht, die einen anderen Betriebszustand der in 1 gezeigten einstellbaren Ventilsteuervorrichtung zeigt, wenn die Drehungsphase ein Winkel &agr;2 ist.

5 ist eine Querschnittsansicht, die einen anderen Betriebszustand der einstellbaren Ventilsteuervorrichtung zeigt, wenn die Drehungsphase ein Winkel &agr;2 ist und sich die Nockenwelle aus einem in 4 gezeigten Zustand heraus weiter dreht.

6 ist eine Querschnittsansicht, die eine einstellbare Ventilsteuervorrichtung in einer zweiten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.

7 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht eines Schwenknockens, der in der in 6 gezeigten einstellbaren Ventilsteuervorrichtung verwendet wird.

8 ist ein Diagramm, das Ventilöffnungskurven zwischen einem Drehungswinkel einer Kurbelwelle und einem Hebungsbetrag eines Ventils zeigt, wenn die in 1 gezeigte einstellbare Ventilsteuervorrichtung betätigt wird.

BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSBEISPIELEN

In der gesamten folgenden Beschreibung bezeichnen gleiche bzw. ähnliche Bezugszeichen jeweils gleiche bzw. ähnliche Elemente, so daß auf die Wiederholung der jeweiligen Beschreibung verzichtet wurde.

In den 1 und 2 ist eine erste bevorzugte Ausführungsform einer einstellbaren Ventilsteuervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung gezeigt.

Eine Nockenwelle 10 ist durch und zwischen einem Zylinderkopf 12 einer nicht gezeigten Verbrennungskraftmaschine und einem an einer ortsfesten Fläche 12a des Zylinderkopfes 12 befestigten Bügel 14 drehbar gelagert, so daß die Nockenwelle 10 angetrieben wird, um von einer nicht gezeigten Kurbelwelle des Motors in Drehung versetzt zu werden. Der Zylinderkopf 12 entspricht einem ortsfesten Element gemäß der vorliegenden Erfindung.

Die Nockenwelle 10 weist eine erste Nockenfläche 10a auf, die mit einem Profil mit einem oberen Abschnitt 10b ähnlich demjenigen von herkömmlichen Verbrennungskraftmaschinen ausgebildet ist.

Von der und zwischen der ortsfesten Fläche 12a des Zylinderkopfes 12 und dem Bügel 14 ist eine Steuerwelle 16 gelagert, die von einem Betätigungsorgan 50 in Drehung versetzt wird. Die Steuerwelle 16 weist einen Verlängerungsabschnitt auf, der mit einer dritten Nockenfläche 18 ausgebildet ist, die im Querschnitt kreisbogenförmig ist und in der in 1 gezeigten Weise wie ein Teil einer Innenfläche eines Rundzylinders geformt ist.

Zwischen einem Einlaßventil 20 und einem Spieleinsteller 22, die beide an dem Zylinderkopf 12 vorgesehen sind, ist ein Sperrarm 24 vorgesehen. Im übrigen weisen das Einlaßventil 20 und der Spieleinsteller 22, die zum Teil in 1 dargestellt sind, Konstruktionen und Konfigurationen auf, die den bekannten ähnlich sind.

An dem Sperrarm 24 ist eine erste Rolle 26 drehbar gelagert. Zwischen der ersten Rolle 26 und einem Stift 24a, der einstückig mit dem Sperrarm 24 ausgebildet ist, ist ein nicht gezeigtes Lager vorgesehen.

Der Spieleinsteller 22 ist an dem Zylinderkopf 12 befestigt und besitzt an seinem oberen Teil einen Kugelabschnitt 22a, der als Schwenklagerungspunkt wirkt. Der Sperrarm 24 kann in der Mitte des Kugelabschnitts 22a verschwenken. Wenn er im Uhrzeigersinn verschwenkt, wird das Einlaßventil 20 aus einem in 1 gezeigten Zustand in einer diagonal nach unten führenden Linksrichtung in 1 bewegt, so daß er das Einlaßventil 20 proportional zu seinem Schwenkwinkel öffnet.

Das Einlaßventil 20 wird in 1 durch die elastische Kraft einer nicht gezeigten Feder in einer diagonal nach oben führenden Rechtsrichtung gedrückt, so daß das Einlaßventil 20 in eine in 1 gezeigte Position bewegt wird, um sich zu schließen, wenn der Sperrarm 24 nicht darauf drückt.

