DE102009044736A1

DE102009044736A1 - Stufenlos verstellbare Ventilhubvorrichtung eines Fahrzeuges

Info

Publication number: DE102009044736A1
Application number: DE102009044736A
Authority: DE
Inventors: Jei Choon Yongin Yang; Byong Young Choi; Young Hong Suwon Kwak; Ki Young Kwon; Jin Kook Suwon Kong; Soo Hyung Yongin Woo; Jin Soon Hwaseong Kim
Original assignee: Hyundai Motor Co
Current assignee: Hyundai Motor Co
Priority date: 2009-08-12
Filing date: 2009-12-02
Publication date: 2011-02-17
Also published as: KR20110016590A; KR101092806B1; US20110036317A1; US8291875B2

Abstract

Stufenlos verstellbare Ventilhubvorrichtung eines Fahrzeuges, aufweisend eine Antriebswelle (10), die sich in Verbindung mit einer Kurbelwelle dreht und einen Antriebsnocken (11) aufweist, der am Außenumfang der Antriebswelle (10) ausgebildet ist, eine Kipphebelwelle (30), die getrennt von der Antriebswelle (10) vorgesehen ist und deren eines Ende einen Kipphebel (40) abstützt, der sich in Verbindung mit dem Antriebsnocken (11) dreht und schwenkt, Abtriebsnocken (45), die an der Antriebswelle (10) drehbar installiert sind, um mit dem anderen Ende (42) des Kipphebels (40) in Eingriff zu stehen, und einen variablen Antriebsabschnitt (50), der die Kipphebelwelle (30) geradlinig in einer Vertikalrichtung der Kipphebelwelle (30) bewegt, um den Ventilhub zu variieren.

Description

Für die Anmeldung wird die Priorität der am 12. August 2009 eingereichten koreanischen Patentanmeldung Nr. 10-2009-0074176 beansprucht, deren gesamter Inhalt durch Bezugnahme hierin einbezogen ist.
Die Erfindung betrifft eine stufenlos verstellbare Ventilhubvorrichtung eines Fahrzeuges, und insbesondere eine stufenlos verstellbare Ventilhubvorrichtung eines Fahrzeuges, welche die Hubhöhe von Ventilen entsprechend dem Motorbetriebszustand variieren kann.
Bei einem allgemeinen Nocken, der an einem herkömmlichen Motor vorgesehen ist, ist es unmöglich, den Ventilhub und dessen Dauer zu verändern. Außerdem kann, da es erforderlich ist, einen festgelegten Ventilhub und eine festgelegte Dauer auf eine bestimmte Drehzahl zu fixieren, keine Optimierung des Kraftstoffverbrauchsverhältnisses und der Leistung angestrebt werden.
Um das Kraftstoffverbrauchsverhältnis und die Leistung zu verbessern, wurden in letzter Zeit Versuche zum Variieren des Ventilhubs und der Öffnung- und Schließdauer der Einlass- und Auslassventile aktiv durchgeführt, und eine der Vorrichtungen, die als ein Teil dieser Versuche entwickelt wurden, ist eine stufenlos verstellbare Ventilhubvorrichtung (CVVL).
Das heißt, die stufenlos verstellbare Ventilhubvorrichtung kann den Ventilbetrieb, wie den Ventilhub und die Öffnungs- und Schließdauer der Einlass- und Auslassventile, entsprechend den Betriebzuständen des Motors optimal steuern. Speziell kann die stufenlos verstellbare Ventilhubvorrichtung die Flussrate von Ansaugluft bei hoher Drehzahl und hoher Belastung maximieren, wo hohe Leistung erforderlich ist, und die Wirkung von Abgasrückführung (EGR) oder den Drosselverlust bei niedriger Drehzahl und niedriger Belastung minimieren, wo es wichtig ist, das Kraftstoffverbrauchsverhältnis zu verbessern oder das Abgas zu reduzieren.
Bei der herkömmlichen stufenlos verstellbaren Ventilhubvorrichtung ist jedoch keine Vorrückfunktion vorgesehen, und infolge des kurzen Zeitraums, in dem das Einlassventil und das Auslassventil einander überlappen, kann das Kraftstoffverbrauchsverhältnis nur durch Anwenden der variablen Ventilsteuerung (CVVT) an der Abgasseite verbessert werden.
Außerdem ist, wenn das Ventil angehoben wird, die Öffnungsdauer größer als die Schließdauer, was einerseits die dynamischen Eigenschaften, wie die Beschleunigungscharakteristik usw., verschlechtert und andererseits durch die verlängerte Ventilöffnungsdauer die Leistung und das Kraftstoffverbrauchsverhältnis verringert.
Mit der Erfindung wird eine stufenlos verstellbare Ventilhubvorrichtung eines Fahrzeuges geschaffen, welche das Kraftstoffverbrauchsverhältnis durch Reduzieren des Pumpverlustes mittels einer darin vorgesehenen Vorrückfunktion verbessern kann, die dynamischen Eigenschaften, wie die Beschleunigungscharakteristik, verbessern kann, indem beim Anheben des Ventils die Schließdauer größer als die Öffnungsdauer gestaltet wird, und die Leistung und das Kraftstoffverbrauchsverhältnis durch Minimieren der Ventilöffnungsdauer erhöhen kann.
Nach einem Aspekt der Erfindung weist eine stufenlos verstellbare Ventilhubvorrichtung eines Fahrzeuges eine Antriebswelle, die sich in Verbindung mit einer Kurbelwelle dreht und einen Antriebsnocken aufweist, der am Außenumfang der Antriebswelle ausgebildet ist, eine Kipphebelwelle, die getrennt von der Antriebswelle vorgesehen ist und deren eines Ende einen Kipphebel abstützt, der sich in Verbindung mit dem Antriebsnocken dreht und schwenkt, Abtriebsnocken, die an der Antriebswelle drehbar installiert sind, um mit dem anderen Ende des Kipphebels in Eingriff zu stehen, und/oder einen variablen Antriebsabschnitt auf, der die Kipphebelwelle geradlinig in einer Vertikalrichtung der Kipphebelwelle bewegt, um den Ventilhub zu variieren.
