-
Die Erfindung betrifft eine stufenlos verstellbare Ventilhubvorrichtung, bei welcher ein Ventil eine gleichzeitig verstellbare Hubzeit und Hubstrecke in Abhängigkeit von dem Niedrig/Hochdrehzahl-Betriebsbereich hat, und insbesondere eine stufenlos verstellbare Ventilhubvorrichtung, bei welcher zusätzliche Bauteile zur Durchführung eines verstellbaren Hubs eines Ventils minimiert werden, wodurch eine einfachere Struktur geschaffen wird.
-
Bei einem Motor wird eine Nockenwelle mittels einer von einer Kurbelwelle übertragenen Drehkraft gedreht, und ein Einlassventil und ein Auslassventil werden mit regelmäßiger Zeitsteuerung mittels Nocken der Nockenwelle nach oben und unten hin- und herbewegt. Dadurch wird Einlassluft zu einer Brennkammer geführt, und dann wird Verbrennungsgas ausgelassen. In diesem Prozess wird ein Kraftstoff-LuftGemisch komprimiert und zur Explosion gebracht, um eine Leistung zu erzeugen.
-
Auf diese Weise werden eine Reihe von Elementen, wie Antriebsnocken, Nockenwelle, Stößel, Kipphebel usw., die zum Betätigen der Einlass- und Auslassventile vorgesehen sind, als ein Ventiltrieb bezeichnet.
-
Herkömmlich ist ein Ventil in einer Einlass- oder Auslassöffnung eines Zylinderkopfes mittels eine Ventilführung installiert. Eine Federstützplatte ist an einem Zylinderkopfkörper installiert. Eine Ventilfeder ist zwischen der Federstützplatte und einem Federhalter installiert. Ein Stößel des Ventils ist derart installiert, dass er einen Antriebsnocken kontaktiert.
-
Der übliche Ventiltrieb, der in dieser Weise konfiguriert ist, wiederholt den Betrieb, bei dem sich der Antriebsnocken dreht, um gegen den Ventilstößel zu drücken und das Ventil zu öffnen, während die Ventilfeder zusammengedrückt wird, und dann wird das Ventil durch eine Rückstellkraft der Ventilfeder geschlossen.
-
Jedoch führt dieser übliche Ventiltrieb durch die Bewegung des Nockens eine Bewegung in einem System mit einem einzigen Freiheitsgrad durch, so dass es unmöglich ist, den Ventiltrieb in Abhängigkeit von den Motorbetriebszuständen, wie hoher und niedriger Drehzahl, zu verändern.
-
Um dieses Problem zu lösen, wurden eine Vielfalt von stufenlos verstellbaren Ventilhubvorrichtungen entwickelt, welche geeignet sind, die Hubzeit und die Hubstrecke des Ventils entsprechend der Motordrehzahl einzustellen. Jedoch müssen diese stufenlos verstellbaren Ventilhubvorrichtungen die Positionen des Antriebsnockens und der Nockenwelle verändern, so dass es unmöglich ist, diese bei vorhandenen Serienmotoren leicht anzuwenden.
-
Ferner sind diese stufenlos verstellbaren Ventilhubvorrichtungen derart gestaltet, dass sie die Hubzeit des Ventil durch Erhöhen oder Verringern der Hubstrecke des Ventils einstellen, so dass es unmöglich ist, die Hubzeit des Ventils effizienter einzustellen.
-
Außerdem benötigen die stufenlos verstellbaren Ventilhubvorrichtungen zusätzlich zu dem mit der Nockenwelle gekuppelten Antriebsnocken einen separaten verstellbaren Nocken, um die Hubstrecke und die Hubzeit des Ventils einzustellen, so dass sie eine komplizierte innere Konfiguration haben.
-
Die
DE 10 2006 022 489 A1 offenbart eine stufenlos verstellbare Ventilhubvorrichtung, aufweisend ein Ventil, eine Steuerwelle, einen schwenkbaren Schuh, der mit der Steuerwelle schwenkbar gekuppelt ist, und einen Antriebsnocken.
