-
Die
vorliegende Erfindung betrifft ein variables Ventilsystem zum Variieren
der Ventilhübe von Motorventilen wie etwa Einlassventilen
oder Abgasventilen in den Zylindern eines Verbrennungsmotors in Übereinstimmung
mit Betriebsbedingungen des Motors.
-
Es
wurden verschiedene Typen von variablen Ventilsystemen für
Verbrennungsmotoren vorgeschlagen. Die offen gelegte
japanische Patentveröffentlichung
Nr. 2000-38910 (abgekürzt als „
JP2000-38910A ")
und die offen gelegte
japanische Patentveröffentlichung
Nr. 2006-161586 (abgekürzt als „
JP2006-161586A ")
geben variable Einlassventilsysteme an, die jeweils konfiguriert
sind, um die Ventilhübe und die Betriebswinkel von zwei
Einlassventilen in jedem Zylinder des Verbrennungsmotors zu variieren.
Das variable Einlassventilsystem von
JP2000-38910A umfasst
eine Antriebswelle, die durch eine Kurbelwelle des Motors gedreht
wird, zwei Antriebsnocken, die fix an der Antriebswelle montiert sind,
zwei Schwenknocken, die an den Einlassventilen montiert sind, zwei
Ventilhubmechanismen zum Wandeln der Drehbewegungen der Antriebsnocken zu
Schwenkbewegungen der Schwenknocken für das Öffnen
und Schließen der Einlassventile und zwei Steuermechanismen
zum Steuern der Betriebspositionen der Ventilhubmechanismen, um
die Ventilhübe und die Betriebswinkel der Einlassventile
in Übereinstimmung mit Betriebsbedingungen des Motors zu
variieren. Das variable Einlassventilsystem von
JP2006-161586A umfasst
eine Antriebswelle, die durch eine Kurbelwelle des Motors gedreht
wird, einen Antriebsnocken, der fix an der Antriebswelle montiert
ist, einen Ventilhubmechanismus zum Wandeln einer Drehbewegung des
Antriebsnockens zu einer Schwenkbewegung des Schwenknockens für das Öffnen
und Schließen der Einlassventile und einen Steuermechanismus
zum Steuern der Betriebsposition des Ventilhubmechanismus, um die
Ventilhübe und Betriebswinkel der Einlassventile in Übereinstimmung
mit Betriebsbedingungen des Motors zu variieren.
-
Das
variable Einlassventilsystem von
JP2000-38910 verwendet
zwei Sätze von Ventilhub- und Steuermechanismen zum individuellen
Variieren der Ventilhübe und Betriebswinkel von zwei Einlassventilen
in dem Motorzylinder, sodass der Aufbau des variablen Ventilsystems
kompliziert wird und eine Erhöhung der Kosten aufgrund
schwieriger Herstellungs- und Montageprozesse mit sich bringt. Das
variable Einlassventilsystem von
JP2006-161586A verwendet einen einzelnen Satz
von Ventilhub- und Steuermechanismen und kann die Ventilhübe
und Betriebswinkel von zwei Einlassventilen in dem Motorzylinder
nicht individuell variieren, um Verbesserungen in der Verbrennungsstabilität
und Kraftstoffeffizienz des Motors herbeizuführen.
-
Es
ist deshalb eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein variables
Ventilsystem mit einem einfachen Aufbau zum individuellen Variieren
der Ventilhübe von Motorventilen wie etwa Einlassventilen
oder Abgasventilen in den Zylindern eines Verbrennungsmotors in Übereinstimmung
mit Betriebsbedingungen des Motors vorzusehen, sodass die Verbrennungsstabilität
und Kraftstoffeffizienz des Motors verbessert wird.
-
Gemäß einem
ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein variables Ventilsystem
für einen Verbrennungsmotor angegeben, wobei der Motor
ein erstes und ein zweites Motorventil auf der Einlassseite oder
der Abgasseite jedes Zylinders aufweist, wobei das variable Ventilsystem
umfasst: eine Antriebswelle, die durch eine Kurbelwelle des Motors
gedreht wird, einen Antriebsnocken, der fix an der Antriebswelle
montiert ist, einen ersten und einen zweiten Schwenknocken, die
jeweils an dem ersten und an dem zweiten Motorventil montiert sind,
einen Ventilhubmechanismus zum Wandeln einer Drehbewegung des Antriebsnockens
zu Schwenkbewegungen des ersten und des zweiten Schwenknockens für
das Öffnen und Schließen des ersten und des zweiten Motorventil
und einen Steuermechanismus zum Steuern der Betriebsposition des
Ventilhubmechanismus, um die Ventilhübe des ersten und
des zweiten Motorventils kontinuierlich in Übereinstimmung
mit Betriebsbedingungen des Motors zu variieren, wobei sich die
Ventilhübe des ersten und des zweiten Motorventils voneinander
unterscheiden, wenn der Steuermechanismus eine minimale Hubsteuerung
an dem Ventilhubmechanismus durchführt, um die Ventilhübe
des ersten und des zweiten Motorventils für minimale Hübe
zu steuern.