Der Antriebsnocken kann exzentrisch von der Mitte der Antriebswelle ausgebildet sein, und ein Außenvibrationslaufring, der über eine Gelenkachse mit dem einen Ende des Kipphebels verbunden ist, kann an dem Antriebsnocken derart montiert sein, dass er an dem Antriebsnocken frei drehbar ist.
Die stufenlos verstellbare Ventilhubvorrichtung kann ferner ein Abtriebsnockengelenk aufweisen, das die Drehung des Kipphebels an den Abtriebsnocken überträgt, wobei das eine Ende des Abtriebsnockengelenks über eine erste Gelenkachse mit dem anderen Ende des Kipphebels verbunden ist und das andere Ende des Abtriebsnockengelenks über eine zweite Gelenkachse mit dem Abtriebsnocken verbunden ist.
Wenn das Ventil in einem Hochhubzustand oder einem Niedrighubzustand ist, kann eine die Antriebswelle mit der Kipphebelwelle verbindende Achslinie A derart angeordnet sein, dass sie eine die erste Gelenkachse mit der zweiten Gelenkachse verbindende Achslinie B kreuzt.
Hier kann der variable Antriebsabschnitt eine Steuerwelle, an deren Außenumfang ein exzentrischer Steuernocken ausgebildet ist und die parallel zu der Kipphebelwelle angeordnet ist, ein Steuergelenk, das mit dem exzentrischen Steuernocken und der Kipphebelwelle verbunden ist, und/oder eine Motoreinheit aufweisen, welche die Steuerwelle dreht.
Die stufenlos verstellbare Ventilhubvorrichtung kann ferner einen Führungsabschnitt aufweisen, der die Kipphebelwelle führt, wenn sich die Kipphebelwelle durch eine Drehkraft der Steuerwelle gleitend in Richtung nach vorn und nach hinten bewegt.
Der Führungsabschnitt kann ein Gehäuse, das an seinen beiden Seiten in Richtung nach vorn und nach hinten geformte Langlöcher und in seinem Inneren eine Führungsöffnung aufweist, um die Kipphebelwelle bewegbar zu machen, und/oder ein Führungselement aufweisen, das die Kipphebelwelle über eine innere Öffnung abstützt und die Kipphebelwelle führt, wenn sie sich entlang der Führungsöffnung in Richtung nach vorn und nach hinten bewegt.
Andererseits kann der variable Antriebsabschnitt ein Gehäuse, das an seinen beiden Seiten in Richtung nach vorn und nach hinten geformte Langlöcher und in seinem Inneren eine Hydraulikkammer aufweist, um die Kipphebelwelle bewegbar zu machen, einen Kolben, der die Kipphebelwelle über eine innere Öffnung abstützt und sich durch Hydraulikdruck in der Hydraulikkammer in Richtung nach vorn und nach hinten bewegt, und/oder ein Federelement aufweisen, das in dem Gehäuse vorgesehen ist, um den Kolben konstant in Vorwärtsrichtung zu drücken.
Der variable Antriebsabschnitt kann ferner ein Ölsteuerventil aufweisen, das die Richtungen ändert, wobei, wenn das Ventil im Hochhubzustand ist, von einer Ölpumpe über eine erste Hydraulikleitung zu dem Ölsteuerventil geführtes Öl über eine zweite Hydraulikleitung zu der Hydraulikkammer geführt wird, um den Kolben in Vorwärtsrichtung zu bewegen, und dann über eine dritte Hydraulikleitung zu dem Ölsteuerventil zurückgeführt wird, um ausgelassen zu werden, während, wenn das Ventil im Niedrighubzustand ist, das von der Ölpumpe über die erste Hydraulikleitung zu dem Ölsteuerventil geführte Öl über die dritte Hydraulikleitung zu der Hydraulikkammer geführt wird, um den Kolben in Rückwärtsrichtung zu bewegen, und dann über die zweite Hydraulikleitung zu dem Ölsteuerventil zurückgeführt wird, um ausgelassen zu werden.
Der variable Antriebsabschnitt kann ferner ein Ölsteuerventil, das die Richtungen ändert, und ein erstes und ein zweites Einweg-Rückschlagventil aufweisen, wobei, wenn das Ventil im Hochhubzustand ist, von einer Ölpumpe über eine erste Hydraulikleitung zu dem Ölsteuerventil geführtes Öl durch Öffnen des ersten Einweg-Rückschlagventils über eine zweite Hydraulikleitung zu der Hydraulikkammer geführt wird, und wenn die Kipphebelwelle durch eine Änderung des Antriebsmoments des Ventils in Vorwärtsrichtung bewegt wird, das Öl über eine dritte Hydraulikleitung zu dem Ölsteuerventil zurückgeführt wird und dann wieder zu der zweiten Hydraulikleitung fließt, während, wenn das Ventil im Niedrighubzustand ist, das von der Ölpumpe über die erste Hydraulikleitung zu dem Ölsteuerventil geführte Öl durch Öffnen des zweiten Einweg-Rückschlagventils über eine vierte Hydraulikleitung zu der Hydraulikkammer geführt wird, und wenn die Kipphebelwelle durch die Änderung des Antriebsmoments des Ventils in Rückwärtsrichtung bewegt wird, das Öl über eine fünfte Hydraulikleitung zu dem Ölsteuerventil zurückgeführt wird und dann wieder zu der vierten Hydraulikleitung fließt.
Ein Rückflussverhinderungsventil kann in der ersten Hydraulikleitung installiert sein.
