DE60123861T2

DE60123861T2 - Zylinderkopf

Info

Publication number: DE60123861T2
Application number: DE60123861T
Authority: DE
Inventors: c/o Mazda Motor Corporation Hidesaku Aki-gun Ebesu; c/o Mazda Motor Corporation Hiroyuki Aki-gun Oda; c/o Mazda Motor Corporation Kouji Aki-gun Asanoumi; c/o Mazda Motor Corporation Hiroaki Aki-gun Deguchi; c/o Mazda Motor Corporation Setsuo Aki-gun Harada; c/o Mazda Motor Corporation Hirokazu Aki-gun Matsuura
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 2000-03-13
Filing date: 2001-03-13
Publication date: 2007-02-08
Anticipated expiration: 2021-03-14
Also published as: JP2001329907A; KR20010091890A; US6470840B2; EP1134402A3; EP1134402B1; DE60123861D1; US20010035142A1; EP1134402A2; JP4396024B2

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Verbrennungsmotor für Kraftfahrzeuge und dergleichen, insbesondere eine Zylinderkopfstruktur, die einen oberen Teil eines Motorkörpers eines Verbrennungsmotors bildet.
Hintergrund der Erfindung
Typischerweise ist in einem Brennraum für jeden Zylinder eines Verbrennungsmotors ein Ansaugkanal mit einem Einlassventil für das Öffnen/Schließen des Ansaugkanals zum Einlassen von Luft oder eines Gemisches in den Brennraum vorgesehen, während ein Auslasskanal mit einem Auslassventil für das Öffnen/Schließen des Auslasskanals zum Ablassen eines entspannten Verbrennungsgases aus dem Brennraum vorgesehen ist. Derzeit werden für Ventilmechanismen zum Antreiben und/oder Steuern der Öffnungs-/Schließbewegungen solcher Ein- und Auslassventile verbreitet verschiedene Arten verwendet, einschließlich eines hängenden Ventils (OHV), wobei in dem Seitenbereich eines Kurbelgehäuses eine Nockenwelle angeordnet ist, einer obenliegenden Nockenwelle (SOHC), wobei eine Nockenwelle in dem oberen Bereich eines Zylinderkopfes angeordnet ist und die Ein- und Auslassventile durch eine einzige Nockenwelle angetrieben werden, oder des Typs mit zwei obenliegenden Nockenwellen (DOHC), wobei eine Nockenwelle in dem oberen Bereich eines Zylinderkopfs angeordnet ist und die Ein- und Auslassventile separat durch einzelne Nockenwellen angetrieben werden.
Verglichen mit dem OHV-Motor weisen die SOHC- und DOHC-Motoren eine überlegene Leistung bei hoher Geschwindigkeit auf. Umgekehrt können relativ lange Abstände zwischen der Nockenwelle und der Kurbelwelle der SOHC- und DOC-Motoren zu einer komplizierten Antriebsanordnung der Nockenwelle und einer komplizierten Zylinderkopfstruktur führen.
Die Ventile des SOHC-Motors werden von der Nockenwelle durch einen Kipphebel indirekt angetrieben. Die Ventile des DOHC-Motors werden dagegen von der Nockenwelle direkt angetrieben. Bei dem DOHC-Motor wird ein Stößel oder Heber als Stößelelement eingesetzt, das ständig mit der Nockenfläche der Nockenwelle in Berührung gebracht wird, um die Drehbewegung der Nocke in eine auf die Ventile zu übertragende Hubbewegung zu verwandeln. Als tragendes Element für das Aufnehmen und Führen des Stößels wird eine Stößelführung bzw. Heberführung einstückig mit dem Zylinderkopf durch Gießen ausgebildet oder wird anderweitig separat ausgebildet und dann in den Zylinderkopf integriert.
Jedes der Lagerteile, das jeweils einen Zapfenteil zum Lagern der Nockenwelle aufweist, besteht dagegen aus einem vertikalen Wandteil, der vertikal von dem Bodenteil des Zylinderkopfs absteht, und einem Nockendeckel, der mit dem vertikalen Wandteil verbunden ist. Der vertikale Wandteil wird durch Gießen einstückig mit dem Zylinderkopf ausgebildet oder wird anderweitig separat ausgebildet und dann in den Zylinderkopf integriert. Um die Tragfestigkeit der Nockenwelle sicherzustellen, ist der Lagerteil nahe dem für jedes Ventil angeordneten Nocken positioniert.
Nimmt man einen Vierventiler-Motor mit einem Paar Ansaugkanälen und Einlassventilen und einem Paar Auslasskanälen und Auslassventilen für jeden Zylinder als Beispiel, sind ein Paar Einlassventil antreibende Nocken oder ein Paar Auslassventil antreibende Nocken an der Nockenwelle ausgerichtet. Zwei benachbarte Lagerteile sind an beiden Seiten des Paars von Einlassventilnocken oder des Paars von Auslassventilnocken angeordnet, wobei diese Nocken zwischen den Lagerteilen gesetzt sind, und im Einzelnen ist jeder Lagerteil in dem äußeren Bereich eines Zylinders und zwischen dem Zylinder und einem anderen Zylinder neben dem besagten Zylinder angeordnet. Ansonsten ist jeder Lagerteil zwischen dem Paar von Einlassventilnocken oder dem Paar von Auslassventilnocken angeordnet, wobei er zwischen diese Nocken gesetzt ist, und im Einzelnen ist der Lagerteil in dem äußeren Bereich eines Zylinders und bei einer der Mitte des Zylinders entsprechenden Position angeordnet.
In dem Fall, da aber eine Vorrichtung zur variablen Ventilsteuerung (VVT) und/oder zur variabler Ventilhubsteuerung (VVL) zum Verändern der Ventilsteuerzeiten und/oder des Ventilhubbetrags der Ein- und/oder Auslassventile als Reaktion auf Fahrbedingungen angewendet wird, um Kraftstoffverbrauch und abgegebene Leistung zu verbessern, werden mehrere Nocken, die zum Beispiel jeweils ein anderes Nockenprofil bei Ventilöffnungssteuerzeiten oder Ventilhubbetrag aufweisen, für jedes Ventil vorgesehen, und dies führt zu der größeren Anzahl an Nocken für jeden Zylinder. Bei dem oben beispielhaft genannten Motor kann der Lagerteil zum Beispiel kaum an der der Mitte des Zylinders entsprechenden Position angeordnet werden, und wird dadurch zwischen zwei benachbarten Zylindern angeordnet. Wenn in diesem Fall die Anzahl an Nocken pro Ventil nicht mehr als zwei beträgt, muss der Lagerteil nicht zu weit weg von der der Mitte des Zylinders entsprechenden Position angeordnet werden. Wenn aber die Anzahl an Nocken pro Ventil erhöht wird, zum Beispiel auf 3 oder mehr, muss der Lagerteil fern der der Mitte des Zylinders entsprechenden Position angeordnet werden und wird folglich bei einer in etwa mittleren Position zwischen dem Zylinder und einem anderen Zylinder neben dem Zylinder angeordnet.
Leider ist in dem mittleren Abschnitt zwischen benachbarten Zylindern eine Zylinderkopfschraube zum Sichern des Zylinderkopfs an einem Zylinderblock notwendigerweise angeordnet, um die mechanische Spannung aufgrund des Verbrennungsdrucks im Zylinder gleichmäßig aufzunehmen, was zu einer wechselseitigen Beeinträchtigung zwischen der Zylinderkopfschraube und dem Lagerteil führt. Als Maßnahmen bei diesem Problem kann der Zylinderkopf durch gemeines Verwenden einer Schraube zum Vereinen des Nockendeckels mit dem vertikalen Wandteil an einem Zylinderblock befestigt werden. Dies führt aber in erwünschter Weise zu einer verlängerten Zylinderkopfschraube und einem übermäßig vergrößerten Lagerteil.
Das separate Anbringen des vertikalen Wandteils oder der Stößelführung an dem Zylinderkopf führt dagegen zu einer größeren Anzahl an Teilen, einer komplizierteren Zylinderkopfstruktur und einer geringeren Flexibilität der Zylinderkopfauslegung. Dies verursacht Probleme, beispielsweise ein erheblich größeres Volumen und eine erheblich größere Höhe des Zylinderkopfs. Ferner muss bei dem Motor mit der Vorrichtung für die variable Ventilsteuerung der Zylinderkopf zugehörige Komponenten fest lagern, einschließlich eines Öldrucksteuerventils zum Zuführen eines Betriebsöls zu einem beweglichen Teil der Vorrichtung.
Eine Technik zum Reduzieren der Anzahl an Teilen des Zylinderkopfs wird zum Beispiel in der offen gelegten japanischen Patentschrift Nr. Hei 7-103068 offenbart, wobei ein Nockendeckel zum Lagern des oberen Teils einer Nockenwelle eine Zündkerzenhülse für eine Zündkerze zuverlässig an einem Zylinderkopf befestigt, indem er die Zündkerzenhülse in ihrer axialen Richtung unter Zusammenpressen des Zündkerzenhülse in ihrer radialen Richtung presst. Die offen gelegte japanische Patentschrift Nr. Hei 5-86813 offenbart ebenfalls eine verwandte Technik, wobei eine Zündkerzenöffnung aus einer in einem Nockenträger gebildeten unteren Zündkerzenöffnung zum Lagern des unteren Teils einer Nockenwelle und einer in einem Nockendeckel ausgebildeten oberen Zündkerzenöffnung zum Lagern des oberen Teils der Nockenwelle besteht. Diese Techniken können aber nicht all die obigen Probleme gleichzeitig lösen.
Es ist bekannt, dass ein Trägerelement, das einstückig einen vertikalen Wandteil, der einen Lagerteil für eine Nockenwelle bildet, und eine Stößelführung zum Aufnehmen eines Stößels aufweist, separat zu einem Zylinderkopf ausgebildet ist. Die offen gelegte japanische Patentschrift Nr. Hei 6-146822 offenbart eine verwandte Technik, wobei ein Nockenträger, der einstückig mindestens einen Nockenwellenzapfen und einen Heberführungsteil aufweist, separat zu einem Zylinderkopf ausgebildet ist, und wobei der Nockenträger integral an einem Zylinderkopfkörper befestigt ist. Die offen gelegte japanische Patentschrift Nr. Hei 8-74540 offenbart ferner eine verwandte Technik, wobei ein Nockenträger mit mehreren Nockenlagerteilen, die miteinander durch mit Heberführungsöffnungen ausgebildeten Führungsvorsprüngen einstückig verbunden sind, als jeweilige Einlass- und Auslassnockenträger hergestellt ist, die separat an einem Zylinderkopf anzubringen sind.
Ferner offenbart das japanische Patent Nr. 259735 eine verwandte Technik, wobei ein Nockenwellenlagergehäuse, das zusätzlich als Trägerelement eines Stößels dient, mit einem Zylinderkopf verbunden ist. Die offen gelegte japanische Patentschrift Nr. Hei 4-91351 offenbart ebenfalls eine verwandte Technik, wobei ein eine Nockenwelle tragender Träger, der mit einer Stößel tragenden Vorrichtung ausgebildet ist, an einem Zylinderkopf angebracht ist. Weiterhin offenbart die offen gelegte japanische Patentschrift Nr. Hei 11-148426 einen Zylinderblock, an dem ein Öldrucksteuerventil einer Vorrichtung zur variablen Ventilsteuerung (VVT) vorhanden ist.
Alle diese in den obigen Schriften offenbarten Techniken sollen die Tragfestigkeit der Nockenwelle und des Stößels sicherstellen. Bei Unterbringen der oben erwähnten Vorrichtung zur variablen Ventilsteuerung in dem Stößel ist es erforderlich, die Ölverteilung für das gesamte Ventilsystem, einschließlich der Schmierung des Stößels selbst und der Nockenwelle, zusätzlich zu der obigen Aufgabe umfassend zu berücksichtigen. Eine Konstruktion zum Verwirklichen dieser Anforderungen wird aber in den obigen Schriften nicht diskutiert.
