DE112004001267T5

DE112004001267T5 - Variabler Ventiltrieb eines Verbrennungsmotors

Info

Publication number: DE112004001267T5
Application number: DE112004001267T
Authority: DE
Inventors: Masahiro Maekawa
Original assignee: Mitsubishi Motors Corp; Mitsubishi Fuso Truck and Bus Corp
Current assignee: Mitsubishi Motors Corp; Mitsubishi Fuso Truck and Bus Corp
Priority date: 2004-03-23
Filing date: 2004-03-23
Publication date: 2006-04-27
Anticipated expiration: 2024-03-24
Also published as: WO2005090758A1; US20060102122A1; DE112004001267B4; US7159550B2

Abstract

Variabler Ventiltrieb eines Verbrennungsmotors mit:
einer Nockenwelle (20), die zur Drehung im Verbrennungsmotor vorgesehen ist;
einer Kipphebelwelle (21), die im Verbrennungsmotor vorgesehen ist; und
einem Kipphebelmechanismus (23), der durch eine auf der Nockenwelle (20) gebildete Nocke (22) angesteuert wird und ein Einlaß- oder Auslaßventil (11) öffnet und schließt,
dadurch gekennzeichnet, daß
der Kipphebelmechanismus (23) folgendes hat: einen ersten Hebel (31), der auf der Kipphebelwelle (21) kippbar gelagert und so konfiguriert ist, daß er das Einlaß- oder Auslaßventil (11) ansteuert,
einen zweiten Hebel (32), der durch die Nocke (22) angesteuert wird und um einen Drehpunkt auf der Seite der Kipphebelwelle (21) kippt,
einen dritten Hebel (33), der auf einer Stützwelle (60), die nahe der Kipphebelwelle (21) liegt, kippbar vorgesehen und so konfiguriert ist, daß er verschoben wird, um den ersten Hebel (31) anzusteuern, wenn der zweite Hebel (32) kippt, und
einen variablen Mechanismus...

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft einen variablen Ventiltrieb eines Verbrennungsmotors, der die Ansteuerphase eines Einlaß- oder Auslaßventils und den Ventilhubbetrag ändern kann.

Hintergrund der Technik

Zur Abgasreinigung für einen Verbrennungsmotor, z. B. einen Fahrzeugmotor, oder zur Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs wird bekanntlich die Phase oder der Hubbetrag eines Ventils einer Einlaß- oder Auslaßanlage in Übereinstimmung mit dem Betriebszustand des Verbrennungsmotors geändert. Als variabler Ventiltrieb, um dies zu erreichen, ist ein phasenvariabler Ventiltrieb vom Flügeltyp bekannt, bei dem die Nokkenphase durch hydraulische Kraft kontinuierlich geändert wird.

Bekannt ist auch ein Ventiltrieb vom Typ mit Nockenumschaltung, bei dem die Ansteuerphase und der Hubbetrag eines Ventils auf den Betriebszustand des Verbrennungsmotors eingestellt werden, indem mehrere Arten von Nocken in Übereinstimmung mit dem Betriebszustand umgeschaltet werden.

Gemäß der JP-A-3245492 ist alternativ auch ein mechanischer kontinuierlich variabler Ventiltrieb bekannt, bei dem die Ansteuerphase und der Hubbetrag eines Ventils mit Hilfe eines Getriebes geändert werden können, das durch einen Schrittmotor, einen Zwischenhebel, eine Rückstellfeder usw. angesteuert wird.

Allerdings kann beim phasenvariablen Ventiltrieb vom Flügeltyp der Hubbetrag des Ventils nicht geändert werden, wenngleich sich die Ventilansteuerphase durch Ändern der Flügelposition verschieben läßt.

Beim Ventiltrieb mit Nockenumschaltung oder beim mechanischen kontinuierlich variablen Ventiltrieb können dagegen der Hubbetrag und die Phase verschoben werden. Indes erfordert der Ventiltrieb mit Nockenumschaltung den Gebrauch mehrerer Arten von Nocken, so daß er zahlreiche Komponenten aufweist und einen komplizierten Aufbau hat. Ferner erfordert der mechanische kontinuierlich variable Ventiltrieb gesondert einen Mechanismus zum Ändern des Ventilhubbetrags und einen Mechanismus zum Verschieben der Phase, so daß sein Aufbau kompliziert und er groß ist.

Außerdem wird bei einem herkömmlichen Ventiltrieb mit kontinuierlich variabler Phase die Anfangszeit der Ventilöffnung eines Einlaßventils auch zwangsläufig nach spät verstellt, wenn die Ventilschließzeit nach spät verstellt wird. Dadurch ist eine Ventilüberschneidung zwischen Einlaß und Auslaß reduziert oder beseitigt, so daß ein solches Problem wie geringere Kraftstoffersparnis aufgrund von Pumpverlust auftritt.

Offenbarung der Erfindung

Somit liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen variablen Ventiltrieb bereitzustellen, der die Ansteuerphase eines Ventils und den Ventilhubbetrag mit Hilfe einer relativ einfachen Konfiguration kontinuierlich ändern kann.

