DE102005019583A1

DE102005019583A1 - Variabler Ventilmechanismus

Info

Publication number: DE102005019583A1
Application number: DE102005019583A
Authority: DE
Inventors: Shuichi Toyota Ezaki
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2004-04-28
Filing date: 2005-04-27
Publication date: 2005-12-01
Also published as: JP2005337233A; JP4412190B2; US7204216B2; US20050241598A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung hat einen Wipparm 16, der an dessen Zentrum eine Armrolle 18 aufweist, eine Ventilspieleinstelleinrichtung 30 zum Unterstützen eines Drehpunkts P des Wipparms 16, einen Schwenkarm 20, der einer Schwenknockenfläche (einen Nicht-Drückabschnitt 24 und einen Drückabschnitt 26 aufweist, die in Kontakt mit einer Armrolle 18 ist, und einen Einstellmechanismus zum Verändern eines Referenzarmdrehwinkels des Schwenkarms 20 in Bezug auf den Wipparm 16 im Hinblick auf die Veränderung des Betriebswinkels und des Hubbetrags einer Ventilscheibe 12 innerhalb eines vorbestimmten Einstellbereichs. Der Einstellmechanismus hat eine Steuerwelle 22, eine Rollenkontaktfläche 32, einen Steuerarm 34 und einen Schwenkrollenarm 38. Die Ventilspieleinstelleinrichtung 30 ist so angeordnet, dass ihre Ausdehn-/Zusammenziehrichtung im Wesentlichen parallel zu einer gedachten geraden Linie ist, welche das Drehzentrum Q des Schwenkarms 20 mit dem Drehzentrum S der Armrolle 18 verbindet.

Description

Hintergrund der Erfindung
Bereich der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen variablen Ventilmechanismus und insbesondere auf einen variablen Ventilmechanismus eines Verbrennungsmotors, wobei der Ventilmechanismus in der Lage ist, den Betriebswinkel und/oder Hubbetrag der Ventilscheibe zu verändern, welche synchron mit der Nockenwellendrehung öffnet/schließt.

Einschlägige Technik

Der variable Ventilmechanismus, der beispielsweise durch die Japanische Patentoffenlegung Nr. 2003-239712 offenbart ist, hat einen Mechanismus, der zwischen einem Nocken und einer Ventilscheibe positioniert ist, um den Betriebswinkel und Hubbetrag der Ventilscheibe zu verändern. Dieser variable Ventilmechanismus hat einen Schwenkarm, der synchron mit dem Nockenbetrieb schwenkt, und einen Wipparm, der mit einer Armrolle versehen ist, welche in Kontakt mit dem Schwenkarm kommt. Ein Ende des Wipparms ist in Kontakt mit dem Ende eines Ventilschafts, und das andere Ende wird durch die Ventilspieleinstelleinrichtung unterstützt. Der Wipparm ist so aufgebaut, dass er in Übereinstimmung mit dem Schwenkbetrieb eines Schwenkarms dreht, während ein Wipparmende, welches durch die Ventilspieleinstelleinrichtung unterstützt wird, als Drehpunkt verwendet wird. Dieser variable Ventilmechanismus hat auch einen Einstellmechanismus, der einen Referenzarmdrehwinkel eines Schwenkarms entsprechend einer Veränderung der Drehposition der Steuerwelle verändert.

Wenn sich der Referenzarmdrehwinkel des Schwenkarms entsprechend einer Veränderung der Steuerwellendrehposition verändert, verändert sich der Kontaktpunkt zwischen dem Schwenkarm und der Armrolle bei dem vorstehenden herkömmlichen variablen Ventilmechanismus. Wenn sich der Kontaktpunkt verändert, tritt eine Änderung der Zeitsteuerung, mit der der Wipparm die Ventilscheibe entsprechend eines Nockenbetriebs niederdrückt, und des Betrags der Ventilscheibenniederdrückung auf. Deshalb kann der vorstehende herkömmliche variable Ventilmechanismus kontinuierlich den Betriebswinkel und Hubbetrag der Ventilscheibe durch Steuern der Steuerwellendrehposition verändern.

Einschließlich des vorstehend genannten Dokuments sind dem Anmelder die vorstehenden Dokumente als Stand der Technik zur vorliegenden Erfindung bekannt.
[Patentdokument 1]
Japanische Patentoffenlegung Nr. 2003-239712
[Patentdokument 2]
Japanische Patentoffenlegung Nr. Hei 7-293216
[Patentdokument 3]
Japanische Patentoffenlegung Nr. Hei 7-63023

Wenn jedoch die Ventilspieleinstelleinrichtung, die sich am Drehpunkt des Wipparms der obigen herkömmlichen Mechanismen ausdehnt/zusammenzieht, bewegt sich der Drehpunkt des Wipparms in der Richtung der Ausdehnung/Zusammenziehung. Infolgedessen kann sich der Kontaktpunkt zwischen dem Schwenkarm und der Armrolle verändern. Wenn sich der Kontaktpunkt verändert, tritt eine Veränderung auf, die weiter vorn beschrieben wurde. Und zwar bei der Zeitsteuerung, mit der der Wipparm die Ventilscheibe entsprechend einem Nockenbetrieb niederdrückt und im Betrag der Ventilscheibenniederdrückung. Mit anderen Worten, wenn sich die Ventilspieleinstelleinrichtung ausdehnt/zusammenzieht, um einen Null-Ventilspiel bereitzustellen, kann eine unerwartete Veränderung im Betriebswinkel und Hubbetrag der Ventilscheibe auftreten.

Zusammenfassung der Erfindung

Die vorliegende Erfindung wurde gemacht, um vorstehende Probleme zu lösen und stellt einen variablen Ventilmechanismus bereit, der in der Lage ist, eine unerwartete Veränderung des Betriebswinkels und/oder Hubbetrags der Ventilscheibe zu vermeiden, wenn sich die Ventilspieleinstelleinrichtung ausdehnt/zusammenzieht.

Die vorstehende Aufgabe wird mit einem variablen Ventilmechanismus gelöst, der einen Wipparm, von dem ein Ende in Kontakt mit einem von der Ventilscheibe entfernten Lateralende des Ventilschafts ist und das andere Ende als ein Drehpunkt fungiert, und dessen Zentrumsabschnitt mit einer Armrolle versehen ist, aufweist. Außerdem ist eine Ventilspieleinstelleinrichtung, welche sich ausdehnt und zusammenzieht, um ein Null-Ventilspiel bereitzustellen und die so angeordnet ist, dass sie den Drehpunkt des Wipparms unterstützt, vorgesehen. Darüber hinaus ist ein Schwenkarm, der eine Schwenknockenfläche hat, um mit der Armrolle in Kontakt zu kommen und synchron mit der Drehung eines Nockens schwenkt, wodurch das Drücken des Nockens an den Wipparm übertragen wird, vorgesehen. Des Weiteren ist ein Einstellmechanismus zum Verändern des Referenzarmdrehwinkels des Schwenkarms bezüglich des Wipparms innerhalb eines vorbestimmten Einstellbereichs im Hinblick auf die Veränderung des Betriebswinkels und/oder Hubbetrags der Ventilscheibe vorgesehen. Die Achslinie der Ventilspieleinstelleinrichtung ist im Wesentlichen parallel zu einer virtuellen geraden Linie, welche das Drehzentrum des Schwenkarms mit dem Drehzentrum der Armrolle verbindet.