Bei der in der offen gelegten japanischen Patentschrift Nr. Hei 6-146822 offenbarten Konstruktion verläuft die umgebende Seitenwand des Heberführungsteils schräg nach oben, um einen Aufnahmebereich zum Aufnehmen eines Heber-Schmieröls zu bilden. Da aber der an der Ablassseite angeordnete Nockenträger ein so genanntes Zwischenkanal-Lager verwendet oder ein Nockenwellenzapfen zwischen zwei benachbarten Heberführungsteilen angeordnet ist, ist es schwierig, mehrere Nocken für ein Ventil anzuordnen. Dadurch ist diese Konstruktion nicht inhärent für Motoren geeignet, die mit der oben erwähnten Vorrichtung zur variablen Ventilsteuerung ausgestattet sind. Bei Anwenden der oben erwähnten Vorrichtung zur variablen Ventilsteuerung offenbart bzw. schlägt diese Schrift keines der Verfahren zum Zuführen von Betriebsöl zu der Vorrichtung vor, auch nicht zu ihrem vorausgesetzten Element, beispielsweise einer Anordnung von Schmierölkanälen der Nockenwelle.
Die offen gelegte japanische Patentschrift Nr. Hei 8-74540 offenbart eine Vorrichtung zur variablen Ventilsteuerung, eine Vorrichtung zur Ventilunterbrechung (Ventilstopp) und einen Ölzufuhrkanal für die Vorrichtung zur Ventilunterbrechung, der in dem Nockenträger vorgesehen und parallel zur Nockenwelle angeordnet ist. Diese Schrift erläutert aber keinen Schmierölkanal für die Nockenwelle, den Stößel und andere grundlegende Komponenten. Das japanische Patent Nr. 259735, die offen gelegte japanische Patentschrift Nr. Hei 4-91351 und die offen gelegte japanische Patentschrift Nr. Hei 11-148426 beschreiben keine Konstruktion zum Schmieren des Stößels.
DE 41 19 594 A offenbart eine Zylinderkopfstruktur für einen Motor mit einem Stößel, welche umfasst: ein einstückig mit einem vertikalen Wandteil ausgebildetes Trägerelement, das zwischen benachbarten Zylinderbohrungen angeordnet ist, einen Stößel tragenden Teil zum Aufnehmen des Stößels für einen Ansaugkanal oder Auslasskanal, wobei das Trägerelement separat von einem Zylinderkopf ausgebildet ist, wobei der vertikale Wandteil einen Lagerteil zum Stützen einer Nockenwelle, einen für die Vorrichtung für die variable Ventilsteuerung geeigneten Ölzufuhrdurchlass, wobei der Durchlass in dem Trägerelement an der Position näher zum mittleren Bereich des Trägerelements als der Position des Stößel tragenden Teils vorgesehen ist, wobei sich der Ölzufuhrdurchlass in Längsrichtung des Trägerelements erstreckt, und einen Ölaufnahmeteil zum Aufnehmen eines Stößel schmierenden Öls aufweist, der um den Stößel tragenden Teil vorgesehen ist, wobei der Ölaufnahmeteil den Stößel tragenden Teil mit dem vertikalen Wandteil verbindet und der Randbereich des Ölaufnahmeteils nach oben gerichtet ist. In der in DE 41 19 594 A offenbarten Vorrichtung weist der Ölzufuhrdurchlass einen Zweigdurchlass in dem Stößel tragenden Teil auf, der sich in die Längsrichtung des Trägerelements erstreckt.
Kurzdarstellung der Erfindung
In Anbetracht der oben erwähnten Probleme besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, einen verbesserten Zylinderkopf an die Hand zu geben, der die wechselseitige Beeinträchtigung zwischen einer Zylinderkopfschraube und einem Nockenwellenlagerteil vermeiden und die geringere Anzahl an Teilen, eine verbesserte Flexibilität der Auslegung und eine verbesserte Stützfestigkeit verwirklichen kann.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine verbesserte Zylinderkopfstruktur mit einem Stößel an die Hand zu geben, der eine Vorrichtung für die variable Ventilsteuerung aufnimmt, die eine ausreichende Stützfestigkeit des Stößels, der Nockenwelle oder dergleichen sicherstellen und die Ölverteilung für ein gesamtes Ventilsystem, einschließlich der Betriebsölzufuhr zu der Vorrichtung für die variable Ventilsteuerung, oder die Schmierölzufuhr zu dem Stößel oder der Nockenwelle umfassend erfüllen kann.
Um die obigen Aufgaben zu verwirklichen wird erfindungsgemäß eine Zylinderkopfstruktur für einen Motor mit einem Stößel, der eine Vorrichtung für die variable Ventilsteuerung zum Verändern mindestens eines von Ventilhubbetrag und Ventilöffnungssteuerzeiten aufnimmt, an die Hand gegeben. Die Zylinderkopfstruktur umfasst ein einstückig mit einem vertikalen Wandteil ausgebildetes Trägerelement, das zwischen benachbarten Zylinderbohrungen angeordnet ist, und einen Lagerteil zum Stützen einer Nockenwelle und einen Stößel tragenden Teil zum Aufnehmen des Stößels für einen Ansaugkanal oder Auslasskanal. Das Trägerelement ist separat von einem Zylinderkopf ausgebildet. Die Zylinderkopfstruktur umfasst weiterhin einen Ölzufuhrdurchlass für die Vorrichtung für die variable Ventilsteuerung, der in dem Trägerelement an der Position näher zum mittleren Bereich des Trägerelements als der Position des Stößel tragenden Teils vorgesehen ist. Der Ölzufuhrdurchlass erstreckt sich entlang der Richtung, in dem der Stößel tragenden Teil in dem Trägerelement vorgesehen ist. Die Zylinderkopfstruktur umfasst weiterhin einen Ölaufnahmeteil zum Aufnehmen eines Stößel schmierenden Öls, der um den Stößel tragenden Teil vorgesehen ist. Der Ölaufnahmeteil verbindet den Stößel tragenden Teil mit dem vertikalen Wandteil, und der Randbereich des Ölaufnahmeteils ist nach oben gerichtet.
Erfindungsgemäß umfasst die Zylinderkopfstruktur das Trägerelement, das einstückig mit dem vertikalen Wandteil, der zwischen benachbarten Zylinderbohrungen angeordnet ist, um die Nockenwelle zu stützen, und mit einem einen Stößel tragenden Teil zum Aufnehmen des Stößels für jeden Ansaug- oder Auslasskanal ausgebildet ist, wobei das Trägerelement separat von einem Zylinderkopf ausgebildet ist. Somit können der einen Lagerteil bildende vertikale Wandteil und der Stößel tragende Teil zum Führen des Stößels an dem Zylinderkopf sofort angebracht werden, indem nur das Trägerelement an dem Zylinderkopf angebracht wird. Dies ermöglicht, dass die Zylinderkopfstruktur die verringerte Anzahl an Teilen, einen vereinfachten Aufbau und eine verbesserte Auslegbarkeit aufweist. Dadurch können eine verbesserte Montagebetriebleistung und eine ausreichend verkleinerte Zylinderkopfstruktur verwirklicht werden.
Da bei diesem Trägerelement der vertikale Wandteil und der Stößel tragende Teil, die jeweils eine andere Konfiguration haben, miteinander verbunden sind, kann das Trägerelement durch eine komplementäre Beziehung zwischen diesen eine größere Festigkeit oder Steifheit haben. Dies kann die Stützfestigkeit der Nockenwelle, des Stößels, des Öldrucksteuerventils der Vorrichtung für die variable Ventilsteuerung oder dergleichen verbessern.
Da ferner das Trägerelement separat vom Zylinderkopf ausgebildet ist, kann der durch den vertikalen Wandteil ausgebildete Lagerteil ein Beeinträchtigen der Zylinderkopfschraube vermeiden, und dadurch wird die Flexibilität der Anordnung des Lagerteils nicht durch das Vorhandensein der Zylinderkopfschraube eingeschränkt. Somit kann der Lagerteil zum Beispiel problemlos überlagernd über der Zylinderkopfschraube angeordnet werden.
Zusätzlich zu dem obigen Aufbau erstreckt sich der Ölzufuhrdurchlass für die Vorrichtung für die variable Ventilsteuerung entlang der Richtung, in der der Stößel tragende Teil angeordnet ist. Dadurch kann der Vorrichtung ausreichend Betriebsöl zugeführt werden, während die Festigkeit oder Steifigkeit des Trägerelements weiter verbessert werden kann.
Da ferner der Ölaufnahmeteil zum Aufnehmen des Stößel schmierenden Öls um den Stößel tragenden Teil vorgesehen ist, kann der Stößel durch das in dem Ölaufnahmeteil gesammelte Öl ausreichend geschmiert werden (externes Schmiersystem). Ferner ist das Ausbilden eines eigenen Ölzufuhrdurchlasses in dem Trägerelement unnötig, so dass das Trägerelement eine Komplizierung des Aufbaus vermeiden und problemlos hergestellt werden kann.
Da diese Zylinderkopfstruktur weiterhin mit einem so genannten Zwischenbohrungslager verwendet wird, im Einzelnen der vertikale Wandteil zum Stützen der Nockenwelle zwischen den benachbarten Bohrungen angeordnet ist, kann das gesamte Ventilsystem kompakt ausgelegt werden. Wie vorstehend beschrieben, können nach der ersten erfindungsgemäßen Ausgestaltung ein verbessertes Trägerelement mit kompakter Größe und zuverlässiger Steifigkeit und einer ausreichenden Ölzuteilung zu der Vorrichtung für die variable Ventilsteuerung und dem Stößel gleichzeitig erreicht werden.
Der Ölzufuhrdurchlass für die Vorrichtung für die variable Ventilsteuerung weist einen Zweigkanal auf, der sich in die Seitenrichtung des Trägerelements erstreckt, wobei der Zweigkanal dafür ausgelegt ist, Fluidverbindung zu dem Stößel tragenden Teil herzustellen, um der Vorrichtung für die variable Ventilsteuerung Öl zuzuführen.
Gemäß dem obigen Aufbau kann das Betriebsöl der Vorrichtung für die variable Ventilsteuerung durch den Ölzufuhrkanal für die Vorrichtung für die variable Ventilsteuerung zugeführt werden. Wenn zum Beispiel ein Zweigkanal Fluidverbindung mit einem Stößel tragenden Teil hat, kann dem Stößel tragenden Teil Öl durch den einen Zweigkanal zugeführt werden. Dies erlaubt das individuelle Betreiben der Vorrichtung für die variable Ventilsteuerung. Wenn andernfalls ein Zweigkanal gleichzeitig Fluidverbindung mit mehreren Stößel tragenden Teilen hat, kann der eine Zweigkanal den mehreren Stößel tragenden Teilen Öl zuführen, um gleichzeitig mehrere Vorrichtungen für die variable Ventilsteuerung zu betreiben.
Die Nockenwelle ist mit einem inneren Ölkanal, der sich in Längsrichtung der Nockenwelle erstreckt, sowie mit einem Zweigölkanal, der von dem inneren Ölkanal an dem Teil abzweigt, an dem die Nockenwelle von dem Lagerteil gestützt wird, so dass er an der Umfangsfläche der Nockenwelle mündet, versehen. Ferner ist der Lagerteil mit einer der Mündung gegenüberliegenden inneren Nut versehen. Weiterhin ist ein Nockenwellen schmierender Ölkanal in dem die Kante der Nockenwelle stützenden Lagerteil vorgesehen. Der Nockenwellen schmierende Ölkanal ist dafür ausgelegt, Fluidverbindung mit der inneren Nut vorzusehen.
Gemäß dem obigen Aufbau kann eine ausreichende Schmierung der Nockenwelle durch Vorsehen der bestimmten Ölkanäle und einer Innennut in der herkömmlichen Nockenwelle und dem Lagerteil verwirklicht werden. Zusätzlich ist kein eigenes Element weiters erforderlich, so dass das Trägerelement eine Komplizierung des Aufbaus vermeidet und mühelos hergestellt werden kann.
