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.
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine
variable Ventilvorrichtung eines Verbrennungsmotors
vorgesehen, welche umfaßt: eine durch den Motor angetriebene
Antriebswelle; eine parallel zur Antriebswelle verlaufende
Steuerwelle, wobei die Steuerwelle drehbar um deren Achse zu
einer gegebenen Winkelposition in Übereinstimmung mit einem
Betriebszustand des Motor ist einen Schwenknocken, welcher
drehbar um die Antriebswelle angeordnet ist, wobei der
Schwenknocken Motorventile betätigt; einen dicht an der
Antriebswelle angeordneten ersten Exzenternocken; eine erste
Verbindung, welche am ersten Exzenternocken drehbar angeordnet
ist; einen zweiten Exzenternocken, welcher dicht an der
Steuerwelle angeordnet ist; einen Kipphebel welcher drehbar am
zweiten Exzenternocken angeordnet ist; eine zweite Verbindung,
welche zwischen dem Kipphebel und dem Schwenknocken verläuft;
einen ersten Verbindungsstift, durch welchen ein erster
Hebelabschnitt des Kipphebels und die erste Verbindung drehbar
verbunden sind; einen zweiten Verbindungsstift, durch welchen
ein zweiter Hebelabschnitt des Kipphebels und ein Ende der
zweiten Verbindung drehbar verbunden sind; und einen dritten
Verbindungsstift, durch welchen das andere Ende der zweiten
Verbindung und der Schwenknocken drehbar verbunden sind, wobei
der erste Verbindungsstift an dem ersten Hebelabschnitt des
Kipphebels oder der ersten Verbindung befestigt ist.
Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine
variable Ventilvorrichtung eines Verbrennungsmotors
vorgesehen, welche umfaßt: eine durch den Motor angetriebene
Antriebswelle; eine parallel zur Antriebswelle verlaufende
Steuerwelle, wobei die Steuerwelle um deren Achse drehbar zu
einer gegebenen Winkelposition in Übereinstimmung mit einem
Betriebszustand des Motors ist; einen Schwenknocken, welcher
drehbar um die Antriebswelle angeordnet ist, wobei der
Schwenknocken Motorventile betätigt; einen ersten
Exzenterkreisnocken, welcher dicht und exzentrisch an der
Antriebswelle angeordnet ist; eine erste Verbindung, welche
drehbar am ersten Exzenterkreisnocken angeordnet ist; einen
zweiten Exzenterkreisnocken, welcher dicht und exzentrisch an
der Steuerwelle angeordnet ist; einen Kipphebel, welcher
drehbar am zweiten Exzenterkreisnocken angeordnet ist; eine
zweite Verbindung, welche zwischen dem Kipphebel und dem
Schwenknocken verläuft; einen ersten Verbindungsstift, durch
welchen ein erster Hebelabschnitt des Kipphebels und die erste
Verbindung drehbar verbunden sind; eine Einrichtung zum
drehbaren Verbinden eines zweiten Hebelabschnitts des
Kipphebels mit einem Ende der zweiten Verbindung; und eine
Einrichtung zum drehbaren Verbinden des anderen Endes der
zweiten Verbindung mit dem Schwenknocken, wobei der erste
Verbindungsstift an dem ersten Hebelabschnitt des Kipphebels
oder der ersten Verbindung befestigt ist.
Die weiteren Aufgaben und Vorteile der vorliegenden Erfindung
gehen aus der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf
die beiliegende Zeichnung deutlich hervor.
Fig. 1 ist eine schematische Ansicht einer variablen
Ventilvorrichtung, welche ein erstes
Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist;
Fig. 2 ist eine Querschnittsansicht längs der Linie II-II
von Fig. 1;
Fig. 3 ist ein Graph, welcher eine Beschleunigung eines
ersten, zweiten und dritten Verbindungsstifts
darstellt, die in der Vorrichtung des ersten
Ausführungsbeispiels verwendet werden;
Fig. 4 ist eine zu Fig. 1 ähnliche Ansicht, welche jedoch
ein zweites Ausführungsbeispiel der vorliegenden
Erfindung darstellt;
Fig. 5 ist eine Querschnittsansicht längs der Linie V-V von
Fig. 4;
Fig. 6 ist eine zu Fig. 1 ähnliche Ansicht, welche jedoch
ein drittes Ausführungsbeispiel der vorliegenden
Erfindung darstellt;
Fig. 7 ist eine Querschnittsansicht längs der Linie VII-VII
von Fig. 6;
Fig. 8A und 8B sind Darstellungen zur Erläuterung der
Wirkungsweise der Vorrichtungen des ersten und
dritten Ausführungsbeispiels;
Fig. 9 ist eine zu Fig. 1 ähnliche Ansicht, welche jedoch
ein viertes Ausführungsbeispiel der vorliegenden
Erfindung darstellt;
Fig. 10 ist eine zu Fig. 1 ähnliche Ansicht, welche jedoch
ein fünftes Ausführungsbeispiel der vorliegenden
Erfindung darstellt;
Fig. 11 ist eine Querschnittsansicht längs der Linie XI-XI
von Fig. 10;
Fig. 12 ist eine zu Fig. 1 ähnliche Ansicht, welche jedoch
ein sechstes Ausführungsbeispiel der vorliegenden
Erfindung darstellt;
Fig. 13 ist eine Querschnittsansicht längs der Linie XIII-
XIII von Fig. 12;
Fig. 14 ist ein Graph, welcher Lasten darstellt, die auf
einen Lagerabschnitt einer Ringverbindung wirken;
und
Fig. 15 ist eine Querschnittsansicht einer variablen
Ventilvorrichtung des Standes der Technik, welche in
der japanischen Offenlegungsschrift 11-141321
beschrieben ist.