Nach einem anderen Aspekt der Erfindung weist eine stufenlos verstellbare Ventilhubvorrichtung eine Antriebswelle, an deren Außenumfang ein Antriebsnocken ausgebildet ist und an der ein Außenvibrationslaufring schwenkbar installiert ist, eine Kipphebelwelle, die getrennt von der Antriebswelle vorgesehen ist und an der ein Kipphebel drehbar installiert ist, um mit dem Außenvibrationslaufring in Eingriff zu stehen, Abtriebsnocken, die an der Antriebswelle drehbar installiert sind, um mit dem Kipphebel in Eingriff zu stehen, und/oder ein Abtriebsnockengelenk auf, dessen eines Ende über eine erste Gelenkachse mit dem Kipphebel verbunden ist und dessen anderes Ende über eine zweite Gelenkachse mit dem Abtriebsnocken verbunden ist, wobei, wenn das Ventil in einem Hochhubzustand oder einem Niedrighubzustand ist, eine die Antriebswelle mit der Kipphebelwelle verbindende Achslinie A derart angeordnet sein kann, dass sie eine die erste Gelenkachse mit der zweiten Gelenkachse verbindende Achslinie B kreuzt.
Wie oben beschrieben, wird gemäß der Erfindung, wenn das Ventil von einem Hochhubzustand in einen Niedrighubzustand umgestellt wird, der Pumpverlust reduziert, so dass das Kraftstoffverbrauchsverhältnis verbessert wird.
Ebenso ist, wenn das Ventil angehoben wird, eine die Antriebswelle mit der Kipphebelwelle verbindende Achslinie A derart angeordnet, dass sie eine die erste Gelenkachse mit der zweiten Gelenkachse verbindende Achslinie B kreuzt. Dementsprechend ist die Schließdauer länger als die Öffnungsdauer, so dass die dynamischen Eigenschaften, wie die Beschleunigungscharakteristik, verbessert werden können, und die Ventilöffnungsdauer kann minimiert werden, um die Leistung und das Kraftstoffverbrauchsverhältnis zu erhöhen.
Die Erfindung wird mit Bezug auf die Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:
1 eine perspektivische Ansicht einer stufenlos verstellbaren Ventilhubvorrichtung eines Fahrzeuges gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung;
2A eine Seitenansicht der Vorrichtung aus 1 in einem Anfangszustand;
2B eine Seitenansicht der Vorrichtung in dem Zustand von 2A, wobei ein Ventil in einem Hochhubzustand ist;
3A eine Seitenansicht der Vorrichtung aus 1 in einem Vorrückzustand eines Abtriebsnockens, wobei eine Antriebswelle um 180° gedreht und eine Kipphebelwelle geradlinig in Richtung nach links verschoben ist;
3B eine Seitenansicht der Vorrichtung in dem Zustand von 3A, wobei ein Ventil in einem Niedrighubzustand ist;
4 eine perspektivische Ansicht einer stufenlos verstellbaren Ventilhubvorrichtung gemäß einer anderen beispielhaften Ausführungsform der Erfindung;
5A einen Hydraulikschaltplan, der das Prinzip der Zuführung von Hydraulikdruck zu einem variablen Antriebsabschnitt aus 4 darstellt, wenn das Ventil im Hochhubzustand ist;
5B einen Hydraulikschaltplan, der das Prinzip der Zuführung von Hydraulikdruck zu dem variablen Antriebsabschnitt aus 4 darstellt, wenn das Ventil im Niedrighubzustand ist;
6A einen Hydraulikschaltplan, der das Prinzip der Zuführung von Hydraulikdruck zu einem variablen Antriebsabschnitt einer stufenlos verstellbaren Ventilhubvorrichtung gemäß einer anderen beispielhaften Ausführungsform der Erfindung darstellt, wenn das Ventil im Hochhubzustand ist; und
6B einen Hydraulikschaltplan, der das Prinzip der Zuführung von Hydraulikdruck zu einem variablen Antriebsabschnitt der Vorrichtung aus 6A darstellt, wenn das Ventil im Niedrighubzustand ist.
Wie in 1 gezeigt, weist eine stufenlos verstellbare Ventilhubvorrichtung 1 eines Fahrzeuges gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung eine Antriebswelle 10, einen Außenvibrationslaufring 20, der an einem Antriebsnocken 11 schwenkbar installiert ist, der am Außenumfang der Antriebswelle 10 ausgebildet ist, eine Kipphebelwelle 30, die von der Antriebswelle 10 getrennt angeordnet ist, einen Kipphebel 40, der an der Kipphebelwelle 30 drehbar installiert ist, um mit dem Außenvibrationslaufring 20 in Eingriff zu stehen, Abtriebsnocken 45, die an der Antriebswelle 10 drehbar installiert sind, und einen variablen Antriebsabschnitt 50 zum Variieren eines Ventilhubs durch geradliniges Bewegen der Kipphebelwelle 30 in Vertikalrichtung der Kipphebelwelle 30 auf.
Die Antriebswelle 10 wird in Verbindung mit einer Kurbelwelle gedreht, und der Antriebsnocken 11 ist exzentrisch von der Mitte der Antriebswelle 10 an dieser ausgebildet. Wenn die Antriebswelle 10 gedreht wird, wird der an dem Antriebsnocken 11 installierte Außenvibrationslaufring 20 in jeder Richtung entlang dem Profil des Antriebsnockens 11 geschwenkt.
Ebenso sind die beiden Abtriebsnocken 45 entsprechend zweier Einlassventile 3 an der Antriebswelle 10 drehbar montiert.
Der Abtriebsnocken 45 steht mit einem Stößel 5 in Kontakt, der mit einem oberen Ende des Einlassventils 3 verbunden ist, und hebt das Einlassventil 3 durch Drücken des Stößels 5 entlang dem Profil des Abtriebsnockens 45 an. Andererseits ist an der einen Seite des Abtriebsnockens 45 ein nach oben vorstehender Kupplungsabschnitt 46 ausgebildet, der über eine zweite Gelenkachse 62 mit dem anderen Ende 64 eines später beschriebenen Abtriebsnockengelenks 60 gekuppelt ist, wie in 2A gezeigt ist.
Die Kipphebelwelle 30 ist an der Oberseite der Antriebswelle 10 parallel zu dieser angeordnet. Der Kipphebel 40 ist mit der einen Seite des Außenumfangs der Kipphebelwelle 30 drehbar gekuppelt, und ein später beschriebenes Führungselement 75 ist in einem Körper in Horizontalrichtung mit der anderen Seite des Außenumfangs der Kipphebelwelle 30 gekuppelt.