Nach einer zweiten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung wird eine Zylinderkopfstruktur für einen DOHC-Motor mit einem Stößel an die Hand gegeben, der eine Vorrichtung für die variable Ventilsteuerung zum Verändern mindestens eines von Ventilhubbetrag und Ventilöffnungssteuerzeiten aufnimmt. Die Zylinderkopfstruktur umfasst ein Trägerelement, das einstückig mit einem vertikalen Wandteil, das zwischen benachbarten Zylinderbohrungen angeordnet ist, um eine Nockenwelle zu stützen, und mit einen Stößel tragenden Teil zum Aufnehmen des Stößels für jeden Ansaug- oder Auslasskanal, der zwischen den vertikalen Wandteilen nebeneinander angeordnet ist, ausgebildet ist. Das Trägerelement ist separat zu einem Zylinderkopf ausgebildet. Die Zylinderkopfstruktur umfasst weiterhin einen Nockendeckel zum Stützen der Nockenwelle zusammenwirkend mit dem vertikalen Wandteil. Der Nockendeckel ist mit dem vertikalen Wandteil verbunden. Die Zylinderkopfstruktur umfasst ferner einen Ölaufnahmeteil zum Aufnehmen eines Stößel schmierenden Öls, der um den Stößel tragenden Teil des Trägerelements vorgesehen ist. Der Ölaufnahmeteil verbindet den Stößel tragenden Teil mit dem vertikalen Wandteil, und der Randbereich des Ölaufnahmeteils ist nach oben gerichtet.
Nach der zweiten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung können in dem DOHC-Motor die gleichen Wirkungen wie in der ersten erfindungsgemäßen Ausgestaltung erhalten werden. Insbesondere ermöglicht das Anwenden des Zwischenbohrungslagers, dass in der Nockenwelle vorgesehene Nocken an dem Ansaug- und/oder Ablasskanal mit hoher Flexibilität angeordnet werden können, und dadurch kann die Vorrichtung für die variable Ventilsteuerung frei an der Zylinderkopfstruktur angebracht werden, selbst wenn die Vorrichtung für die variable Ventilsteuerung mehrere Nocken pro Ventil aufweist.
Zudem ist der Ölaufnahmeteil zum Aufnehmen des Stößel schmierenden Öls von dem nach oben gerichteten Randbereich und dem vertikalen Wandteil, der durch Verbinden des Nockendeckels mit diesem von größerer Höhe ist, umgeben, und der entsprechende Lagerteil wird als Ölabscheider verwendet. Dadurch kann vermieden werden, dass in dem Ölaufnahmeteil gesammeltes Öl übermäßig verringert wird, und dadurch kann eine ausreichende Schmierung des Stößels auch von dem externen Schmiersystem zuverlässig gewahrt werden.
Andere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung gehen aus den Begleitzeichnungen und der eingehenden Beschreibung hervor.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 ist eine schematische Vorderansicht, die die Gesamtkonstruktion eines Motors nach einer erfindungsgemäßen Ausführung zeigt;
2 ist eine Draufsicht auf einen Zylinderkopf, an dem ein Trägerelement angebracht ist;
3 ist eine vertikale Schnittansicht entlang der Linie A-A von 2;
4 ist eine vertikale Schnittansicht entlang der Linie B-B von 2;
5 ist eine vertikale Schnittansicht entlang der Linie C-C von 2;
6 ist eine Ansicht der rechten Seite eines Trägerelements;
7 ist eine Ansicht der linken Seite eines Trägerelements;
8 ist eine vergrößerte vertikale Schnittansicht eines Stößels für ein Einlassventil von der rechten Seite entlang der Richtung der Hubbewegung desselben gesehen;
9 ist eine vertikale Schnittansicht entlang der Linie D-D von 8;
10 ist eine schematische Zeichnung, die die Anordnung eines Betriebsölzufuhrkanals für eine Vorrichtung für die variable Ventilsteuerung zeigt, die in dem Trägerelement ausgebildet ist;
11 ist eine vergrößerte Draufsicht auf den Vorderendbereich des Trägerelements zum Zeigen eines Schmierölkanals der Nockenwelle;
12 ist eine schematische Vorderansicht des Trägerelements und eines Nockendeckels zum Zeigen der Anordnung des Ölkanals;
13 ist eine schematische Ansicht, die die Anordnung des Ölkanals von der Rückseite des Trägerelements aus zeigt;
14 zeigt die Beziehung zwischen dem EIN/AUS-Muster eines Öldrucksteuerventils der Vorrichtung für die variable Ventilsteuerung und den Hubbetrag jedes Ventils;
15 ist eine schematische Seitenansicht einer Stößelführung für das Einlassventil zum Veranschaulichen der Beziehung zwischen der Höhe des Kanals und dem Hubbetrag; und
16 ist eine schematische Seitenansicht einer Stößelführung für ein Auslassventil zum Veranschaulichen der Beziehung zwischen der Höhe des Kanals und dem Hubbetrag
Beschreibung der bevorzugten Ausführung
[Gesamtaufbau des Motors]
1 ist eine Vorderansicht eines Motors 1 nach einer erfindungsgemäßen Ausführung gesehen von der Vorderseite einer Fahrzeugkarosserie. Der Motor 1 ist ein Reihen-Vierzylinder-DOHC-Motor und ist in Längsrichtung in einem Motorraum der Vorderseite der Fahrzeugkarosserie angeordnet, so dass eine Achse einer Kurbelwelle des Motors in Längsrichtung des Motorraums bzw. der Fahrzeugkarosserie verläuft. Der Motorkörper 10 weist einen Zylinderblock 11, einen Zylinderkopf 12 und eine Zylinderkopfabdeckung 13 zum Ausbilden eines Gesamtprofils des Motors auf.
Die Vorderkante einer Kurbelwelle 14 ragt aus dem unteren Bereich des Zylinderblocks 11 hervor, während jede Vorderkante einer Einlassventil antreibenden Nockenwelle 15 und einer Auslassventil antreibenden Nockenwelle 16 aus dem oberen Bereich des Zylinderkopfs 12 ragt. Eine Kurbelwellenscheibe 17 und Nockenwellenscheiben 18, 19 sind an den vorstehenden Teilen der Kurbelwelle 14 und der Nockenwellen 16, 16 jeweils angebracht. Ein Paar Spannscheiben 20, 21 sind an der rechten und linken Seite der Vorderwand des Zylinderblocks 11 jeweils angebracht. Die Einlassnockenwelle 15 und die Auslassnockenwelle 16 werden durch einen Steuerriemen 22, der um diese Scheiben 17 bis 21 jeweils gewickelt ist, in den Richtungen „a" und „b" bei einer Winkelgeschwindigkeit gedreht, die halb so groß wie die der Kurbelwelle 14 ist.
[Zylinderkopf]
2 ist eine Draufsicht auf den Zylinderkopf 12 in dem Zustand, da die Zylinderkopfabdeckung 13 entfernt und ein später beschriebenes Trägelement 50 angebracht ist. Die Einlassnockenwelle 15 und die Auslassnockenwelle 16 sind so angeordnet, dass sie sich parallel zueinander in Längsrichtung erstrecken, und für jeden der Zylinder A1 bis A4 ist eine Zündkerze 23 vorgesehen (siehe 1). Wie aus 2 hervorgeht, ist dieser Motor 1 ein Sechzehn(16)-Ventil-Motor des Vier(4)-Ventiltyps, der zwei Ansaugkanäle Pin1, Pin2 und zwei Einlassventile 39, 39 sowie zwei Auslasskanäle Pex1, Pex2 und zwei Auslassventile 40, 40 für jeden der Zylinder A1 bis A4 aufweist. Entsprechend sind vier Stößel 24, , 24 für jeden der Zylinder A1 bis A4 vorgesehen. Dieser Motor ist auch ein Motor des Typs mit variabler Ventilsteuerung, wobei drei Nocken 25, 26, 27, die jeweils ein anderes Nockenprofil aufweisen, für jedes Ventil 39, 40 und jeden entsprechenden Stößel 24 vorgesehen sind.
Der Zylinderkopf 12 weist als grundlegende Struktur einen Grundteil 30 und Seitenwandteile 31, 32, 33 auf, die von dem rechten, linken und hinteren Randbereich des Grundteils 30 jeweils vertikal abstehen und durchgehend miteinander verbunden sind. Die Vorderfläche des Zylinderkopfs 12 weist eine Öffnung in mindestens dem Bereich über dem Grundteil 30 auf. Über der Vorderfläche des Zylinderblocks 11, dem Zylinderkopf 12 und der Zylinderkopfabdeckung 13 ist ein Abdeckelement 28 angebracht, um die Scheiben 17 bis 21, den Steuerriemen 22 u.a. zu schützen.
3 bis 5 sind vergrößerte vertikale Schnittansichten, die den Aufbau des Zylinderkopfs 12 zeigen. Der Grundteil 30 des Zylinderkopfs 12 ist mit dem oberen Bereich jeweiliger Brennräume B, –, B, Ansaugkanälen 34, –, 34 und Auslasskanälen 35, –, 35, Kerzenöffnungen 36, –, 36, in die Zündkerzen 23, –, 23 mit Gewindebefestigung angebracht sind, ausgebildet. Die Ansaugkanäle 34, –, 34, die Auslasskanäle 35, –, 35 und Kerzenöffnungen 36, –, 36 sind zu den Brennräumen B, –, B jeweils offen. Einspritzdüsen (nicht dargestellt), ein Ansaugkrümmer 37, ein Abgaskrümmer 38 u.a. sind ebenfalls an dem Grundteil 30 des Zylinderkopfs 12 angebracht.
[Trägerelement]
An der oberen Fläche des Grundteils 30 des Zylinderkopfs 12 ist ein Trägerelement 50 vorgesehen. Dieses Trägerelement 50 erstreckt sich horizontal innerhalb eines oberen Raums des Zylinderkopfs 12, der von dem rechten, linken, hinteren Wandteil 31 bis 33 des Zylinderkopfs 12 umgeben ist. Wie zusätzlich in 6 und 7 gezeigt wird, umfasst das Trägerelement 50 als grundlegenden Aufbau vertikale Wandteile 53, –, 53, die den unteren Teil der Nockenwellen 15, 16 stützen, Stößelführungen 54, –, 54, die die Stößel 24, –, 24 gleitend aufnehmen und führen, und Ölaufnahmewandteile 51, –, 51 zum Aufnehmen von Stößel schmierendem Öl, die sich um die Stößelführungen 54, –, 54 erstrecken. Die vertikalen Wandteile 53, –, 53, die Stößelführungen 54, –, 54 und die Ölaufnahmewandteile 51, –, 51 sind mit dem Trägerelement 50 einstückig ausgebildet.
Jeder vertikale Wandteil 53 erstreckt sich in einer vertikalen Ebene und ist an der linken oder rechten Seite der Zylinder A1 bis A4 und etwa in der Mitte bzw. der mittleren Position zwischen zwei benachbarten Zylindern A1 bis A4 angeordnet, wie in 2 gezeigt wird. Ein Nockendeckel 55 zum Stützen jedes oberen Teils der Nockenwellen 15, 16 ist an der oberen Fläche jedes vertikalen Wandteils 53 mittels Schrauben 56, 56a angebracht. Dadurch werden Lagerteile 57, –, 57 mit Zapfenteilen 15a, –, 15a, die die Nockenwellen 15, 16 stützen, vorgesehen (siehe 3 und 11).
Unter Bezug auf 2 haben, während die Lagerteile 57, –, 57 im Grunde jeweils die gleiche Konfiguration haben und bei konstanten Abständen angeordnet sind, ein vorderster vertikaler Wandteil 53f und ein hinterster vertikaler Wandteil 53r eine Konfiguration, die sich von anderen vertikalen Wandteilen unterscheidet, wobei der rechte und der linke vertikale Wandteil als eine Einheit konfiguriert sind. Wie insbesondere in 12 gezeigt wird, ist ein vorderster Lagerteil 157f mit einem Nockendeckel 155 versehen, wobei der rechte und der linke Nockendeckel als eine Einheit konfiguriert sind, und der Abstand zwischen dem vordersten Lagerteil 157f und dem benachbarten Lagerteil 57 ist größer als die oben erwähnten konstanten Abstände.
