DE102011052223A1

DE102011052223A1 - Stufenlos verstellbare Ventilhubvorrichtung

Info

Publication number: DE102011052223A1
Application number: DE102011052223A
Authority: DE
Inventors: Tae Hoon Roh; Jong Won Lee
Original assignee: Hyundai Motor Co; Kia Motors Corp
Current assignee: Hyundai Motor Co; Kia Corp
Priority date: 2010-11-30
Filing date: 2011-07-28
Publication date: 2012-05-31
Also published as: US20120132159A1; KR101234651B1; KR20120059246A; CN102477879A; CN102477879B

Abstract

Stufenlos verstellbare Ventilhubvorrichtung eines Fahrzeugmotors, aufweisend eine Nockenwelle (10), einen ersten Nocken (20), der an der Nockenwelle (10) angeordnet ist, eine Betätigungswelle (30), die parallel zu der Nockenwelle (10) angeordnet ist, einen Betätigungshebel (40), der mit der Betätigungswelle (30) verbunden ist, einen Schwenkarm (50), der mit dem Betätigungshebel (40) drehbar gekuppelt ist und in einem Zylinderkopf des Motors (90) schwenkbar montiert ist, einen zweiten Nocken (60), der mit dem Schwenkarm (50) schwenkbar verbunden ist und den ersten Nocken (20) kontaktiert, um eine Ventileinheit (100) zu öffnen, und einen Steuerabschnitt (70), der mit der Betätigungswelle (30) verbunden ist und die Betätigungswelle (30) wahlweise dreht, um einen Schwenkmittelpunkt des Schwenkarmes (50) zu bewegen.