Der Kipphebel 40, welcher mit dem Außenvibrationslaufring 20 verbunden ist, wird um die Kipphebelwelle 30 gedreht, wenn der Außenvibrationslaufring 20 geschwenkt wird, und überträgt die Drehkraft über das Abtriebsnockengelenk 60 an den Abtriebsnocken 45. Hierzu ist das eine Ende 41 des Kipphebels 40 über eine Gelenkachse 21 mit dem Außenvibrationslaufring 20 verbunden (2A), und das andere Ende 42 des Kipphebels 40 ist über eine erste Gelenkachse 61 mit dem einen Ende 63 des Abtriebsnockengelenks 60 (2A).
Das Abtriebsnockengelenk 60 ist ein Bauteil zum Übertragen der Drehung des Kipphebels 40 an den Abtriebsnocken 45, indem das eine Ende 63 des Abtriebsnockengelenks 60 über die erste Gelenkachse 61 mit dem anderen Ende 42 des Kipphebels 40 verbunden ist und das andere Ende 64 des Abtriebsnockengelenks 60 über die zweite Gelenkachse 62 mit dem Kupplungsabschnitt 46 des Abtriebsnockens 45 verbunden ist.
Wenn das Einlassventil 3 in einem Hochhubzustand oder einem Niedrighubzustand ist, wird es bevorzugt, dass eine die erste Gelenkachse 61 mit der zweiten Gelenkachse 62 verbindende Achslinie B eine die Antriebswelle 10 mit der Kipphebelwelle 30 verbindende Achslinie A kreuzt. In diesem Falle sind die Drehrichtungen des Kipphebels 40 und des Abtriebsnockens 45 entgegengesetzt zueinander, so dass die Variationscharakteristika des Ventilhubs optimiert werden können (2B und 3B).
Speziell sollte in einer Ventilprofilperiode (d. h. wenn das Ventil 3 angehoben wird) die Schließdauer länger als die Öffnungsdauer sein, um die dynamischen Eigenschaften, wie die Beschleunigungscharakteristik, zu verbessern. Hierzu kreuzen gemäß der Erfindung die Achslinie A und die Achslinie B einander.
Außerdem wird, wenn die Achslinie A die Achslinie B kreuzt, die Ventilöffnungsdauer minimiert, um die Leistung (durch die Hochhubdauer bewirkt) und das Kraftstoffverbrauchsverhältnis (durch die Niedrighubdauer bewirkt) zu verbessern. Ebenso kann der Betriebswinkel des Abtriebsnockens 45 zum Erzeugen des Hubs des Ventils 3 optimiert werden.
Der variable Antriebsabschnitt 50 dient zum Umstellen des Einlassventils 3 von dem Hochhubzustand in den Niedrighubzustand und zum Vorrücken des Abtriebsnockens 45 durch geradliniges Gleiten der Kipphebelwelle 30 in Richtung nach vorn und nach hinten (d. h. in Vertikalrichtung in Bezug auf die Kipphebelwelle 30).
Hierzu weist der variable Antriebsabschnitt 50 eine Steuerwelle 51, an deren Außenumfang ein exzentrischer Steuernocken 52 ausgebildet ist, ein Steuergelenk 53, das den exzentrischen Steuernocken 52 mit der Kipphebelwelle 30 verbindet, und eine Motoreinheit 54 zum Drehen der Steuerwelle 51 auf.
Die Steuerwelle 51 ist an der Oberseite der Antriebswelle 10 parallel zu der Kipphebelwelle 30 angeordnet und wird durch die Drehkraft des Motoreinheit 54 gedreht, um die Kipphebelwelle 30 geradlinig in Richtung nach vorn und nach hinten zu bewegen.
Das Steuergelenk 53 verbindet den exzentrischen Steuernocken 52 mit der Kipphebelwelle 30 und ermöglicht, dass die Kipphebelwelle 30 durch die Drehkraft der Steuerwelle 51 in Richtung nach vorn und nach hinten bewegbar ist.
Das heißt, ein Anfangszustand, in dem die Steuerwelle 51 nicht gedreht ist, ist in den 2A und 2B gezeigt. In diesem Falle ist die Kipphebelwelle 30 ganz vorn positioniert. Jedoch zieht, wenn die Steuerwelle 51 um 180° gedreht wird, das Steuergelenk 53 die Kipphebelwelle 30 nach hinten, wie in den 3A und 3B gezeigt ist.
Obwohl in der Zeichnung vereinfacht darstellt, ist die Motoreinheit 54 aus einem Motor mit einer Motorwelle, an welcher ein Schneckengetriebe ausgebildet ist, einem Schneckenrad, das mit dem Schneckengetriebe in Eingriff steht, um die Steuerwelle 51 zu drehen, und einem Motorgehäuse zusammengesetzt, das die Außenseite der Bauteile bildet. Wenn der Motor angetrieben wird, wird das Schneckenrad von der Motorwelle gedreht, so dass die Steuerwelle 51 in Verbindung mit dem Schneckenrad gedreht wird.
Hier wird es bevorzugt, dass ferner ein Führungsabschnitt 70 vorgesehen ist, um die Kipphebelwelle 30 zu führen, wenn sich die Kipphebelwelle 30 durch die Drehkraft der Steuerwelle 51 gleitend in Richtung nach vorn und nach hinten bewegt.
Der Führungsabschnitt 70 weist ein Gehäuse 71, das an einem Zylinderkopf usw. abgestützt ist, und ein Führungselement 75 auf, das an der Innenseite des Gehäuses 71 vorgesehen ist, um die Kipphebelwelle 30 über eine innere Öffnung (nicht gezeigt) abzustützen. Der Führungsabschnitt 70 verhindert maximal, dass die Kipphebelwelle 30 geschwenkt wird, wenn diese in Richtung nach vorn und nach hinten gleitet.