-
Gemäß einem
zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein variables Ventilsystem
für einen Verbrennungsmotor vorgesehen, wobei der Motor ein
erstes und ein zweites Ventil auf der Einlassseite oder der Abgasseite
jedes Zylinders aufweist, wobei das variable Ventilsystem umfasst:
eine Antriebswelle, die durch eine Kurbelwelle des Motors gedreht wird,
einen Antriebsnocken, der fix an der Antriebswelle montiert ist,
einen ersten und einen zweiten Schwenknocken, die jeweils an dem
ersten und dem zweiten Motorventil montiert sind, einen Ventilhubmechanismus
zum Wandeln einer Drehbewegung des Antriebsnockens zu Schwenkbewegungen
des ersten und des zweiten Schwenknockens für das Öffnen
und Schließen des ersten und des zweiten Motorventils und
einen Steuermechanismus zum Steuern des Ventilhubmechanismus, um
die Ventilhübe des ersten und des zweiten Motorventils
kontinuierlich in Übereinstimmung mit Betriebsbedingungen des
Motors zu variieren, wobei die Ventilhübe des ersten und
des zweiten Motorventils unterschiedlich sind, wenn der Steuermechanismus
eine minimale Hubsteuerung an dem Ventilhubmechanismus durchführt,
um die Ventilhübe des ersten und des zweiten Motorventils
für minimale Hübe zu steuern, und wobei die Ventilhübe
des ersten und des zweiten Motorventils im wesentlichen gleich sind,
wenn der Steuermechanismus eine maximale Hubsteuerung an dem Ventilhubmechanismus
durchführt, um die Ventilhübe des ersten und des
zweiten Motorventils für maximale Hübe zu steuern.
-
Gemäß einem
dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein variables Ventilsystem
für einen Verbrennungsmotor angegeben, wobei der Motor
ein erstes und ein zweites Motorventil auf der Einlassseite oder
der Abgasseite jedes Zylinders aufweist, wobei das variable Ventilsystem
umfasst: eine Antriebswelle, die durch eine Kurbelwelle des Motors
gedreht wird, einen Antriebsnocken, der fix an der Antriebswelle
montiert ist, einen ersten und einen zweiten Schwenknocken, die
jeweils an dem ersten und an dem zweiten Motorventil montiert sind,
einen Ventilhubmechanismus zum Wandeln einer Drehbewegung des Antriebsnockens
zu Schwenkbewegungen des ersten und des zweiten Schwenknockens für
das Öffnen und Schließen des ersten und des zweiten Motorventils
und einen Steuermechanismus zum Steuern der Betriebsposition des
Ventilhubmechanismus, um die Ventilhübe des ersten und
des zweiten Motorventils kontinuierlich in Übereinstimmung
mit den Motorbetriebsbedingungen zu variieren, wobei der Ventilhub
des ersten Motorventils kleiner als der Ventilhub des zweiten Motorventils
ist, wenn der Steuermechanismus eine minimale Hubsteuerung an dem
Ventilhubmechanismus durchführt, um die Ventilhübe
des ersten und des zweiten Motorventils zu minimalen Hüben
zu steuern, und wobei der Ventilhub des ersten Motorventils größer
als der Ventilhub des zweiten Motorventils ist, wenn der Steuermechanismus
eine maximale Hubsteuerung an dem Ventilhubmechanismus durchführt,
um die Ventilhübe des ersten und des zweiten Motorventils
zu maximalen Hüben zu steuern.
-
Andere
Aufgaben und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden durch die
folgende Beschreibung verdeutlicht.
-
1, 2 und 3 sind
jeweils eine Schnittansicht, eine Vorderansicht und eine Draufsicht
auf ein variables Ventilsystem für einen Verbrennungsmotor
gemäß einer ersten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung.
-
4A und 4B sind
schematische Ansichten, die Steueroperationen für einen
minimalen Ventilhub des variablen Ventilsystems gemäß der ersten
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigen.
-
4C und 4D sind
schematische Ansichten, die Steueroperationen für einen
maximalen Ventilhub des variablen Ventilsystems gemäß der ersten
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigen.
-
5A und 5B sind
Kurvendiagramme, die Ventilhubeigenschaften von Motorventilen unter den
Steueroperationen für einen minimalen und einen maximalen
Ventilhub des variablen Ventilsystems gemäß der
ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigen.
-
6A bis 6D sind
schematische Ansichten, die Steueroperationen für einen
minimalen und einen maximalen Ventilhub eines variablen Ventilsystems
gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung zeigen.
-
7A und 7B sind
Kurvendiagramme, die Ventilhubeigenschaften von Motorventilen unter Steueroperationen
für einen minimalen und einen maximalen Ventilhub eines
variablen Ventilsystems gemäß einer dritten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigen.
-
8 ist
eine Draufsicht auf ein variables Ventilsystem gemäß einer
Modifikation der ersten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung.
-
9 und 10 sind
Schnittansichten und eine Draufsicht auf einen Zylinderkopf des
Motors für den Fall, dass eine Maskendichtung in einer
Motoreinlassöffnung gemäß einer Modifikation
der ersten bis dritten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung vorgesehen ist.
-
Die
vorliegende Erfindung wird im Folgenden im Detail anhand einer ersten,
zweiten und dritten Ausführungsform beschrieben, die jeweils
ein variables Einlassventilsystem für einen Verbrennungsmotor zeigen.
-
Ein
Zylinderkopf 1 des Motors umfasst zwei Einlassventile 3 (nachfolgend
gelegentlich als „erstes und zweites Einlassventil" bezeichnet)
in jedem Zylinder. Wie in 1 und 2 gezeigt,
weist ein oberer Teil des Zylinderkopfs 1 zwei Bohrungen 1b,
deren Positionen den jeweiligen Einlassventilen 3 entsprechen,
und eine Trennwand 1c zwischen den Bohrungen 1b auf.
Weiterhin sind zwei Ventilführungen 2 koaxial
mit den Bohrungen 1b angeordnet. Die Stämme der
Einlassventile 3 sind gleitbar auf den Ventilführungen 2 angebracht,
sodass die Köpfe der Einlassventile 3 Motoreinlassöffnungen 1a öffnen und
schließen. Federhalterungen 3a sind an oberen Enden
der Stämme der Einlassventile 3 über
Splinte fixiert und halten Ventilfedern 10 zwischen dem
Zylinderkopf 1 und den Federhalterungen 3a, um
Spannungen auf die Ventilfedern 10 der Einlassventile 3a in
einer Ventilschließrichtung auszuüben.