Ein variabler Ventiltrieb der Erfindung hat eine Nockenwelle, die zur Drehung in einem Verbrennungsmotor vorgesehen ist, eine Kipphebelwelle und einen Kipphebelmechanismus. Der Kipphebelmechanismus verfügt über einen ersten Hebel, der auf der Kipphebelwelle kippbar gelagert und so konfiguriert ist, daß er das Einlaß- oder Auslaßventil ansteuert, einen zweiten Hebel, der durch die Nocke angesteuert wird und um einen Drehpunkt auf der Seite der Kipphebelwelle kippt, einen dritten Hebel, der auf einer Stützwelle kippbar vorgesehen ist, die nahe der Kipphebelwelle liegt, und so konfiguriert ist, daß er verschoben wird, um den ersten Hebel anzusteuern, wenn der zweite Hebel kippt, und einen variablen Mechanismus, der den Drehpunkt für den zweiten Hebel auf der Seite der Kipphebelwelle verschiebt.

Da die Drehphase des zweiten Hebels im Hinblick auf die Nocke in Übereinstimmung mit der Position des Drehpunkts des zweiten Hebels, der durch den variablen Mechanismus verscho ben wird, nach früh oder spät verstellt wird, wird die Ansteuerphase des ersten Hebels, der mit Hilfe des zweiten Hebels und des dritten Hebels angesteuert wird, zwangsläufig nach früh oder spät verstellt.

Gemäß dieser Anordnung kann die Ansteuerphase des Einlaß- oder Auslaßventils in Übereinstimmung mit der Position des Drehpunkts durch Verschieben des Drehpunkts auf der Kipphebelwellenseite des zweiten Hebels mit Hilfe des variablen Mechanismus kontinuierlich geändert werden.

In einer bevorzugten Form der Erfindung hat der dritte Hebel einen Übertragungsflächenabschnitt, und dieser Übertragungsflächenabschnitt ist mit einem Umwandlungsabschnitt versehen, an dem sich der Abstand von der Mitte der Stützwelle zum Übertragungsflächenabschnitt ändert, so daß der Kippbetrag des zweiten Hebels umgewandelt wird, um den ersten Hebel anzusteuern.

Gemäß dieser Anordnung ist der Übertragungsflächenabschnitt des dritten Hebels mit dem Umwandlungsabschnitt versehen, an dem sich der Abstand von der Mitte der Stützwelle ändert, so daß der Kippbetrag des zweiten Hebels durch den dritten Hebel umgewandelt und zum ersten Hebel übertragen werden kann. Dadurch läßt sich der Hubbetrag des Einlaß- oder Auslaßventils durch Bewegen der Position des Drehpunkts auf der Kipphebelwellenseite des zweiten Hebels mit Hilfe des variablen Mechanismus ändern.

Der variable Mechanismus verschiebt den Drehpunkt des zweiten Hebels durch Drehen der Kipphebelwelle und bewegt einen Abschnitt des zweiten Hebels in Kontakt mit der Nocke in Umfangsrichtung eines Grundkreises der Nocke, wodurch die Drehphase des zweiten Hebels im Hinblick auf die Nocke geändert wird.

Gemäß dieser Anordnung kann die Ansteuerphase des Einlaß- oder Auslaßventils mit Hilfe des variablen Mechanismus kontinuierlich geändert werden, der den Drehpunkt um die Achse der Kipphebelwelle verschiebt.

In einer bevorzugten Form der Erfindung hat der Übertragungsflächenabschnitt einen Nichtumwandlungsabschnitt, an dem der Abstand von der Mitte der Stützwelle zum Übertragungsflä chenabschnitt keine wesentliche Änderung in Drehrichtung des dritten Hebels vollzieht, und der Nichtumwandlungsabschnitt annulliert einen Kippbetrag des zweiten Hebels, der im wesentlichen einem vorgegebenen Winkel ab Beginn der Kippbewegung entspricht, mit der Drehphase des zweiten Hebels im Hinblick auf die Nocke, die durch den variablen Mechanismus um den vorgegebenen Winkel nach früh verstellt wird.

Wird gemäß dieser Anordnung die Drehphase des zweiten Hebels im Hinblick auf die Nocke um den vorgegebenen Winkel durch den variablen Mechanismus nach früh verstellt, wird der Kippbetrag des zweiten Hebels, der im wesentlichen dem vorgegebenen Winkel ab Beginn der Kippbewegung entspricht, durch den Nichtumwandlungsabschnitt annulliert. Dadurch kann die Anfangszeit der Ventilöffnung ohne Rücksicht auf den Ventilhubbetrag im wesentlichen gleichmäßig gestaltet sein.

In einer bevorzugten Form der Erfindung hat der zweite Hebel einen proximalen Endabschnitt, der durch ein auf der Seite der Kipphebelwelle vorgesehenes Verbindungsteil drehbar gelagert ist, und ein Anstoßabschnitt, der an einem Teil des zweiten Hebels vorgesehen ist, sowie ein Betätigungsabschnitt, der auf der anderen Seite des zweiten Hebels vorgesehen ist, stoßen an die Nocke bzw. den dritten Hebel an. Eine Feder ist am dritten Hebel vorgesehen und drückt gegen den dritten Hebel, um den zweiten Hebel in eine solche Richtung zu verschieben, daß der Anstoßabschnitt des zweiten Hebels an die Nocke anstößt.

Gemäß dieser Anordnung kann die Feder, die vorgesehen ist, um gegen den dritten Hebel zu drücken, die jeweiligen Positionen des zweiten Hebels und des dritten Hebels beibehalten, so daß der zweite Hebel stets an die Nocke anstößt.

In einer bevorzugten Form der Erfindung ist der erste Hebel mit gegabelten Wellenanpassungsabschnitten gebildet, und ein Teil des zweiten Hebels befindet sich zwischen den gegabelten Wellenanpassungsabschnitten. Alternativ kann der zweite Hebel mit gegabelten proximalen Endabschnitten gebildet sein, und in diesem Fall befindet sich ein Teil des ersten Hebels zwischen den proximalen Endabschnitten.