Wie in 3 bis 5 gezeigt wird, ist jede Stößelführung 54 in einer zylindrischen Form ausgebildet und die Achse der Stößelführung 54 ist geneigt. Die Stößelführung 54 enthält bzw. trägt gleitend einen Stößel 24, der das Einlassventil 39 oder das Auslassventil 40 durch Folgen der Bewegung der Nocken 25 bis 27 hin- und herbewegt.
Das Trägerelement 50 ist ferner mit Öffnungen 58, –, 58 ausgebildet, in die die an den Kerzenöffnungen 36, –, 36 angebrachten Zündkerzen 23, –, 23 jeweils eingeführt werden. Im Einzelnen ist ein sich vertikal erstreckender zylindrischer Teil 59 an der Position direkt über den jeweiligen Zylindern A1 bis A4 ausgebildet, und die sich vertikal erstreckende Öffnung 58 ist in jedem zylindrischen Teil 59 ausgebildet.
Unter erneutem Bezug auf 2 sind die vorderste Öffnung 58 und die hinterste Öffnung 58 aber jeweils in säulenförmigen Teilen 61, 62 ausgebildet. Jeder säulenförmige Teil 61 bzw. 62 weist zusätzlich eine der Öffnungen 221a, 222a auf, in die eines der zwei Öldrucksteuerventile 221, 222 (siehe 10) eingesetzt wird, und jeder säulenförmige Teil 61 bzw. 62 weist eine durch zwei Kreise gebildete Kontur auf, die in Längsrichtung des Trägerelements ausgerichtet ist. Diese säulenförmigen Teile 61, 62 sind als eine Einheit mit dem vordersten vertikalen Wandteil 53f und dem hintersten vertikalen Wandteil 53r konfiguriert. Die Öldrucksteuerventile 221, 222 steuern einen Betriebsöldruck zu jeweils in den Stößeln 23, –, 24 aufgenommenen Vorrichtungen für variable Ventilsteuerung.
Wie in 3 bis 5 gezeigt, berührt die Zylinderkopfabdeckung 13 die oberen Endflächen des rechten, linken und hinteren Wandteils 31 bis 33 des Zylinderkopfs 12, die oberen Endflächen der zylindrischen Teile 59, 59 und die säulenförmigen Teile 61, 61, um an dem Zylinderkopf 12 angebracht zu werden.
Das Trägerelement 50 ist ebenfalls mit Rippen 63, 63 ausgebildet, die sich in Längsrichtung an den Positionen zwischen den zylindrischen Teilen 59, 59/den säulenförmigen Teilen 61, 61 und den Stößelführungen 54, –, 54 erstrecken. Diese Rippen 63, 64 sind mit Ölkanälen 203, 209, 210 zum Zuführen des Betriebsöldrucks zu den in den Stößeln 24, –, 24 aufgenommenen Vorrichtungen für variable Ventilsteuerung ausgebildet (siehe 10).
Unter erneutem Bezug auf 2 sind kreisförmige Zylinderkopfschrauben-Sitzteile 71, –, 71 an der vorderen, hinteren, rechten und linken Ecke des Trägerelements 50 ausgebildet. Das Trägerelement 50 ist an dem Zylinderkopf 12 durch Befestigen der Schrauben 74, –, 74 an den Sitzteilen 71, –, 71 angebracht. Ferner ist zum Beispiel ein zylindrischer kontaktierender Vorsprung, der von dem Grundteil 30 des Zylinderkopfs 12 vorragt, für jeweilige Sitzteile 71, –, 71 vorgesehen, aber nicht gezeigt, und die Endflächen dieses kontaktierenden Vorsprungs und der entsprechende Sitzteil sind eng aneinander gepresst, so dass das Trägerelement 50 zuverlässig an dem Zylinderkopf 12 befestigt werden kann.
Unter erneutem Bezug auf 3 bis 5, ragen übereinstimmende Vorsprünge 76, –, 76, die den zylindrischen Teilen 59, 59 entsprechen, in denen die Zündkerzeneinsatzöffnung 58, –, 58 und die Öldrucksteuerventileinsatzöffnungen 221a, 222a ebenfalls ausgebildet sind, und die säulenförmigen Teile 61, 62 von dem Grundteil 30 des Zylinderkopfs 12 hervor. Die Endflächen der übereinstimmenden Vorsprünge 76, –, 76 und die entsprechenden zylindrischen Teile 59, 59 und die säulenförmigen Teile 61, 62 sind eng aneinander gepresst, so dass das Trägerelement 50 weiter zuverlässig an dem Zylinderkopf 12 befestigt werden kann.
Wie in 3 gezeigt wird, durchdringen von den Schrauben 56, –, 56, die die Nockendeckel 55, –, 55 an den vertikalen Wandteilen 53, –, 53 befestigen, einige Schrauben 56a, –, 56a (in dem gezeigten Beispiel alle Schrauben an der linken Seite in jedem der vertikalen Wandteile 53, –, 53, 53r mit Ausnahme des vordersten vertikalen Wandteils 157f) die vertikalen Wandteile 53, –, 53 und werden so in den Grundteil 30 des Zylinderkopfs 12 eingesetzt oder eingeschraubt, dass sie die Nockendeckel 55, –, 55 mit den vertikalen Wandteilen 53, –, 53 verbinden und gleichzeitig das Trägerelement 50 an dem Zylinderkopf 12 befestigen.
Das Trägerelement 50 ist mit säulenförmigen Teilen 77, –, 77 ausgebildet, die sich an der Position nach unten erstrecken, an der die Schrauben 56a, –, 56a zum gemeinsamen Befestigen der Nockendeckel 55, –, 55 und des Trägerelements 50 angeordnet sind. Ferner ragen übereinstimmende Vorsprünge 78, –, 78, die dem säulenförmigen Teil 77, –, 77 entsprechen, von dem Grundteil 30 des Zylinderkopfs 12 hervor. Dadurch werden die Endflächen der übereinstimmenden Vorsprünge 78, –, 78 und die entsprechenden säulenförmigen Teile 77, –, 77 eng aneinander gepresst, so dass das Trägerelement 50 weiter zuverlässig an dem Zylinderkopf 12 befestigt werden kann.
Der Zylinderkopf 12 ist an dem Zylinderblock 11 mittels Zylinderkopfschrauben 80, –, 80 angebracht, die den Grundteil 30 durchdringen und in den Zylinderblock 11 eingesetzt oder eingeschraubt werden, wie in 3 gezeigt wird. Um die mechanische Spannung aufgrund des Verbrennungsdrucks in den Zylindern A1 bis A4 gleichmäßig aufzunehmen, um so den Zylinderkopf 12 zuverlässig an dem Zylinderkopf 11 zu befestigen, befinden sich die Zylinderkopfschrauben 80, –, 80 an der linken und rechten Seite der jeweiligen Zylinder A1 bis A4 und in etwa an der mittleren Position zwischen den benachbarten Zylindern.
[Stößel und Vorrichtung für die variable Ventilsteuerung]
Unter Bezug auf 8 und 9, wird nun der Aufbau des in der Stößelführung 54 des Trägerelements 50 aufgenommenen Stößels 24 beschrieben.
Von den drei Nocken 25 bis 27, von denen jeder das andere Nockenprofil aufweist, haben die an beiden Enden angeordneten Nocken 25, 27 ein gleiches Nockenprofil, und der in der Mitte befindliche Nocken 26 hat ein sich von Endnocken 25, 27 unterscheidendes Nockenprofil. Im Einzelnen weisen die an beiden Enden befindlichen Nocken 25, 27 jeweils einen geringeren Hubbetrag auf, und der in der Mitte befindliche Nocken 26 hat einen größeren Hubbetrag. Der Stößel 24 umfasst ein erstes Sitzelement 91 mit Berührungsflächen 91a, 91b, die die unteren Hubnocken 25, 27 jeweils berühren, und ein zweites Sitzelement 92 mit einer Berührungsfläche 92a, die die höheren Hubnocken 26 berührt.
Das erste Sitzelement 91 ist einstückig mit einem zylindrischen Gehäuse 90, das einen Stößelkörper bildet, verbunden. Das Gehäuse 90 steht in Gleitkontakt mit der Innenfläche der Stößelführung 54. Der untere Teil 90a des Gehäuses 90 ist zu einer nach unten ragenden konischen Form ausgebildet. Das Schaftende 81 des Einlassventils 40 oder des Auslassventils 40 steht mit dem konischen unteren Teil 90a in Berührung. Wie bekannt ist, ist das Schaftende 81 mit einem Federsitz 83, der ein Ende einer Ventilfeder lagert, deren anderes Ende mit dem Grundteil 30 des Zylinderkopfs 12 greift, einem Ventilfederteller 84 zum Verbinden des Federsitzes 83 und des Endschafts 81 versehen.
Das erste Sitzelement 91 besteht im Grunde aus einem zylindrischen Element, das mit der Innenfläche des Gehäuses in Berührung steht, und die obere Fläche des zylindrischen Elements ist radial gekerbt, was die Zylinderachse des Stößels 24 einschließt, um einen gekerbten Teil 91a mit einer Breite von etwa einem Drittel des Durchmessers des zylindrischen Element zu bilden. Dadurch ist die obere Fläche des ersten Sitzelements 91 in zwei im Wesentlichen halbkreisförmige Bereiche unterteilt, um die Berührungsflächen 91a, 91b vorzusehen, die an beiden Enden jedes Stößels 24 angeordnet und mit jedem der unteren Hubnocken 25, 27 in Berührung stehen.
Das zweite Sitzelement 82 ist in Richtung der Hubbewegung des Stößels 24 relativ zu dem ersten Sitzelement 91 und dem Gehäuse 90 beweglich konfiguriert. Im Einzelnen ist eine kreisförmige Öffnung 91e in konzentrischer Beziehung zu der Zylinderachse des Stößels 24 in der unteren Fläche 91d des gekerbten Teils 91c des ersten Sitzelements 91 ausgebildet, und der zylindrische Teil 92b des zweiten Sitzelements 92 ist in der kreisförmigen Öffnung 91e gleitend eingepasst. Ein sich in die radiale Richtung des Stößels 24 vom oberen Ende des zylindrischen Teils 92b erstreckender Teil 92c ist ausgebildet und dieser sich erstreckende Teil 92c ist in den gekerbten Teil 91c des ersten Sitzelements 91 hinreichend eingepasst. Dadurch erstreckt sich die obere Fläche des zweiten Sitzelements 92 in der radialen Richtung des Stößels 24, wobei sie zwischen den beiden Berührungsfläche 91a, 91b des ersten Sitzelements 91 eingesetzt und in der Mitte des Stößels 24 angeordnet ist, um die mit dem höheren Hubnocken 26 in Berührung stehende Berührungsfläche 92a vorzusehen.
An der unteren kante des zylindrischen Teils 92b des zweiten Sitzelements 92 ist ein Federsitz 93 vorgesehen. Das zweite Sitzelement 92 wird durch eine zwischen den Federsitz 92 und den unteren konischen Teil 90a des Gehäuses 90 gesetzte Feder 94 ständig nach oben vorgespannt. In diesem Moment wird der Federsitz 93 mit dem unteren Endteil einer zylindrischen Wand 91f in Berührung gebracht, die die kreisförmige Öffnung 91e des ersten Sitzelements 91 bildet, und dadurch wird das zweite Sitzelement 92 in der Aufwärtsbewegung eingeschränkt. Dadurch wird die Höhe der Berührungsfläche 92a des zweiten Sitzelements 92 im Wesentlichen gleich den Berührungsflächen 91a, 91b des ersten Sitzelements 91.