Description

Für die Anmeldung wird die Priorität der am 30. November 2010 eingereichten koreanischen Patentanmeldung Nr. 10-2010-0120915 beansprucht, deren gesamter Inhalt durch Bezugnahme hierin einbezogen ist.
Die Erfindung betrifft eine Ventilhubvorrichtung, und insbesondere eine stufenlos verstellbare Ventilhubvorrichtung, bei welcher der Ventilhub eingestellt werden kann.
Ein Verbrennungsmotor erzeugt Leistung durch Verbrennen von Kraftstoff in einer Brennkammer im Medium Luft, die in die Brennkammer gesaugt wird.
Einlassventile werden von einer Nockenwelle betrieben, um die Luft anzusaugen, und die Luft wird in die Brennkammer gesaugt, während die Einlassventile geöffnet sind. Außerdem werden Auslassventile von der Nockenwelle betrieben, und ein Verbrennungsgas wird aus der Brennkammer ausgelassen, während die Auslassventile geöffnet sind.
Ein optimaler Betrieb der Einlass- und Auslassventile ist von einer Drehzahl des Motors abhängig. Das heißt, ein optimaler Hub oder eine optimale Öffnungs- und Schließzeit der Ventile hängt von der Drehzahl des Motors ab. Um einen derartigen optimalen Ventilbetrieb in Abhängigkeit von der Drehzahl des Motors zu erzielen, wurden verschiedene Untersuchungen, wie die Entwicklung einer Mehrzahl von Nocken und eines variablen Ventilhubes (VVL), durchgeführt, wodurch der Ventilhub entsprechend der Motordrehzahl verändert werden kann.
Jedoch erfordert eine herkömmliche variable Ventilhubvorrichtung eine Menge Elemente und hohe Herstellungskosten. Außerdem ist die Reibung zwischen den Elementen beträchtlich, und die dynamische Belastung ist hoch, so dass die Motoreffizienz verschlechtert wird.
Mit der Erfindung wird eine stufenlos verstellbare Ventilhubvorrichtung geschaffen, bei der mit einem einfachen Schema und einer geringen Anzahl von Elementen sowie mit reduzierten Herstellungskosten der Ventilhub kontinuierlich verstellt werden kann, die Reibung zwischen den Elementen und die dynamische Belastung reduziert werden können, und die Reproduzierbarkeit erhöht werden kann.
Gemäß der Erfindung weist eine stufenlos verstellbare Ventilhubvorrichtung eine Nockenwelle, einen ersten Nocken, der an der Nockenwelle angeordnet ist, eine Betätigungswelle, die parallel zu der Nockenwelle angeordnet ist, einen Betätigungshebel, der mit der Betätigungswelle verbunden ist, einen Schwenkarm, der mit dem Betätigungshebel und einem Motor drehbar gekuppelt ist, einen zweiten Nocken, der mit dem Schwenkarm schwenkbar verbunden ist und den ersten Nocken kontaktiert, um eine Ventileinheit zu öffnen, und einen Steuerabschnitt auf, der mit der Betätigungswelle verbunden ist und die Betätigungswelle wahlweise dreht, um den Schwenkmittelpunkt des Schwenkarmes zu bewegen.
Eine Schwenkarmwelle kann an dem Schwenkarm angeordnet sein, und der zweite Nocken kann um die Schwenkarmwelle schwenken. Ein Gleitabschnitt kann an dem Betätigungshebel ausgebildet sein, und der Schwenkarm kann über einen Steuerbolzen, der in den Gleitabschnitt eingesetzt ist und entlang dem Gleitabschnitt gleitet, mit dem Betätigungshebel verbunden sein.
Der Gleitabschnitt kann in einer Ellipsenform oder anderen Formen derart ausgebildet sein, dass das eine Ende des Gleitabschnitts näher zu der Betätigungswelle als das andere Ende liegt.
Ein Verbindungsbolzen kann die Betätigungswelle und den Betätigungshebel durchdringen, um die Betätigungswelle und den Betätigungshebel miteinander zu verbinden, und ein Sprengring kann mit einem Ende des Verbindungsbolzens verbunden sein, damit der Verbindungsbolzen nicht von der Betätigungswelle und dem Betätigungshebel getrennt werden kann.
Der zweite Nocken kann einen Kontaktabschnitt, der den ersten Nocken kontaktiert, und einen Antriebsabschnitt aufweisen, der die Ventileinheit öffnet. Eine Rolle kann an dem Kontaktabschnitt angeordnet sein.
Der Steuerabschnitt kann ein Schneckenzahnrad, das an der Betätigungswelle angeordnet ist, ein Schneckenrad, das mit dem Schneckenzahnrad in Eingriff steht, und einen Steuermotor aufweisen, der das Schneckenrad antreibt.
Mit der stufenlos verstellbaren Ventilhubvorrichtung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung kann mit einem einfachen System und einer geringen Gesamtzahl von Elementen sowie mit reduzierten Herstellungskosten der Ventilhub stufenlos verstellt werden, wobei die Reibung zwischen den Elementen und die dynamische Belastung reduziert werden können und die Reproduzierbarkeit erhöht werden kann.
Die Erfindung wird mit Bezug auf die Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:
1 eine perspektivische Ansicht einer stufenlos verstellbaren Ventilhubvorrichtung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung;
2 eine teilweise Explosionsansicht der stufenlos verstellbaren Ventilhubvorrichtung gemäß der Erfindung;
3 eine perspektivische Ansicht eines zweiten Nockens der stufenlos verstellbaren Ventilhubvorrichtung gemäß der Erfindung;
4 und 5 perspektivische Ansichten von Konfigurationen einer stufenlos verstellbaren Ventilhubvorrichtung gemäß der Erfindung;
6 einen Schnitt eines Betätigungshebels der stufenlos verstellbaren Ventilhubvorrichtung gemäß der Erfindung;