Andere Aufgaben und weitere Merkmale der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung ersichtlich, wenn diese in Zusammenschau mit den beigefügten Zeichnungen studiert wird.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 veranschaulicht den Aufbau eines variablen Ventilmechanismus gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
2A und 2B kennzeichnen, dass der variable Ventilmechanismus, der in 1 dargestellt ist, so betrieben wird, dass er einen kleinen Hub der Ventilscheibe bereitstellt.
3A und 3B kennzeichnen, dass der variable Ventilmechanismus, der in 1 dargestellt ist, so betrieben wird, dass er einen großen Hub der Ventilscheibe bereitstellt.
4 veranschaulicht einen variablen Ventilmechanismus, auf den verwiesen wird, um ihn mit dem Aufbau des variablen Ventilmechanismus gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zu vergleichen.
5A und 5B veranschaulichen den zulässigen Winkelbereich für die Ventilspieleinstelleinrichtung im variablen Ventilmechanismus gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
6 veranschaulicht den Aufbau eines variablen Ventilmechanismus gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
7 veranschaulicht den zulässigen Winkelbereich für die Ventilspieleinstelleinrichtung im variablen Ventilmechanismus 50 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
8 veranschaulicht ein Beispiel eines Entwurfs eines Verbrennungsmotors, auf den Bezug genommen wird, um die Vorteile des Aufbaus gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zu erklären.
Bevorzugte Form zum Umsetzen der Erfindung
Erstes Ausführungsbeispiel
[Aufbau eines variablen Ventilmechanismus]
1 veranschaulicht den Aufbau eines variablen Ventilmechanismus 10 gemäß einem ersten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel. Der variable Ventilmechanismus, der in 1 dargestellt ist, steuert eine Ventilscheibe eines Verbrennungsmotors an, die als Ansaugventil oder Abgasventil fungiert.
Der Aufbau, der in 1 dargestellt ist, hat die Ventilscheibe 12, welche als Ansaugventil oder Abgasventil fungiert. Ein Ventilschaft 14 ist an der Ventilscheibe 12 befestigt. Das von der Ventilscheibe entfernte Ende des Ventilschafts 14 ist mit einer Schaftendkappe 15 abgedeckt. Das Ende des Ventilschafts 14 ist über die Schaftendkappe 15 in Kontakt mit einem Ende eines Wipparms 16. Der Mittelabschnitt des Wipparms 16 ist mit einer Armrolle 18 versehen.
Ein Schwenkarm 20 (Schwenkelement) ist oberhalb der Armrolle 18 angeordnet. Der Schwenkarm 20 wird durch eine Steuerwelle 22 derart gehalten, dass dem Schwenkarm eine Drehung ermöglicht wird. Eine Schwenknockenfläche ist an dem Schwenkarm 20 als eine Fläche ausgebildet, welche mit der Armrolle 18 in Kontakt kommt. Die Schwenknockenfläche hat einen Nicht-Drückabschnitt (Nicht-Drückfläche) 24 und einen Drückabschnitt 26. Der Nicht-Drückabschnitt (Nicht-Drückfläche) 24 ist so ausgebildet, dass die Distanz vom Drehwellenzentrum Q des Schwenkarms 20, d.h. die Distanz von dem Axialzentrum Q der Steuerwelle 22, konstant ist. Der Drückabschnitt 26 ist so ausgebildet, dass die Distanz vom Axialzentrum der Steuerwelle 22 mit einer Zunahme der Distanz vom Nicht-Drückabschnitt 24 zunimmt. Mit anderen Worten ist der Nicht-Drückabschnitt 24 so ausgebildet, dass er eine feste Krümmung hat, so dass das axiale Zentrum Q der Steuerwelle 22 (das Drehzentrum Q des Schwenkarms 20) das Krümmungszentrum Q ist. Der Kontaktpunkt zwischen der Armrolle 18 und dem Schwenkarm 20 wird nachfolgend als Rollenkontaktpunkt 27 bezeichnet. Ein Grenzpunkt zwischen dem Nicht-Drückabschnitt 24 und dem Drückabschnitt 26 wird nachfolgend als Hubstartpunkt 28 bezeichnet.
Das andere Ende des Wipparms 16 wird durch eine Ventilspieleinstelleinrichtung 30 unterstützt. Der Wipparm 16 kann sich drehen, während er das durch die Ventilspieleinstelleinrichtung 30 unterstützte Ende als Drehpunkt P verwendet. Die Ventilspieleinstelleinrichtung 30 ist in der Lage sich auszudehnen/zusammenzuziehen, um ein Null-Ventilspiel bereitzustellen. Im variablen Ventilmechanismus 10 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Ausdehn-/Zusammenziehrichtung (Achslinie) der Ventilspieleinstelleinrichtung 30 parallel zu einer gedachten geraden Linie (siehe 1), welche das Drehzentrum Q des Schwenkarms 20, d.h. das axiale Zentrum Q der Steuerwelle 22, und das Drehzentrum S der Armrolle 18 verbindet. Wie vorstehend beschrieben, ist der Mechanismus gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel derart, dass das Drehzentrum Q des Schwenkarms 20 das gleiche ist wie das Krümmungszentrum R der Nicht-Drückfläche 24. Mit anderen Worten ist die Achslinie der Ventilspieleinstelleinrichtung 30 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel parallel zu einer gedachten geraden Linie, welche ein Krümmungszentrum R der Nicht-Drückfläche 24 mit einem Drehzentrum S der Armrolle 18 verbindet, wenn in Richtung der Achse der Steuerwelle 22 betrachtet.
Die Steuerwelle 22 ist an einer Halterung für einen Zylinderkopf oder dergleichen über ein Lager (nicht dargestellt) gesichert. Ein Aktuator (nicht dargestellt) ist an die Steuerwelle 22 gekoppelt. Es wird davon ausgegangen, dass der Aktuator die Steuerwelle 22 innerhalb eines vorbestimmten Winkelbereichs drehen kann.
Des Weiteren wird eine Rollenkontaktfläche 32 durch die Steuerwelle 22 derart gehalten, dass eine Drehung der Rollenkontaktfläche erlaubt wird. Die Rollenkontaktfläche 32 ist so aufgebaut, dass sie um die Steuerwelle 22 zusammen mit dem Schwenkarm 20 dreht. Ein Steuerarm 34 ist an die Steuerwelle 22 angebracht. Der Steuerarm 34 ist mit einem Durchgangsloch versehen. Die Steuerwelle 22 und der Steuerarm 34 sind in einer einzigen Baugruppe unter Verwendung einer Halterung (nicht dargestellt) integriert, während die Steuerwelle 22 in das Durchgangsloch eingefügt wird. Der Steuerarm 34 ist mit einer Drehwelle 36 versehen, die an einer Position angeordnet ist, welche in der Richtung des Durchmessers der Steuerwelle 22 hervorsteht. Ein Schwenkrollenarm 38 wird durch die Drehwelle 36 derart gehalten, so dass eine Drehung des Schwenkrollenarms zugelassen wird.
Der Schwenkrollenarm 38 hat eine Nockenkontaktrolle 44 und eine Gleitrolle 46. Die Nockenkontaktrolle 44 ist in Kontakt mit einem Nocken 42, der an einer Nockenwelle 40 befestigt ist. Die Gleitrolle 46 ist in Kontakt mit der Rollenkontaktfläche 32. Die Nockenkontaktrolle 44 und die Gleitrolle 46 können sich frei drehen, während sie durch den Schwenkrollenarm 38 gehalten werden.
Der variable Ventilmechanismus 10 hat eine Bewegungsverlustfeder 48. Die Bewegungsverlustfeder 48 wirkt auf ein Hinterende der Rollenkontaktfläche 32 während ihr Oberende an den Zylinderkopf oder dergleichen befestigt ist. Die Kraft die durch die Bewegungsverlustfeder 48 ausgeübt wird, veranlasst, dass die Rollenkontaktfläche 32 die Gleitrolle 46 nach oben drückt und drückt die Nockenkontaktwalze 44 gegen den Nocken 42. Infolge dessen wird der variable Ventilmechanismus 10 so aufrechterhalten, dass der Nocken 42 mechanisch an die Rollenkontaktfläche 32 gekoppelt ist.