Das erste Sitzelement 91 und das zweite Sitzelement 92 können durch in dem ersten Sitzelement 91 aufgenommene steuernde Sperrrasten 95, 95 getrennt und zu einer Einheit kombiniert werden. Im Einzelnen sind in Seitenwänden 91g, 91g des gekerbten Teils 91c des ersten Sitzelements 91 Öffnungen 91h, 91h, 92e, 92e ausgebildet, die jeweils eine Trennfläche zwischen beiden Sitzelementen 91, 91 und der Innenwand 92d des zylindrischen Teils 92c des zweiten Sitzelements 92 bilden. Dann werden die hinter den Seitenwänden 91g, 91g des gekerbten Teils 91c angeordneten Sperrrasten 95, 95 in die Öffnungen 91h, 91h eingeführt, so dass sie jeweils den Öffnungen 92e, 92e des zweiten Sitzelements 92 zugewandt sind.
Öldruckaufnahmekappen 96, 96, die jeweils eine relativ große abstehende Nettofläche aufweisen, sind jeweils hinter den Sperrrasten 95, 95 vorgesehen. Die Sperrrasten 95, 95 und die Öldruckaufnahmekappen 96, 96 werden durch Federn 97, 97, die um die Sperrrasten 95, 95 gewunden sind, ständig in die Auswärtsrichtung des Stößels 54 vorgespannt. Dann werden die Öldruckaufnahmekappen 96, 96 mit der Außenwand 90b des Gehäuses 90 in Berührung gebracht. Dadurch werden die Sperrrasten 95, 96 in ihrer Auswärtsbewegung eingeschränkt und die oberen Teile der Rasten 95, 95 werden in den Öffnungen 91h, 91h des ersten Sitzelements 91 weggedrückt.
Da in diesem Zustand beide Sitzelemente 91, 92 voneinander getrennt sind, selbst wenn das zweite Sitzelement 92 durch den höheren Hubnocken 26 gepresst wird, wird diese Presskraft durch die Feder 94 einfach absorbiert und nie auf das Gehäuse 90 übertragen. Dadurch unterliegt jede Bewegung des Stößels 24 und der Ventile 39, 40 dem Pressen des ständig mit dem Gehäuse 90 verbundenen ersten Sitzelements 91 durch die unteren Hubnocken 25, 27.
Zwischen den Öldruckaufnahmekappen 96, 96 und der Außenwand des Gehäuses 90 sind Öldruckkammern 98, 98 vorgesehen. Im Einzelnen ist in der Umfangsfläche des ersten Sitzelements 91 eine umlaufende Nut 99 ausgebildet, während in der Umfangswand 90b des Gehäuses 90 eine Ölöffnung 100 ausgebildet ist. Die Ölöffnung 100 und die Öldruckkammern 98, 98 sind so ausgelegt, dass zueinander Fluidverbindung besteht. Weiterhin sind in der Umfangswand 54a der Stößelführung 54 von jeweiligen Ölkanälen 203, 209, 210 abgezweigte Ölkanäle ausgebildet (siehe 10. In dem Beispiel von 8 wird der abgezweigte Ölkanal als Zweiölkanal 211 gezeigt, der von dem Ölkanal 209 abzweigt. Es können aber in gleicher Weise andere Ölkanäle 204, 212 konfiguriert werden). Der durch die Öldrucksteuerventile 221, 222 regulierte Betriebsöldruck wird den Öldruckkammern 98, 98 durch die Hauptölkanäle 203, 209, 210, die Zweigölkanäle 204, 211, 212 und die Ölöffnung 100 des Stößels 24 zugeführt.
Sobald der Betriebsöldruck in die Öldruckkammern 98, 98 eingeleitet wird, werden die Öldruckaufnahmekappen 96, 96 und die Sperrrasten 95, 95 nach innen gegen die Vorspannkraft der Federn 97, 97 bewegt, und dadurch werden die oberen Teile der Sperrrasten durch die Öffnungen 92e, 92e des zweiten Sitzelements in das zweite Sitzelement 92 eingeführt. Dadurch liegen die Sperrrasten 95, 95 innen jenseits der Trennfläche zwischen den beiden Sitzelementen 91, 92 und dienen zum Überbrücken zwischen den beiden Sitzelementen 91, 92.
Da in diesem Zustand die beiden Sitzelemente 91, 92 zu einer Einheit verbunden sind, wird, sobald das zweite Sitzelement 92 durch den höheren Hubnocken 26 gepresst wird, diese Presskraft durch die Sperrrasten 95, 95 und das erste Sitzelement 91 auf das Gehäuse 90 übertragen. In diesem Moment haben die unteren Hubnocken 25, 27 zum Pressen des ersten Sitzelements 91 eine Abstand oder Freiraum von den Berührungsflächen 91a, 91b und können nicht mit den Berührungsflächen 91a, 91b in Berührung gebracht werden, weil das erste Sitzelement 01 mit dem durch das zweite Sitzelement geleisteten höheren Hubbetrag nach unten bewegt wird. Folglich unterliegt jede Bewegung des Stößels 24 und der Ventile 39, 40 dem Pressen des mit dem Gehäuse 90 vereinten zweiten Sitzelements 92 durch die höheren Hubnocken 26.
Dadurch können der Ventilhubbetrag und/oder die Ventilsteuerzeiten der Einlassventile 39, –, 39 und/oder der Auslassventile 40, –, 40 durch Zuführen und Ablassen des Betriebsöldrucks von den Öldrucksteuerventilen 221, 222 verändert werden. In diesem Fall sind die Trennflächen zwischen beiden Sitzelementen 91, 92 parallel vorgesehen, wobei Ebenen die Drehpunkte der Nocken 25 bis 27 jeweils enthalten, und dadurch erstrecken sich die Berührungsflächen 91a, 91b, 92a des jeweiligen Sitzelements 91, 92 parallel entlang der Ebenen, die den Drehpunkt der Nocken 25 bis 27 jeweils enthalten. Dadurch werden die unteren Hubnocken 25, 27 nicht mit dem zweiten Sitzelement 92 in Berührung gebracht und umgekehrt werden die höheren Hubnocken 25, 27 nicht mit dem ersten Sitzelement 92 in Berührung gebracht, so dass jedes Nockenprofil der Nocken 25 bis 27 ohne Beschränkung der Konstruktionsflexibilität frei ausgelegt werden kann.
Um die physikalische Beziehung des Sitzelements 91, 92 zu den oben erwähnten Nocken 25 bis 27 und die physikalische Beziehung der Ölöffnung 100 zu den Zweigölkanälen 204, 211, 212 adäquat beizubehalten, können vorstehende Elemente 102, 102, die in der Umfangswand 90b des Gehäuses 90 angebracht sind, mit Führungsnuten 54b, 54b in Eingriff gebracht werden, die in der Innenfläche der Stößelführung 54 ausgebildet sind, um die relative Verschiebung zu verhindern.
[Merkmale des Trägerelements]
Wie vorstehend beschrieben ist in der Zylinderkopfstruktur dieses Motors 1 das Trägerelement 50, das separat vom Zylinderkopf 12 ausgebildet ist oder in den Zylinderkopf 12 als einzelnes Bauteil integriert ist, als Nockenträger vorgesehen, und die vertikalen Wände 53, –, 53, die die Nockenwellen 15, 16 und die die Stößel 24, –, 24 enthaltenden Stößelführungen 54, –, 54 tragen, sind mit dem Trägerelement 50 einstückig ausgebildet. Dadurch können die die Lagerteile 57, –, 57 bildenden vertikalen Wände 53, –, 53 und die die Stößel 24, –, 24 führenden Stößelführungen 54, –, 54 gleichzeitig an dem Zylinderkopf 12 nur durch Anbringen des Trägerelements 50 an dem Zylinderkopf 12 angebracht werden. Dies ermöglicht, dass die Zylinderkopfstruktur die verringerte Anzahl an Teilen, einen vereinfachten Aufbau und eine verbesserte Auslegbarkeit aufweist. Ferner können eine verbesserte Montagefähigkeit der Zylinderkopfstruktur und eine ausreichend verkleinerte Zylinderkopfstruktur verwirklicht werden.
Bei diesem Trägerelement 50 sind die das Stößel schmierende Öl aufnehmenden Wandteile 51, –, 51, die vertikalen Wandteile 53, –, 53, die Stößelführungen 54, –, 54 und andere Komponenten, eine andere Räumlichkeit haben, sich in eine andere Richtung erstrecken bzw. eine andere Konfiguration haben, miteinander verbunden, und dadurch kann das Trägerelement 50 durch eine komplementäre Beziehung zwischen diesen eine größere Festigkeit oder Steifigkeit aufweisen. Dies erlaubt ein zuverlässiges Lagern der Nockenwelle 15, 16, des Stößels 24, –, 24, des Öldrucksteuerventils 221, 222 und der Vorrichtung für die variable Ventilsteuerung und dergleichen.
Da weiterhin das Trägerelement 50 separat vom Zylinderkopf 12 ausgebildet ist, können die durch die vertikalen Wandteile 53, –, 53 und die Nockendeckel 55, –, 55 gebildeten Lagerteile 57, –, 57 ein Beeinträchtigen der Zylinderkopfschrauben 80, –, 80 vermeiden, und dadurch wird die Flexibilität der Anordnung der Lagerteile 57, –, 57 nicht durch das Vorhandensein der Zylinderkopfschrauben 80, –, 80 beschränkt. Dadurch können die Lagerteile 57, –, 57 überlagernd über den Zylinderkopfschrauben 80, –, 80 an der linken oder rechten Seite der Zylinder A1– A4 an den mittleren Positionen zwischen benachbarten Zylindern angeordnet werden.
Ferner dienen die in dem Trägerelement 50 ausgebildeten Öffnungen 58, –, 58, 221a, 222a als Gehäuse der Zündkerzen 23, –, 23 und der Öldrucksteuerventile 221, 222. Dadurch ist es nicht erforderlich, diese Gehäuse zusätzlich vorzusehen, und dadurch kann die Anzahl an Teilen der Zylinderkopfstruktur weiter verringert werden.
In diesem Fall ist verglichen mit einem anderen Fall, in dem diese Gehäuse zum Beispiel in dem Zylinderkopf 12 ausgebildet sind, dieser Fall bei der Erleichterung der Ausbildung der Zündkerzengehäuse 58, –, 58 oder der Ventilgehäuse 221a, 222a aufgrund des einfachen Aufbaus und der kleineren Größe dieses Trägerelements 50 überlegen. Ferner wird die Steifigkeit des Trägerelements 50 durch Vorsehen dieser Gehäuse 58, –, 58, 221a, 222a weiter verbessert.
Verglichen ferner mit einem noch weiteren Fall, bei dem die Ölkanäle 203, 209, 210 zum Zuführen des Betriebsöldrucks zu der in dem Stößel 24 aufgenommenen Vorrichtung für die variable Ventilsteuerung zum Beispiel in dem Zylinderkopf 12 ausgebildet sind, ist dieser Fall ebenfalls beim Erleichtern des Ausbildens der Ölkanäle 203, 209, 210 aufgrund des einfacheren Aufbaus und der kleineren Größe dieses Trägerelements 50 überlegen. Zudem wird die Steifigkeit des Trägerelements 50 durch Vorsehen dieser Ölkanäle 203, 209, 210 weiter verbessert.
Das Vorsehen der Rippen 63, 64, die sich zwischen den Gehäusen 58, –, 58, 221a, 222a und den Stößelführungen 54, –, 54 erstrecken, ermöglicht insbesondere, dass das Trägerelement 50 weiter in seiner Steifigkeit verbessert wird. Ferner ermöglicht das Vorsehen der Ölkanäle 203, 209, 210 in den Rippen 63, 64, dass die Rippen 63, 64 in ihrer Steifigkeit weiter verbessert werden, und dies kann eine weitere verbesserte Steifigkeit des Trägerelements 50 ergeben.
Da ferner das Trägerelement 50 an dem Zylinderkopf 12 durch gemeinsames Verwenden der Schrauben 56a, –, 56a zum Vereinen der Nockendeckel 55, –, 55 mit den vertikalen Wänden 53, –, 53 befestigt wird, können die Schrauben für einen doppelten Zweck verwendet werden. Dies ermöglicht, dass die Zylinderkopfstruktur die verringerte Anzahl an Teilen und einen verkleinerten Aufbau aufweist.