-
Wie
in 1 bis 3 gezeigt, ist das variable
Ventilsystem an dem Ventilkopf 1 montiert und umfasst eine
Antriebswelle 4, die durch ein erstes Lager 11 an
dem Zylinderkopf 1 gehalten und durch eine Kurbelwelle
des Motors gedreht wird, einen Antriebsnocken 5, der einstückig
an der Antriebswelle 4 montiert ist, zwei Schwenknocken 6 (nachfolgend
gelegentlich als „erster und zweiter Schwenknocken" bezeichnet),
die schwenkbar über Ventilheber 9 jeweils an dem
ersten und zweiten Einlassventil 3 montiert sind, einen
Ventilhubmechanismus 7 zum Wandeln einer Drehbewegung des
Antriebsnockens 5 zu Schwenkbewegungen der Schwenknocken 6,
um die Ventilheber 9 zu bewegen und dadurch die Einlassventile 3 gegen
die Spannungen der Ventilfedern 10 zu öffnen oder
die Einlassventile 3 unter den Spannungen der Ventilfedern 10 zu
schließen, und einen Steuermechanismus 8 zum Steuern
der Betriebsposition des Ventilhubmechanismus 7, um die
Ventilhübe und Arbeitswinkel der Einlassventile 3 kontinuierlich
in Übereinstimmung mit Betriebsbedingungen des Motors zu
variieren.
-
Die
Antriebswelle 4 ist entlang einer Längsrichtung
des Motors angeordnet, wobei ein Ende der Antriebswelle 4 in
Nachbarschaft zu dem Motorzylinder angeordnet ist und hohl ausgebildet
ist, um einen Öldurchgang zu definieren, der mit einer Ölleitung des
Motors kommuniziert. Die Antriebswelle 4 weist ein angetriebenes
Zahnrad an dem anderen Ende auf, das über eine Kette mit
einem Antriebszahnrad der Motorkurbelwelle gekoppelt ist, sodass
die Drehung der Motorkurbelwelle über die Zahnräder
und die Kette auf die Antriebswelle 4 übertragen
wird. In der ersten Ausführungsform ist das Drehzentrum
der Antriebswelle 4 wie in 1 gezeigt über
den Verlängerungen der Achsen der Einlassventile 3 angeordnet.
Die Antriebswelle 4 weist weiterhin zwei schmale Teile 4a auf,
die sich jeweils axial außerhalb der Schwenknocken 6 befinden.
Jeder der schmalen Teile 4a wird zum Beispiel durch das
Schneiden der Außenumfangsfläche der Antriebswelle 4 ausgebildet, um
parallel gegenüberliegende flache Bereiche an dem schmalen
Teil 4a zu definieren. Die Breite des schmalen Teils 4a zwischen
den parallel gegenüberliegenden flachen Bereichen ist kleiner
als der Durchmesser der Antriebswelle 4.
-
Der
Antriebsnocken 5 ist scheibenförmig mit einer
relativ großen Dicke ausgebildet und weist einen zentralen
Basisteil auf, der an dem Ende auf der Zylinderseite der Antriebswelle 4 fixiert
ist, wobei das Drehzentrum Y des Antriebsnockens 5 um eine
vorbestimmte Distanz zu dem Drehzentrum X der Antriebswelle 4 versetzt
ist, um ein exzentrisches Kreisnockenprofil zu definieren.
-
Jeder
der Ventilheber 9 ist mit einer zylindrischen Form und
einem geschlossenen oberen Ende ausgebildet und ist gleitbar in
der Bohrung 1b des Zylinderkopfs 1 aufgenommen.
-
Die
Schwenknocken 6 sind im wesentlichen tropfenförmig
ausgebildet. Jeder der Schwenknocken 6 weist einen Basisteil 6a mit
einem zentralen Durchgangsloch 6b und einen Verbindungsteil 6c auf,
der auf der Außenumfangsfläche des Basisteils 6a ausgebildet
ist und schwenkbar an der Antriebswelle 4 montiert ist,
indem die Antriebswelle 4 in das Durchgangsloch 6b gepasst
ist und der Verbindungsteil 6c mit dem schmalen Wellenteil 4a verbunden
ist. Weiterhin weist jeder der Schwenknocken 6 an seinem
unteren Teil eine Nockenfläche 6d auf. Die Nockenfläche 6d umfasst
einen kreisförmigen Basisbereich, der sich an dem Nockenbasisteil 6a erstreckt, einen
Hubbereich, der sich zu dem oberen Teil (dem maximalen Hubbereich)
der Nockennase erstreckt, und einen bogenförmigen Rampenbereich,
der sich zwischen dem kreisförmigen Basisbereich und dem Hubbereich
erstreckt, sodass entweder der kreisförmige Basisbereich,
der Rampenbereich oder der Hubbereich der Nockenfläche 6d und
der obere Teil der Nockennase in Kontakt mit einem bestimmten Teil
des oberen Endes des Hubhebers 9 kommen und dadurch der
Hubheber 9 in Reaktion auf die Schwenkbewegung des Schwenknockens 6 nach oben
und nach unten bewegt wird. Stiftlöcher (nicht gezeigt)
sind in den Nockennasen der Schwenknocken 6 ausgebildet.
-
Das
erste Lager 11 ist an dem oberen Teil des Zylinderkopfs 1 an
einer Position zwischen den Schwenknocken 6 angeordnet
und umfasst eine erste Lagerrille 11a, die in einer oberen
Fläche der Trennwand 1c ausgebildet ist, eine
Lagerklammer 11b, die an beiden Enden an der oberen Fläche
der Trennwand 1c durch Schrauben 12a und 12b fixiert ist,
und eine zweite Lagerrille 11c, die in dem Zentrum der
Lagerklammer 11b ausgebildet ist. In der ersten Ausführungsform
sind die Klammerfixierungsschrauben 12a und 12b wie
in 3 gezeigt symmetrisch in Bezug auf die Antriebswelle 4 positioniert. Weiterhin
ist die axiale Breite W der Lagerklammer 11b wie in 2 gezeigt
größer als die Breite der Trennwand 1c.