Somit ist es der Fall, wenn eine Nockennase die Nockenkontaktrolle 44 während der Drehung des Nockens 42 drückt, dass die resultierende Kraft über die Gleitrolle 46 zur Rollenkontaktfläche 32 übertragen wird. Während sie auf der Rollenkontaktfläche 32 rollt, kann die Gleitrolle 46 kontinuierlich die Kraft, welche durch den Nocken 42 an den Schwenkarm 20 angelegt wird, übertragen. Infolge dessen dreht der Schwenkarm 20 um die Steuerwelle 22, wodurch der Wipparm 16 nach unten gedrückt wird und die Ventilscheibe 12 in der Ventilöffnungsrichtung bewegt wird. Wie vorstehend beschrieben, kann der variable Ventilmechanismus 10 die Ventilscheibe 12 durch Übertragen der Kraft des Nockens 42 an die Rollenkontaktfläche 32 über die Nockenkontaktrolle 44 und die Gleitrolle 46, betätigen.
[Betrieb des variablen Ventilmechanismus]
Der Betrieb des variablen Ventilmechanismus 10 gemäß dem ersten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel wird nun unter Bezugnahme auf die 2A, 2B, 3A und 3B beschrieben. Die 2A und 2B kennzeichnen, dass der variable Ventilmechanismus 10 so betrieben wird, dass ein kleiner Hub der Ventilscheibe 12 erreicht wird. Dieser Betrieb wird nachfolgend als Kleinhubbetrieb bezeichnet. Insbesondere kennzeichnet 2A, dass die Ventilscheibe 12 während einem Kleinhubbetriebsprozess schließt, und 2B kennzeichnet, dass die Ventilscheibe 12 während einem Kleinhubbetriebsprozess öffnet.
In einem Zustand, der in 2A dargestellt ist, d.h. in einem Zustand, in dem kein Druck durch den Nocken 42 ausgeübt wird, ist der Winkel, der zwischen einer geraden Linie, die den Rollenkontaktpunkt 27 mit dem axialen Zentrum Q der Steuerwelle 22 verbindet, und einer geraden Linie, die den Hubstartpunkt 28 mit dem axialen Zentrum Q der Steuerwelle 22 verbindet, ausgebildet ist, als Referenzarmdrehwinkel Φ definiert.
In dem variablen Ventilmechanismus 10 wird die Drehposition des Schwenkarms 20, d.h. der Referenzarmdrehwinkel Φ durch die Position der Gleitrolle 46 bestimmt. Die Position der Gleitrolle 46 wird durch die Position der Drehwelle 36 für den Schwenkrollenarm 38 und die Position der Nockenkontaktrolle 44 bestimmt. Während die Nockenkontaktrolle 44 und der Nocken 42 in Kontakt miteinander verbleiben, bewegt sich die Gleitrolle 46 nach oben während sich der Grad der Drehung im Gegenuhrzeigersinnrichtung der Steuerwelle 22 in 2 erhöht. In dem variablen Ventilmechanismus 10 gilt deshalb, je größer der Betrag der Gegenuhrzeigersinndrehung der Steuerwelle 22, desto größer der Referenzarmdrehwinkel Φ.
In einem Zustand, der in 2A dargestellt ist, wird der Referenzarmdrehwinkel Φ nahezu maximiert. Der variable Ventilmechanismus 10 ist so konfiguriert, dass wenn der Referenzarmdrehwinkel Φ nahezu maximiert wird, das zugehörige Zentrum des Nicht-Drückabschnitts 24 des Schwenkarms 20 in Kontakt mit der Armrolle 18 des Wipparms 16 ist, wodurch die Ventilscheibe 12 geschlossen wird.
Wenn der Nocken 42 in einem Zustand dreht, der in 2A dargestellt ist, wird die Nockenkontaktrolle 44 durch die Nockennase so drückt, dass sie sich hin zur Steuerwelle 20 bewegt. Die Distanz zwischen der Drehwelle 36 des Steuerarms 34 und der Gleitrolle 46 verbleibt unverändert. Deshalb, wenn die Nockenkontaktrolle 44 sich hin zur Steuerwelle 22 bewegt, wird die Rollenkontaktfläche 32 durch die Gleitrolle 46, die auf der Rollenkontaktfläche 32 rollt, nach unten gedrückt. Infolge dessen dreht der Schwenkarm 20 in 2 im Uhrzeigersinn, so dass der Rollenkontaktpunkt 27 sich vom Nicht-Drückabschnitt 24 zum Drückabschnitt 26 bewegt.
In einem Kleinhubbetrieb, ist der Referenzarmdrehwinkel Φ groß, wie vorstehend beschrieben. Deshalb ist der maximale Drehwinkel des Schwenkarms 20, der während der Drehung des Nockens 42 auftritt, in einem Kleinhubbetrieb relativ klein. Wenn der Drehwinkel des Schwenkarms 20 maximiert wird, wird die Ventilscheibe 12 einem Maximalhub unterworfen. Wie in 2B gekennzeichnet, ist der variable Ventilmechanismus 10 so konfiguriert, dass wenn solch ein Drehwinkel des Schwenkarms 20 auftritt, der Rollenkontaktpunkt 27 leicht in den Drückabschnitt 26 eintritt, wodurch ein leichter Hub der Ventilscheibe 12 erreicht wird. Wenn deshalb der vorstehende Kleinhubbetrieb durchgeführt wird, kann der variable Ventilmechanismus 10 der Ventilscheibe 12 einen kleinen Hub geben und zwar synchron mit der Drehung des Nockens 42.
Im vorstehenden Fall ist die Zeitspanne, während die Kraft des Nockens 42 tatsächlich die Ventilscheibe 12 nach unten drückt, d.h. die Zeitspanne (Kurbelwinkelbreite) während der der Nocken 42 dreht, um die Ventilscheibe 12 zu öffnen, relativ klein (diese Zeitspanne wird nachfolgend als Betriebswinkel bezeichnet). Wenn deshalb ein Kleinhubbetrieb durchgeführt wird, kann der variable Ventilmechanismus 10 den Betriebswinkel der Ventilscheibe 12 verringern.
Die 3A und 3B kennzeichnen, dass der variable Ventilmechanismus 10 so betrieben wird, dass ein großer Hub der Ventilscheibe 12 erreicht wird. Dieser Betrieb wird nachfolgend als Großhubbetrieb bezeichnet. Insbesondere kennzeichnet 3A, dass die Ventilscheibe 12 während einem Großhubbetriebsprozess schließt, und 3B kennzeichnet, dass die Ventilscheibe 12 während einem Großhubbetriebsprozess öffnet.
Wenn ein Großhubbetrieb durchgeführt wird, wird die Steuerwelle 22 für eine Position eingestellt, die im Uhrzeigersinn von einer Position verdreht ist, welche während einem Kleinhubbetrieb vorherrscht, wie in 3A gekennzeichnet. Wenn infolge dessen ein Großhubbetrieb durchgeführt wird, wird möglich gemacht, dass der Referenzarmdrehwinkel Φ ausreichend klein bleibt, ohne dass der Gleitrolle 46 erlaubt wird, die Rollenkontaktfläche 32 zu verlassen. Der variable Ventilmechanismus 10 ist so konfiguriert, dass wenn der Referenzarmdrehwinkel Φ ausreichend klein ist, der Rollenkontaktpunkt 27 nahe des Hubstartpunkts 28 und hin zum Nicht-Drückabschnitt 24 positioniert ist. Deshalb wird die Ventilscheibe 12 auch während einem Großhubbetrieb geschlossen gehalten.
Wenn der Nocken 42 in einem Zustand, der in 3A dargestellt ist, dreht, drückt die Nockennase die Nockenkontaktrolle 44, wie in 3B gekennzeichnet, wodurch der Schwenkarm 20 veranlasst wird, im Uhrzeigersinn zu drehen. Infolge dessen bewegt sich der Rollenkontaktpunkt 27 vom Nicht-Drückabschnitt 24 zum Drückabschnitt 26. Wenn ein Großhubbetrieb durchgeführt wird, wird der Referenzarmdrehwinkel Φ klein gehalten, wie vorstehend beschrieben. Deshalb ist der maximale Drehwinkel des Schwenkarms 20, der entsteht, wenn der Nocken 42 dreht, groß. Wie in 3B gekennzeichnet, ist der variable Ventilmechanismus 10 so konfiguriert, dass wenn ein Drehwinkel des Schwenkarms 20 auftritt, der Rollenkontaktpunkt 27 ausreichend in den Drückabschnitt 26 reicht. Infolge dessen, wenn der vorstehende Großhubbetrieb durchgeführt wird, kann der variable Ventilmechanismus 10 der Ventilscheibe 12 einen großen Hub und einen großen Betriebswinkel synchron mit der Drehung des Nockens 42 verleihen.