Zwischen der Nockenwelle 10 und dem Sperrarm 24 sind ein Antriebsglied 28 und ein Schwenknocken 30 angeordnet. Das Antriebsglied 28 und der Schwenknocken 30 sind miteinander verbunden, so daß diese relativ zueinander verschwenken können. Das Antriebsglied 28 besteht aus zwei Platten 28a und 28b, die in 2 gezeigt sind, und lagert drehbar eine zweite Rolle 34 und eine dritte Rolle 36, die zwischen den Platten 28a und 28b angeordnet sind. Das Innere sowohl der zweiten Rolle 34 als auch der dritten Rolle 36 ist mit einem Lager versehen, das nicht gezeigt ist.

Die zweite Rolle 34 steht mit der ersten Nockenfläche 10a der Nockenwelle 10 in Kontakt, und die dritte Rolle 36 steht mit der dritten Nockenfläche 18 der Steuerwelle 16 in Kontakt.

Der Schwenknocken 30 ist in der Mitte einer Lagerwelle 38 verschwenkbar, die an dem Zylinderkopf 12 befestigt ist, und ist daran mit einer zweiten Nockenfläche 30a ausgebildet, die mit der ersten Rolle 26 in Kontakt steht. Wie in 7 gezeigt ist, umfaßt die zweite Nockenfläche 30a einen gebogenen Grundabschnitt 30b, einen gebogenen Ventilöffnungsabschnitt 30c und einen Rampenabschnitt 30d, der diese verbindet. Der gebogene Grundabschnitt 30b wird von einer Kreisbogenfläche mit einem Radius R1 von der Mitte D der Lagerwelle 38 aus gebildet. Der gebogene Grundabschnitt 30b ist eingestellt, um das Einlaßventil 20 zu schließen, wenn die erste Rolle 26 in der später detaillierter beschriebenen Weise mit dem gebogenen Grundabschnitt 30b in Kontakt kommt.

Das Antriebsglied 28 ist mit einem hakenförmigen Abschnitt 28c ausgebildet, der von dessen Außenfläche nach außen vorsteht. Das Antriebsglied 28 wird gemäß 1 stets von einer elastischen Kraft nach oben gedrückt, die von einer Feder 40 verursacht wird, die derart angeordnet ist, daß der eine Endabschnitt der Feder 40 mit dem hakenförmigen Abschnitt 28c des Antriebsglieds 28 in Kontakt steht, und ihr anderer Endabschnitt in einen Lochabschnitt 12b des Zylinderkopfes 12 eingesetzt und daran befestigt ist.

Durch die gerade beschriebene Ausgestaltung kann das Antriebsglied 28 in einer Position und einem Zustand gehalten werden, in welchem die zweite Rolle 34 stets sowohl mit der ersten Nockenfläche 10a der Nockenwelle 10 als auch der dritten Nockenfläche 18 der Steuerwelle 16 in Kontakt steht. Demgemäß ist eine Position oder ein Schwenkwinkel des mit dem Antriebsglied 28 verbundenen Schwenknockens 30 von einer Position des Antriebsglieds 28 abhängig.

An Hand der 3 bis 5 wird nun die Funktionsweise der einstellbaren Ventilsteuervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform beschrieben, wobei diese Funktionsweise in manchen Fällen in eine Funktion "verstellbarer Hebungsbetrag" und eine Funktion "einstellbare Zeitgabe" getrennt wird. Bei der ersteren Funktion verändert sich ein Spitzenhebungsbetrag des Einlaßventils 20, während sich bei der letzteren Funktion der/die Zeitgabe(n) für das Öffnen des Ventils und/oder das Schließen des Ventils verändert/verändern. Es werden Positionen oder Drehungsphasen in einer Drehungsrichtung der Nockenwelle 10 und der Steuerwelle 16 jeweils relativ zu der festen Fläche 12a des Zylinderkopfes 12 als Grundfläche gemessen.

1 zeigt einen Zustand, in welchem sich die Steuerwelle 16 in einem Winkel &agr;1 relativ zu der festen Fläche 12a befindet, d.h. in einer Position, in welcher sie um den größten Betrag im Uhrzeigersinn gedreht wird.