Die erste Lagerrille 11a und die zweite Lagerrille 11c sind
beide jeweils halbkreisförmig, wobei das erste Lager 11 einen
Zapfenteil der Antriebswelle 4 in diesen halbkreisförmigen
Rillen 1a und 1c derart hält, dass sich
die Antriebswelle 4 in einer Richtung drehen kann.
-
Wie
in 1 bis 3 gezeigt, umfasst der Ventilhubmechanismus 7 einen
Schwenkarm 13, der über der Antriebswelle 4 angeordnet
ist, einen Verbindungsarm 14, über den der Schwenkarm 13 mit dem
Antriebsnocken 5 verbunden ist, und ein Paar von Verbindungsstangen 15, über
die der Schwenkarm 13 mit den Schwenknocken 6 verbunden
ist.
-
Der
Schwenkarm 13 umfasst einen zylindrischen Basisteil 13d,
der mit einem lateralen Durchgangsloch ausgebildet ist, einen ersten
Armteil 13a auf einer Seite des Basisteils 13d und
zweite Armteile 13b und 13c auf der anderen Seite
des Basisteils 13d. Der erste Armteil 13a steht
mit einem vorbestimmten Winkel von der Umgebung des Zentrums des Basisteils 13d auf,
wobei sich ein Armende des Armteils 13a zu dem Antriebsnocken 5 erstreckt.
Ein Stiftloch ist in dem Ende des ersten Armteils 13a ausgebildet.
Dagegen sind die zweiten Armteile 13b und 13c in
einer gegabelten Form (Y-Form) angeordnet. Der zweite Armteil 13b steht
von einer Umgebung des Zentrums des Basisteils 13d dem
ersten Armteil 13a im wesentlichen diagonal gegenüberliegend
vor und ist in seinem Zentrum gebogen, um ein freies Armende 13e senkrecht
zu dem Basisteil 13d zu bilden. Der zweite Armteil 13c steht
mit einem vorbestimmten Winkel von dem Ende auf der Antriebsnockenseite
des Basisteils 13d vor und ist in einem Zentrum gebogen,
um ein freies Armende 13f senkrecht zu dem Basisteil 13d und
parallel zu dem freien Armende 13e zu bilden. Wie in 3 gezeigt,
sind die Armenden 13e und 13f der zweiten Armteile 13b und 13c voneinander
beabstandet, um dazwischen eine relativ große Distanz L
vorzusehen, wobei der Klammerfixierungsschraube 12a in
der Mitte zwischen diesen Armteilen 13b und 13c angeordnet
ist. Aufgrund der spezifischen Konfigurationen der Armteile 13a, 13b und 13c des
Schwenkarms 13 sind Räume C über den
Schrauben 12a und 12b vorgesehen, sodass ein Werkzeug
(wie etwa ein Schraubenschlüssel) in die Räume
C eingesetzt werden kann, um die Schrauben 12a und 12b festzuziehen.
Weiterhin ist das Armende 13e des zweiten Armteils 13b um
eine bestimmte Länge H länger und mit einer etwas
höheren Position vorgesehen als das Armende 13f des
zweiten Armteils 13c, um wie in 1 und 3 gezeigt
eine Differenz H zwischen den Vorsprungslängen der Armenden 13e und 13f vorzusehen.
-
Der
Verbindungsarm 14 weist einen ringförmigen Teil
mit einem relativ großen Durchmesser und einen Vorsprungsteil
an einer bestimmten Position auf der Außenumfangsfläche
des ringförmigen Teils auf. Der ringförmige Teil
des Verbindungsarms 14 ist mit einem zentralen Durchgangsloch 14a ausgebildet,
sodass der Antriebsnocken 5 drehbar in das Durchgangsloch 14a gepasst
ist. Der Vorsprungsteil des Verbindungsarms 14 ist an dem
ersten Armteil 13a des Schwenkarms 13 fixiert,
indem ein Stift 17 in das Stiftloch des ersten Armteils 13a gepasst
ist, um eine relative Schwenkbewegung zwischen dem Schwenkarm 13 und
dem Verbindungsarm 14 zu gestatten.
-
Die
Verbindungsstangen 15 und 16 sind durch Pressformen
zu einem im wesentlichen U-förmigen Querschnitt gebogen
und weisen obere und untere Doppelplattenenden 15a, 15b, 16a und 16b auf,
um dazwischen die Armenden 13e und 13f des Schwenkarms 13 und
die Nockennasen der Schwenknocken 6 einzuschließen.
Die oberen Enden 15a und 16a der Verbindungsstangen 15 und 16 sind schwenkbar
durch Stifte 18 und 19 mit den jeweiligen Armenden 13e und 13f des
Schwenkarms 13 verbunden, während die unteren
Enden 15b und 16b der Verbindungsstangen 15 und 16 schwenkbar
durch Stifte 20 und 21 mit den entsprechenden
Nockennasen des ersten und des zweiten Schwenknockens 6 verbunden
sind.
-
Wenn
die Vorsprungslänge des Schwenkarmendes 13e größer
als die Vorsprungslänge des Schwenkarmendes 13f vorgesehen
ist, kippt die Verbindungsstange 16 zu einem größeren
Winkel als die Verbindungsstange 15, sodass das obere Ende 16a der
Verbindungsstange 16 an einer Position außerhalb
und etwas höher als das obere Ende 15a der Verbindungsstange 15 gehalten
wird. Dadurch können verschieden Schwenkverhältnisse
relativ zu den Schwenknocken 6 in Abhängigkeit
von der Differenz H zwischen den Vorsprungslängen der Schwenkarmenden 13e und 13f vorgesehen
werden.