[Vorteile des variablen Ventilmechanismus 10 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel]
Wie vorstehend beschrieben kann der variable Ventilmechanismus 10 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel den Schwenkbetrieb des Schwenkarms 20 verändern (d.h. den Referenzarmdrehwinkel Φ) in dem die Position der Steuerwelle 22 verändert wird, wodurch der Hubbetrag und Betriebswinkel der Ventilscheibe 12 verändert wird.
Wie weiter vorn beschrieben, ist der variable Ventilmechanismus 10 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel so konfiguriert, dass die Ausdehn-/Zusammenziehrichtung der Ventilspieleinstelleinrichtung 30 parallel zu einer gedachten Linie ist, welche das axiale Zentrum Q der Steuerwelle 22 mit dem Drehzentrum S der Armrolle 18 verbindet. Die Vorteile, die durch solch einen Aufbau des variablen Ventilmechanismus 10 bereitgestellt werden, werden nun unter Bezugnahme auf die 4 beschrieben.
4 veranschaulicht einen variablen Ventilmechanismus auf den für den Vergleich mit dem Aufbau des variablen Ventilmechanismus 10 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel Bezug genommen wird. Der variable Ventilmechanismus A, der mit dem variablen Ventilmechanismus 10 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel zu vergleichen ist, unterscheidet sich derart, dass die Position der Ventilspieleinstelleinrichtung sich vom variablen Ventilmechanismus 10 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel unterscheidet. Insbesondere ist der variable Ventilmechanismus A, der in 4 dargestellt ist, so konfiguriert, dass nicht vorgesehen wurde, die Ausdehn-/Zusammenziehrichtung der Ventilspieleinstelleinrichtung in einem vorbestimmten Winkel θ zu einer gedachten geraden Linie vorzusehen, welche das axiale Zentrum Q der Steuerwelle mit dem Drehzentrum S der Armrolle verbindet.
Wie in 4 gekennzeichnet, wenn der variable Ventilmechanismus A verwendet wird, kann eine Spalte Δh₁ zwischen dem Ende des Ventilschafts und dem Wipparm auftreten, beispielsweise aufgrund thermischer Ausdehnung zwischen Zylinderkopf und Ventilschaft. Wenn solch eine Spalte Δh₁ entsteht, dehnt sich die Ventilspieleinstelleinrichtung aus, um die Spalte Δh₁ auf Null zu verringern. Wenn der Betrag der Ausdehnung der Ventilspieleinstelleinrichtung Δh₂ beträgt, wird der Wipparmdrehpunkt P um Δh₂ nach oben versetzt (vom Drehpunkt P1 zum Drehpunkt P2), wie in 4 gekennzeichnet, wenn sich die Ventileinstelleinrichtung ausdehnt.
Wie vorstehend beschrieben, wird der Ventilspieleinstelleinrichtung des variablen Ventilmechanismus A der vorstehend erwähnte Winkel θ gegeben. Wenn deshalb der Wipparmdrehpunkt P um Δh₂ nach oben versetzt wird, wird er auch um Δx horizontal versetzt, wie in 4 gekennzeichnet. Infolge dessen verändert sich der Walzenkontaktpunkt 27, d.h. der Referenzarmdrehwinkel Φ verändert sich von Φ₁ zu Φ₂. Der Betrag der Veränderung des Referenzarmdrehwinkels Φ nimmt mit einer Vergrößerung des vorstehend erwähnten Winkels θ zu, mit dem die Ventilspieleinstelleinrichtung ausgerichtet ist, weil der Wert Δx mit einer Zunahme des vorstehend erwähnten Winkels θ zunimmt. Eine Veränderung des Referenzarmdrehwinkels Φ bedeutet, dass der Hubbetrag und die Betriebswinkeleinstellungen für die Ventilscheibe sich verändern. Mit anderen Worten ist der variable Ventilmechanismus A so konfiguriert, dass sich der Hubbetrag und der Betriebswinkel der Ventilscheibe von vorbestimmten Werten verändert, die von der Drehposition der Steuerwelle abhängen, wenn sich die Ventileinstelleinrichtung ausdehnt/zusammenzieht.
Andererseits ist der variable Ventilmechanismus 10 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel so konfiguriert, dass die Ausdehn-/Zusammenziehrichtung der Ventilspieleinstelleinrichtung 30 parallel zu einer gedachten Linie ist, welche das axiale Zentrum Q der Steuerwelle 22 mit dem Drehzentrum S der Armrolle 18 verbindet, d.h. der vorstehend erwähnte Winkel θ ist Null. Deshalb, selbst wenn der Drehpunkt P des Wipparms 16 aufgrund des Ausdehnens/Zusammenziehens der Ventilspieleinstelleinrichtung 30 versetzt wird, stellt die Konfiguration gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sicher, dass die Versatzrichtung des Drehpunkts P parallel zu einer gedachten geraden Linie ist, welche das axiale Zentrum Q der Steuerwelle 22 mit dem Drehzentrum S der Armrolle 18 verbindet. Somit ist es möglich, eine Veränderung des Referenzarmdrehwinkels Φ effektiv zu unterdrücken. In Anbetracht dessen sollte der vorstehend genannte Winkel θ, in dem die Ventilspieleinstelleinrichtung 30 ausgerichtet ist, wo immer möglich fast Null sein und höchstens 10° oder kleiner sein, um sicherzustellen, dass die gedachte gerade Linie im Wesentlichen parallel zur Achslinie der Ventilspieleinstelleinrichtung 30 ist.
Wie vorstehend beschrieben, ermöglicht der variable Ventilmechanismus 10 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel eine unerwartete Änderung des Betriebswinkels und des Hubbetrags der Ventilscheibe zu vermeiden, wenn sich die Ventilspieleinstelleinrichtung 30 ausdehnt/zusammenzieht. Des Weiteren steuert der variable Ventilmechanismus 10 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die Luftansaugmenge durch Verändern des Hubbetrags und des Betriebswinkels der Ventilscheibe 12. Es ist deshalb erforderlich, dass die Genauigkeit der Hubbetrag/Betriebswinkelsteuerung der Ventilscheibe 12 in einem Fall größer ist, indem der verwendete Verbrennungsmotor einen gewöhnlichen Ventilmechanismus aufweist. Wenn der Aufbau gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel verwendet wird, ist es möglich, einen variablen Ventilmechanismus bereitzustellen, der die vorstehenden Erfordernisse erfüllt.
Vorteile, die durch den Aufbau gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel bereitgestellt werden, werden nun im Detail unter Bezugnahme auf die 5A und 5B beschrieben. Die 5A und 5B veranschaulichen den zulässigen Bereich für den Winkel θ für die Ventilspieleinstelleinrichtung 30 im variablen Ventilmechanismus 10 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel. Insbesondere zeigt 5A die Ursachen der Zylinder-zu-Zylinder-Variation des Ventilscheibenbetriebswinkels im variablen Ventilmechanismus 10. 5B zeigt eine Beziehung zwischen der Zylinder-zu-Zylinder-Variation des Betriebswinkels und des Winkels θ betreffend der Ventilspieleinstelleinrichtung 30.
Wie weiter vorn beschrieben, verursacht eine Veränderung des Referenzarmdrehwinkels Φ des Schwenkarms 20, d.h. der Positionsversatz des Rollenkontaktpunktes 27, eine Veränderung des Betriebswinkels und des Hubbetrags der Ventilscheibe 12. Deshalb, wenn das Positionsversatzausmaß des Rollenkontaktpunktes 27 von einem Zylinder zum anderen variiert, variieren auch der Betriebswinkel und der Hubbetrag der Ventilscheibe 12 von einem Zylinder zum anderen.