An beiden Seiten des Gehäuses 71 sind in Richtung nach vorn und nach hinten verlaufende Langlöcher 72 ausgebildet, und in dem Gehäuse 71 ist eine Führungsöffnung 73 ausgebildet, die mit den Langlöchern 72 kommuniziert. Die Kipphebelwelle 30 kann entlang den Langlöchern 72 in Richtung nach vorn und nach hinten gleiten, und das Führungselement 75 kann entlang der Führungsöffnung 73 gleiten.
Mit Bezug auf die 2A und 2B wird nun das Prinzip des Anhebens des Ventils 3 in der stufenlos verstellbaren Ventilhubvorrichtung 1 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung beschrieben.
Ein Basiszustand, in dem das Ventil 3 nicht angehoben ist, ist in 2A gezeigt. In diesem Falle wird die Steuerwelle 51 nicht gedreht, und die Kipphebelwelle 30 ist in den Langlöchern 72 ganz vorn positioniert.
Dann wird, wenn die Antriebswelle 10 im Uhrzeigersinn um 180° gedreht wird, der Außenvibrationslaufring 20 durch die Drehkraft der Antriebswelle 10 verschwenkt. In diesem Falle werden, wie in den 2B gezeigt, der Kipphebel 40 und das Abtriebsnockengelenk 60 entgegengesetzt zum Uhrzeigersinn gedreht, und dementsprechend wird der Abtriebsnocken 45 im Uhrzeigersinn um 90° gedreht, um das Ventil 3 in den Hochhubzustand zu bringen.
Andererseits wird, wenn die Steuerwelle 51 durch Antreiben der Motoreinheit 54 um 180° gedreht wird, um das Ventil 3 in den Niedrighubzustand zu bringen, das Steuergelenk 53 nach hinten bewegt, wie in 3A gezeigt ist, und dementsprechend gleitet die Kipphebelwelle 30 um eine bestimmte Strecke entlang den Langlöchern 72 nach hinten. Folglich wird der Gelenkpunkt (d. h. die Kipphebelwelle 30) des Kipphebels 40 verschoben, und dementsprechend werden der Außenvibrationslaufring 20 und der Abtriebsnocken 45 entgegengesetzt zum Uhrzeigersinn gedreht, um den Abtriebsnocken 45 im Vergleich zu der Position des Abtriebsnockens 45 in 2A um einen bestimmten Winkel θ zu variieren.
Dann wird, wenn die Antriebswelle 10 im Uhrzeigersinn um 180° gedreht wird, der Außenvibrationslaufring 20 durch die Drehkraft der Antriebswelle 10 verschwenkt. In diesem Falle werden, wie in 3B gezeigt, der Kipphebel 40 und das Abtriebsnockengelenk 60 entgegengesetzt zum Uhrzeigersinn gedreht, und dementsprechend wird der Abtriebsnocken 45 im Uhrzeigersinn um 90° gedreht, um das Ventil 3 in den Niedrighubzustand zu bringen.
Andererseits kann die stufenlos verstellbare Ventilhubvorrichtung gemäß einer anderen beispielhaften Ausführungsform der Erfindung wie in 4 gestaltet sein.
Da der Aufbau der stufenlos verstellbaren Ventilhubvorrichtung 201 gemäß der anderen beispielhaften Ausführungsform der Erfindung außer einem variablen Antriebsabschnitt 250 gleich dem der oben beschriebenen Ausführungsform der Erfindung ist, wird das Augenmerk auf die Erläuterung des variablen Antriebsabschnitts 250 gerichtet.
In der oben beschriebenen Ausführungsform der Erfindung ist der variable Antriebsabschnitt 50 aus der Steuerwelle 51, dem Steuergelenk 53 und der Motoreinheit 54 zusammengesetzt, und die Steuerwelle 51 wird von der Motoreinheit 54 gedreht, um die Kipphebelwelle 30 geradlinig zu verschieben. Im Gegensatz dazu werden bei der anderen Ausführungsform der Erfindung die Steuerwelle 30, das Steuergelenk 53 und die Motoreinheit 54 weggelassen, und der variable Antriebsabschnitt 250 bewegt die Kipphebelwelle 30 geradlinig mittels eines Hydraulikdrucks. Dementsprechend wird die Anzahl von Bauteilen beträchtlich reduziert, so dass die Herstellungskosten im Vergleich zu denen der oben beschriebenen Ausführungsform reduziert werden.
Speziell ist der variable Antriebsabschnitt 250 aus einem Gehäuse 251, in welchem eine Hydraulikkammer 250a (5A) ausgebildet ist, einem Kolben 253, der von dem Hydraulikdruck in der Hydraulikkammer 250a in Richtung nach vorn und nach hinten bewegt wird, und einem Federelement 254 zusammengesetzt, das in dem Gehäuse 251 vorgesehen ist, um den Kolben 253 konstant in Vorwärtsrichtung zu drücken.
Das Gehäuse 251 dient zum Führen des Kolbens 253 und der Kipphebelwelle 30, wenn sich diese in Richtung nach vorn und nach hinten bewegen. An beiden Seiten des Gehäuses 251 sind in Richtung nach vorn und nach hinten verlaufende Langlöcher 252 ausgebildet, um die Kipphebelwelle 30 durch diese hindurch zu bewegen, und die Hydraulikkammer 250a ist in dem Gehäuse 251 ausgebildet, um den Kolben 253 durch den Hydraulikdruck zu bewegen.
Mit Bezug auf die 5A und 5B wird das Prinzip der Zuführung des Hydraulikdrucks zu dem variablen Antriebsabschnitt 250 beschrieben.
Wie in 5A gezeigt, wird, wenn das Ventil 3 im Hochhubzustand ist, von einer Ölpumpe 260 gepumptes Öl über eine erste Hydraulikleitung 261 zu einem Ölsteuerventil 270 und anschließend über eine zweite Hydraulikleitung 262 zu der Hydraulikkammer 250a geführt. In diesem Falle werden der Kolben 253 und die Kipphebelwelle 30 durch den Hydraulikdruck ganz nach vorn gedrückt, und das Federelement 254 wird auch nach vorn freigegeben. Das Öl, welches den Kolben 253 nach vorn gedrückt hat, wird über eine dritte Hydraulikleitung 263 zu dem Ölsteuerventil 270 zurückgeführt und dann ausgelassen.