-
Außerdem
sieht der Stift 17 nicht nur eine Verbindung zwischen dem
ersten Armteil 13a des Schwenkarms 13 und den
Vorsprungsteilen des Verbindungsarms 14 vor, sondern funktioniert
auch als Lager zum schwenkbaren Halten des ersten Armteils 13a des
Schwenkarms 13. Entsprechend sehen die Stifte 18 und 19 nicht
nur Verbindungen zwischen den Armenden 13e und 13f des
Schwenkarms 13 und den oberen Enden 15a und 16a der
Verbindungsstangen 15 und 16 vor, sondern funktionieren auch
als Lager zum schwenkbaren Halten von zweiten Armteilen 13b und 13d des
Schwenkarms 13. Diese Lager sind auf gegenüberliegenden
Seiten der Antriebswelle 4 angeordnet. Bei einer derartigen
Lageranordnung können ein Kippen und eine Verschiebung
der Antriebswelle 4 mit einem hohen Präzisionsgrad
begrenzt werden.
-
Wie
in 1 bis 3 gezeigt, umfasst der Steuermechanismus 8 eine
Steuerwelle 24, die drehbar durch zweite Lager 22 und 23 an
dem Zylinderkopf 1 gehalten werden, und einen Steuernocken 25, der
fix an einer Außenumfangsfläche der Steuerwelle 24 montiert
ist.
-
Die
Steuerwelle 24 ist entlang der Längsrichtung des
Motors parallel zu der Antriebswelle 4 angeordnet und erstreckt
sich durch das laterale Durchgangsloch des Schwenkarms 13.
Ein Ende der Steuerwelle 24 ist über ein Reduktionsgetriebe
mit einem elektrischen Stellglied verbunden, sodass das elektrische
Stellglied die Steuerwelle 24 innerhalb eines bestimmten
Winkelbereichs drehen kann.
-
Der
Steuernocken 25 ist mit einer zylindrischen Form ausgebildet
und fix an der Steuerwelle 24 innerhalb des lateralen Durchgangslochs
des Schwenkarms 13 montiert, sodass der Schwenkarm 13 um
den Steuernocken 25 schwenken kann. Wie in 3 gezeigt,
ist die Länge des Steuernockens 25 im wesentlichen
gleich der Axiallänge des zylindrischen Basisteils 13d des
Schwenkarms 13. Das Drehzentrum P2 des Steuernocken 25 ist
um eine bestimmte Distanz in Entsprechung zu der Dicke des Steuernockens 25 von
der Achse P1 der Steuerwelle 24 versetzt.
-
Um
das Gewicht zu reduzieren, kann der Steuernocken 25 alternativ
hierzu wie in 8 gezeigt auch zwei axial ausgerichtete
Endteile aufweisen.
-
Die
zweiten Lager 22 und 23 sind an dem oberen Teil
des Zylinderkopfs 1 auf gegenüberliegenden Seiten
des Schwenkarms 13 (insbesondere axial außerhalb
des Antriebsnockens 5 und des zweiten Endteils 13b des
Schwenkarms 13) vorgesehen. Jedes der Lager 22 und 23 umfasst
eine rahmenförmige Trägerklammer 27,
die an beiden Enden mit dem oberen Teil des Zylinderkopfs 1 verbunden
ist, eine Lagerklammer 28, die an der oberen Seite der
Trägerklammer 27 fixiert ist, und Lagerrillen,
die an der oberen Seite der Trägerklammer 27 und
an der unteren Seite der Trägerklammer 28 ausgebildet
sind. Die Trägerklammer 27 und die Lagerklammer 28 sind durch
Schrauben 26 aneinander befestigt. Beide Lagerrillen sind
halbkreisförmig, wobei die zweiten Lager 22 und 23 die
Steuerwelle 24 drehbar in diesen halbkreisförmigen
Lagerrillen halten. Weiterhin ist eine Kopfabdeckung 29 an
dem oberen Ende der Trägerklammer 27 befestigt.
-
Das
elektrische Stellglied wird unter der Steuerung einer elektronischen
Motorsteuereinrichtung betrieben. Die Motorsteuereinrichtung umfasst einen
Mikrocomputer, um aktuelle Betriebsbedingungen des Motors auf der
Basis von Erfassungssignalen von verschiedenen Sensoren wie etwa
einem Kurbelwinkelsensor (zum Erfassen einer Drehposition der Motorkurbelwelle),
einem Luftflussmesser, einem Kühltemperatursensor und einem
Steuerwellenwinkelsensor (zum Erfassen des Drehwinkels der Steuerwelle 24)
zu bestimmen und ein Steuersignal an das elektrische Stellglied
auszugeben, damit der Steuermechanismus 8 die Ventilhübe
der Einlassventile 3 von minimalen Hüben (im wesentlichen gleich
null) zu maximalen Hüben variiert, indem die Drehposition
des Steuernockens 25 in Bezug auf den Motorkurbelwinkel
in Übereinstimmung mit Betriebsbedingungen des Motors eingestellt
wird.
-
Im
Folgenden wird der Betrieb des variablen Ventilsystems beschrieben.
-
Während
den Steueroperationen für einen minimalen Ventilhub wird
die Steuerwelle 24 durch das elektrische Stellglied unter
dem Steuersignal aus der Motorsteuereinrichtung gedreht, sodass
sich der Steuernocken 25 in der Richtung gegen den Uhrzeigersinn
von 1, 4A und 4B relativ
zu der Steuerwelle 24 dreht und an einer bestimmten Winkelposition
gehalten wird. Der Schwenkarm 13 schwenkt bei einer derartigen
Drehung gegen den Uhrzeigersinn des Steuernockens 25 und
hebt die zweiten Armteile 13b und 13c, um die
Nockennasen der Schwenknocken 6 durch die Verbindungsstange 15 und 16 nach
oben zu ziehen. Die Schwenkpositionen der Schwenknocken 6 werden
also in der Richtung gegen den Uhrzeigersinn wie in 4A gezeigt in
Bezug auf die Schwenkposition von 1 verschoben.