Wahrscheinliche Ursachen, welche die Zylinder-zu-Zylinder-Variationen in den Ventilöffnungseigenschaften (Betriebswinkel, Hubbetrag, Ventilöffnungszeit, usw.) der Ventilscheibe 12 mechanisch hervorrufen, sind in 5A gekennzeichnet. Für Erklärungszwecke behandelt die folgende Beschreibung den Betriebswinkel. Zunächst kann die Zylinder-zu-Zylinder-Variation des Betriebswinkels durch die kopfseitige Genauigkeit verursacht werden. Die kopfseitige Genauigkeit wird durch die Bearbeitungsgenauigkeit und die Montagegenauigkeit von Elementen bestimmt, deren Positionen durch den Zylinderkopf bestimmt werden, d.h. die Ventilscheibe 12, der Ventilschaft 14, die Schaftendkappe 15, der Wipparm 16, die Ventilspieleinstelleinrichtung 30, und dergleichen. Insbesondere tritt die Zylinder-zu-Zylinder-Betriebswinkelvariation, die aus der kopfseitigen Genauigkeit entsteht, auf, weil beispielsweise die Höhe des Ventilschafts 14 und die Position der Armrolle 18 relativ zum Drehpunkt P des Wipparms 16 von einem Zylinder zum anderen variieren.
Wie in 5A gekennzeichnet, sind die anderen Ursachen welche die Zylinder-zu-Zylinder-Betriebswinkelvariation hervorrufen, die Einstellgenauigkeit, der Einfluss der Temperatur und Veränderungen über die Zeit. Die Einstellgenauigkeit bezieht sich auf Relativpositionen von verschiedenen Elementen, die oberhalb des Wipparms 16 anzuordnen sind, d.h. der Schwenkarm 20, die Steuerwelle 22, der Steuerarm 34, der Schwenkrollenarm 38 und die Nockenwelle 40. Die Zylinder-zu-Zylinder-Betriebswinkelvariation, die durch den Einfluss der Temperatur hervorgerufen wird, tritt auf, wenn die thermische Ausdehnung von Komponenten von einem Zylinder zum anderen variiert, beispielsweise aufgrund des Motorkühlwasserzirkulationbahnverlaufs. Die Zylinder-zu-Zylinder-Betriebswinkelvariation, die durch Veränderungen über die Zeit verursacht werden, treten auf, wenn die Abtragung von Gleitteilen verschiedener Elemente, wie beispielsweise der Armrolle 18 und der Gleitrolle 46 von einem Zylinder zum anderen variieren.
In einem Verbrennungsmotor, indem hauptsächlich die Ansaugluftmenge gesteuert wird, indem dem variablen Ventilmechanismus erlaubt wird, die Ventilöffnungseigenschaften der Ventilscheibe zu verändern, wie im Fall des variablen Ventilmechanismus 10 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel, wird die Ansaugluftmengensteuerung stark durch die Zylinder-zu-Zylinder-Betriebswinkelvariation (Ventilöffnungseigenschaftenvariation der Ventilscheibe) insbesondere in einem Niederlastbereich beeinflusst, d.h. in einem Bereich, wo der Betriebswinkel und Hubbetrag der Ventilscheibe genau gesteuert werden. Mit anderen Worten ist es erforderlich, dass solch ein Bereich exakt gesteuert wird, um die Zylinder-zu-Zylinder-Ansaugluftmengenvariation zu verringern.
In 5A kennzeichnen die numerischen Werte, welche Zylinder-zu-Zylinder-Betriebswinkelvariationen repräsentieren, ein Beispiel von Zielwerten für die Betriebswinkelvariation die in einem tatsächlichen Verbrennungsmotor zulässig sind. Wenn die Zylinder-zu-Zylinder-Ansaugluftmengenvariation in einem Verbrennungsmotor zunimmt, nimmt die Drehmomentvariation zu. Infolge dessen ist es schwierig, den Verbrennungsmotor bei einem mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu betreiben. Deshalb kann die Kraftstoffeffizienz nicht verbessert werden. Die vorstehend genannten zulässigen Betriebswinkelvariationswerte sind erforderlich, um sicherzustellen, dass der Verbrennungsmotor einwandfrei betrieben wird. Um Motorerfordernissen zu entsprechen, kennzeichnet das Beispiel in 5A, dass der zulässige Betriebswinkelvariationswert für die Kombination aller vorstehend genannten Ursachen für die Zylinder-zu-Zylinder-Betriebswinkelvariation kleiner als 5° CA (Kurbelwinkel) sein muss und für die Ursache der kopfseitigen Genauigkeit ungefähr 2,5° CA sein muss.
Wenn sich beispielsweise die Ventilhöhe zwischen Zylindern um einen bestimmten Wert unterscheidet, gilt, je größer der Winkel θ betreffend der Ventilspieleinstelleinrichtung 30, je größer der Grad des Positionsversatzes des Rollenkontaktpunktes 27, der durch die Ventilspieleinstelleinrichtungsausdehnung/-zusammenziehung verursacht wird, d.h. desto größer ist die Veränderung des Betriebswinkels der Ventilscheibe 12, wie in 5B gekennzeichnet. Deshalb nimmt die Zylinder-zu-Zylinder-Betriebswinkelvariation zu. Der Winkel 81, der in 5B gekennzeichnet ist, ist ein Winkel, der dem vorstehend genannten zuständigen Betriebswinkelvariationswert entspricht. In dem Beispiel, das in 5B dargestellt ist, ist der Winkel 81 ungefähr 3,5°. Der Wert innerhalb dem der Winkel θ betreffend der Ventilspieleinstelleinrichtung 30 zwischen 0 und θ1 ist, ist ein Winkelbereich, innerhalb dem die Zylinder-zu-Zylinder-Betriebswinkelvariation nicht größer als der zulässige Betriebswinkelvariationswert ist. Mit anderen Worten, wenn die Einstellung des Winkels θ innerhalb des vorstehenden Winkelbereichs ist, d.h. wenn die Einstellung des Winkels θ so ist, dass die Achslinie der Ventilspieleinstelleinrichtung 30 im Wesentlichen parallel zu einer gedachten geraden Linie ist, welche das axiale Zentrum Q der Steuerwelle 22 (das Drehzentrum Q des Schwenkarms 20) mit dem Drehzentrum S der Armrolle 18 verbindet, ist es möglich, sicherzustellen, dass die Zylinder-zu-Zylinder-Betriebswinkelvariation nicht größer als der zulässige Betriebswinkelvariationswert ist.
Im ersten Ausführungsbeispiel, das vorstehend beschrieben wurde, ist der variable Ventilmechanismus 10 so konfiguriert, dass das Drehzentrum Q des Schwenkarms 20 mit dem Krümmungszentrum R des Nicht-Drückabschnitts (Nicht-Drückfläche) 24 zusammentrifft. Jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht auf solch einen Aufbau beschränkt. In einem alternativen Aufbau, bei dem die vorliegende Erfindung anwendbar ist, muss das Drehzentrum Q des Schwenkarms nicht mit dem Krümmungszentrum R des Nicht-Drückabschnitts (Nicht-Drückfläche) übereinstimmen, solange die Axiallinie der Ventilspieleinstelleinrichtung 30 im Wesentlichen parallel zur gedachten geraden Linie ist, die das Krümmungszentrum R der Nicht-Drückfläche 24 mit dem Drehzentrum S der Armrolle 18 verbindet, wenn in der Richtung der Achse der Nockenwelle 40 betrachtet. Selbst wenn des Weiteren das Drehzentrum Q des Schwenkarms nicht mit dem Krümmungszentrum R der Nicht-Drückfläche übereinstimmt, werden die Vorteile der vorliegenden Erfindung gut bereitgestellt, solange die Achslinie der Ventilspieleinstelleinrichtung im Wesentlichen parallel zu einer gedachten Linie ist, welche das Krümmungszentrum R der Nicht-Drückfläche mit dem Drehzentrum S der Armrolle verbindet, wenn aus der Richtung der Achse der Nockenwelle 40 betrachtet. Insbesondere ist es möglich, eine unerwartete Veränderung der Ventilöffnungseigenschaften der Ventilscheibe zu vermeiden, wenn sich die Ventilspieleinstelleinrichtung ausdehnt/zusammenzieht, und zu vermeiden, dass die Ventilöffnungseigenschaften der Ventilscheibe von einem Zylinder zum anderen variieren, wenn sich die Ventilspieleinstelleinrichtung ausdehnt/zusammenzieht. Des Weiteren wird beim ersten Ausführungsbeispiel davon ausgegangen, dass die Steuerwelle 22 den Schwenkarm 20 derart hält, dass dem Schwenkarm 20 eine hin und her schwenkende Bewegung ermöglicht wird. Jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht auf solch einen Schwenkarmaufbau beschränkt. Insbesondere kann der Schwenkarm sich an einer Welle drehen, welche nicht die Steuerwelle ist.