Hier wird das Ölsteuerventil 270 wie ein allgemeines Solenoid angetrieben und ist aus einem Steuerschieber 271 und einem Solenoidteil 272 zusammengesetzt, das durch Strom angetrieben wird, um den Steuerschieber 271 in Richtung nach vorn und nach hinten zu bewegen.
Andererseits wird, wenn das Ventil 3 im Niedrighubzustand ist, das Öl in einem Vorgang entgegengesetzt zu dem Hochhubzustand zu der Hydraulikkammer 250a geführt. Die Details werden nachfolgend beschrieben.
Wie in 5B gezeigt, wird, wenn das Ventil 3 im Niedrighubzustand ist, das von der Ölpumpe 260 gepumpte Öl über die erste Hydraulikleitung 261 zu dem Ölsteuerventil 270 und anschließend über die dritte Hydraulikleitung 263 zu der Hydraulikkammer 250a geführt. In diesem Falle werden der Kolben 253 und die Kipphebelwelle 30 durch den Hydraulikdruck maximal nach hinten gedrückt, und das Federelement 254 gelangt auch durch die Druckkraft des Kolbens 253 in einen zusammengedrückten Zustand. Das Öl, welches den Kolben 253 nach hinten gedrückt hat, wird über die zweite Hydraulikleitung 262 zu dem Ölsteuerventil 270 zurückgeführt und dann ausgelassen.
Hier wird es bevorzugt, dass ein Rückflussverhinderungsventil 280 in der ersten Hydraulikleitung 261 vorgesehen ist. Das Rückflussverhinderungsventil 280 ist ein Einweg-Rückschlagventil, welches verhindert, dass das von der Ölpumpe 260 zu dem Ölsteuerventil 270 geführte Öl in Rückwärtsrichtung fließt.
In der Struktur, in welcher das zu dem Ölsteuerventil 270 zurückgeführte Öl ausgelassen wird (d. h. im offenen Hydraulikkreis), wie oben beschrieben, ist es erforderlich, dass die Ölpumpe 260 kontinuierlich das Öl über die erste Hydraulikleitung 261 zu dem Ölsteuerventil 270 führt.
Andererseits kann der Hydraulikdruck wie in den 6A und 6B zu dem variablen Antriebsabschnitt 350 geführt werden.
In der oben beschriebenen Ausführungsform ist der offene Hydraulikkreis derart aufgebaut, dass das Öl ausgelassen wird, das zu dem Ölsteuerventil 270 zurückgeführt wurde, während in einer anderen Ausführungsform ein geschlossener Hydraulikkreis vorgesehen ist, bei dem das Öl, das zu dem Ölsteuerventil 370 zurückgeführt wurde, wieder zu der Hydraulikkammer 250 geführt wird.
Mit Bezug auf die 6A und 6B sind gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung ferner ein erstes und ein zweites Einweg-Rückschlagventil 381 und 382 zwischen der Hydraulikkammer 250a und dem Ölsteuerventil 370 vorgesehen.
Wie in 6A gezeigt, wird, wenn das Ventil 3 im Hochhubzustand ist, von einer Ölpumpe 360 gepumptes Öl über eine erste Hydraulikleitung 361 zu einem Ölsteuerventil 370 und anschließend durch Öffnen des ersten Einweg-Rückschlagventils 381 über eine zweite Hydraulikleitung 362 zu der Hydraulikkammer 250a geführt. In diesem Falle ist das erste Einweg-Rückschlagventil 381 durch den Hydraulikdruck offen, während das zweite Einweg-Rückschlagventil 382 geschlossen ist, um zu verhindern, dass das Öl in eine vierte Hydraulikleitung 364 fließt. Ebenso ist die Kipphebelwelle 30 durch die Änderung des Antriebsmoments des Ventils 3 ganz vorn positioniert, und das Federelement 254 ist auch nach vorn freigegeben. Dementsprechend wird das Öl über eine dritte Hydraulikleitung 363 zu dem Ölsteuerventil 370 zurückgeführt und dann wieder zu der zweiten Hydraulikleitung 362 geführt.
Das Ölsteuerventil 370 wird wie ein allgemeines Solenoid angetrieben und ist aus einem Steuerschieber 371 und einem Solenoidteil 372 zusammengesetzt, das durch Strom angetrieben wird, um den Steuerschieber 371 in Richtung nach vorn und nach hinten zu bewegen.
Andererseits wird, wie in 6B gezeigt, wenn das Ventil 3 im Niedrighubzustand ist, der Steuerschieber 371 in Vorwärtsrichtung bewegt, und das von der Ölpumpe 360 gepumpte Öl wird über die erste Hydraulikleitung 361 zu dem Ölsteuerventil 370 und anschließend durch Öffnen des zweiten Einweg-Rückschlagventils 382 über die vierte Hydraulikleitung 364 zu der Hydraulikkammer 250a geführt. In diesem Falle ist das zweite Einweg-Rückschlagventil 382 durch den Hydraulikdruck offen, während das erste Einweg-Rückschlagventil 381 geschlossen ist, um zu verhindern, dass das Öl in die erste Hydraulikleitung 361 fließt. Ebenso ist die Kipphebelwelle 30 durch die Änderung des Antriebsmoments des Ventils 3 in der hintersten Position, und das Federelement 254 ist auch durch die Druckkraft des Kolbens 253 in einem zusammengedrückten Zustand. Dementsprechend wird das Öl über eine fünfte Hydraulikleitung 365 zu dem Ölsteuerventil 370 zurückgeführt und dann wieder zu der vierten Hydraulikleitung 364 geführt.
Hier wird es bevorzugt, dass ein Rückflussverhinderungsventil 380 in der ersten Hydraulikleitung 361 vorgesehen ist. Das Rückflussverhinderungsventil 380 ist ein Einweg-Rückschlagventil, welches verhindert, dass das von der Ölpumpe 360 zu dem Ölsteuerventil 370 geführte Öl in Rückwärtsrichtung fließt.