Die in 1 gezeigte erste Nockenfläche 10a ist in einem Zustand dargestellt, in welcher sich das Antriebsglied 28 in einer Position befindet, in der es sich zu bewegen beginnt, wenn sich die Nockenwelle 10 im Uhrzeigersinn gemäß 1 dreht. In diesem Zustand kommt die erste Rolle 26 mit dem gebogenen Grundabschnitt 30b des Schwenknockens 30 in Kontakt, um das Einlaßventil 20 zu schließen. Die Nockenwelle 10 dreht sich aus diesem Zustand im Uhrzeigersinn, und folglich drückt die erste Nockenfläche 10a der Nockenwelle 10 allmählich auf die zweite Rolle 34. Durch diesen Druck wird das Antriebsglied 28 gemäß 1 von der dritten Rolle 36, die sich entlang der dritten Nockenfläche 18 der Steuerwelle 16 bewegt, nach unten bewegt.

Der Schwenknocken 30 verschwenkt gemäß 1 in der Mitte der Lagerwelle 38 im Uhrzeigersinn, so daß der Rampenabschnitt 30d des Schwenknockens 30 die erste Rolle 26 nach unten drückt. Dann beginnt der gebogene Ventilöffnungsabschnitt 30c des Schwenknockens 30 die erste Rolle 26 nach unten zu drücken.

Durch diese Abwärtsbewegung der ersten Rolle 26 wird der Sperrarm 24 in der Mitte des Kugelabschnitts 22a des Spieleinstellers 22 entgegen dem Uhrzeigersinn verschwenkt, und dadurch wird das Einlaßventil 20 in Richtung diagonal nach links unten gedrückt, um sich zu öffnen. Der Bewegungsbetrag des Einlaßventils 20 in diesem Zeitraum entspricht einem Hebungsbetrag für das Einlaßventil 20.

3 zeigt einen Zustand, in dem sich die Nockenwelle 10 weiter im Uhrzeigersinn dreht, so daß der obere Abschnitt 10b der ersten Nockenfläche 10a mit der ersten Rolle 26 in Kontakt kommt und folglich das Antriebsglied 28 in die unterste Position bewegt wird. In diesem Zustand wird der Schwenkarm 30 entgegen dem Uhrzeigersinn in die den größten Schwenkwinkel aufweisende Position verschwenkt, in der sich das Einlaßventil 20 öffnet, um den maximalen Öffnungsbereich bereitzustellen, d.h. es befindet sich in der maximalen Hebeposition.

Der Hebungsbetrag zu dieser Zeit ist der mit L bezeichnete Betrag der maximalen Abwärtsbewegung von einer Position des Einlaßventils 20' aus, das sich im einer Position des geschlossenen Zustands befindet und mit einer Strichellinie dargestellt ist. Dieser Zustand, in welchen der obere Abschnitt 10b der ersten Nockenfläche 10a mit der ersten Rolle 26 in Kontakt steht und deren Hebungsbetrag zu dem Maximalbetrag L wird, wird als Spitzenhebung bezeichnet.

Die Nockenwelle 10 dreht sich weiter im Uhrzeigersinn aus dem in 3 gezeigten Zustand, und folglich beginnt der Schwenkarm 30 seine Schwenkrichtung umzukehren, so daß sich der Schwenkarm 30 derart im Uhrzeigersinn bewegt, daß er in den in 1 gezeigten Zustand zurückkehrt. Dadurch verkleinert sich der Hebungsbetrag des Einlaßventils 20, um das Einlaßventil 20 in der in 1 gezeigten Weise zu schließen. Insbesondere kann der Schwenknocken 30 durch die Drehung der Nockenwelle 10 im Uhrzeigersinn zwischen dem Zustand, der in 1 gezeigt ist, und dem Zustand verschwenken, der in 3 gezeigt ist. Dadurch wird das Einlaßventil 20 zwischen dem in 1 gezeigten Zustand und dem in 3 gezeigten Zustand in Bewegung gesetzt und öffnet und schließt dadurch mehrmals.