Gemäß diesen Anordnungen kann der zweite Hebel daran gehindert werden, in Axialrichtung der Kipphebelwelle verschoben zu werden, auch wenn eine lokale Last in einem Kontaktabschnitt zwischen dem zweiten Hebel und der Nocke oder einem Kontaktabschnitt zwischen dem zweiten Hebel und dem dritten Hebel erzeugt wird.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine Vorderansicht eines Ventilschließzustands eines variablen Ventiltriebs gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung, wobei seine Phase nach spät verstellt ist;
2 ist eine Draufsicht auf einen Teil des variablen Ventiltriebs von 1;
3 ist eine Vorderansicht eines Ventilöffnungszustands des variablen Ventiltriebs von 1, wobei seine Phase nach spät verstellt ist;
4 ist ein Diagramm der Beziehung zwischen dem Nokkenwinkel und Ventilhub des variablen Ventiltriebs von 1;
5 ist eine Vorderansicht eines Ventilschließzustands des variablen Ventiltriebs von 1, wobei seine Phase neutral ist;
6 ist eine Vorderansicht eines Ventilöffnungszustands des variablen Ventiltriebs von 1, wobei seine Phase neutral ist;
7 ist eine Vorderansicht eines Ventilschließzustands des variablen Ventiltriebs von 1, wobei seine Phase nach früh verstellt ist;
8 ist eine Vorderansicht eines Ventilöffnungszustands des variablen Ventiltriebs von 1, wobei seine Phase nach früh verstellt ist;
9 ist eine Draufsicht auf einen Teil eines variablen Ventiltriebs gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung; und
10 ist eine Draufsicht auf einen Teil eines variablen Ventiltriebs gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung
Im folgenden wird eine erste Ausführungsform der Erfindung anhand von 1 bis 8 beschrieben. Ein variabler Ventiltrieb 10 gemäß 1 führt eine Auf/Zu-Ansteuerung eines Einlaßventils 11 durch, das z. B. eine Einlaßanlage eines Verbrennungsmotors (z. B. Fahrzeugmotors) bildet. Das Einlaßventil 11 wird durch eine Ventilfeder 12 in eine Richtung zum Schließen eines Einlaßkanals 13 gedrückt. Ein Ventiltrieb, der dem variablen Ventiltrieb 10 ähnelt, kann auf der Auslaßventilseite vorgesehen sein.
Der variable Ventiltrieb 10 verfügt über eine Nockenwelle 20, die auf einem Zylinderkopf (nicht gezeigt) des Verbrennungsmotors drehbar vorgesehen ist, eine Kipphebelwelle 21 und einen Kipphebelmechanismus 23, der eine Auf/Zu-Ansteuerung des Ventils 11 durch Drehen einer auf der Nockenwelle 20 gebildeten Nocke 22 durchführt.
Die Nockenwelle 20 und die Kipphebelwelle 21 liegen so, daß sie sich parallel zueinander erstrecken. Die Nockenwelle 20 ist so konfiguriert, daß sie in Pfeilrichtung R1 in 1 wie eine Kurbelwelle (nicht gezeigt) des Verbrennungsmotors dreht.
Die Kipphebelwelle 21 kann in Pfeilrichtungen R2 in 1 kippen oder abwechselnd drehen. Die Kipphebelwelle 21 wird durch einen variablen Mechanismus 25 gemäß 2 in Pfeilrichtungen R2 gekippt. Die Kipphebelwelle 21 ist mit einem Verbindungsteil 27 ausgestattet, daß ein Kugelgelenk 26 hat, z. B. einen Stehbolzen.
Der Kipphebelmechanismus 23 weist einen ersten Hebel 31, einen zweiten Hebel 32 und einen dritten Hebel 33 auf, die im folgenden beschrieben werden.
Der erste Hebel 31 ist auf der Kipphebelwelle 21 zur Relativdrehung (oder Kippbewegung) gelagert. Der erste Hebel 31 ist mit einer Einstellschraube 35 versehen. Das distale Ende der Einstellschraube 35 steuert das Ventil 11 in Ventilöffnungsrichtung an, wenn die Nockenwelle 20 in Pfeilrichtung R1 dreht. Diese Einstellschraube 35 kann den ersten Hebel 31 und das Ventil 11 so einstellen, daß kein Spiel zwischen ihnen vorhanden ist. Ein Kraftübertragungsabschnitt 37 mit einem Kraftübertragungsteil 36, z. B. einer Rolle, ist nahe der Einstellschraube 35 vorgesehen.
Gemäß 2 hat der erste Hebel 31 einen Endabschnitt 40, an dem die Einstellschraube 35 vorgesehen ist, sowie Wellenanpassungsabschnitte 41 und 42, durch die die Kipphebelwelle 21 geführt ist. Die Wellenanpassungsabschnitte 41 und 42 sind vom Endabschnitt 40 gegabelt ausgebildet.
Der zweite Hebel 32 ist zwischen der Kipphebelwelle 21 und der Nockenwelle 20 vorgesehen. Der zweite Hebel 32 hat einen proximalen Endabschnitt 50, der auf das Kugelgelenk 26 kippbar aufgepaßt ist, und einen Betätigungsabschnitt 51, der an einen Übergangsabschnitt 66 des dritten Hebels 33 anstößt, der später beschrieben wird.