Weiterhin wird die Ventilanordnung, die die Stößel 24, –, 24 und die Nockenwellen 15, 16 zum Öffnen/Schließen der Einlassventile 39, –, 39 und der Auslassventile 40, –, 40 aufweist, durch das Trägerelement 50, das separat zum Zylinderkopf 12 ausgebildet ist, ohne Berührung des Zylinderkopfs 12 gelagert. Dadurch können zum Beispiel verschiedene Geräusche und Vibrationen, die durch die Drehung der Nockenwellen 15, 16, die Beeinträchtigung zwischen den Nocken 25 bis 27 und dem Stößel 24 oder das Gleiten zwischen dem Stößel 24 und der Stößelführung 54 erzeugt werden, in dem Trägerelement 50 isoliert werden. Dies kann verhindern, dass diese Geräusche und Vibrationen auf den Zylinderkopf 12 und aus dem Motor 1 heraus übertragen werden.
Da in diesem Fall der Zylinderkopf nicht unbedingt die Nockenwellen 15, 16 lagern muss, wird die Höhe Y der oberen Fläche der rechten, linken und hinteren Wand 31 bis 33 des Zylinderkopfs 12 niedriger als die Höhe X der oberen Fläche der vertikalen Wandteile 53, –, 53 des Trägerelements 50 ausgelegt, das die Nockenwellen 15, 16 lagert, wie in 3 gezeigt wird.
Somit kann die obere Struktur des Motor 1 durch stärkeres Verwenden der Zylinderkopfabdeckung 13, die aus leichterem Material als der Zylinderkopf 12 gebildet werden kann, und geringeres Verwenden der Zylinderkopfs 21, der aus verhältnismäßig schwererem Material gebildet werden muss, konstruiert werden. Dies ermöglicht eine Gewichtsreduzierung des Motors 1.
Insbesondere ist der obige Vorteil dann von wesentlicher Wirkung, wenn eine Ventilanordnung zwangsweise eine größere Gesamthöhe und die größere Lagerhöhe X der Nockenwellen 15, 16 aufgrund der die höheren und niedrigeren Hubnocken 25 bis 27 aufweisenden Nockenwellen 15, 16 und der die Schiebvorrichtungen der Nocken 25 bis 27 (Vorrichtungen für variable Ventilsteuerung) aufweisenden Stößel 24, –, 24 aufweist.
Wie weiterhin in 3 gezeigt wird, ist die Höhe Z einer übereinstimmenden Fläche des Trägerelements 50 und des Zylinderkopfs 12 insgesamt gleichmäßig ausgelegt. Im Einzelnen sind zum Beispiel beim Trägerelement 50 alle unteren Endflächen der kreisförmig abstehenden Teile 71, –, 71, der zylindrischen Teile 59, 59, der säulenförmigen Teile 61, 62, der säulenförmigen Teile 77, –, 77 der vertikalen Wandteile 53, –, 53 von der Höhe gleichmäßig ausgelegt. Bei dem Zylinderkopf 12 sind zum Beispiele alle der oberen Endflächen der übereinstimmenden Teile 76, –, 76, 78, –, 78 von der Höhe gleichmäßig ausgelegt, und jeweilige entsprechende Endflächen derselben sind bei der gleichen Höhe Z insgesamt aufeinander abgestimmt.
In diesem Fall sind im Trägerelement 50 die unteren Endflächen der zylindrischen Teile 59, 59 die untere Endfläche des Ganzen. Zum Beispiel ragen die unteren Endflächen der Stößelführungen 54, –, 54 nicht über die unteren Endflächen der zylindrischen Teile 59, 59 nach unten. Bei dem Zylinderkopf 12 sind die oberen Endflächen der übereinstimmenden Teile 76, –, 76 die obere Endfläche des Ganzen. Zum Beispiel ragen die Sitzteile 80a, –, 80a des Zylinderkopfs für die Zylinderkopfschrauben 80, –, 80 und die Sitzteile 85 für die unteren Enden der Ventilfedern 82, –, 82 zumindest nicht über die übereinstimmenden Teile 76, –, 76 nach oben.
Somit können alle Endflächen pauschal in der gleichen Höhe ohne Herstellen der unteren Flächen der zylindrischen Teile 59, 59 Stück für Stück oder der oberen Flächen der übereinstimmenden Teile 76, –, 76 Stück für Stück hergestellt werden, so dass die übereinstimmenden Flächen des Trägerelements 50 und des Zylinderkopfs 12 mit ausreichend verbesserter Bearbeitbarkeit hergestellt werden können. Ferner können diese übereinstimmenden Flächen mit einem hohen Maß an Genauigkeit hergestellt werden, so dass das Trägerelement 50 zuverlässig an dem Zylinderkopf 12 befestigt werden kann.
[Vorrichtung für die variable Ventilsteuerung]
Wie vorstehend beschrieben weist dieser Motor 1 zwei Ansaugkanäle Pin1, Pin2 und zwei Auslasskanäle Pex1, Pex2 für jeden von vier Zylindern A1, A2, A3, A4 auf (siehe 10). Jeder der insgesamt sechzehn Stößel 24, –, 24, die in den Stößelführungen 54, –, 54 enthalten sind, nimmt eine Vorrichtung für die variable Ventilsteuerung (VVL) zum Verändern des Ventilhubbetrags und der Ventilöffnungssteuerzeiten als Reaktion auf den Betriebsöldruck auf (siehe 8 und 9).
Wie in 2 gezeigt wird, ist dieser Motor 1 ferner am vorderen Endteil der Einlassnockenwelle 15 mit einer Vorrichtung für die variable Ventilsteuerung (VVT) 101 versehen. In einem Kettengehäuse, das sich an der Vorderseite des Motors 1 befindet und von dem Abdeckelement 28 bedeckt ist, ist ein (nicht dargestelltes) Öldrucksteuerventil für diese VVT-Vorrichtung 101 vorgesehen. Ein Frühverstell-Ölkanal 102 zum Verstellen der Ventilsteuerzeiten auf früh und ein Spätverstell-Ölkanal 103 zum Verstellen der Ventilsteuerzeiten auf spät sind in dem Vorderendteil des Trägerelements 50 ausgebildet.
Wenn der Betriebsöldruck von dem Frühverstell-Ölkanal 102 zu der VVT-Vorrichtung 101 entsprechend dem Betrieb des VVT-Öldrucksteuerventils zugeführt wird, wird ein (nicht dargestellter) Rotor, der integral mit der Einlassnockenwelle 15 gedreht wird, winkelmäßig auf den Einlassnockenwellenwinkel in die Richtung zum Frühverstellen der Ventilsteuerzeiten versetzt. Dies bewirkt die Verschiebung des Phasenwinkels zwischen der Nockenscheibe 18 und der Einlassnockenwelle 15, und dadurch wird der Ventilüberschneidungszeitraum zwischen dem Einlassventil und dem Auslassventil verlängert. Wenn umgekehrt der Betriebsöldruck von dem Spätverstell-Ölkanal 103 zu der VVT-Vorrichtung 101 zugeführt wird, wird der Rotor zum Einlassnockenwellenwinkel in die Richtung zum Verstellen der Ventilsteuerzeiten auf spät verschoben. Dadurch wird die Ventilüberschneidungszeit zwischen dem Einlassventil und dem Auslassventil reduziert.
[Nockenwellenschmierung]
Nun werden die Schmierölzufuhrdurchlässe zu den Nockenwellen 15, 16 beschrieben. Wie in 11 gezeigt wird, ist von den vertikalen Wandteilen 53, –, 53 des Trägers 50 der vorderste vertikale Wandteil 53f so ausgelegt, dass er ständig die Einlassventil- und Auslassventilseiten davon verbindet, und dadurch eine relativ breite und flache übereinstimmende Fläche 153a. Wie in 12 gezeigt wird, ist der mit der vordersten vertikalen Wand 53f verbundene Nockendeckel 155 entsprechend ebenfalls dafür ausgelegt, die Einlassventil- und Auslassventilseiten davon und dadurch eine relativ breite und flache übereinstimmende Fläche 155a ständig zu verbinden.
In dem Vorderendteil des Trägerelements 50 ist dagegen ein Nockenwellen-Schmierölkanal 104 ausgebildet. Wie am besten in 2 gezeigt wird, verläuft dieser Ölkanal 104 von der Vorderendfläche des Trägerelements 50 etwas nach hinten und dreht sich dann nach oben, um die übereinstimmende Fläche 153a zu erreichen. In der übereinstimmenden Fläche 155a des vordersten vertikalen Wandteils 53f und der übereinstimmenden Fläche 155a des Nockendeckels 155 sind jeweils Ölnute 105, 106 vorgesehen. Diese Ölnute 105, 106 sind aufeinander abgestimmt, um die Schmierölkanäle zu bilden, die horizontal von dem Nockenwellen schmierenden Ölkanal 104 hin zu den Seiten des rechten und linken Einlassventils und Auslassventils verlaufen. Die horizontalen Schmierölkanäle 105, 106 verlaufen von dem oberen Ende des vertikalen Ölkanals 104 zu dem zylindrischen Teil, der mit der Einlassnockenwelle 15 oder den Zapfenteilen 15a, 16a der Auslassnockenwelle 16 in dem vordersten Lagerteil 157f in Berührung kommt. Ein (nicht dargestellter) zylindrischer rohrförmiger Stift mit einer Ölöffnung in seiner Umfangswand ist in dem vertikalen Ölkanal 104 aufgenommen.
In den zylindrischen Teilen sind jeweils Innennute 107, 108 ausgebildet. Diese Innennute 107, 108 werden auch durch Abstimmen der vordersten vertikalen Wand 53f und mit dem Nockendeckel 155 gebildet. Die horizontalen Schmierölkanäle 105, 106 sind so ausgelegt, dass sie jeweils Fluidverbindung mit den Innennuten 107, 108 vorsehen.
Die Nockenwellen 15, 16 sind mit inneren Ölkanälen 109, 110 ausgebildet, die in deren Längsrichtung verlaufen. Zweigölkanäle 111, 112 sind so ausgelegt, dass sie von den inneren Ölkanälen 109, 110 abzweigen und an jeder Innenfläche der Zapfenteile 15a, –, 15a, 16a, –, 16a münden. Die Innennute 107, –, 107, 108, –, 108 sind ebenfalls jeweils in der Innenfläche des zylindrischen Teils der Lagerteile 57, –, 57 mit Ausnahme des vordersten Lagerteils 157f ausgebildet.
Gemäß dem obigen Aufbau wird das von der Vorderendfläche des Trägerelements 50 zu dem vertikalen Schmierölkanal 104 durch eine (nicht dargestellte) Ölpumpe zugeführte Schmieröl in die Nockenwellen 15, 16 durch die horizontalen Schmierölkanäle 105, 106 und die vordersten Innennute 107, 108 eingeleitet. Dann wird in jedem der Zapfenteile 15a, –, 15a, 16a, –, 16a das Schmieröl durch die Zweigölkanäle 111, 112 den Berührungsflächen zwischen den Nockenwellen 15, 16 und den Lagerteilen 57, –, 57 zugeführt.
Dadurch kann die Schmierung der Nockenwellen 15, 16 durch Vorsehen der Ölkanäle 104 bis 106, der Innennute 107. 108 oder der Zweigölkanäle 111, 112 zusätzlich zu den herkömmlichen Elementen einschließlich der Nockenwellen 15, 16 und der Lagerteile 57, –, 57, 157f verwirklicht werden. Ferner ist kein eigenes zusätzliches Element zum Schmieren der Nockenwellen 15, 15 erforderlich, so dass der Aufbau des Trägerelements 50 nicht kompliziert wird und das Trägerelement 50 mühelos hergestellt werden kann.