Wenn sich die Steuerwelle 16 an einer Stelle, die in 1 und 3 gezeigt ist, in einem Winkel &agr;1 befindet, der in 1 gezeigt ist, kann das Einlaßventil 20 im übrigen derart gesteuert werden, daß der Spitzenhebungsbetrag der einstellbaren Hebung zum maximalen Hebebetrag wird. Dagegen befindet sich die Drehungsphase der Nockenwelle 10 bei der in 3 gezeigten Spitzenhebung an einer Position mit einem Winkel &bgr;1, die sich zwischen der ortsfesten Fläche 12a und dem oberen Abschnitt 10b der ersten Nockenfläche 10a befindet.

Als Nächstes wird die einstellbare Ventilsteuerung zur Verkleinerung des Spitzenhebungsbetrags beschrieben.

Die Steuerwelle 16 wird aus dem in 1 und 3 gezeigten Zustand im Uhrzeigersinn gedreht, wodurch sich der Zustand des Antriebsglieds 28 allmählich dem in 4 und 5 gezeigten Zustand nähert. Wenn sich die dritte Nockenfläche 18 in die in 4 und 5 gezeigte Position (mit einem Winkel &agr;2 gemäß 4) bewegt, ist das Einlaßventil 20 derart steuerbar, daß der Spitzenhebungsbetrag der einstellbaren Hebung zum minimalen Hebungsbetrag wird. Insbesondere entspricht der in 4 gezeigte Zustand dem in 1 gezeigten Zustand dadurch, daß sich das Antriebsglied 28 zu bewegen beginnt, wenn die Nockenwelle 10 im Uhrzeigersinn gedreht wird, obwohl sich die dritte Nockenfläche 18 der Steuerwelle 16 in einer Drehungsphase mit dem Winkel &agr;2 gemäß 4 befindet, in welcher sie mit dem maximalen Betrag entgegen dem Uhrzeigersinn gedreht wird. In diesem Zustand kommt die erste Rolle mit dem gebogenen Grundabschnitt 30b des Schwenknockens 30 in Kontakt, wodurch das Einlaßventil 20 ähnlich wie dasjenige gemäß 1 geschlossen wird.

Aus diesem Zustand wird die Steuerwelle 16 weiter im Uhrzeigersinn gedreht, und folglich drückt die erste Nockenfläche 10a derselben allmählich auf die zweite Rolle 34. Dadurch wird das Antriebsglied 28 durch die dritte Rolle 36, die sich entlang der dritten Fläche 18 die Steuerwelle 16 bewegt, nach unten bewegt, und dadurch wird der Schwenknocken 30 in der Mitte der Lagerwelle 38 entgegen dem Uhrzeigersinn verschwenkt. Eine Kontaktstelle zwischen der zweiten Nockenfläche 30a und der ersten Rolle 26 wird an dem gebogenen Grundabschnitt 30b gehalten, um das Einlaßventil 20 selbst bei einer Spitzenhebungsposition zu schließen, in welcher der obere Abschnitt der ersten Nockenfläche 10a in der in 5 gezeigten Weise mit der zweiten Rolle 34 in Kontakt steht.

Wenn also die dritte Nockenfläche der Steuerwelle 16 derart gesteuert wird, daß sie in der in 4 und 5 gezeigten Position gehalten wird, werden durch die Drehung der Nockenwelle 10 nur das Antriebsglied 28 und der Schwenknocken 30 verschwenkt, während das Einlaßventil 20 geschlossen gehalten wird. Deshalb wird bei der einstellbaren Hebesteuerung, die ausgeführt wird, wenn sich die Lagerwelle 38 in den in 4 und 5 gezeigten Positionen befindet, der Spitzenhebungsbetrag zu Null.

Wenn die Steuerwelle 16 derart gesteuert wird, daß sich die Position der dritten Nockenfläche 18 in der Mittelstellung zwischen der Position mit dem Winkel &agr;1 (den in 1 und 3 gezeigten Zuständen) und der Position mit dem Winkel &agr;2 (den in 4 und 5 gezeigten Zuständen) befindet, wird der Spitzenhebungsbetrag des Einlaßventils 20 bei der einstellbaren Hebesteuerung zu einem mittleren Hebungsbetrag zwischen dem in 3 gezeigten Hebungsbetrag und dem in 3 gezeigten Hebungsbetrag. Mithin kann man durch Änderung der Drehungsphase der Steuerwelle 16 den Spitzenhebungsbetrag des Einlaßventils 20 stufenlos einstellen.