Zwischen dem proximalen Endabschnitt 50 und dem Betätigungsabschnitt 51 ist ein Anstoßabschnitt 53 vorgesehen, der einen Nockenstößel 52, z. B. eine Rolle, hat, der in Rollkontakt mit der Nocke 22 steht. Dreht die Nocke 22, kippt daher der zweite Hebel 32 um eine Mitte C1 des Kugelgelenks 26 auf der Seite der Kipphebelwelle 21.
Beim Kippen der Kipphebelwelle 21 durch den variablen Mechanismus 25 in Pfeilrichtungen R2 wird der proximale Endabschnitt 50 des zweiten Hebels 32 in Umfangsrichtung der Kipphebelwelle 21 verschoben. Dabei wird der Anstoßabschnitt 53 in Umfangsrichtung der Nocke 22 verschoben, so daß die Drehphase des zweiten Hebels 32 im Hinblick auf die Nocke 22 auf der Spätverstellungsseite oder Frühverstellungsseite verschoben werden kann.
Mindestens ein Teil des zweiten Hebels 32 befindet sich zwischen den Wellenanpassungsabschnitten 41 und 42, wenn der Anstoßabschnitt 53 des zweiten Hebels 32 an einen Grundkreis 22b der Nocke 22 anstößt.
Gemäß dieser Konfiguration, bei der ein Teil des zweiten Hebels 32 zwischen den Wellenanpassungsabschnitten 41 und 42 gehalten wird, kann der zweite Hebel 32 an Verschiebung in Axialrichtung der Kipphebelwelle 21 gehindert werden, wodurch solche Probleme wie ungleichmäßiger Verschleiß verhindert werden, auch wenn eine lokale Last in einem Kontaktabschnitt zwischen dem zweiten Hebel 32 und der Nocke 22 oder einem Kontaktabschnitt zwischen dem zweiten Hebel 32 und dem dritten Hebel 33 erzeugt wird.
Eine Stützwelle 60 ist nahe der Kipphebelwelle 21 so angeordnet, daß sie sich parallel zur Kipphebelwelle 21 erstreckt. Der dritte Hebel 33, der als Übertragungsnocke dient, ist auf der Stützwelle 60 kippbar vorgesehen. Der dritte Hebel 33 wird durch eine Feder 61 in Richtung gegen den Uhrzeigersinn in 1 gedrückt, d. h. in eine solche Richtung, daß der Anstoßabschnitt 53 des zweiten Hebels 32 veranlaßt wird, an die Nocke 22 anzustoßen.
Der dritte Hebel 33 ist mit einem Übertragungsflächenabschnitt 65, der den Kraftübertragungsabschnitt 37 des ersten Hebels 31 berührt, und dem Übergangsabschnitt 66 versehen, der an den Betätigungsabschnitt 51 des zweiten Hebels 32 anstößt. Der Übertragungsflächenabschnitt 65, der als Nockenfläche dient, wird in Drehrichtung des dritten Hebels 33 verschoben, d. h. in Umfangsrichtung der Stützwelle 60, wenn der zweite Hebel 32 kippt.
Beim Kippen des zweiten Hebels 32 verschiebt sich daher die Kontaktposition zwischen dem Kraftübertragungsabschnitt 37 und dem Übertragungsflächenabschnitt 65 in Umfangsrichtung der Stützwelle 60. Wird also der zweite Hebel 32 um das Kugelgelenk 26 zum dritten Hebel 33 durch einen Vorsprung 22a der Nocke 22 gekippt, so daß der dritte Hebel 33 durch den Übergangsabschnitt 66 im Uhrzeigersinn gedreht wird, wird der erste Hebel 31 durch den Übertragungsflächenabschnitt 65 in Pfeilrichtung R3 gedreht, woraufhin das Ventil 11 öffnet.
Insbesondere hat der Übertragungsflächenabschnitt 65 einen Nichtumwandlungsabschnitt 70, der in einem festen Abstand von einer Mitte C2 der Stützwelle 60 gehalten wird, und einen Umwandlungsabschnitt 71, dessen Abstand von der Mitte C2 der Stützwelle 60 zu einem distalen Endabschnitt 33a des dritten Hebels 33 zunimmt. Folglich ist der Übertragungsflächenabschnitt 65 so ausgebildet, daß sich sein Abstand von der Mitte C2 der Stützwelle 60 im Hinblick auf die Drehrichtung des dritten Hebels 33 ändert, um den Kippbetrag des zweiten Hebels 32 umzuwandeln, um den ersten Hebel 31 anzusteuern.
Andererseits hat der Nichtumwandlungsabschnitt 70 eine solche Nockenflächenform, daß der Kippbetrag des zweiten Hebels 32 ab Beginn seiner Kippbewegung im wesentlichen bis zu einem vorgegebenen Winkel annulliert werden kann, wenn die Drehphase des Anstoßabschnitts 53 des zweiten Hebels 32 im Hinblick auf die Nocke 22 durch den variablen Mechanismus 25 um den vorgegebenen Winkel nach früh verstellt wird.
Im folgenden wird der Betrieb des variablen Ventiltriebs 10 beschrieben.
1 zeigt einen Zustand, in dem die Kipphebelwelle 21 auf der Spätverstellungsseite um einen Winkel θ1 durch den variablen Mechanismus 25 in eine Neutralposition N angesteuert ist. In diesem Fall ist der Anstoßabschnitt 53 des zweiten Hebels 32 auf der Spätverstellungsseite (auf der linken Seite in 1) um einen Winkel α zu einem Neutralpunkt P1 im Hinblick auf die Nocke 22 verschoben. Ferner ist der Betätigungsabschnitt 51 des zweiten Hebels 32 nach links wie in 1 verschoben.