-
Die US 2006/ 0 288 972 A1 beschreibt eine stufenlos verstellbare Ventilhubvorrichtung, aufweisend ein Ventil, eine Steuerwelle, einen schwenkbaren Schuh, der mit der Steuerwelle schwenkbar gekuppelt ist und einen Nockeneinsetzabschnitt aufweist, und einen Antriebsnocken, der in dem Nockeneinsetzabschnitt angeordnet ist.
-
Aufgabe der Erfindung ist es, eine stufenlos verstellbare Ventilhubvorrichtung zu schaffen, die bei vorhandenen Serienmotoren leicht angewendet werden kann, ohne die Position eines Antriebsnockens und einer Nockenwelle zu verändern, und bei der zusätzliche Bauteile, wie ein verstellbarer Nocken, minimiert werden, so dass es möglich ist, die innere Konfiguration zu vereinfachen und zu miniaturisieren.
-
Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch eine stufenlos verstellbare Ventilhubvorrichtung nach den Merkmalen aus dem Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.
-
Gemäß der Erfindung kann die stufenlos verstellbare Ventilhubvorrichtung die Hubzeit und die Hubstrecke des Ventils ohne Veränderung der Positionen des Antriebsnockens und der Nockenwelle frei einstellen, und kann daher bei vorhandenen Serienmotoren leicht angewendet werden. Ferner kann die stufenlos verstellbare Ventilhubvorrichtung zusätzliche Bauteile reduzieren, die erforderlich sind, um die Hubzeit und die Hubstrecke des Ventils einzustellen, und daher wird die innere Konfiguration kompakt und einfach gestaltet.
-
Die Erfindung wird mit Bezug auf die Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:
- 1 eine schematische Ansicht der Struktur einer stufenlos verstellbaren Ventilhubvorrichtung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung in einem Niedrighubzustand;
- 2 einen schwenkbaren Schuh für eine stufenlos verstellbare Ventilhubvorrichtung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung;
- 3 eine schematische Ansicht der Struktur einer stufenlos verstellbaren Ventilhubvorrichtung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung in einem Niedrighubzustand; und
- 4 und 5 schematische Ansichten der Struktur einer stufenlos verstellbaren Ventilhubvorrichtung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung in einem Hochhubzustand.
-
Mit Bezug auf die Zeichnung werden beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung ausführlich beschrieben. Eine ausführliche Beschreibung von bekannten Funktionen und Bauteilen, die hierin einbezogen sind, wird weggelassen, sofern dadurch der Gegenstand der Erfindung undeutlich wird.
-
Wie in 1 gezeigt, weist die stufenlos verstellbare Ventilhubvorrichtung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung ein Ventil 100, welches durch dessen längs gerichtete Hin- und Herbewegung einen Kanal öffnet oder schließt, eine Steuerwelle 200, welche gesteuert wird, um sich in Richtung zu einer Achse, entlang der sich das Ventil 100 hin- und herbewegt, oder von dieser weg zu bewegen, einen schwenkbaren Schuh 300, welcher mit der Steuerwelle 200 schwenkbar gekuppelt ist und beim Schwenken das Ventil 100 betätigt, und einen Antriebsnocken 400 auf, welcher den schwenkbaren Schuh 300 in Bezug auf die Steuerwelle 200 schwenkt.
-
Im Gegensatz zu einer üblichen stufenlos verstellbaren Ventilhubvorrichtung ist bei der stufenlos verstellbaren Ventilhubvorrichtung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung der Antriebsnocken 400 an einer Innenseite statt an der einen Seite des schwenkbaren Schuhes 300 montiert, um durch Kontaktieren der Innenseite des schwenkbaren Schuhes 300 eine Außenfläche des schwenkbaren Schuhes 300 zu drücken, so dass die gesamte Vorrichtung kompakt gestaltet werden kann.