-
Wenn
sich der Antriebsnocken 5 zusammen mit der Antriebswelle 4 in
diesem Zustand dreht, bewegt der Schwenkarm 14 den ersten
Armteil 13a des Schwenkarms 13, sodass der Schwenkarm 13 die Schwenknocken 6 durch
die Verbindungsstangen 15 und 16 schwenkt. Wie
in 4A gezeigt, werden die Einlassventile 3 durch
den Kontakt des kreisförmigen Basisbereichs der Schwenknocken 6 mit
den Ventilhebern 9 geschlossen gehalten. Die Einlassventile 3 werden
durch den Kontakt der Hubbereiche der Schwenknocken 6 mit
den Ventilheber 9 wie in 4B gezeigt
gehoben. Daraus resultiert, dass die Ventilhübe der Einlassventile 3 während
der Steueroperationen für einen minimalen Ventilhub klein
werden, sodass die Ventilöffnungszeiten des ersten und des
zweiten Einlassventils 3 verzögert werden, um die
Ventilüberlappungen zwischen den Einlassventilen 3 und
den Abgasventilen wie in 5A gezeigt zu
vermindern.
-
Wie
oben beschrieben sieht der Schwenkarm 13 verschiedene Schwenkverhältnisse
relativ zu den Schwenknocken 6 vor, indem die Vorsprungslänge
des Schwenkarmendes 13e größer als die
Vorsprungslänge des Schwenkarmendes 13f eingestellt wird.
Dementsprechend werden die Ventilhübe des ersten und des
zweiten Einlassventils 3 zu verschiedenen Graden L1' und
L1 gesteuert, auch wenn sich die Schwenkarmenden 13e und 13f über
dieselbe Hubdistanz unter den Steueroperationen für einen minimalen
Ventilhub bewegen. Insbesondere weisen die Ventilkennlinien des
ersten und des zweiten Einlassventils 3 eine ähnliche
Wellenform auf, unterscheiden sich aber wie in 5A gezeigt
in der Amplitude unter den Steueroperationen für einen
minimalen Ventilhub. Der Ventilhub L1' des ersten Einlassventils 3 ist
kleiner als der Ventilhub L1 des zweiten Einlassventils 3,
um eine kleine, im wesentlichen konstante Differenz zwischen den
Einlassventilen L1' und L1 in Bezug auf den Kurbelwinkel vorzusehen und
dadurch die Öffnungszeit des ersten Einlassventils 3 relativ
zu derjenigen des zweiten Einlassventils 3 zu verzögern
und die Schließzeit des ersten Einlassventils 3 relativ
zu derjenigen des zweiten Einlassventils 3 zu beschleunigen.
-
Es
ist wahrscheinlich, dass der Verbrennungszustand des Motors bei
einer niedrigen Geschwindigkeit und einer kleinen Last instabil
wird.
-
In
der ersten Ausführungsform jedoch wird die Einlassmenge
aus dem zweiten Einlassventil 3 größer
vorgesehen als diejenige aus dem ersten Einlassventil 3,
weil eine Differenz zwischen den Ventilhüben L1' und L1
des ersten und des zweiten Einlassventils gegeben ist (d. h. weil
eine Differenz zwischen den Öffnungs-/Schließzeiten
des ersten und des zweiten Einlassventils 3 gegeben ist),
um einen starken Wirbelfluss in einer Verbrennungskammer 30 des
Motors während der Steueroperationen für einen minimalen
Ventilhub zu veranlassen. Durch diesen Wirbeleffekt kann der Verbrennungszustand
des Motors stabilisiert werden und kann die Kraftstoffeffizienz
des Motors bei einer niedrigen Geschwindigkeit und einer kleinen
Last während der Steueroperationen für einen minimalen
Ventilhub verbessert werden. Weiterhin kann die Effizienz der Herstellungs- und
Montageprozesse für das variable Ventilsystem verbessert
werden und können die Kosten reduziert werden, weil das
variable Ventilsystem einen einfachen Aufbau mit einem einzelnen
Satz aus einem Antriebsnocken 5 und einem Ventilhubmechanismus 7 (mit
dem Schwenkarm 13 und dem Verbindungsarm 14) umfasst.
-
Um
den oben genannten Wirbeleffekt zu vergrößern,
kann eine Maskendichtung 31 in einem Teil einer Öffnung 1d der
Motoreinlassöffnung 1a vorgesehen werden, an der
das zweite Einlassventil 3 mit einem größeren
minimalen Ventilhub L1 wie in 9 und 10 gezeigt
montiert ist. In diesem Fall wird vorzugsweise die Höhe
der Maskendichtung 31 in Entsprechung zu dem maximalen
Ventilhub des Einlassventils 3 gesteuert, um einen Einfluss
der Maskendichtung 31 auf die Einlassladeffizienz bei einer hohen
Geschwindigkeit und einer großen Last des Motors während
Steueroperationen für einen maximalen Ventilhub ausreichend
zu unterdrücken.
-
Während
der Steueroperationen für einen maximalen Ventilhub wird
die Steuerwelle 24 durch das elektrische Stellglied unter
dem Steuersignal aus der Motorsteuereinrichtung in der anderen Richtung gedreht,
sodass sich der Steuerarm 25 im Uhrzeigersinn von 1, 4A und 4B relativ
zu der Steuerwelle 24 dreht und an einer bestimmten Winkelposition
gehalten wird. Der Schwenkarm 13 wird durch eine derartige
Drehung im Uhrzeigersinn des Steuernockens 25 geschwenkt
und senkt die zweiten Armteile 13b und 13c, um
die Nockennasen der Schwenknocken 6 durch die Verbindungsstange 15 und 16 nach
unten zu drücken. Die Schwenkpositionen der Schwenknocken 6 werden
also im Uhrzeigersinn von 4A in
Bezug auf die Schwenkposition von 1 verschoben.