In der in 4 und 5 gezeigten Weise wird der Spitzenhebungsbetrag in einem Bereich, in welchem sich die dritte Nockenfläche 18 an einer Position zwischen dem (der ortsfesten Fläche 12a entsprechenden) Winkel Null und dem Winkel &agr;2 befindet, zum maximalen Betrag, wenn sich der obere Abschnitt 10b der ersten Nockenfläche 10a an einer Position zwischen dem Winkel Null und dem Winkel &bgr;2 befindet.

Zwar wird der Hebungsbetrag des Einlaßventils 20 bei dieser Ausführungsform auf Null gestellt, jedoch kann sich die Drehungsphase des oberen Abschnitts 10b von dem Winkel &bgr;1 in den Winkel &bgr;2 ändern. Dieser Änderungsbetrag zwischen dem Winkel &bgr;1 und dem Winkel &bgr;2 verändert sich kontinuierlich gemäß der Drehungsphase der Steuerwelle 16 ähnlich wie der oben beschriebene Spitzenhebungsbetrag. Die Drehungsphase des oberen Abschnitts 10b bewegt sich in Gegenrichtung zu der Drehungsrichtung der Nockenwelle 10, wenn der Spitzenhebungsbetrag kleiner wird. Damit wird die Zeitgabe für das Einlaßventil 20 schneller, wenn der Spitzenhebungsbetrag kleiner wird. Diese Merkmale sind in 8 gezeigt.

8 zeigt Ventilöffnungskurven mit einer Kurve in einem Fall, in welchem der Spitzenhebungsbetrag der maximale, in 1 und 3 gezeigte Betrag ist, und einer Kurve in einem Fall, in welchem die Drehungsphase der Steuerwelle 16 etwas kleiner als der in 4 gezeigte Winkel &agr;2 ist, d.h. der Spitzenhebungsbetrag sehr klein ist. In 8 zeigt eine horizontale Achse einen Drehungswinkel der Kurbelwelle der Verbrennungskraftmaschine an, welcher der Drehungsphase (dem Drehungswinkel) der Nockenwelle 10 entspricht. Die Drehung der Nockenwelle 10 ist derart dargestellt, daß sich diese in 8 von der linken Seite in Richtung zur rechten Seite bewegt. Eine vertikale Achse zeigt einen Hebungsbetrag des Einlaßventils 20 an.

Die Linie H zeigt den maximalen Spitzenhebungsbetrag des Einlaßventils 20 an, und die gestrichelte Linie L zeigt dessen kleineren Hebungsbetrag an. Des Weiteren sind in 8 der oben beschriebene Mechanismus und die Steuerung des Einlaßventils 20 bei dieser Ausführungsform nicht für ein Auslaßventil ausgebildet, und demgemäß wird ein Hebungsbetrag des Auslaßventils zu einer Doppelstrichlinie.

8 zeigt, daß die Zeitgabe für die Spitzenhebung relativ zu der Drehungsphase der Nockenwelle 10 um die Zeit &dgr; früher liegt und sich in 8 um die Zeit &dgr; in Richtung zur linken Seite bewegt, wenn der Spitzenhebungsbetrag kleiner wird.

Wenn der Spitzenhebungsbetrag für das Einlaßventil 20 der maximale Betrag ist, überlappen sich die Hebungen des Einlaßventils 20 und des Auslaßventils miteinander und führen zu einem Überlappungszeitraum, der durch den Kurbelwinkel &lgr; angezeigt ist. Mithin nimmt der Überlappungszeitraum ab, wenn der Spitzenhebungsbetrag kleiner wird.

Mit der einstellbaren Ventilsteuervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform kann man die Ventilöffnungszeitgabe gemäß dem Spitzenhebungsbetrag verändern, ohne eine zusätzliche Spezialvorrichtung zum Ändern der Zeitgabe für das Ventil zu verwenden. Demgemäß kann diese einstellbare Ventilsteuervorrichtung mit einer einfachen Konstruktion gebaut werden und Ventilöffnungskurven bereitstellen, welche den Anforderungen bei einer Verbrennungskraftmaschine genügen.