-
Um diese Kupplungsstruktur zu ermöglichen, ist der schwenkbare Schuh 300 im Wesentlichen in seinem mittleren Bereich mit einem Nockeneinsetzabschnitt 320 in der Form einer Durchgangsöffnung versehen, die sich in Längsrichtung der Steuerwelle 200 erstreckt. Der Außenumfang des Antriebsnockens 400 ist derart konfiguriert, dass er mit einem Bereich einer Innenwand des Nockeneinsetzabschnitts 320 in Kontakt gelangt. Auf diese Weise kann, da die Durchgangsöffnung in dem schwenkbaren Schuh 300 ausgebildet ist, der Antriebsnocken 400, der eine Antriebskraft ausübt, in dem schwenkbaren Schuh 300 montiert werden, so dass die gesamte Vorrichtung kompakt gestaltet werden kann. Ferner wird, da ein Element mit einer Durchgangsöffnung ein größeres Trägheitsmoment als ein Element mit demselben Querschnitt ohne Durchgangsöffnung hat, die Haltbarkeit des schwenkbaren Schuhes 300 erhöht.
-
Obwohl bei dieser Ausführungsform der Nockeneinsetzabschnitt 320 nur in der Form einer Durchgangsöffnung ausgebildet ist, ist die Form des Nockeneinsetzabschnitts 320 nicht darauf beschränkt. Daher kann, sofern die Innenwand des Nockeneinsetzabschnitts 320 mit einem Abschnitt des Außenumfangs des Antriebsnockens 400 in Kontakt gelangen kann, die Form des Nockeneinsetzabschnitts 320 durch irgendeine Form ersetzt werden. Zum Beispiel kann der Nockeneinsetzabschnitt 320 die Form einer Ausnehmung mit einer Tiefe in Längsrichtung der Steuerwelle 200 haben.
-
In einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung kann die Steuerwelle 200 an einem Wellenblock 600 drehbar montiert sein, wie in 1 gezeigt ist. Ferner kann die stufenlos verstellbare Ventilhubvorrichtung eine Rückstellfeder 500 aufweisen, deren eines Ende mit dem Wellenblock 600 verbunden ist, und deren anderes Ende mit dem schwenkbaren Schuh 300 gleitend gekuppelt ist. Dementsprechend übt die Rückstellfeder 500 eine Federkraft auf den schwenkbaren Schuh 300 derart aus, dass unabhängig von der Verschwenkung des schwenkbaren Schuhes 300 und der Drehung des Antriebsnockens 400 die Innenwand des Nockeneinsetzabschnitts 320 immer mit einem Abschnitt des Außenumfangs des Antriebsnockens 400 in Kontakt steht.
-
Ebenso weist der schwenkbare Schuh 300 an seiner einen Seite (d.h. an seiner unteren Seite in 1) entgegengesetzt zu der Seite, wo die Steuerwelle 200 montiert ist, eine Gleitfläche 310 auf, welche eine obere Fläche eines Stößels 110 gleitend kontaktiert. Wie in 2 gezeigt, ist die Gleitfläche 310 in drei Abschnitte, d.h. einen Nullhubabschnitt a, einen Niedrighubabschnitt b, und einen Hochhubabschnitt c eingeteilt, wobei der Nullhubabschnitt a keinen Hub an dem Ventil 100 erzeugt, wenn der Nullhubabschnitt a der Gleitfläche 310 mit dem Ventil 100 in Kontakt steht, jedoch erzeugen der Niedrighubabschnitt b und der Hochhubabschnitt c einen Hub des Ventils 100 mit unterschiedlichen Strecken.
-
Mit anderen Worten ist das Ventil 100 innerhalb des Nullhubabschnitts a der Gleitfläche 310 nicht abgesenkt, innerhalb des Niedrighubabschnitts b um eine relativ kurze Strecke abgesenkt und innerhalb des Hochhubabschnitts c um eine relativ lange Strecke abgesenkt. Die Länge und Form des Nullhubabschnitts a, des Niedrighubabschnitts b und des Hochhubabschnitts c können an verschiedene Bedingungen, wie einen Abstand und einen Winkel zwischen der Steuerwelle 200 und dem Ventil 100, einen Abstand und einen Winkel zwischen der Steuerwelle 200 und dem Antriebsnocken 400, und eine Einstellstrecke, um welche das Ventil 100 abgesenkt werden muss, und so weiter, angepasst werden.