7 eine perspektivische Ansicht eines Sprengringes der stufenlos verstellbaren Ventilhubvorrichtung gemäß der Erfindung;
8 eine Ansicht, die den Betrieb der stufenlos verstellbaren Ventilhubvorrichtung gemäß der Erfindung darstellt; und
9 eine Ansicht eines Antriebsabschnitts der stufenlos verstellbaren Ventilhubvorrichtung gemäß der Erfindung.
Mit Bezug auf die 1 bis 5 weist eine stufenlos verstellbare Ventilhubvorrichtung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung eine Nockenwelle 10, einen ersten Nocken 20, der an der Nockenwelle 10 angeordnet ist, eine Betätigungswelle 30, die parallel zu der Nockenwelle 10 angeordnet ist, einen Betätigungshebel 40, der mit der Betätigungswelle 30 verbunden ist, einen Schwenkarm 50, der mit dem Betätigungshebel 40 drehbar gekuppelt ist, einen zweiten Nocken 60, der mit dem Schwenkarm 50 schwenkbar verbunden ist und den ersten Nocken 20 kontaktiert, um eine Ventileinheit 100 zu öffnen, und einen Steuerabschnitt 70 auf, der mit der Betätigungswelle 30 verbunden ist und die Betätigungswelle 30 wahlweise dreht, um den Schwenkmittelpunkt des Schwenkarmes 50 zu bewegen.
Mit Bezug auf die 1 und 5 ist der Schwenkarm 50 über einen Verbindungsabschnitt 56 mit einem Motor 90 schwenkbar gekuppelt, und der Motor 90 weist einen Zylinderkopf, einen Ventiltrieb und so weiter auf. Eine Schwenkarmwelle 52 ist an dem Schwenkarm 50 angeordnet, und der zweite Nocken 60 schwenkt um die Schwenkarmwelle 52. Des heißt, die Schwenkarmwelle 52 ist der Schwenkmittelpunkt des Schwenkarmes 50.
Mit Bezug auf 2 ist ein Gleitabschnitt 42 an dem Betätigungshebel 40 ausgebildet, und der Schwenkarm 50 ist über einen Steuerbolzen 54, der in den Gleitabschnitt 42 eingesetzt ist und entlang dem Gleitabschnitt 42 gleitet, mit dem Betätigungshebel 40 verbunden. Der Gleitabschnitt 42 ist in einer Ellipsenform oder anderen Formen derart ausgebildet, dass des eine Ende des Gleitabschnitts 42 näher zu der Betätigungswelle 30 als das andere Ende liegt.
Mit Bezug auf die 3 und 4 weist der zweite Nocken 60 einen Kontaktabschnitt 62, der den ersten Nocken 20 kontaktiert, und einen Antriebsabschnitt 64 auf, der über eine Rolle 102 die Ventileinheit 100 öffnet. Eine Rolle ist an dem Kontaktabschnitt 62 angeordnet.
Wie in 1 gezeigt, weist der Steuerabschnitt 70 einen Schneckenradkranz 72, der an der Betätigungswelle 30 angeordnet ist, ein Schneckenrad 74, das mit dem Schneckenradkranz 72 in Eingriff steht, und einen Steuermotor 76 auf, der das Schneckenrad 74 antreibt.
Mit Bezug auf die 6 und 7 durchdringt ein Verbindungsbolzen 80 die Betätigungswelle 30 und den Betätigungshebel 40, um die Betätigungswelle 30 und den Betätigungshebel 40 miteinander zu verbinden, und ein Sprengring 82 ist mit einem Ende des Verbindungsbolzens 80 verbunden, damit der Verbindungsbolzen 80 nicht von der Betätigungswelle 30 und dem Betätigungshebel 40 getrennt werden kann.
Nachfolgend wird mit Bezug auf die 1 bis 9 der Betrieb der stufenlos verstellbaren Ventilhubvorrichtung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung beschrieben.
Wenn entsprechend dem Motorbetriebszustand ein Niedrighub erforderlich ist, steuert eine Motorsteuereinrichtung (ECU) den Steuermotor 76 derart, dass sich die Betätigungswelle 30 im Uhrzeigersinn in 8 dreht. Der Betrieb der ECU, des Steuermotors 76 und so weiter ist einem technisch versierten Fachmann bekannt, so dass eine ausführliche Beschreibung weggelassen wird.
Dann dreht sich auch der mit der Betätigungswelle 30 verbundene Betätigungshebel 40 im Uhrzeigersinn in 8, und der Steuerbolzen 54 bewegt sich entlang dem Gleitabschnitt 42. Da der Gleitabschnitt 42 in einer Ellipsenform oder anderen Formen ausgebildet ist, dreht sich der Schwenkarm 50 um den Verbindungsabschnitt 56. Somit dreht sich der Schwenkarm 50 entsprechend der Drehung des Betätigungshebels 40 entgegengesetzt zum Uhrzeigersinn in 8 um den Verbindungsabschnitt 56.
Der mit dem Schwenkarm 50 schwenkbar verbundene zweite Nocken 60 dreht sich zusammen mit dem Schwenkarm 50. Daraufhin verändert sich die relative Kontaktposition zwischen dem Antriebsabschnitt 64 und der Rolle 102 der Ventileinheit 100, wie in 9 gezeigt ist. Das heißt, wenn der Motorbetriebszustand von einem Hochhubmodus in einen Niedrighubmodus geändert wird, bewegt sich die relative Kontaktposition zwischen dem Antriebsabschnitt 64 und der Rolle 102 der Ventileinheit 100 zu der linken Seite, wie in 9(b) gezeigt ist. Im Niedrighubmodus ist die relative Kontaktposition des Antriebsabschnitts 64 relativ niedrig, so dass der Ventilhub dementsprechend reduziert wird.
Wenn ein Hochhub erforderlich ist, dreht sich die Betätigungswelle 30 entgegengesetzt zum Uhrzeigersinn in 8, so dass sich der Schwenkarm 50 im Uhrzeigersinn in 8 dreht. Dann bewegt sich die relative Kontaktposition zwischen der Rolle 102 der Ventileinheit 100 und dem Antriebsabschnitt 64, wie in 9(a) gezeigt ist, und somit wird der Ventilhub erhöht.
Obwohl nur der Betrieb im Hoch- und Niedrighubmodus beschrieben ist, können mit der stufenlos verstellbaren Ventilhubvorrichtung gemäß der Erfindung kontinuierliche Ventilhubänderungen entsprechend den relativen Kontaktpositionen realisiert werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