Dreht die Nockenwelle 20 in diesem Zustand in Pfeilrichtung R1, so daß der Vorsprung 22a der Nocke 22 den Anstoßabschnitt 53 des zweiten Hebels 32 gemäß 3 nach oben schiebt, dreht der zweite Hebel 32 gegen den Uhrzeigersinn um die Mitte C1 des Kugelgelenks 26. Daraufhin schiebt der Betätigungsabschnitt 51 des zweiten Hebels 32 den Übergangsabschnitt 66, so daß der dritte Hebel 33 im Uhrzeigersinn dreht. Folglich schiebt der Umwandlungsabschnitt 71 des Übertragungsflächenabschnitts 65 den Kraftübertragungsabschnitt 37, so daß der erste Hebel 31 dreht, um das Ventil 11 zu öffnen.
In diesem Fall befindet sich der Kraftübertragungsabschnitt 37 nahe dem Umwandlungsabschnitt 71, bevor das Ventil öffnet, was in 1 gezeigt ist. Dreht der dritte Hebel 33 im Uhrzeigersinn, verkürzt sich daher der Nichtumwandlungsabschnitt 70, der den Kraftübertragungsabschnitt 37 berührt, des Übertragungsflächenabschnitts 65 des als Übertragungsnokke dienenden dritten Hebels 33, so daß sich der Umwandlungsabschnitt 71 verlängert.
Somit beginnt der erste Hebel 31, in Öffnungsrichtung des Ventils 11 angesteuert zu werden, bevor sich der Nockenwinkel verbreitert, und zudem berührt der Kraftübertragungsabschnitt 37 einen langen Bereich des Umwandlungsabschnitts 71, wenn der erste Hebel 31 in Pfeilrichtung R3 geschoben wird. Dadurch wird ein großer Ventilhubbetrag H1 (gemäß 3) erhalten.
Wie die Kurve L1 in 4 zeigt, ist daher der Ventilhub groß, und die Spitze des Ventilhubs ist nach spät verstellt. In diesem Fall ist die Ventilansteuerung für einen Einlaß bei hoher Drehzahl und hoher Last geeignet.
5 zeigt einen Zustand, in dem die Kipphebelwelle 21 durch den variablen Mechanismus 25 in die Neutralposition N angesteuert ist. In diesem Fall berührt der Anstoßabschnitt 53 des zweiten Hebels 32 die Nocke 22 am Neutralpunkt P1. Wird der Betätigungsabschnitt 61 des zweiten Hebels 32 in 5 verglichen mit der Position von 1 etwas nach rechts verschoben, dreht der dritte Hebel 33 etwas gegen den Uhrzeigersinn. Somit verlängert sich der Nichtumwandlungsabschnitt 70, der den Kraftübertragungsabschnitt 37 berührt, des Übertragungsflächenabschnitts 65 des als Übertragungsnokke dienenden dritten Hebels 33 etwas im Vergleich zur Länge in 1, so daß sich der Umwandlungsabschnitt 71 etwas verkürzt.
Dreht die Nockenwelle 20 in diesem Zustand, so daß der Vorsprung 22a der Nocke 22 den Anstoßabschnitt 53 des zweiten Hebels 32 gemäß 6 nach oben schiebt, dreht der zweite Hebel 32 gegen den Uhrzeigersinn um die Mitte C1 des Kugelgelenks 26. Daraufhin schiebt der Betätigungsabschnitt 51 des zweiten Hebels 32 den Übergangsabschnitt 66, so daß der dritte Hebel 33 im Uhrzeigersinn dreht. Folglich schiebt der Umwandlungsabschnitt 71 des Übertragungsflächenabschnitts 65 den Kraftübertragungsabschnitt 37, so daß der erste Hebel 31 dreht, um das Ventil 11 zu öffnen.
Anders gesagt verlängert sich der Abstand vom Kraftübertragungsabschnitt 37 in Kontakt mit dem Übertragungsflächenabschnitt 65 zum Umwandlungsabschnitt 71 etwas, wenn das Ventil geschlossen wird, was 5 zeigt. Dadurch stößt der Kraftübertragungsabschnitt 37 an den Umwandlungsabschnitt 71 nach Verlassen des Nichtumwandlungsabschnitts 70 an, der länger als im Zustand von 1 ist. Dreht der dritte Hebel 33 im Uhrzeigersinn, wird daher der Kraftübertragungsabschnitt 37 durch den Umwandlungsabschnitt 71 um eine mittlere Länge geschoben, wenn der dritte Hebel 33 im Uhrzeigersinn dreht. Dadurch wird ein mittlerer Ventilhubbetrag H2 (gemäß 6) erhalten, und die Ansteuerphase des Ventils ist neutral, was die Kurve L2 in 4 zeigt, so daß die Ventilansteuerung für einen Einlaß bei mittlerer Drehzahl und mittlerer Last geeignet ist.
7 zeigt einen Zustand, in dem die Kipphebelwelle 21 auf der Frühverstellungsseite um einen Winkel θ2 durch den variablen Mechanismus 25 in die Neutralposition N angesteuert ist. In diesem Fall ist der Anstoßabschnitt 53 des zweiten Hebels 32 auf der Frühverstellungsseite (auf der rechten Seite in 1) um einen Winkel β zum Neutralpunkt P1 im Hinblick auf die Nocke 22 verschoben. Ferner ist der Betätigungsabschnitt 51 des zweiten Hebels 32 nach rechts wie in 7 verschoben, und der dritte Hebel 33 ist gegen den Uhrzeigersinn verschoben. Im Vergleich zum Zustand von 5 verlängert sich daher der Nichtumwandlungsabschnitt 70, der den Kraftübertragungsabschnitt 37 berührt, des Übertragungsflächenabschnitts 65 des als Übertragungsnocke dienenden dritten Hebels 33 weiter, so daß sich der Umwandlungsabschnitt 71 weiter verkürzt.