Im übrigen können die Ventilöffnungszeitgabekurven durch Änderung der geometrischen Anordnung und/oder Gruppierung der Nockenwelle 10, der ersten Rolle 26, der zweiten Rolle 34, der dritten Rolle 36, der dritten Nockenfläche 18 und der Lagerwelle 38 eingestellt werden.

Das Antriebsglied 28 und der Schwenknocken 30, welche Hauptteile der einstellbaren Ventilsteuervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform darstellen, werden folgendermaßen hergestellt.

Das Antriebsglied 28 läßt sich mit Hilfe eines normalen Preßvorgangs und eines Verstemmvorgangs herstellen, da man es durch Einspannen des Schwenknockens 30 und des Verbindungsstiftes 30, der zweiten Rolle 34 und der dritten Rolle 36 zwischen zwei Platten 28a und 28b erhält. Den Schwenknocken 30 kann man durch Ausstanzen eines Stahlblechs erhalten, um ihn in einem Preßvorgang wie dem Feinschneiden auszubilden. Die Teile kann man mit niedrigen Fertigungskosten herstellen, da die oben beschriebenen normalen Herstellungsvorgänge verwendet werden.

Als Nächstes wird eine einstellbare Ventilsteuervorrichtung in einer zweiten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung, die für eine Verbrennungskraftmaschine ausgebildet ist, an Hand der anliegenden Zeichnung gemäß 6 beschrieben.

6 entspricht 1, obwohl sich Verhältnisse zwischen der Steuerwelle 16 und der dritten Nockenfläche 18 bei der zweiten Ausführungsform und der ersten Ausführungsform voneinander unterscheiden.

Bei der zweiten Ausführungsform ist die dritte Nockenfläche 18 an einem Steuernocken 44 ausgebildet, der verschwenkbar auf einer zweiten Lagerwelle 42 gelagert ist, die an einem Zylinderkopf 12 befestigt ist. Eine vierte Nockenfläche 16a der Steuerwelle 16 drückt auf eine rückseitige Fläche 44a des Steuernockens 44. Demgemäß kann sich ähnlich wie bei der ersten Ausführungsform eine Position der dritten Nockenfläche 18 je nach der Drehung der Steuerwelle 16 ändern.

Die Funktionsweise der einstellbaren Ventilsteuervorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform ähnelt mit Ausnahme der Bewegungsweise der dritten Fläche 18 derjenigen bei der ersten Ausführungsform, so daß auf ihre Beschreibung verzichtet wird. Mit der einstellbaren Ventilsteuervorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform kann man die Ventilöffnungszeitgabe gemäß einem Spitzenhebungsbetrag ohne Hilfe durch eine zusätzliche Spezialvorrichtung zum Vorverlegen der Ventilöffnungszeitgabe ändern.

Bei der zweiten Ausführungsform läßt sich das Verhältnis zwischen einem Drehungswinkel der Steuerwelle 16 und einem einem Bewegungsbetrag entsprechenden Schwenkwinkel der dritten Nockenfläche 18 durch Änderung des Profils des Steuernockens 16a willkürlich einstellen. Dadurch kann die Steuerwelle 16 mit einem kleineren Antriebsdrehmoment angetrieben werden, und dadurch kann die Ausgangsleistung eines Betätigungsorgans 50 für dasselbe kleiner werden.

Zwar ist die einstellbare Ventilsteuervorrichtung nur für das Einlaßventil 20 in den Ausführungsformen ausgebildet, sie ist jedoch auch leicht an ein Auslaßventil anpaßbar, um dessen Hebungsbetrag und Ventilsteuerung zu ändern.

Wie vorstehend für die beiden Ausführungsbeispiele beschrieben, weist die einstellbare Ventilsteuervorrichtung gemäß der Erfindung eine einstellbare Hebefunktion zum Ändern des Ventilhebungsbetrags und eine einstellbare Zeitgabefunktion zum gleichzeitigen Ändern von Ventilsteuerung und Spitzenhebungszeitgabe auf.

Für ein Ventil in den Ausführungsformen wird nur eine einstellbare Ventilsteuervorrichtung verwendet, während eine dritte Nockenfläche 13 und eine Gruppe von Antriebsglied 28 und Schwenknocken 30 für eine Mehrzahl von Ventilen verwendet werden kann.