KR 10-2010-0120915 [0001]

Claims

Stufenlos verstellbare Ventilhubvorrichtung eines Fahrzeugmotors, aufweisend: eine Nockenwelle (10); einen ersten Nocken (20), der an der Nockenwelle (10) angeordnet ist; eine Betätigungswelle (30), die parallel zu der Nockenwelle (10) angeordnet ist; einen Betätigungshebel (40), der mit der Betätigungswelle (30) verbunden ist; einen Schwenkarm (50), der mit dem Betätigungshebel (40) drehbar gekuppelt ist und in einem Zylinderkopf des Motors (90) schwenkbar montiert ist; einen zweiten Nocken (60), der mit dem Schwenkarm (50) schwenkbar verbunden ist und den ersten Nocken (20) kontaktiert, um eine Ventileinheit (100) zu öffnen; und einen Steuerabschnitt (70), der mit der Betätigungswelle (30) verbunden ist und die Betätigungswelle (30) wahlweise dreht, um einen Schwenkmittelpunkt des Schwenkarmes (50) zu bewegen.
Stufenlos verstellbare Ventilhubvorrichtung nach Anspruch 1, wobei: eine Schwenkarmwelle (52) an dem Schwenkarm (50) angeordnet ist; und der zweite Nocken (60) um die Schwenkarmwelle (52) schwenkt.
Stufenlos verstellbare Ventilhubvorrichtung nach Anspruch 1, wobei: ein Gleitabschnitt (42) an dem Betätigungshebel (40) ausgebildet ist; und der Schwenkarm (50) über einen Steuerbolzen (54), der in den Gleitabschnitt (42) eingesetzt ist und entlang dem Gleitabschnitt (42) gleitet, mit dem Betätigungshebel (40) verbunden ist.
Stufenlos verstellbare Ventilhubvorrichtung nach Anspruch 3, wobei der Gleitabschnitt (42) in einer derartigen Form ausgebildet ist, dass das eine Ende des Gleitabschnitts (42) näher zu der Betätigungswelle (30) als des andere Ende des Gleitabschnitts (42) liegt.
Stufenlos verstellbare Ventilhubvorrichtung nach Anspruch 4, wobei der Gleitabschnitt (42) in einer Ellipsenform ausgebildet ist.
Stufenlos verstellbare Ventilhubvorrichtung nach Anspruch 3, wobei: ein Verbindungsbolzen (80) die Betätigungswelle (30) und den Betätigungshebel (40) durchdringt, um die Betätigungswelle (30) und den Betätigungshebel (40) miteinander zu verbinden; und ein Sprengring (82) mit einem Ende des Verbindungsbolzens (80) verbunden ist, damit der Verbindungsbolzen (80) nicht von der Betätigungswelle (30) und dem Betätigungshebel (40) getrennt werden kann.
Stufenlos verstellbare Ventilhubvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der zweite Nocken (60) aufweist: einen Kontaktabschnitt (62), der den ersten Nocken (20) kontaktiert; und einen Antriebsabschnitt (64), der die Ventileinheit (100) öffnet.
Stufenlos verstellbare Ventilhubvorrichtung nach Anspruch 7, wobei eine Rolle an dem Kontaktabschnitt (62) angeordnet ist.
Stufenlos verstellbare Ventilhubvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Steuerabschnitt (70) aufweist: einen Schneckenradkranz (72), der an der Betätigungswelle (30) angeordnet ist; ein Schneckenrad (74), des mit dem Schneckenradkranz (72) in Eingriff steht; und einen Steuermotor (76), der das Schneckenrad (74) antreibt.