Im ersten Ausführungsbeispiel, das vorstehend beschrieben wurde, entsprechen die Steuerwelle 22, die Rollenkontaktfläche 32, der Steuerarm 34 und der Schwenkrollenarm 38 dem Einstellmechanismus gemäß dem ersten oder zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung.
Zweites Ausführungsbeispiel
Ein zweites Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die 6 bis 8 beschrieben.
6 veranschaulicht den Aufbau eines variablen Ventilmechanismus 50 gemäß dem zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel. Gleiche Elemente werden in den 1 und 6 durch die gleichen Bezugsnummern gekennzeichnet und werden nur kurz oder überhaupt nicht beschrieben.
Der variable Ventilmechanismus 50 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel ist gleich zum variablen Ventilmechanismus 10 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel aufgebaut, der vorstehend beschrieben wurde, außer dass die Schaftendkappe 15 als Ventilhöheneinstellung zum Einstellen der Höhe des Ventilschafts 14 verwendet wird und dass der Winkel θ betreffend der Ventilspieleinstelleinrichtung 30 innerhalb des zulässigen Betriebswinkelvariationswertbereichs (innerhalb des Bereichs von θ1 bis θ2 wie später beschrieben) ist.
Wie weiter vorn beschrieben, tritt die Zylinder-zu-Zylinder-Betriebswinkelvariation, die aus der kopfseitigen Genauigkeit entsteht, auf, wenn beispielsweise die Höhe des Ventilschafts 14 von einem Zylinder zum anderen variiert. Das vorliegende Ausführungsbeispiel geht davon aus, dass die Zylinder-zu-Zylinder-Achslängenvariation des Ventilschafts 14 ausgeglichen wird, indem der Schaftendkappe 15 erlaubt wird, die Ventilhöhe einzustellen. Insbesondere wird die Ventilhöheneinstellung gemacht, indem zahlreiche Typen an Schaftendkappen 15 vorbereitet werden, die sich leicht in der Dicke unterscheiden und indem eine Schaftendkappe 15 für jeden Zylinder ausgewählt wird, die eine angemessene Dicke hat, um sicherzustellen, dass jeder Ventilschaft 14 der Zylinder die gleiche Ventilschafthöhe hat, wenn ein Prozess zum Montieren der verschiedenen Bauteilelemente an einem Zylinderkopf durchgeführt wird.
[Vorteile des variablen Ventilmechanismus 50 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel]
7 veranschaulicht den zulässigen Bereich des Winkels θ für die Ventilspieleinstelleinrichtung 30 im variablen Ventilmechanismus 50 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel. In 7 kennzeichnet eine gerade Volllinie eine Beziehung, die vorherrscht, wenn die Ventilhöheneinstellungen mittels der Schaftendkappe 15 nicht durchgeführt werden, wohingegen eine gestrichelte gerade Linie eine Beziehung kennzeichnet, die vorherrscht, wenn solche Ventilhöheneinstellungen durchgeführt werden.
Der Winkel θ2, der in 7 dargestellt ist, entspricht einem zulässigen Betriebswinkelvariationswert, der die Motorerfordernisse erfüllt, wenn die Höhe des Ventilschafts 14 eingestellt wird. In einem Beispiel, das in 7 dargestellt ist, ist der Winkel θ2 ungefähr 7°. Wenn die Höhe des Ventilschafts 14 in der vorstehenden Art und Weise eingestellt wird, ist es möglich, eine Zylinder-zu-Zylinder-Betriebswinkelvariation zu eliminieren, die durch die Zylinder-zu-Zylinder-Ventilschafthöhenvariation verursacht wird, die eine der Zylinder-zu-Zylinder-Betriebswinkelvariationen ist, die durch die kopfseitige Genauigkeit verursacht wird. Deshalb kann der Bereich des Winkels θ, zum Anpassen an den zulässigen Betriebswinkelvariationswert, von θ1 auf θ2 erhöht werden. Wie vorstehend beschrieben, wird der Winkel θ betreffend der Ventilspieleinstelleinrichtung 30 im variablen Ventilmechanismus 50 innerhalb einem Bereich eingestellt, innerhalb dem die Zylinder-zu-Zylinder-Betriebswinkelvariation nicht größer als der zulässige Betriebswinkelvariationswert ist. Deshalb stellt der variable Ventilmechanismus 50 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel einen vergrößerten Freiheitsgrad beim Bestimmen des Montagewinkels der Ventilspieleinstelleinrichtung 30 an dem Zylinderkopf bereit.
Der Aufbau des variablen Ventilmechanismus 50 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist insbesondere bei einem Verbrennungsmotor effektiv, bei dem der Freiheitsgrad beim Bestimmen des Montagewinkels der Ventilspieleinstelleinrichtung 30 begrenzt ist, wie in der Veranschaulichung des Verbrennungsmotors in 8 gekennzeichnet. 8 veranschaulicht einen typischen Entwurf solch eines Verbrennungsmotors. 8 zeigt ein Ansaugsystementwurf eines Verbrennungsmotors der Zylindereinspritzbauart. Selbst wenn der variable Ventilmechanismus 50 nicht bei einem Verbrennungsmotor der Zylindereinspritzbauart verwendet wird, ist es erforderlich, dass der variable Ventilmechanismus 50 in einem engen Raum zwischen einer Ansaugöffnung 52 und einem Zündkerzenloch 54, in dem eine Zündkerze angeordnet wird, positioniert wird. Bei einem Verbrennungsmotor der Zylindereinspritzbauart wird eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung 56 oft unterhalb der Ansaugöffnung 52 positioniert. Deshalb ist der Raum zum Anordnen des variablen Ventilmechanismus 50 weiter begrenzt. Des Weiteren ist es erforderlich, dass die Ventilspieleinstelleinrichtung 30 in einem Raum angeordnet wird, der nicht mit einer Ventilfeder 58 zusammentrifft. Wenn die Ventilspieleinstelleinrichtung 30 eine Ölzufuhr von außerhalb empfängt, ist es erforderlich, dass der Innenraum des Zylinderkopfs mit einem Ölloch 60 zur Ölzufuhr versehen wird. Wie vorstehend beschrieben, wird der Winkel zum Montieren der Ventilspieleinstelleinrichtung 30 am Zylinderkopf durch die umgebenden Elemente verschiedenartig begrenzt.
In Anbetracht dessen, kann ein Verfahren zum Bewegen des axialen Zentrums Q der Steuerwelle 22 verwendet werden, um sicherzustellen, dass die Achslinie der Ventilspieleinstelleinrichtung 30, deren Montagewinkel begrenzt ist, wie vorstehend beschrieben, parallel zu einer virtuellen geraden Linie ist, welche das axiale Zentrum Q der Steuerwelle 22 mit dem Drehzentrum S der Armrolle 18 verbindet. Wenn sich jedoch das axiale Zentrum Q der Steuerwelle 22 bewegt, bewegt sich auch das axiale Zentrum der Nockenwelle 40. Wenn eine Veränderung der Distanz zwischen dem Achszentrum der Ansaugnockenwelle und dem Achszentrum der Abgasnockenwelle begrenzt ist, kann das axiale Zentrum der Nockenwelle 40 nicht willkürlich bewegt werden. Wenn die Nockenwelle 40 aus dem Zylinderkopf bewegt wird, vergrößert sich der Zylinderkopfbereichsrahmen.