[Zufuhr von Betriebsöldruck zur Vorrichtung für variable Ventilsteuerung]
Die Zufuhr des Betriebsöldrucks zu der Vorrichtung für variable Ventilsteuerung, die in den Stößeln 24, –, 24 aufgenommen ist, wird nun beschrieben. Wie in 2, 10 und 12 gezeigt wird, ist ein Ölkanal 201 so ausgebildet, dass er von der Vorderendfläche des Trägerelements 50 nach hinten verläuft. Dieser Ölkanal 201 ist so ausgelegt, dass er Fluidverbindung mit einem ersten Öldrucksteuerventil (OCV1) 221 der Vorrichtung für die variable Ventilsteuerung vorsieht, das in den vorderen säulenförmigen Teil 61 mit einer aus zwei ausgerichteten Kreisen gebildeten Form eingesetzt ist. Wenn das OCV ausgeschaltet ist, wird das dem Ölkanal 201 zugeführte Betriebsöl abgesperrt. Wenn das OCV eingeschaltet ist, kann der Ölkanal 201 durch einen sich zu der Einlassventilseite erstreckenden Zwischenölkanal 202 Fluidverbindung mit dem ersten Hauptölkanal 203 haben.
Wie vorstehend beschrieben ist der erste Hauptölkanal 203 in der Rippe 63 (siehe 2 und 3) ausgebildet. Insbesondere im Trägerelement 50 erstreckt sich der erste Hauptölkanal 203 an der Position näher zur Seite der Mitte (bzw. der Seite des Zylinders A1 bis A4 oder einwärts) des Trägerelements 50 als die Stößelführungen 54, –, 54 in der Längsrichtung des Trägerelements 50. Die Zweigkanäle 204, –, 204, die zwischen den Stößelführungen 54, 54 (hier zwischen den Stößelführungen 54, 54, zwischen denen jeweils die vertikale Wand 53 liegt und die jeweils zu den verschiedenen Zylindern A1 bis A4 gehören) in der seitlichen Richtung des Trägerelements 50 (oder in einer Richtung entgegengesetzt zu dem Zylinder A1 bis A4 oder auswärts) verlaufen, sind in der gleichen Anzahl wie die der Zylinder A1 bis A4 ausgebildet. Der Zweigkanal 204 hat Fluidverbindung mit der Stößelführung 54, die einem Ansaugkanal Pin1 jeweiliger Zylinder A1 bis A4 zugeordnet ist, um den Betriebsöldruck zu der in dem Stößel 24 aufgenommenen Vorrichtung für variable Ventilsteuerung zuzuführen. Wenn also das OCV eingeschaltet ist, kann der Hubbetrag des Einlassventils 39 des einen Ansaugkanals Pin1 vergrößert werden.
Wie in 14 gezeigt wird, wird im Einzelnen nach Einschalten des OCV1 der Hubbetrag des ersten Ansaugkanals Pin1 von T2 auf T3 vergrößert. Hier ist der Hubbetrag T2 ein sehr kleiner Wert (siehe 4 und 5). Während also das OCV abgeschaltet ist, befindet sich das Ventil in dem Stoppzustand und dadurch wird Ansaugluft nur durch ein anderes Ventil in die Brennräume B, –, B gesaugt. Dadurch kann ausgezeichnete Kraftstoffwirtschaftlichkeit erreicht werden. Sobald dagegen das OCV eingeschaltet ist, können beide Ansaugkanäle Pin1, Pin2 aktiviert werden, so dass ein effizienter Betrieb, der für mittlere Geschwindigkeit mit relativ hoher Motordrehzahl geeignet ist, vorgesehen werden kann.
Wie in 10 gezeigt wird, weist nur der vierte Zylinder A4 eine bestimmte Anordnung der Ansaugkanäle Pin, Pin 2 auf, die sich von den anderen Zylindern A1 bis A3 unterscheidet. Der Hauptölkanal 203 hat durch einen Zwischenölkanal 205, der ständig mit dem Zweigkanal 204 für den vierten Zylinder A4 (13) verbunden ist, Fluidverbindung mit dem zweiten Ölsteuerventil (OCV2) 222.
Wird dieses zweite OCV 222 ausgeschaltet, wird das Betriebsöl in dem ersten Hauptölkanal 203 gesperrt. Wenn das OCV 222 dann eingeschaltet wird, hat der Hauptölkanal 203 durch einen sich nach hinten erstreckenden Zwischenölkanal 206, ein sich von dem Zwischenöldurchlass 207, 208 zu den Einlassventil- bzw.
Auslassventilseiten erstreckendes Paar Zwischenölkanäle 207, 208 Fluidverbindung mit den zweiten und dritten Hauptölkanälen 209, 210.
Wie in 2 und 3 gezeigt wird, sind die zweiten und dritten Hauptölkanäle 209, 210 in der Rechts-und-Links-Rippe 63, 64 jeweils wie in dem ersten Hauptölkanal 203 ausgebildet. Insbesondere im Trägerelement 50 verlaufen die zweiten und dritten Hauptölkanäle 209, 210 in Längsrichtung des Trägerelements 50 an der Position näher zur Seite der Mitte des Trägerelements 50 als die Stößelführungen 54, –, 54.
In dem zweiten Hauptölkanal 209 an der Einlassventilseite haben die Zweigkanäle 211, –, 211, die in der Seitenrichtung des Trägerelements 50 verlaufen, Fluidverbindung mit der Stößelführung 54 des zweiten Ansaugkanals Pin2 jeweiliger Zylinder A1 bis A4, so dass der Betriebsöldruck der in dem Stößel 24 aufgenommenen Vorrichtung zur variablen Ventilsteuerung zugeführt wird.
In dem dritten Hauptölkanal 210 an der Auslassventilseite haben die Zweigkanäle 212, –, 212, die zwischen den Stößelführungen 54, 54 (hier zwischen den Stößelführungen 54, 54 innerhalb eines gleichen Zylinders in den Zylindern A1 bis A4) in Seitenrichtung des Trägerelements 50 verlaufen, gleichzeitig Fluidverbindung mit den Stößelführungen 54, 54 beider Ansaugkanäle Pex1, Pex2 der Zylinder A1 bis A4, um den in beiden Stößeln 24, 24 aufgenommenen Vorrichtungen zur variablen Ventilsteuerung den Betriebsöldruck zu liefern.
Wenn also das OCV eingeschaltet ist, wird der Ventilhubbetrag des Einlassventils 39 des zweiten Ansaugkanals Pin2 erhöht und der Ventilhubbetrag des Auslassventils 40, 40 beider Auslasskanäle Pex1, Pex2 wird erhöht.
Wie in 14 gezeigt wird, werden im Einzelnen nach Einschalten des OCV der Ventilhubbetrag des zweiten Ansaugkanals Pin2 und der Ventilhubbetrag des ersten und des zweiten Auslasskanals Pex1, Pex2 jeweils von T3 auf T4 angehoben, so dass ein effizienter Betrieb, der für hohe Geschwindigkeit bei hoher Motordrehzahl geeignet ist, vorgesehen werden kann.
Dadurch hat in der Einlassventilseite der erste Hauptölkanal 203 durch den Zweigölkanal 204 Fluidverbindung mit der ersten Stößelführung (Pin1) und der zweite Hauptölkanal 209 hat durch den Zweigölkanal 211 Fluidverbindung mit der zweiten Stößelführung (Pin2), so dass die Vorrichtungen für die variable Ventilsteuerung der beiden Stößel 24, 24 von Pin1, Pin2 separat und unabhängig gesteuert werden können.
In der Auslassventilseite weist der dritte Hauptölkanal 210 durch den Zweigölkanal 212 gleichzeitig Fluidverbindung mit beiden Stößelführungen (Pex1, Pex2) auf, so dass die Vorrichtungen für die variable Ventilsteuerung der beiden Stößel 24, 24 von Pex1, Pex2 gleichzeitig gesteuert werden können.
Der Verlauf der Ölzufuhrkanäle 203, 209, 210 der Vorrichtung für die variable Ventilsteuerung in Richtung der Anordnung der Stößelführungen 54, –, 54 ermöglicht das zuverlässige Zuführen des Betriebsöldrucks zu der Vorrichtung für variable Ventilsteuerung und erlaubt ein weiteres Verbessern der Steifigkeit des Trägerelements 50.
Da ferner diese Zylinderkopfstruktur mit einem so genannten Zwischenbohrungslager verwendet wird, wobei im Einzelnen die vertikalen Wandteile 53, –, 53 (Lagerteil 57, –, 57) zum Stützen der Nockenwellen 15, 16 zwischen den benachbarten Bohrungen (zwischen benachbarten Zylindern A1 bis A4) angeordnet sind, kann das gesamte Ventilsystem kompakt ausgelegt werden, und dadurch können das Verkleinern des Trägerelements 50, die zuverlässige Steifigkeit der Zylinderkopfstruktur und die Ölverteilung zu der Vorrichtung für variable Ventilsteuerung allesamt gleichzeitig zufrieden stellend verbessert werden. Ferner können die Nocken 25 bis 27 zu Ansaug-/Auslasskanälen oder Stößelführungen 54, –, 54 mit ausreichender Flexibilität angeordnet werden, und dadurch kann eine Vorrichtung für variable Ventilsteuerung mit hoher Leistung, die mehrere Nocken 25 bis 27 für jeden Zylinder (in diesem Beispiel drei Nocken) aufweist, frei angebracht werden.
Wie in 3 bis 5 gezeigt wird, ist der erste Hauptölkanal 203 an einer relativ hohen Position angeordnet, und der zweite, während dritte Ölkanäle 209, 210 bei einer relativ niedrigen Position angeordnet sind. Dies erfolgt, da, wie in 14 gezeigt wird, selbst wenn das Einlassventil 39 des ersten Kanals (Pin1) in zwei Ansaugkanälen einen erhöhten Ventilhubbetrag aufweist, der erhöhte Hubbetrag T3 relativ klein ist, wenn aber das Einlassventil 39 des zweiten Kanals (Pin2) und das Auslassventil 40 der Ablasskanäle (Pex1, Pex2) einen erhöhten Ventilhubbetrag aufweisen, der erhöhte Hubbetrag T4 relativ groß ist.
Wie in 15 und 16 gezeigt wird, ist der Senkbetrag des Stößels 24 groß, wenn der Ventilhubbetrag groß ist. Wenn also der Stößel 24 gesenkt wird, wird die Öffnung der Zweigölkanäle 204, 211 zum Lecken des Betriebsöls freigelegt, und dadurch pflegt der Betriebsöldruck zu sinken. Zum Beheben dieses Problems sind in dem zweiten Ansaugkanal (Pin2), der einen großen Ventilhubbetrag und zwei Auslassventile (Pex1, Pex2) aufweist, die dritten Hauptölkanäle 209, 210 und die Zweigölkanäle 211, 212 bei einer verhältnismäßig niedrigen Position angeordnet.
Der Senkbetrag des Stößels 24 ist dagegen klein, wenn der Ventilhubbetrag klein ist. Selbst wenn somit der erste Hauptölkanal 203 und der Zweigölteil bei einer relativ hohen Position angeordnet sind, kann das obige unerwünschte Problem vermieden werden. In 15 und 16 zeigt das Symbol T1 eine Bezugskante bzw. die Position zum Vorsehen von null Ventilhubbetrag an.
Somit wird in diesem Motor 1 die Ventilöffnungsbewegung des Einlassventils 39 und des Auslassventils 40 durch nacheinander Einschalten des ersten und des zweiten Ölsteuerventils 221, 222 in zwei Stufen verändert. Die Veränderung in der ersten Stufe kann durch Zuführen des Betriebsöldrucks nur zu dem ersten Hauptölkanal 203 (das Betriebsöl wird dem insbesondere in 12 und 13 gezeigten schattierten Teil zugeführt) verwirklicht werden. Die Veränderung der zweiten Stufe kann durch zusätzliches Zuführen des Betriebsöldrucks zu den zweiten und dritten Hauptölkanälen 209, 210 (das Betriebsöl wird dem insbesondere in 12 und 13 gezeigten nicht schattierten Teil zugeführt) verwirklicht werden.