Zur Verdeutlichung der Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird
unter Bezugnahme auf Fig. 15 der beiliegenden Zeichnung kurz
eine variable Ventilvorrichtung des Standes der Technik
beschrieben, welche in der japanischen Offenlegungsschrift
11-141321 dargestellt ist.
Wie in Fig. 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.
Daher ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine
variable Ventilvorrichtung eines Verbrennungsmotors zu
schaffen, welche frei ist von dem oben erwähnten, unerwünschten
unsymmetrischen Verschleiß des Lagerabschnitts.
Erfindungsgemäß werden die Aufgaben durch die Merkmale der
Ansprüche 1 bzw. 17 gelöst; die Unteransprüche zeigen weitere
vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.
Nachfolgend werden verschiedene Ausführungsbeispiele 100N 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 Fig. 1 und 2 ist eine variable 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 Fig. 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 Fig. 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 Fig. 2, ersichtlich,
umfaßt die variable Ventilvorrichtung 100A einen ersten
Exzenterkreisnocken 12 (welcher im weiteren als erster
Exzenternocken 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 Fig. 2 ersichtlich, ist
eine Mitte C2 des ersten Exzenternocken 12 von einer Mitte C1
der Antriebswelle 4 um eine gegebene Distanz verschoben. Wie
aus Fig. 1 ersichtlich, weist die Ringverbindung 14 im
wesentlichen die gleiche Dicke auf wie der erste
Exzenternocken 12, und wie aus Fig. 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 Fig. 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 Fig. 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 Fig. 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)
Ventilfedern 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 Fig. 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 Fig. 1
dargestellten Zustand ist ein bestimmter, jedoch sehr kleiner
Zwischenraum zwischen dem ersten Verbindungsstift 22 und der
Lagerbohrung 14c definiert.
Wie aus Fig. 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 Fig. 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 Fig. 1 dargestellt,
sind diese drei Bohrungen 8d, 20b und 8e ausgerichtet, und der
dritte Verbindungsstift 26 ist drehbar in diesen
ausgerichteten Bohrungen 8d, 20b und 8e aufgenommen. Das
heißt, in dem Zustand von Fig. 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 Verbindungsstifts 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 desselben 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 Fig. 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 Fig. 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 Fig. 6 und 7 ist variable Ventilvorrichtung 100C
dargestellt, welche ein drittes Ausführungsbeispiel der
vorliegenden Erfindung ist.
Beim dritten Ausführungsbeispiel 100C ist, wie aus Fig. 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 Fig. 8A und 8B beschrieben.
Zur Verbesserung des Verständnisses ist auch die Vorrichtung
100A des ersten Ausführungsbeispiels in Fig. 8A dargestellt,
und in Fig. 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 Fall des dritten
Ausführungsbeispiels 100C von Fig. 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
Fig. 8A. Dies bedeutet, daß beim dritten Ausführungsbeispiel
100C ein Drehmoment T1, welches auf den Lagerabschnitt 28
wirkt, kleiner ist als ein Drehmoment T2 im Fall des ersten
Ausführungsbeispiels 100A. So wird ein unerwünschter
unsymmetrischer Verschleiß des Lagerabschnitts 28 bei dem dritten
Ausführungsbeispiel 100C unterdrückt.
In Fig. 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 gleiche, wie 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 Störungen 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 Fig. 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
verlängerten 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 Fig. 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 Fig. 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 die 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 diejenigen 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.
Der gesamte Inhalt der japanischen Patentanmeldung 200-46872
(eingereicht am 24. Februar 2000) ist hierin durch Verweis
enthalten.
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 Licht der obigen Offenbarung
durchgeführt werden.