In dem geschlossenen Hydraulikkreis, wie oben beschrieben ist, wird die mit der Antriebswelle 10 in Eingriff stehende Kipphebelwelle 30 ebenfalls in Richtung nach vorn und nach hinten bewegt, und das Öl kann durch die Bewegungskraft der Kipphebelwelle 30 zirkuliert werden.
Hier dient die Ölpumpe 360 nur zur Ergänzung der Leckageölmenge, jedoch nicht zur Bewegung der Kipphebelwelle 30.
In der Struktur, in welcher das zu dem Ölsteuerventil 370 zurückgeführte Öl wieder zu der Hydraulikkammer 250a geführt wird (d. h. im geschlossenen Hydraulikkreis), wie oben beschrieben, ergänzt die Ölpumpe 350 lediglich das durch die erste Hydraulikleitung 361 fließende Öl, wenn eine Ölleckage in der Hydraulikkammer 250a auftritt, so dass im Vergleich zu dem offenen Hydraulikkreis weniger Öl erforderlich ist.
Wie oben beschrieben, kann gemäß der Erfindung, wenn das Ventil 3 von dem Hochhubzustand in den Niedrighubzustand umgestellt wird, der Abtriebsnocken 45 um einen bestimmten Winkel vorgerückt werden, so dass ein Pumpverlust reduziert wird, um das Kraftstoffverbrauchsverhältnis zu verbessern. Ebenso kann, da die Vorrückfunktion vorgesehen ist, die variable Ventilsteuerung (CVVT) an der Abgasseite entfallen, um die Herstellungskosten erheblich zu reduzieren.
Außerdem ist, da die Achslinie A, welche die Antriebswelle 10 mit der Kipphebelwelle 30 verbindet, die Achslinie B kreuzt, welche die erste Gelenkachse 61 mit der zweiten Gelenkachse 61 verbindet, wenn das Ventil 3 angehoben ist, die Schließdauer länger als die Öffnungsdauer, um die dynamischen Eigenschaften, wie die Beschleunigungscharakteristik, zu verbessern, und die Ventilöffnungsdauer wird minimiert, um die Leistung und das Kraftstoffverbrauchsverhältnis zu erhöhen.
Zur vereinfachten Erläuterung und genauen Definition der beigefügten Ansprüche werden die Begriffe „oben”, „unten”, „vorn”, „hinten”, „innen” und „außen” verwendet, um die Merkmale der beispielhaften Ausführungsformen in Bezug auf die Positionen dieser Merkmale in den Figuren zu beschreiben.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- KR 10-2009-0074176 [0001]

Claims

Stufenlos verstellbare Ventilhubvorrichtung eines Fahrzeuges, aufweisend: eine Antriebswelle (10), die sich in Verbindung mit einer Kurbelwelle dreht und einen Antriebsnocken (11) aufweist, der am Außenumfang der Antriebswelle (10) ausgebildet ist; eine Kipphebelwelle (30), die getrennt von der Antriebswelle (10) vorgesehen ist und deren eines Ende einen Kipphebel (40) abstützt, der sich in Verbindung mit dem Antriebsnocken (11) dreht und schwenkt; Abtriebsnocken (45), die an der Antriebswelle (10) drehbar installiert sind, um mit dem anderen Ende (42) des Kipphebels (40) in Eingriff zu stehen; und einen variablen Antriebsabschnitt (50, 250, 350), der die Kipphebelwelle (30) geradlinig in einer Vertikalrichtung der Kipphebelwelle (30) bewegt, um den Ventilhub zu variieren.
Stufenlos verstellbare Ventilhubvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Antriebsnocken (11) exzentrisch von der Mitte der Antriebswelle (10) ausgebildet ist, und wobei ein Außenvibrationslaufring (20), der über eine Gelenkachse (21) mit dem einen Ende (41) des Kipphebels (40) verbunden ist, an dem Antriebsnocken (11) derart montiert sein kann, dass er an dem Antriebsnocken (11) frei drehbar ist.
Stufenlos verstellbare Ventilhubvorrichtung nach Anspruch 2, ferner aufweisend ein Abtriebsnockengelenk (60), das die Drehung des Kipphebels (40) an den Abtriebsnocken (45) überträgt, wobei das eine Ende (63) des Abtriebsnockengelenks (60) über eine erste Gelenkachse (61) mit dem anderen Ende (42) des Kipphebels (40) verbunden ist und das andere Ende (64) des Abtriebsnockengelenks (60) über eine zweite Gelenkachse (62) mit dem Abtriebsnocken (45) verbunden ist.
Stufenlos verstellbare Ventilhubvorrichtung nach Anspruch 3, wobei der variable Antriebsabschnitt (50) aufweist: eine Steuerwelle (51), an deren Außenumfang ein exzentrischer Steuernocken (52) ausgebildet ist und die parallel zu der Kipphebelwelle (30) angeordnet ist; ein Steuergelenk (53), das mit dem exzentrischen Steuernocken (52) und der Kipphebelwelle (30) verbunden ist; und eine Motoreinheit (54), welche die Steuerwelle (51) dreht.
Stufenlos verstellbare Ventilhubvorrichtung nach Anspruch 4, ferner aufweisend einen Führungsabschnitt (70), der die Kipphebelwelle (30) führt, wenn sich die Kipphebelwelle (30) durch eine Drehkraft der Steuerwelle (51) gleitend in Richtung nach vorn und nach hinten bewegt.
Stufenlos verstellbare Ventilhubvorrichtung nach Anspruch 5, wobei der Führungsabschnitt (70) aufweist: ein Gehäuse (71), das an seinen beiden Seiten in Richtung nach vorn und nach hinten geformte Langlöcher (72) und in seinem Inneren eine Führungsöffnung (73) aufweist, um die Kipphebelwelle (30) bewegbar zu machen; und ein Führungselement (75), das die Kipphebelwelle (30) über eine innere Öffnung abstützt und die Kipphebelwelle (30) führt, wenn sie sich entlang der Führungsöffnung (73) in Richtung nach vorn und nach hinten bewegt.