-
Mit Bezug auf 2 weist der schwenkbare Schuh 300 ferner Wellenöffnungen 350 und 360 und einen Hubbetätigungsabschnitt 340 auf. Über die Wellenöffnung 350 ist die Steuerwelle 200 mit dem Wellenblock 600 gekuppelt. Die Wellenöffnung 360 ist zum Kuppeln einer Rolle 330 mit dem schwenkbaren Schuh 300 vorgesehen, wie später erläutert ist. Der Hubbetätigungsabschnitt 340 liegt dem Bereich des Niedrighubabschnitts b gegenüber und steht von einem Bereich des Nockeneinsetzabschnitts 320 nach innen vor. Der Hubbetätigungsabschnitt 340 ändert den Modus zwischen dem Niedrighubzustand und dem Hochhubzustand, wie später ausführlich erläutert ist.
-
Ferner hat der Stößel 110 des Ventils 100 an seinem einen Ende (d.h. an seinem oberen Ende in 1), welches mit der Gleitfläche 310 in Kontakt gelangt, eine hohe Korrosionsbeständigkeit. In einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung wird eine obere Endfläche des Stößels 110, d.h. eine Fläche, welche die Gleitfläche 310 des schwenkbaren Schuhes 300 kontaktiert, durch Balligdrehen derart bearbeitet, dass sie einen sphärischen Radius hat. Mit diesem Balligdrehen wird ein extremer Randkontakt vermieden, der dadurch verursacht wird, dass ein Kontakt zwischen dem Antriebsnocken 400 und dem Stößel 110 zwischen einem Linienkontakt und einem Punktkontakt liegt.
-
Diese Konfiguration, bei welcher das Ventil 100 den Stößel 110 mit der balligen Fläche an seinem Ende aufweist, ist für einen herkömmlichen Ventiltrieb weit verbreitet, so dass eine ausführliche Beschreibung davon weggelassen wird.
-
Die Steuerwelle 200 wirkt als ein Drehmittelpunkt des schwenkbaren Schuhes 300. Dementsprechend wird durch Verschieben der Steuerwelle 200 der Drehmittelpunkt des schwenkbaren Schuhes 300 verändert, wodurch eine Hubstrecke des Ventils 100 eingestellt wird.
-
Wenn der Normalenvektor der Bewegungsortskurve der Steuerwelle 200 nicht parallel zu dem Normalenvektor der gewölbten oberen Fläche des Stößels 110 ist, kann der Betrieb, bei welchem die Gleitfläche 310 im Abstand von der gewölbten oberen Fläche des Stößels 110 angeordnet ist und mit dieser in Kontakt gelangt, wiederholt werden, wodurch sowohl Geräusche als auch Schäden an den jeweiligen Bauteilen verursacht werden. Aus diesem Grunde ist die Steuerwelle 200 derart konfiguriert, dass sie sich entlang einer Kurvenbahn mit demselben Krümmungsmittelpunkt wie dem der gewölbten oberen Fläche des Stößels 110 bewegt, um zu ermöglichen, dass die gewölbte obere Fläche des Stößels 110 jederzeit mit der Gleitfläche 310 des schwenkbaren Schuhes 300 in Kontakt steht. Bei dieser Konfiguration ist der Normalenvektor der Bewegungsortskurve der Steuerwelle 200 parallel zu dem Normalenvektor der gewölbten oberen Fläche des Stößels 110.
-
Obwohl die Steuerwelle 200 derart konfiguriert sein kann, dass sie sich unabhängig ohne ein separates Führungsmittel bewegt, ist es in diesem Falle möglich, dass die Steuerwelle 200 infolge eines von außen ausgeübten Stoßes von einer normalen Bahn abweicht. Daher ist, wie in 1 gezeigt, die Steuerwelle 200 derart konfiguriert, dass sie mit einem Führungsschlitz 610 gekuppelt ist, der in dem Wellenblock 600 derart ausgebildet ist, dass sich die Steuerwelle 200 entlang dem Führungsschlitz 610 gleitend bewegen kann. Der Führungsschlitz 610 kann vorzugsweise in einer gekrümmten Form mit demselben Krümmungsmittelpunkt wie dem der gewölbten oberen Fläche des Stößels 110 ausgebildet sein.