In dem Fall, in welchem ein Zylinder mit zwei Ventilen versehen ist, kann die dritte Nockenfläche 18 mit jeweils unterschiedlichen Profilen zum Bewegen der Ventile ausgebildet werden. Wenn die Verbrennungskraftmaschine bei niedriger Belastung betrieben wird, bei welcher der Spitzenhebungsbetrag klein ist, kann man deshalb die Ventile derart steuern, daß das eine der Ventile geschlossen gehalten wird und das andere derselben in einem kleinen Hebungsbetrag gehalten wird. Das ist bei einer Verbrennungskraftmaschine erwünscht, die für ein Kraftfahrzeug ausgebildet ist, um deren Kraftstoffverbrauchseffizienz und Abgasreinigungseffizienz zu verbessern.

Zwar wurde die Erfindung an Hand bevorzugter Ausführungsformen derselben speziell gezeigt und beschrieben, es versteht sich jedoch, daß verschiedene Modifizierungen daran vorgenommen werden können, und in den beigefügten Ansprüchen alle solchen Modifizierungen erfaßt werden sollen, die innerhalb des wahren Wesens und Umfangs der Erfindung liegen. So können beispielsweise die erste Nockenfläche 10 und die dritte Nockenfläche 18 so ausgebildet werden, daß sie ein gewünschtes, von denjenigen der Ausführungsformen abweichendes Nockenprofil und/oder eine gewünschte Steuerkurve gemäß einer Funktionsweise einer Verbrennungskraftmaschine aufweisen.


Anspruch[de]
Einstellbare Ventilsteuervorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine, umfassend:

– eine erste Rolle (26);

– eine zweite Rolle (34);

– einen Verbindungsstift (32);

– eine Lagerwelle (38), die an einem ortsfesten Element (12) vorgesehen ist;

– eine daran ausgebildete Nockenwelle (10) mit einer ersten Nockenfläche (10a);

– einen Kipphebel (24), der die erste Rolle (26) drehbar lagert und ermöglicht, daß sich ein Ventil (20) durch eine Schwenkbewegung des Kipphebels (24) öffnet, wenn die erste Rolle (26) gedrückt wird;

– ein Antriebsglied (28), das die zweite Rolle (34) drehbar lagert und sich zum Antreiben des Verbindungsstiftes (32) bewegt, wenn die erste Nockenfläche (10a) auf die zweite Rolle (34) drückt;

– einen daran ausgebildeten Schwenknocken (30) mit einer zweiten Nockenfläche (30a), wobei der Schwenknocken (30) in einer Mitte der Lagerwelle (38) verschwenkbar ist, wenn das Antriebsglied (28) über den Verbindungsstift (32) auf den Schwenknocken (30) drückt, so daß die zweite Nockenfläche (30a) auf die erste Rolle (26) drückt; und

– ein Betätigungsorgan (50) zum Ändern einer Position einer dritten Nockenfläche (18) zur Veränderung einer Position des Antriebsglieds (28).
Einstellbare Ventilsteuervorrichtung nach Anspruch 1, wobei sich eine Kontaktposition zwischen der zweiten Rolle (34) und der ersten Nockenfläche (10a) der Nockenwelle (10) in Gegenrichtung zu einer Drehrichtung der Nockenwelle (10) bewegt, wenn die dritte Nockenfläche (18) in einer Richtung bewegt wird, in der ein maximaler Hebungsbetrag des Ventils (20) kleiner wird. Einstellbare Ventilsteuervorrichtung nach einem von Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei das Antriebsglied (28) die dritte Rolle (36) drehbar lagert und die dritte Rolle (36) mit der dritten Nockenfläche (18) in Kontakt steht. Einstellbare Ventilsteuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die dritte Nockenfläche (18) mit einer Kreisbogenfläche ausgebildet ist. Einstellbare Ventilsteuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die dritte Nockenfläche (18) mit der Steuerwelle (16) versehen ist. Einstellbare Ventilsteuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die dritte Nockenfläche (18) an dem Steuernocken (44) ausgebildet ist, der zwischen dem Antriebsglied (28) und der Steuerwelle (16) angeordnet und durch die Steuerwelle (16) bewegbar ist.






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