Dreht die Nockenwelle 20 in diesem Zustand, so daß der Vorsprung 22a der Nocke 22 den Anstoßabschnitt 53 des zweiten Hebels 32 gemäß 8 nach oben schiebt, dreht der zweite Hebel 32 gegen den Uhrzeigersinn um die Mitte C1 des Kugelgelenks 26. Daraufhin schiebt der Betätigungsabschnitt 51 des zweiten Hebels 32 den Übergangsabschnitt 66, so daß der dritte Hebel 33 im Uhrzeigersinn dreht. Folglich schiebt der Umwandlungsabschnitt 71 des Übertragungsflächenabschnitts 65 den Kraftübertragungsabschnitt 37, so daß der erste Hebel 31 dreht, um das Ventil 11 zu öffnen.
In diesem Zustand ist die Periode (die Strecke) des Nichtumwandlungsabschnitts 70, der den Kraftübertragungsab schnitt 37 berührt, des Übertragungsflächenabschnitts 65 des als Übertragungsnocke dienenden dritten Hebels 33 lang. Dreht der dritte Hebel 33 im Uhrzeigersinn, wenn der zweite Hebel 32 kippt, ist daher die Strecke, über die sich der Kraftübertragungsabschnitt 37 auf dem Umwandlungsabschnitt 71 bewegt, kurz. Folglich ist der Kippbetrag des ersten Hebels 31 klein, so daß ein Ventilhubbetrag H3 (gemäß 8) reduziert ist. Dadurch ist die Ansteuerphase des Ventils nach früh verstellt, und der Ventilhub ist reduziert, was die Kurve L3 in 4 zeigt, so daß die Ventilansteuerung für einen Einlaß bei niedriger Drehzahl und niedriger Last geeignet ist.
Bei Anwendung des so aufgebauten variablen Ventiltriebs 10 auf die Einlaßanlage kann die Schließseite des Einlaßventils 11 kontinuierlich geändert werden, wobei die Öffnungsseite fest bleibt, so daß sich ein Zyklus mit hohem Expansionsverhältnis erhalten läßt.
Ferner kann der Kraftstoffverbrauch durch einen Synergieeffekt mit Trägheitseinlaß reduziert sein. Trägheitseinlaß ist eine Erscheinung, bei der die Pulsation eines Drucks, der durch Saugwirkung eines Kolbens erzeugt wird, eine Trägheit in Einlaßluft in einem Ansaugrohr bewirkt. Auch nachdem der Kolben den unteren Totpunkt überfahren hat, kann Frischluft veranlaßt werden, weiterhin in den Zylinder zu strömen, und der volumetrische Wirkungsgrad kann erhöht werden, indem das Schließen des Einlaßventils 11 zu einer Spitzenzeit der Einlaßpulsation unter Nutzung des Trägheitseinlasses beginnt. Da die Spitzenzeit der Pulsation in Abhängigkeit von der Motordrehzahl variiert, kann die Einlaßluftmenge erhöht werden, indem das Schließen des Einlaßventils 11 gemäß der Spitzenzeit beginnt.
Im variablen Ventiltrieb 10 der zuvor beschriebenen Ausführungsform wird die Kipphebelwelle 21 durch den variablen Mechanismus 25 so angesteuert, daß eine Frühverstellung des zweiten Hebels 32 im Hinblick auf die Nocke 22 durch Verlängerung der Periode annulliert wird, in der der Nichtumwandlungsabschnitt 70 des dritten Hebels 33 mit dem Kraftübertragungsabschnitt 37 in Kontakt steht. Dadurch kann die Anfangszeit der Ventilöffnung gemäß den Kurven L2 und L3 auf der Grundlage einer Phase vom Beginn bis zum Ende der Ventilöffnung in der Darstellung durch die Kurve L1 von 4 und des Ventilhubbetrags im wesentlichen fest sein.
Gemäß diesem variablen Ventiltrieb 10 kann daher die Ventilschließzeit mit feststehender Anfangszeit der Ventilöffnung geändert werden, so daß die Einlaßluftmenge erhöht werden kann, um einen Effekt der Kraftstoffverbrauchseinsparung durch Ändern der Ventilschließzeit in Übereinstimmung mit der Pulsation des Trägheitseinlasses zu erhalten.
Herstellen läßt sich ferner ein zufriedenstellender Verbrennungszustand durch optimales Steuern der Luftmenge, und unverbrannte Komponenten o. ä. werden reduziert, um die Qualität von Abgaskomponenten zu verbessern.
Im Fall eines herkömmlichen Ventiltriebs mit kontinuierlich variabler Phase wird zwangsläufig auch die Anfangszeit der Ventilöffnung des Einlaßventils nach spät verstellt, wenn die Ventilschließzeit nach spät verstellt wird. Dadurch ist eine Ventilüberschneidung zwischen Einlaß und Auslaß reduziert oder beseitigt, so daß ein Pumpverlust auftritt.
Gemäß dem variablen Ventiltrieb 10 der zuvor beschriebenen Ausführungsform kann andererseits die Ventilschließzeit nach spät verstellt werden, wobei die Anfangszeit der Ventilöffnung fest bleibt. Daher läßt sich ein Effekt der Erhöhung der Einlaßluftmenge durch Verstellen der Ventilschließzeit nach spät erhalten, ohne daß die Ventilüberschneidung verlorengeht. Somit läßt sich bewirken, daß der Kraftstoffverbrauch gesenkt wird.