-
Wenn
sich der Antriebsnocken 5 zusammen mit der Antriebswelle 4 in
diesem Zustand dreht, bewegt der Verbindungsarm 14 den
ersten Armteil 13a, sodass der Schwenkarm 13 die
Schwenkarme 6 durch die Verbindungsstangen 15 und 16 schwenkt. Wie
in 4D gezeigt, werden die Einlassventile 3 durch
den Kontakt der Hubbereiche oder Nockennasen der Schwenknocken 6 mit
den Ventilhebern 9 nach oben gehoben. Die Ventilhübe
der Einlassventile 3 werden so groß, dass wie
in 5B gezeigt die Öffnungszeiten der Einlassventile 3 beschleunigt
und die Schließzeiten der Einlassventile 3 verzögert
werden. Insbesondere weisen die Ventilkennlinien des ersten und
des zweiten Einlassventils eine ähnliche Wellenform auf,
sodass die Ventilhübe des ersten und des zweiten Einlassventils 3 im
wesentlichen unter den Steueroperationen für einen maximalen
Ventilhub wie in 5B gezeigt erfolgen. In der
ersten Ausführungsform überlappen die Ventilhübe
des ersten und des zweiten Einlassventils 3 einander in
einem Spitzenhubbereich PL, gestatten jedoch aufgrund der Differenz
H zwischen den Vorsprungslängen der Schwenkarmenden 13e und 13f,
dass die Ventilöffnungszeit des ersten Einlassventils 3 etwas relativ
zu derjenigen des zweiten Einlassventils 3 verzögert
wird und dass die Ventilschließzeit des ersten Einlassventils 3 etwas
relativ zu derjenigen des zweiten Einlassventils 3 beschleunigt
wird. Dadurch kann die Einlassladeeffizienz des Motors für
eine hohe Leistungsausgabe verbessert werden, ohne dass die Erzeugung
eines Einlasswirbels in der Verbrennungskammer bei einer hohen Geschwindigkeit
und einer großen Last des Motors während der Steueroperationen
für einen maximalen Ventilhub beschränkt wird.
-
Alternativ
hierzu kann der maximale Ventilhub des ersten Einlassventils 3 etwas
kleiner eingestellt werden als der maximale Ventilhub des zweiten Einlassventils 3 während
der Steueroperationen für einen maximalen Ventilhub, wenn
die Ventilhübe der Einlassventile 3 relativ groß gesetzt
werden, um den Einlasswirbel während der Steueroperationen
für einen minimalen Ventilhub zu verstärken. Dadurch kann
die Verbrennungsstabilität des Motors bei einer niedrigen
Geschwindigkeit und einer kleinen Last des Motors verbessert werden,
auch wenn die Einlassladeeffizienz (Leistungsausgabe) des Motors
bei einer hohen Geschwindigkeit und einer großen Last etwas verringert
wird.
-
Weiterhin
können die Schwenkverhältnisse des Schwenkarms 13 relativ
zu den Schwenknocken 6 unterschiedlich vorgesehen werden,
indem die Längen der Verbindungen zwischen dem Schwenkarm 13 und
den Verbindungsstangen 15 und 16 variiert werden,
d. h. nicht nur die Längen der Schwenkarmenden 13e und 13f,
sondern auch die Axiallängen der Verbindungsstangen 15 und 16,
indem die Längslängen der Schwenknocken 6 variiert
werden und/oder die Positionen der Verbindungsstifte 20 und 21 zwischen
den Schwenknocken 6 und den Verbindungsstangen 15 und 16 entlang
der vertikalen Richtung der der Schwenkrichtung variiert werden.
-
Im
Folgenden wird eine zweite Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung beschrieben.
-
Das
variable Ventilsystem der zweiten Ausführungsform weist
einen ähnlichen Aufbau auf wie dasjenige der ersten Ausführungsform,
wobei jedoch die Armenden 13e und 13f des Schwenkarms 13 dieselben
Länge aufweisen, aber der erste und der zweite Schenknocken 6 jeweils
unterschiedliche Nockenprofile aufweisen, sodass die Ventilhübe
des ersten und des zweiten Einlassventils 3 unter den Steueroperationen
für einen minimalen Ventilhub jeweils unterschiedlich variiert
werden.
-
In
der zweiten Ausführungsform ist ein Teil der Nockenfläche 6d des
ersten Schwenknockens 6, der sich von dem kreisförmigen
Basisbereich zu dem Rampenbereich und von dem Rampenbereich zu dem
Hubbereich erstreckt, wie durch die Strichlinie von 6A bis 6D gezeigt
etwas abgeschnitten, sodass das Nockenprofil des zugeschnittenen
Teils (d. h. der Rampen- und der Hubbereich) des ersten Schwenknockens 6 einen
größeren Krümmungsradius aufweist als
der zweite Schwenknocken 6, obwohl der kreisförmige
Basisbereich und der maximale Ventilhubbereich des ersten und des
zweiten Schwenknockens 6 dasselbe Profil aufweisen. Mit
einem derartigen Nockenprofil sind die Ventilhubkennlinien des ersten
und des zweiten Einlassventils 3 unter den Steueroperationen
für einen minimalen Ventilhub unterschiedlich und unter
den Steueroperationen für einen maximalen Ventilhub im
wesentlichen gleich, wie es auch in der ersten Ausführungsform von 5A und 5B der
Fall ist. Es kann also ein ausreichender Wirbeleffekt erhalten werden,
wobei die Verbrennungsstabilität und die Kraftstoffeffizienz des
Motors bei einer niedrigen Geschwindigkeit und einer kleinen Last
des Motors während der Steueroperationen für einen
minimalen Ventilhub verbessert werden können und wobei
die Einlassladeeffizienz des Motors für eine hohe Leistungsausgabe
bei einer hohen Geschwindigkeit und einer großen Last des Motors
während der Steueroperationen für einen maximalen
Ventilhub verbessert werden können.