Selbst wenn der verwendete Verbrennungsmotor wie vorstehend beschrieben begrenzt ist, stellt der variable Ventilmechanismus 50 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die Höhe des Ventilschafts 14 ein, der als Ansaugventil dient, und führt eine Grundeinstellung durch, so dass der vorstehende Winkel θ innerhalb eines zulässigen Betriebswinkelvariationsbereichs ist, wodurch ermöglicht wird, einen effektiven Freiheitsgrad beim Bestimmen des Winkels zum Montieren der Ventilspieleinstelleinrichtung 30 am Zylinderkopf bereitzustellen und die Zylinder-zu-Zylinder-Betriebswinkelvariation daran zu hindern, einen Wert für die Erfüllung der Motorerfordernisse zu übersteigen.
Die Hauptmerkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung, die vorstehend beschrieben wurde, werden folgendermaßen zusammengefasst:
Der erste Aspekt der vorliegenden Erfindung weist einen variablen Ventilmechanismus auf, der einen Wipparm, von dem ein Ende in Kontakt mit einem von der Ventilscheibe entfernten Lateralende des Ventilschafts ist und das andere Ende als ein Drehpunkt fungiert, und dessen Zentrumsabschnitt mit einer Armrolle versehen ist, aufweist. Außerdem ist eine Ventilspieleinstelleinrichtung, welche sich ausdehnt und zusammenzieht, um ein Null-Ventilspiel bereitzustellen und die so angeordnet ist, dass sie den Drehpunkt des Wipparms unterstützt, vorgesehen. Darüber hinaus ist ein Schwenkarm, der eine Schwenknockenfläche hat, um mit der Armrolle in Kontakt zu kommen und synchron mit der Drehung eines Nockens schwenkt, wodurch das Drücken des Nockens an den Wipparm übertragen wird, vorgesehen. Des Weiteren ist ein Einstellmechanismus zum Verändern des Referenzarmdrehwinkels des Schwenkarms bezüglich des Wipparms innerhalb eines vorbestimmten Einstellbereichs im Hinblick auf die Veränderung des Betriebswinkels und/oder Hubbetrags der Ventilscheibe vorgesehen. Die Achslinie der Ventilspieleinstelleinrichtung ist im Wesentlichen parallel zu einer virtuellen geraden Linie, welche das Drehzentrum des Schwenkarms mit dem Drehzentrum der Armrolle verbindet.
Der zweite Aspekt der vorliegenden Erfindung kann einen variablen Ventilmechanismus bereitstellen, der einer Steuerwelle, die durch einen Aktuator angetrieben wird, aufweist. Außerdem ist ein Einstellmechanismus zum Verändern der Ventilöffnungseigenschaften der Ventilscheibe relativ zu einer Drehung einer Nockenwelle entsprechend der Position der Steuerwelle, vorgesehen. Außerdem ist ein Wipparm, von dem ein Ende in Kontakt mit einem von der Ventilscheibe entfernten Lateralende des Ventilschafts ist und das andere Ende als ein Drehpunkt fungiert, und dessen Zentrumsabschnitt mit einer Armrolle versehen ist, vorgesehen. Darüber hinaus ist eine Ventilspieleinstelleinrichtung vorgesehen, welche sich ausdehnt und zusammenzieht, um ein Null-Ventilspiel bereitzustellen und die so angeordnet ist, dass sie den Drehpunkt des Wipparms unterstützt. Des Weiteren ist ein Schwenkarm, der eine Schwenknockenfläche hat, welche eine Nicht-Drückfläche mit einer feststehenden Krümmung aufweist, um mit der Armrolle in Kontakt zu kommen und synchron mit der Drehung eines Nockens schwenkt, wodurch das Drücken des Nockens an den Wipparm übertragen wird, vorgesehen. Die Achslinie der Ventilspieleinstelleinrichtung ist im Wesentlichen parallel zu einer virtuellen geraden Linie, welche das Krümmungszentrum der Nicht-Drückfläche mit dem Drehzentrum der Armrolle verbindet, wenn aus der Richtung der Achse der Nockenwelle betrachtet.
Der dritte Aspekt der vorliegenden Erfindung kann eine Ventilhöheneinstelleinrichtung zum Einstellen der Höhe des Ventilschafts aufweisen. Der Winkel zwischen der virtuellen geraden Linie und der Achslinie der Ventilspieleinstelleinrichtung kann innerhalb eines Bereichs festgesetzt werden, innerhalb dem die Zylinder-zu-Zylinder-Variationen der Ventilöffnungseigenschaften der Ventilscheibe einen zulässigen Variationswert nicht übersteigen.
Gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung, wenn die Ventilspieleinstelleinrichtung sich ausdehnt/zusammenzieht, unterbindet der vorliegende Aspekt der Erfindung effektiv, dass sich der Kontaktpunkt zwischen der Schwenknockenfläche und der Armrolle verändert, d.h. unterdrückt effektiv eine Veränderung des Referenzarmdrehwinkels des Schwenkarms. Infolgedessen ermöglicht die vorliegende Erfindung, eine unerwartete Veränderung des Betriebswinkels und/oder Hubbetrags der Ventilscheibe zu vermeiden, wenn sich die Ventilspieleinstelleinrichtung ausdehnt/zusammenzieht. Wenn sich des Weiteren die Ventilspieleinstelleinrichtung ausdehnt/zusammenzieht, unterbindet die vorliegende Erfindung, dass sich die Ventilöffnungseigenschaften der Ventilscheibe von einem Zylinder zum anderen verändern, beispielsweise bedingt durch Bearbeitungsgenauigkeit und Montagegenauigkeit der Bauteile des variablen Ventilmechanismus.
Gemäß dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung, wenn die Ventilspieleinstelleinrichtung sich ausdehnt/zusammenzieht, vermeidet der vorliegende Aspekt der Erfindung effektiv, dass sich der Kontaktpunkt zwischen der Schwenknockenfläche und der Armrolle verändert. Infolgedessen ermöglicht die vorliegende Erfindung, eine unerwartete Veränderung der Ventilöffnungseigenschaften der Ventilscheibe zu vermeiden, wenn sich die Ventilspieleinstelleinrichtung ausdehnt/zusammenzieht. Wenn sich des Weiteren die Ventilspieleinstelleinrichtung ausdehnt/zusammenzieht, unterdrückt die vorliegende Erfindung, dass sich die Ventilöffnungseigenschaften der Ventilscheibe von einem Zylinder zum anderen verändern, beispielsweise bedingt durch Bearbeitungsgenauigkeit und Montagegenauigkeit der Bauteile des variablen Ventilmechanismus.
Gemäß dem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung ermöglicht der vorliegende Aspekt, die Zylinder-zu-Zylinder-Variation der Ventilöffnungseigenschaften der Ventilscheibe daran zu hindern, einen Wert zum Erfüllen der Motorerfordernisse zu übersteigen, während ein effektiver Freiheitsgrad zum Bestimmen des Montagewinkels der Ventilspieleinstelleinrichtung in einem Verbrennungsmotor bereitgestellt wird.
Des Weiteren ist die vorliegende Erfindung nicht auf diese Ausführungsbeispiele begrenzt, sondern es können zahlreiche Variationen und Modifikationen gemacht werden, ohne vom Rahmen der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
Die vorliegende Erfindung hat einen Wipparm 16, der an dessen Zentrum eine Armrolle 18 aufweist, eine Ventilspieleinstelleinrichtung 30 zum Unterstützen eines Drehpunkts P des Wipparms 16, ein Schwenkarm 20, der eine Schwenknockenfläche (einen Nicht-Drückabschnitt 24 und einen Drückabschnitt 26) aufweist, die in Kontakt mit einer Armrolle 18 ist, und einen Einstellmechanismus zum Verändern eines Referenzarmdrehwinkels des Schwenkarms 20 in Bezug auf den Wipparm 16 im Hinblick auf die Veränderung des Betriebswinkels und des Hubbetrags einer Ventilscheibe 12 innerhalb eines vorbestimmten Einstellbereichs. Der Einstellmechanismus hat eine Steuerwelle 22, eine Rollenkontaktfläche 32, einen Steuerarm 34 und einen Schwenkrollenarm 38. Die Ventilspieleinstelleinrichtung 30 ist so angeordnet, dass ihre Ausdehn-/Zusammenziehrichtung im Wesentlichen parallel zu einer gedachten geraden Linie ist, welche das Drehzentrum Q des Schwenkarms 20 mit dem Drehzentrum S der Armrolle 18 verbindet.