Allgemein sinkt die Abgastemperatur bei Überschußluftzufuhr in einem Niedriglastmodus. Gemäß dem variablen Ventiltrieb 10 der vorstehenden Ausführungsform kann aber die Einlaßluftmenge in Übereinstimmung mit dem Betriebszustand des Motors gesteuert werden. Dadurch läßt sich die Abgastemperatur erhöhen, indem die Einlaßluftmenge im Niedriglastmodus verringert wird. Ist ein Motor (nicht gezeigt) mit einem Katalysator zur Abgasreinigung versehen, kann daher dieser Katalysator leicht anspringen, so daß der Katalysator befähigt werden kann, seine Funktion effektiv zu erfüllen. In diesem Fall kann Abgas mit dem Katalysator gereinigt werden, so daß der Motorkörper einen sparsamen Kraftstoffverbrauch haben kann, wenn auch die Qualität von Abgaskomponenten etwas verschlechtert ist. Dadurch ist der Kraftstoffverbrauch des Motorkörpers verbessert, und das Abgas wird mit dem Katalysator gereinigt, so daß sparsamer Kraftstoffverbrauch und gute Abgasreinigung miteinander in Einklang gebracht werden können. Gemäß diesem variablen Ventiltrieb 10 läßt sich ferner auf den Gebrauch einer Einlaß- oder Auslaßdrosselklappe zum Steuern der Einlaßluftmenge verzichten, indem die Einlaßluftmenge im Niedriglastmodus verringert wird, so daß die Kosten gesenkt werden können.
9 zeigt einen variablen Ventiltrieb 10A gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung. In diesem variablen Ventiltrieb 10A sind gegabelte oder Gabelabschnitte 32a und 32b auf der Seite eines proximalen Endabschnitts 50 eines zweiten Hebels 32 gebildet. Steht der zweite Hebel 32 in Kontakt mit dem Grundkreis 22b (gemäß 1) der Nocke 22, befindet sich mindestens ein Teil eines ersten Hebels 31 zwischen den Gabelabschnitten 32a und 32b. Da andere Konfigurationen, Funktionen und Effekte mit dem variablen Ventiltrieb 10 der vorstehenden ersten Ausführungsform identisch sind, kommen gemeinsame Bezugszahlen zur Bezeichnung gemeinsamer Abschnitte der Ausführungsformen zum Einsatz, und auf eine Beschreibung dieser Abschnitte wird verzichtet.
Gemäß der Konfiguration, bei der ein Teil des ersten Hebels 31 zwischen den Gabelabschnitten 32a und 32b wie in dieser zweiten Ausführungsform gehalten wird, kann der zweite Hebel 32 an einer Verschiebung in Axialrichtung einer Kipphebelwelle 21 gehindert werden, wodurch solche Probleme wie ungleichmäßiger Verschleiß verhindert werden, auch wenn eine lokale Last in einem Kontaktabschnitt zwischen dem zweiten Hebel 32 und der Nocke 22 oder einem Kontaktabschnitt zwischen dem zweiten Hebel 32 und einem dritten Hebel 33 erzeugt wird.
10 zeigt einen variablen Ventiltrieb 10B gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung. Dieser variable Ventiltrieb 10B unterscheidet sich vom variablen Ventiltrieb 10 der ersten Ausführungsform nur darin, daß ein Wellenanpassungsabschnitt 31a eines ersten Hebels 31 nicht gegabelt ist. Daher kommen gemeinsame Bezugszahlen zur Bezeichnung gemeinsamer Abschnitte der Ausführungsformen zum Einsatz, und auf eine Beschreibung dieser Abschnitte wird verzichtet. In diesem Fall lassen sich die gleichen Effekte wie beim variablen Ventiltrieb 10 der vorstehenden ersten Ausführungsform erhalten, und der Ventiltrieb kann vereinfacht sein, so daß die Herstellungskosten und das Gewicht reduziert sein können.
Außerdem kann ein "Zylinder-Aus"-Zustand (in dem der Ventilhubbetrag minimal oder null ist) gemäß der Darstellung durch L4 in 4 hergestellt werden, indem der zweite Hebel 32 so eingestellt wird, daß er gegenüber dem Zustand von 7 im Hinblick auf die Nocke 22 weiter nach früh verstellt werden kann, und eine Senkung des Kraftstoffverbrauchs kann bewirkt werden.
Gewerbliche Anwendbarkeit
Die Erfindung ist auf Verbrennungsmotoren anwendbar, u. a. auf einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeugs, bei dem die Ansteuerphase eines Ventils und der Ventilhubbetrag geändert werden können.
Zusammenfassung
Variabler Ventiltrieb eines Verbrennungsmotors
Dieser variable Ventiltrieb (10) hat eine Nockenwelle (20), eine Kipphebelwelle (21) und einen Kipphebelmechanismus (23) zum Übertragen einer Bewegung einer auf der Nockenwelle (20) gebildeten Nocke (22) zu einem Ventil (11). Der Kipphebelmechanismus (23) verfügt über einen ersten Hebel (31), der das Ventil (11) ansteuert, einen zweiten Hebel (32), einen dritten Hebel (33) und einen variablen Mechanismus, der die Kipphebelwelle (21) kippt. Der erste Hebel (31) ist auf der Kipphebelwelle (21) kippbar gelagert. Der zweite Hebel (32) wird durch die Nocke (22) angesteuert und kippt um ein Kugelgelenk (26) als Drehpunkt auf der Seite der Kipphebelwelle (21). Der dritte Hebel (33) wird verschoben, um den ersten Hebel (31) anzusteuern, wenn der zweite Hebel (32) kippt.