-
Das eine Ende des Führungsschlitzes 610 ist derart konfiguriert, dass es nahe oder auf der Achse, entlang der sich das Ventil 100 hin- und herbewegt, positioniert ist, und das andere Ende des Führungsschlitzes 610 ist um einen vorbestimmten Winkel in Bezug auf einen Drehmittelmittel des Antriebsnockens 400 von der Achse, entlang der sich das Ventil 100 hin- und herbewegt, versetzt.
-
Nachfolgend wird der Betrieb des Niedrighubmodus und des Hochhubmodus erläutert.
-
Wie in den 1 und 3 gezeigt, ist im Niedrighubmodus die Steuerwelle 200 an einem in der Zeichnung gesehen linken Ende des Führungsschlitzes 610 angeordnet. Das heißt, der Drehmittelpunkt der Steuerwelle 200 ist um einen vorbestimmten Winkel in Bezug auf den Drehmittelpunkt des Antriebsnockens 400 von der Achse, entlang der sich das Ventil 100 hin- und herbewegt, versetzt.
-
1 stellt den Zustand dar, in dem es keinen Hub im Niedrighubmodus gibt, wobei der Nullhubabschnitt a der Gleitfläche 310 mit der gewölbten oberen Fläche des Stößels 110 in Kontakt ist. Jedoch drückt, sobald sich der Antriebsnocken 400 im Uhrzeigersinn dreht, um einen Nockenbuckel 410 mit dem an der Innenwand des Nockeneinsetzabschnitts 320 ausgebildeten Hubbetätigungsabschnitt 340 in Kontakt zu bringen, der Nockenbuckel 410 den Hubbetätigungsabschnitt 340 des schwenkbaren Schuhes 300 in der Zeichnung gesehen in Richtung nach links, und daher schwenkt der schwenkbare Schuh 300 um die Steuerwelle 200. Bei diesem Betrieb bewegt sich der Nullhubabschnitt a des schwenkbaren Schuhes 300 gleitend entlang der gewölbten oberen Fläche des Stößels 110 in Richtung nach links, und daher gelangt der Niedrighubabschnitt b mit der gewölbten oberen Fläche des Stößels 110 in Kontakt, wie in 3 gezeigt ist. Infolgedessen werden der Stößel 110 und das Ventil 100 mittels des Niedrighubabschnitts b der Gleitfläche 310 nach unten gedrückt.
-
Infolgedessen gelangt, wenn die Steuerwelle 200 an einem in der Zeichnung gesehen linken Ende des Führungsschlitzes 610 anliegt, die gewölbte obere Fläche des Stößels 110 trotz der maximalen Schwenkung des schwenkbaren Schuhes 300 nur innerhalb des Niedrighubabschnitts b mit der Gleitfläche 310 in Kontakt, und daher wird das Ventil 100 um eine relativ kurze Strecke abgesenkt. Mit anderen Worten ist, wenn sich das Ventil 100 in Richtung nach unten bewegt, wie in 3 gezeigt ist, das Ventil 100 in dem Niedrighubzustand, in welchem es den Kanal wenig öffnet.
-
Wenn der Nockenbuckel 410 derart konfiguriert ist, dass er im direkten Kontakt mit dem schwenkbaren Schuh 300 ist, besteht die Möglichkeit, dass Geräusche infolge einer Reibungskraft verursacht werden oder eine sanfte Drehung behindert wird. Deshalb kann der schwenkbare Schuh 300 vorzugsweise an einem Abschnitt, wo er den Nockenbuckel 410 kontaktiert, mit einer Rolle 330 versehen sein. Die Rolle 330 ist über die Wellenöffnung 360 mit dem schwenkbaren Schuh 300 gekuppelt.