Claims

Variabler Ventilmechanismus mit einem Wipparm (16), von dem ein Ende in Kontakt mit einem von der Ventilscheibe entfernten Lateralende des Ventilschafts (14) ist und das andere Ende als ein Drehpunkt fungiert, und dessen Zentrumsabschnitt mit einer Armrolle (18) versehen ist, einer Ventilspieleinstelleinrichtung (30), welche sich ausdehnt und zusammenzieht, um ein Null-Ventilspiel bereitzustellen und die so angeordnet ist, dass sie den Drehpunkt des Wipparms (16) unterstützt, ein Schwenkarm (20), der eine Schwenknockenfläche hat, um mit der Armrolle (18) in Kontakt kommt und synchron mit der Drehung eines Nockens (42) schwenkt, wodurch das Drücken des Nockens (42) an den Wipparm (16) übertragen wird, und einem Einstellmechanismus (22, 32, 34, 38) zum Verändern des Referenzarmdrehwinkels des Schwenkarms (20) bezüglich des Wipparms (16) innerhalb eines vorbestimmten Einstellbereichs im Hinblick auf die Veränderung des Betriebswinkels und/oder Hubbetrags der Ventilscheibe (12), wobei die Achslinie der Ventilspieleinstelleinrichtung (30) im Wesentlichen parallel zu einer virtuellen geraden Linie ist, welche das Drehzentrum des Schwenkarms (20) mit dem Drehzentrum der Armrolle (18) verbindet.
Variabler Ventilmechanismus mit einer Steuerwelle (22), die durch einen Aktuator angetrieben wird, einem Einstellmechanismus (32, 34, 38) zum Verändern der Ventilöffnungseigenschaften der Ventilscheibe (12) relativ zu einer Drehung einer Nockenwelle (40) entsprechend der Position der Steuerwelle (22), einem Wipparm (16), von dem ein Ende in Kontakt mit einem von der Ventilscheibe entfernten Lateralende des Ventilschafts (14) ist und das andere Ende als ein Drehpunkt fungiert, und dessen Zentrumsabschnitt mit einer Armrolle (18) versehen ist, einer Ventilspieleinstelleinrichtung (30), welche sich ausdehnt und zusammenzieht, um ein Null-Ventilspiel bereitzustellen und die so angeordnet ist, dass sie den Drehpunkt des Wipparms (16) unterstützt, und ein Schwenkarm (20), der eine Schwenknockenfläche hat, welche eine Nicht-Drückfläche (24) mit einer feststehenden Krümmung aufweist, um mit der Armrolle (18) in Kontakt zu kommen und synchron mit der Drehung eines Nockens (42) schwenkt, wodurch das Drücken des Nockens (42) an den Wipparm (16) übertragen wird, und wobei die Achslinie der Ventilspieleinstelleinrichtung (30) im Wesentlichen parallel zu einer virtuellen geraden Linie ist, welche das Krümmungszentrum der Nicht-Drückfläche (24) mit dem Drehzentrum der Armrolle (18) verbindet, wenn aus der Richtung der Achse der Nockenwelle (40) betrachtet.
Variabler Ventilmechanismus gemäß Anspruch 1 oder 2, des Weiteren mit einer Ventilhöheneinstelleinrichtung (15) zum Einstellen der Höhe des Ventilschafts (14), wobei ein Winkel zwischen der virtuellen geraden Linie und der Achslinie der Ventilspieleinstelleinrichtung (30) innerhalb eines Bereichs festgesetzt wird, innerhalb dem die Zylinder-zu-Zylinder-Variationen der Ventilöffnungseigenschaften der Ventilscheibe (12) einen zulässigen Variationswert nicht übersteigen.