Claims

Variabler Ventiltrieb eines Verbrennungsmotors mit: einer Nockenwelle (20), die zur Drehung im Verbrennungsmotor vorgesehen ist; einer Kipphebelwelle (21), die im Verbrennungsmotor vorgesehen ist; und einem Kipphebelmechanismus (23), der durch eine auf der Nockenwelle (20) gebildete Nocke (22) angesteuert wird und ein Einlaß- oder Auslaßventil (11) öffnet und schließt, dadurch gekennzeichnet, daß der Kipphebelmechanismus (23) folgendes hat: einen ersten Hebel (31), der auf der Kipphebelwelle (21) kippbar gelagert und so konfiguriert ist, daß er das Einlaß- oder Auslaßventil (11) ansteuert, einen zweiten Hebel (32), der durch die Nocke (22) angesteuert wird und um einen Drehpunkt auf der Seite der Kipphebelwelle (21) kippt, einen dritten Hebel (33), der auf einer Stützwelle (60), die nahe der Kipphebelwelle (21) liegt, kippbar vorgesehen und so konfiguriert ist, daß er verschoben wird, um den ersten Hebel (31) anzusteuern, wenn der zweite Hebel (32) kippt, und einen variablen Mechanismus (25), der den Drehpunkt für den zweiten Hebel (32) auf der Seite der Kipphebelwelle (21) verschiebt.
Variabler Ventiltrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der dritte Hebel (33) einen Übertragungsflächenabschnitt (65) hat, der verschoben wird, wenn der zweite Hebel (32) kippt und den ersten Hebel (31) berührt, um den ersten Hebel (31) anzusteuern, und der Übertragungsflächenabschnitt (65) mit einem Umwand lungsabschnitt (71) versehen ist, an dem sich der Abstand von der Mitte der Stützwelle (60) zum Übertragungsflächenabschnitt (65) ändert, so daß der Kippbetrag des zweiten Hebels (32) umgewandelt wird, um den ersten Hebel (31) anzusteuern.
Variabler Ventiltrieb nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der variable Mechanismus (25) den Drehpunkt durch Drehen der Kipphebelwelle (21) verschiebt und einen Abschnitt des zweiten Hebels (32) in Kontakt mit der Nocke (22) in Umfangsrichtung eines Grundkreises der Nocke (22) bewegt, wodurch die Drehphase des zweiten Hebels (32) im Hinblick auf die Nocke (22) geändert wird.
Variabler Ventiltrieb nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Übertragungsflächenabschnitt (65) einen Nichtumwandlungsabschnitt (70) hat, an dem der Abstand von der Mitte der Stützwelle (60) zum Übertragungsflächenabschnitt (65) keine wesentliche Änderung in Drehrichtung des dritten Hebels (33) vollzieht, und der Nichtumwandlungsabschnitt (70) einen Kippbetrag des zweiten Hebels (32), der im wesentlichen einem vorgegebenen Winkel ab Beginn der Kippbewegung entspricht, mit der Drehphase des zweiten Hebels (32) im Hinblick auf die Nocke (22) annulliert, die durch den variablen Mechanismus (25) um den vorgegebenen Winkel nach früh verstellt wird.
Variabler Ventiltrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Hebel (32) einen proximalen Endabschnitt (50) hat, der durch ein auf der Seite der Kipphebelwelle (21) vorgesehenes Verbindungsteil (27) drehbar gelagert ist, und ein Anstoßabschnitt (53), der an einem Teil des zweiten Hebels (32) vorgesehen ist, sowie ein Betätigungsabschnitt (51), der auf der anderen Seite des zweiten Hebels (32) vorgesehen ist, an die Nocke (22) bzw. den dritten Hebel (33) anstoßen, und der eine Feder (61) aufweist, die am dritten Hebel (33) vorgesehen ist und gegen den dritten Hebel (33) drückt, um den zweiten Hebel (32) in eine solche Richtung zu verschieben, daß der Anstoßabschnitt (53) des zweiten Hebels (32) an die Nocke (22) anstößt.
Variabler Ventiltrieb nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Hebel (31) eine solche Form hat, daß sich Wellenanpassungsabschnitte (41, 42) durch die die Kipphebelwelle (21) geführt ist, von einem Endabschnitt (40) auf der Seite des Ventils (11) gabeln und sich ein Teil des zweiten Hebels (32) zwischen den gegabelten Wellenanpassungsabschnitten (41, 42) befindet.
Variabler Ventiltrieb nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Hebel (32) eine solche Form hat, daß sich der Abschnitt nahe dem proximalen Endabschnitt (50) vom Abschnitt nahe dem Betätigungsabschnitt (51) gabelt, und sich ein Teil des ersten Hebels (31) zwischen zwei Abzweigungen des gegabelten proximalen Endabschnitts (50) befindet.
Variabler Ventiltrieb nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Hebel (31) so konfiguriert ist, daß ein Kraftübertragungsabschnitt (37) von ihm, der an den dritten Hebel (33) anstößt, in einer Position vorgesehen ist, die in Axialrichtung der Kipphebelwelle (21) im Hinblick auf einen Bereich (40) zum Ansteuern des Ventils (11) versetzt ist.