Stufenlos verstellbare Ventilhubvorrichtung nach Anspruch 3, wobei der variable Antriebsabschnitt (250) aufweist: ein Gehäuse (251), das an seinen beiden Seiten in Richtung nach vorn und nach hinten geformte Langlöcher (252) und in seinem Inneren eine Hydraulikkammer (250a) aufweist, um die Kipphebelwelle (30) bewegbar zu machen; und einen Kolben (253), der die Kipphebelwelle (30) über eine innere Öffnung abstützt und sich durch Hydraulikdruck in der Hydraulikkammer (250a) in Richtung nach vorn und nach hinten bewegt.
Stufenlos verstellbare Ventilhubvorrichtung nach Anspruch 7, wobei der variable Antriebsabschnitt (250) ferner ein Federelement (254) aufweist, das in dem Gehäuse (251) vorgesehen ist, um den Kolben (253) konstant in Vorwärtsrichtung zu drücken.
Stufenlos verstellbare Ventilhubvorrichtung nach Anspruch 8, wobei der variable Antriebsabschnitt (250) ferner ein Ölsteuerventil (270) aufweist, das die Richtungen ändert, und wobei, wenn das Ventil (3) im Hochhubzustand ist, von einer Ölpumpe (260) über eine erste Hydraulikleitung (261) zu dem Ölsteuerventil (270) geführtes Öl über eine zweite Hydraulikleitung (262) zu der Hydraulikkammer (250a) geführt wird, um den Kolben (253) in Vorwärtsrichtung zu bewegen, und dann über eine dritte Hydraulikleitung (263) zu dem Ölsteuerventil (270) zurückgeführt wird, um ausgelassen zu werden, während, wenn das Ventil (3) im Niedrighubzustand ist, das von der Ölpumpe (260) über die erste Hydraulikleitung (261) zu dem Ölsteuerventil (270) geführte Öl über die dritte Hydraulikleitung (263) zu der Hydraulikkammer (250a) geführt wird, um den Kolben (253) in Rückwärtsrichtung zu bewegen, und dann über die zweite Hydraulikleitung (262) zu dem Ölsteuerventil (270) zurückgeführt wird, um ausgelassen zu werden.
Stufenlos verstellbare Ventilhubvorrichtung nach Anspruch 8, wobei der variable Antriebsabschnitt (350) ferner ein Ölsteuerventil (370), das die Richtungen ändert, und ein erstes und ein zweites Einweg-Rückschlagventil (381, 382) aufweist, und wobei, wenn das Ventil (3) im Hochhubzustand ist, von einer Ölpumpe (360) über eine erste Hydraulikleitung (361) zu dem Ölsteuerventil (370) geführtes Öl durch Öffnen des ersten Einweg-Rückschlagventils (381) über eine zweite Hydraulikleitung (362) zu der Hydraulikkammer (250a) geführt wird, und wenn die Kipphebelwelle (30) durch eine Änderung des Antriebsmoments des Ventils (3) in Vorwärtsrichtung bewegt wird, das Öl über eine dritte Hydraulikleitung (363) zu dem Ölsteuerventil (370) zurückgeführt wird und dann wieder zu der zweiten Hydraulikleitung (362) fließt, während, wenn das Ventil (3) im Niedrighubzustand ist, das von der Ölpumpe (360) über die erste Hydraulikleitung (361) zu dem Ölsteuerventil (370) geführte Öl durch Öffnen des zweiten Einweg-Rückschlagventils (382) über eine vierte Hydraulikleitung (364) zu der Hydraulikkammer (250a) geführt wird, und wenn die Kipphebelwelle (30) durch die Änderung des Antriebsmoments des Ventils (3) in Rückwärtsrichtung bewegt wird, das Öl über eine fünfte Hydraulikleitung (365) zu dem Ölsteuerventil (370) zurückgeführt wird und dann wieder zu der vierten Hydraulikleitung (364) fließt.
Stufenlos verstellbare Ventilhubvorrichtung nach Anspruch 9, wobei ein Rückflussverhinderungsventil (280) in der ersten Hydraulikleitung (261) installiert ist.
Stufenlos verstellbare Ventilhubvorrichtung nach Anspruch 10, wobei ein Rückflussverhinderungsventil (380) in der ersten Hydraulikleitung (361) installiert ist.
Stufenlos verstellbare Ventilhubvorrichtung nach Anspruch 3, wobei, wenn das Ventil (3) in einem Hochhubzustand oder einem Niedrighubzustand ist, eine die Antriebswelle (10) mit der Kipphebelwelle (30) verbindende Achslinie (A) derart angeordnet ist, dass sie eine die erste Gelenkachse (61) mit der zweiten Gelenkachse (62) verbindende Achslinie (B) kreuzt.
Stufenlos verstellbare Ventilhubvorrichtung eines Fahrzeuges, aufweisend: eine Antriebswelle (10), an deren Außenumfang ein Antriebsnocken (11) ausgebildet ist und an der ein Außenvibrationslaufring (20) schwenkbar installiert ist; eine Kipphebelwelle (30), die getrennt von der Antriebswelle (10) vorgesehen ist und an der ein Kipphebel (40) drehbar installiert ist, um mit dem Außenvibrationslaufring (20) in Eingriff zu stehen; Abtriebsnocken (45), die an der Antriebswelle (10) drehbar installiert sind, um mit dem Kipphebel (40) in Eingriff zu stehen; und ein Abtriebsnockengelenk (60), dessen eines Ende (63) über eine erste Gelenkachse (61) mit dem Kipphebel (40) verbunden ist und dessen anderes Ende (64) über eine zweite Gelenkachse (62) mit dem Abtriebsnocken (45) verbunden ist, wobei, wenn das Ventil (3) in einem Hochhubzustand oder einem Niedrighubzustand ist, eine die Antriebswelle (10) mit der Kipphebelwelle (30) verbindende Achslinie (A) derart angeordnet sein kann, dass sie eine die erste Gelenkachse (61) mit der zweiten Gelenkachse (62) verbindende Achslinie (B) kreuzt.