-
Wie in den 4 und 5 gezeigt, wird die Steuerwelle 200 derart gesteuert, dass sie sich in der Zeichnung gesehen zu einem rechten Ende des Führungsschlitzes 610 bewegt. Das rechte Ende des Führungsschlitzes 610 ist auf oder nahe der Achse, entlang der sich das Ventil 100 hin- und herbewegt, positioniert.
-
Nach einem Niedrighubzustand der stufenlos verstellbaren Ventilhubvorrichtung, wie in 1 gezeigt, wird, wenn die Steuerwelle 200 derart gesteuert wird, dass sie sich in der Zeichnung gesehen in Richtung zu der rechten Seite des Führungsschlitzes 610 bewegt, der schwenkbare Schuh 300 in Bezug auf den Antriebsnocken 400 entgegengesetzt zum Uhrzeigersinn gedreht. Jedoch befindet sich die gewölbte obere Fläche des Stößels 110 noch innerhalb des Niedrighubabschnitts b, wie in 4 gezeigt ist. Mit anderen Worten können, selbst wenn der schwenkbare Schuh 300 in Bezug auf den Antriebsnocken 400 im Uhrzeigersinn gedreht wird, der Stößel 110 und das Ventil 100 mittels der Gleitflächen 310 nach unten gedrückt werden.
-
Der Niedrighubabschnitt b kann vorzugsweise derart ausgebildet sein, dass er eine Krümmung hat, die größer als die des Nullhubabschnitts a ist, so dass die gewölbte obere Fläche des Stößels 110 entlang der Gleitfläche 310 in Richtung zu dem Niedrighubabschnitt b ablaufen und gleiten kann, wenn der Hubbetätigungsabschnitt 340 mittels des Nockenbuckels 410 des Antriebsnockens 400 in Richtung nach links gedrückt wird, wie nachfolgend erläutert ist.
-
Wie in 5 gezeigt, drückt, sobald sich der Antriebsnocken 400 im Uhrzeigersinn dreht, um einen Nockenbuckel 410 mit dem an der Innenwand des Nockeneinsetzabschnitts 320 ausgebildeten Hubbetätigungsabschnitt 340 in Kontakt zu bringen, der Nockenbuckel 410 den Hubbetätigungsabschnitt 340 des schwenkbaren Schuhes 300 in der Zeichnung gesehen in Richtung nach links. Bei diesem Betrieb bewegt sich der Niedrighubabschnitt b des schwenkbaren Schuhes 300 gleitend entlang der gewölbten oberen Fläche des Stößels 110 in Richtung nach links, und daher gelangt der Hochhubabschnitt c mit der gewölbten oberen Fläche des Stößels 110 in Kontakt.
-
Infolgedessen werden der Stößel 110 und das Ventil 100 mittels des Hochhubabschnitts c der Gleitfläche 310 nach unten gedrückt, wie in 5 gezeigt ist, und daher werden der Stößel 110 und das Ventil 100 im Vergleich zu dem in 3 gezeigten Zustand weiter abgesenkt. Mit anderen Worten ist, wenn das Ventil 100 wie in 5 abgesenkt ist, das Ventil 100 in dem Hochhubzustand, in welchem es den Kanal maximal öffnet.
-
Auf diese Weise kann die stufenlos verstellbare Ventilhubvorrichtung gemäß der Erfindung die Hubstrecke und die Hubzeit des Ventils 100 ohne Verwendung eines separaten verstellbaren Nockens frei einstellen, so dass die Vorrichtung kompakt und einfach gestaltet werden kann.
-
Obwohl in dieser Ausführungsform nur die Struktur beschrieben ist, bei welcher der Stößel 110 an dem oberen Ende des Ventils 100 montiert ist und mittels des schwenkbaren Schuhes 300 gedrückt wird, um das Ventil 100 zu öffnen und zu schließen, kann diese Struktur in eine Struktur geändert werden, bei welcher der Kipphebel an dem oberen Ende des Ventils 100 montiert ist und mittels des schwenkbaren Schuhes 300 gedrückt wird, um das Ventil 100 zu öffnen und zu schließen.