-
Das
variable Ventilsystem der zweiten Ausführungsform kann
für den Fall angewendet werden, dass der erste und der
zweite Schwenknocken
6 miteinander verbunden sind, um den
Aufbau des Ventilhubmechanismus
7 (wie etwa des Schwenknockens
13,
der Verbindungsstangen
15 und
15 usw.) wie in der
offen gelegten
japanischen
Patentveröffentlichung Nr. 2005-344609 angegeben
zu vereinfachen.
-
Alternativ
hierzu können die Schwenkverhältnisse des Schwenkarms 13 relativ
zu den Schwenknocken 6 unterschiedlich vorgesehen werden,
indem die Längen der Verbindungen zwischen dem Schwenkarm 13 und
den Verbindungsstangen 15 und 16 und den Nockenprofilen
der Schwenknocken 6 variiert werden.
-
Im
Folgenden wird eine dritte Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung beschrieben.
-
Das
variable Ventilsystem der dritten Ausführungsform weist
einen ähnlichen Aufbau wie dasjenige der ersten und zweiten
Ausführungsform auf, wobei jedoch die Ventilhübe
des ersten und zweiten Einlassventils 3 zusammen mit den
Betriebswinkeln des ersten und zweiten Einlassventils 3 unterschiedlich variiert
werden, und zwar nicht nur unter den Steueroperationen für
einen minimalen Ventilhub, sondern auch unter den Steueroperationen
für einen maximalen Ventilhub wie in 7A und 7B gezeigt.
-
In
der dritten Ausführungsform ist der Hubbereich der Nockenfläche 6d des
ersten Schwenknockens 6 größer eingestellt,
sodass er einen größeren Krümmungsradius
aufweist als der zweite Schwenknocken 6, während
der kreisförmige Basisbereich und die Rampenbereiche des
Schwenknockens 6d des ersten Schwenknockens 6 ein ähnliches
Profil wie in der zweiten Ausführungsform aufweisen. Bei einem
derartigen Nockenprofil ist wie in 7A gezeigt
der Ventilhub des ersten Einlassventils 3 kleiner als derjenige
des zweiten Einlassventils 3 unter den Steueroperationen
für einen minimalen Ventilhub in der ersten Ausführungsform.
Die Differenz zwischen den Ventilhüben des ersten und des
zweiten Einlassventils wird hier relativ klein eingestellt. Es kann
also ein ausreichender Wirbeleffekt erhalten werden und es können
die Verbrennungsstabilität und die Kraftstoffeffizienz
bei einer niedrigen Geschwindigkeit und einer kleinen Last während
der Steueroperationen für einen minimalen Ventilhub verbessert
werden. Unter den Steueroperationen für einen maximalen
Ventilhub ist wie in 7B gezeigt der Ventilhub des
ersten Einlassventils 3 zu Beginn und bei Abschluss des Hubs
kleiner vorgesehen als derjenige des zweiten Einlassventils 3.
Die Öffnungszeit des zweiten Einlassventils 3 wird
relativ zu derjenigen des ersten Einlassventils 3 beschleunigt
und die Schließzeit des zweiten Einlassventils 3 wird
relativ zu derjenigen des ersten Einlassventils verzögert,
und zwar sowohl unter den Steueroperationen für einen maximalen Ventilhub
als auch unter den Steueroperationen für einen minimalen
Ventilhub. Die Einlassmenge aus dem zweiten Einlassventil 3 wird
also größer als diejenige aus dem ersten Einlassventil,
um einen Einlasswirbel auch während der Steueroperationen
für einen maximalen Ventilhub vorzusehen. Dies kann eine
Verminderung der Einlassladeeffizienz aufgrund einer Einlassdichtedifferenz
in dem Motorzylinder (in der Verbrennungskammer 30) zur
Folge haben. Der Ventilhub des ersten Einlassventils 3 wird
jedoch in einem Spitzenbereich PL und in benachbarten Aufwärtshub-
und Abwärtshubbereichen SL1 und SL2 etwas größer
vorgesehen als derjenige des zweiten Einlassventils 3,
um die Differenz zwischen den Ventilhüben des ersten und
des zweiten Einlassventils 3 umzukehren. Dadurch kann der
Einlasswirbel beseitigt werden und kann eine Einlassdichtedifferenz
in der Motorverbrennungskammer 30 verhindert werden, um
die Einlassladeeffizienz (Leistungsausgabe) zu verbessern.
-
Der
gesamte Inhalt der
japanischen
Patentanmeldung Nr. 2006-337809 (mit Einreichungsdatum
vom 15. Dezember 2006) ist hier unter Bezugnahme eingeschlossen.
-
Die
vorliegende Erfindung wurde anhand von spezifischen Ausführungsformen
der Erfindung beschrieben, wobei die Erfindung nicht auf diese Ausführungsformen
beschränkt ist. Der Fachmann kann verschiedene Modifikationen
und Variationen an den oben beschriebenen Ausführungsformen
auf der Basis der vorstehenden Lehren vornehmen. Die variablen Ventilsysteme
der oben beschriebenen Ausführungsformen können
auf die Abgasseite jedes Zylinders in dem Verbrennungsmotor angewendet werden.
-
Der
Erfindungsumfang wird mit Bezug auf die beigefügten Ansprüche
beschrieben.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste
der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert
erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information
des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen
Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt
keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- - JP 2000-38910 [0002, 0003]
- - JP 2000-38910 A [0002, 0002]
- - JP 2006-161586 [0002]
- - JP 2006-161586 A [0002, 0002, 0003]
- - JP 2005-344609 [0051]
- - JP 2006-337809 [0056]