In diesem Moment dient der erste Hauptölkanal 203 als Ölkanal zur Zufuhr des Betriebsöls zu den ersten Ansaugkanälen Pin1, –, Pin1, um die Veränderung der ersten Stufe vorzusehen, und ferner als Übergangsdurchlass des Betriebsöls zum Zuführen des Betriebsöldrucks zu dem zweiten und dritten Ölkanal 209, 210. Somit ist es vorteilhafterweise unnötig, einen zusätzlichen Übergangsdurchlass des Betriebsöls vorzusehen, der die Veränderung der zweiten Stufe ergibt.
Ferner kann eine Ventilspielausgleichsvorrichtung (VLA) zum automatischen Ausgleichen des Ventilspiels zum Verringern von Geräusch vorgesehen werden, und ein Ölkanal zum Zuführen von Öldruck zu dieser Vorrichtung kann in dem Trägerelement 50 in gleicher Weise wie vorstehend beschrieben ausgebildet sein. Bevorzugt ist der Ölkanal für die VLA-Vorrichtung an der Außenseitenposition des Trägerelements 50 angeordnet, während der Ölkanal für die VVT-Vorrichtung an Innenseitenposition des Trägerelements 50 angeordnet ist. Wenn umgekehrt der Ölkanal für die VLA-Vorrichtung, der weniger Ölkanäle mit sich bringt, an der Innenseitenposition des Trägerelements 50 angeordnet ist und der Ölkanal für die VVT-Vorrichtung, der mehr Ölkanäle mit sich bringt, an der Außenseitenposition des Trägerelements 50 angeordnet ist, wird die Betriebsleistung bzw. die Bearbeitbarkeit zum Bohren der Ölkanäle schlechter. Ferner nimmt das Trägerelement 50 aufgrund einer vermehrten Größe der außen vorgesehenen Rippe unangemessen an Gewicht zu, was zu einem höheren Gewicht des Zylinderkopfs 12 führt.
[Stößelschmierung]
Die Schmierung der Stößel 24, –, 24 selbst in den Führungen 54, –, 54 wird nun beschrieben. Wie in 4 bis 7 gezeigt wird, ist in dem Trägerelement 50 der die Stößelführung mit der vertikalen Wand 53, –, 53 verbindende Wandteil 51, –, 51 um die Stößelführung 54, –, 54 vorgesehen. Dieser Wandteil 51 ragt in der Auswärtsrichtung und Einwärtsrichtung des Trägerelements 50 nach oben und ist hin zur Stößelführung 54, –, 54 leicht geneigt. Dadurch wird das Schmieröl nahe dem Stößel 24, –, 24 in der Stößelführung 54, –, 54 gesammelt und dadurch kann der Wandteil 51 den Stößel schmierenden Ölaufnahmeteil (α) (siehe 2) vorsehen.
Dadurch kann zum Beispiel dieser Ölaufnahmeteil (α) das Schmieröl für die Nockenwelle 15,16, das von dem Lagerteil 57, –, 57 tropft, aufnehmen und dann ein Strömen hin zu dem in der Stößelführung 54, –, 54 aufgenommenen Stöße 24, –, 24 zur Verwendung als externes Schmiersystem für den Stößel 24, –, 24 vornehmen. Weiterhin ist das Vorsehen eines eigenen Ölzufuhrdurchlasses in dem Trägerelement 50 zum Schmieren des Stößels 24, –, 24 nicht erforderlich, so dass das Trägerelement 50 vom Aufbau nicht kompliziert wird und mühelos hergestellt werden kann.
Zudem ist der Ölaufnahmeteil α zum Aufnehmen des Stößel schmierenden Öls von dem nach oben gerichteten Wandteil 51, –, 51 und dem vertikalen Wandteil 53, –, 53 umgeben, der durch Verbinden des Nockendeckels damit von größerer Höhe ist, und dieser Lagerteil 57, –, 57 wird als Ölabscheider verwendet. Somit kann vermieden werden, dass das in dem Ölaufnahmeteil α gesammelte Öl zu stark schwindet, und dadurch kann selbst durch das externe Schmiersystem eine ausreichende Schmierung des Stößels zuverlässig gewahrt werden. Der gebogene Ölaufnahmewandteil 51, –, 51 kann eine verbesserte Festigkeit des Trägerelements 50 liefern.
Erfindungsgemäß wird ein Trägerelement, das einstückig mit einem vertikalen Wandteil, das eine Nockenwelle stützt, und einer einen Stößen enthaltenden Stößelführung ausgebildet ist, separat zu einem Zylinderkopf ausgebildet und an dem Zylinderkopf befestigt.
Somit kann die wechselseitige Beeinträchtigung zwischen einer Zylinderkopfschraube und einem Lagerteil einer Nockenwelle vermieden werden. Dadurch kann die Zylinderkopfstruktur die reduzierte Anzahl an Teilen, eine verbesserte Auslegbarkeit und eine verbesserte Stützfestigkeit haben. Ferner weist diese Zylinderkopfstruktur erfindungsgemäß das vorstehende Trägerelement, einen Stößel mit einer eingebauten Vorrichtung für die variable Ventilsteuerung, einen in dem Trägerelement ausgebildeten Betriebsölzufuhrdurchlass für die Vorrichtung für die variable Ventilsteuerung, einen Ölaufnahmeteil um den Stößel und ein Schmiersystem für die Nockenwelle auf. Somit kann ausreichend Schmieröl zu einer Gesamtventilanordnung geliefert werden. Die vorliegende Erfindung kann bei verschiedenen Arten von Motoren geeignet eingesetzt werden, einschließlich eines Motors des Stößeltyps, der einen Stößel zur Übertragung von Hubbewegung auf Ventile, die von Nocken angetrieben werden, eines Motors mit einem Stößel, der eine Vorrichtung für die variable Ventilsteuerung aufweist, und eines DOHC-Motors, der zu einem komplizierten Aufbau neigt.

Claims

Zylinderkopfstruktur für einen Motor mit einem Stößel (24), der eine Vorrichtung für die variable Ventilsteuerung zum Verändern mindestens eines von Ventilhubbetrag und Ventilöffnungssteuerzeiten aufnimmt, wobei die Zylinderkopfstruktur umfasst: ein einstückig mit einem vertikalen Wandteil (53) ausgebildetes Trägerelement (50), das zwischen zwei benachbarten Zylinderbohrungen angeordnet ist, und einen Stößel tragenden Teil (54) zum Aufnehmen des Stößels (24) für einen Ansaugkanal (34) oder Auslasskanal (35), wobei das Trägerelement (50) separat von einem Zylinderkopf (12) ausgebildet ist, wobei der vertikale Wandteil (53) einen Lagerteil (57) zum Stützen einer Nockenwelle (15, 16) aufweist; einen Ölzufuhrdurchlass (203, 209, 210) vor die Vorrichtung für die variable Ventilsteuerung, der in dem Trägerelement (50) an der Position näher zum mittleren Bereich des Trägerelements (50) als der Position des Stößel tragenden Teils (54) vorgesehen ist, wobei sich der Ölzufuhrdurchlass (203, 209, 210) in die Richtung (50) des Trägerelements (50) erstreckt; und einen Ölaufnahmeteil (51) zum Aufnehmen eines Stößel schmierenden Öls, der um den Stößel tragenden Teil (54) vorgesehen ist, wobei der Ölaufnahmeteil (51) den Stößel tragenden Teil (54) mit dem vertikalen Wandteil verbindet und der Randbereich des Ölaufnahmeteils (51) nach oben gerichtet ist; wobei der Ölzufuhrdurchlass für die Vorrichtung für die variable Ventilsteuerung einen Zweigkanal (204, 211, 212) in dem Stößel tragenden Teil (54) aufweist, wobei sich der Zweigkanal (204, 211, 212) in die seitliche Richtung des Trägerelements (50) erstreckt, der Zweigkanal (204, 211, 212) so ausgelegt ist, dass er eine Fluidverbindung mit dem Stößel tragenden Teil (54) vorsieht, um der Vorrichtung für variable Ventilsteuerung Öl zuzuführen; und wobei die Nockenwelle (15, 16) mit einem integralen, sich in Längsrichtung der Nockenwelle (15, 16) erstreckenden Ölkanal (109, 110) und einem Ölkanal (111, 112) versehen ist, der von dem inneren Ölkanal (109, 110) an dem Teil, da die Nockenwelle (15, 16) von dem Lagerteil (57) gestützt wird, abzweigt, wobei der Ölkanal (111, 112) an der Außenfläche der Nockenwelle (15, 16) mündet, wobei der Lagerteil (57) mit einer inneren Nut (107, 108) gegenüber der Mündung des Ölkanals (111, 112) versehen ist und der die Kante der Nockenwelle (15, 16) stützende Lagerteil (57) mit einem Nockenwellen schmierenden Ölkanal (104) versehen ist, der zum Vorsehen von Fluidverbindung mit der inneren Nut (107, 108) ausgelegt ist.
Zylinderkopfstruktur nach Anspruch 1, welche weiterhin einen Nockendeckel (55) zum Stützen der Nockenwelle (15, 16) zusammenwirkend mit dem vertikalen Wandteil (53) aufweist, wobei der Nockendeckel (55) mit dem vertikalen Wandteil (52) verbunden ist.
Zylinderkopfstruktur nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerelement (50) weiterhin jeweils eine sich mit dem Nockendeckel (55) fügende erste Passfläche und eine sich mit einem Zylinderblock (11) des Motors fügende zweite Passfläche sowie einen sich zwischen der ersten und der zweiten Fläche vertikal erstreckenden säulenförmigen Teil (77) aufweist, wobei die zweite Passfläche an einer Stelle, die der zwischen zwei benachbarten Zylinderbohrungen entspricht, und an der Querseite bezüglich des Ansaugkanals (34) oder Auslasskanals (35) in Drehrichtung einer Kurbelwelle (14) des Motors (1) angeordnet ist, wobei die Zylinderkopfstruktur weiterhin umfasst: einen ersten Bolzen (56a) zum gemeinsamen Befestigen des Nockendeckels (55) und des säulenförmigen Teils (77) an dem Zylinderkopf (12), wobei er die erste und die zweite Passfläche durchdringt, einen zweiten Bolzen (56) zum Befestigen des Nockendeckels (55) und des säulenförmigen Teils (77) unter Durchdringen der ersten Passfläche, wobei die Nockenwelle (15, 16) zwischen dem ersten und dem zweiten Bolzen (56a, 56) angeordnet ist, und einen dritten Bolzen (80) zum Befestigen des Zylinderkopfs (12) an dem Zylinderblock (11), wobei der dritte Bolzen (80) unter dem zweiten Bolzen (56) angeordnet ist.
Zylinderkopfstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Motor (1) einen ersten Ansaugkanal (Pin1) und einen zweiten Ansaugkanal (Pin2) für jeden Zylinder (A1, A2, A3, A4) aufweist und der Stößel (24) einen dem ersten Ansaugkanal (Pin1) entsprechenden Stößel (24) und einen dem zweiten Ansaugkanal (Pin2) entsprechenden zweiten Stößel (24) umfasst, wobei der Ölzufuhrdurchlass für die Vorrichtung für die variable Ventilsteuerung einen ersten Öldurchlass (203) in Fluidverbindung mit dem ersten Stößel (24) und einen zweiten Öldurchlass (209) aufweist, wobei der Stößel (24) dem zweiten Ansaugkanal (Pin2) entspricht, wobei der erste und der zweite Öldurchlass (203, 209) zueinander vertikal angeordnet sind, wobei der erste und der zweite Öldurchlass (203, 209) dafür ausgelegt sind, dem ersten und dem zweiten Stößel (24) den Betriebsdruck unabhängig zu liefern.
Zylinderkopfstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Stößel (24) ein mit einem Einlassventil (39) oder Auslassventil (40), die in dem Ansaugkanal (34) oder Auslasskanal (35) vorgesehen sind, wirkverbundenes erstes Sitzelement (91) und ein dem ersten Sitzelement (91) lösbar zugeordnetes zweites Sitzelement (92) aufweist, wobei die Nockenwelle (15, 16) einen ersten Nocken (25, 27) mit einem Nockenprofil mit niedrigerem Hub und einen zweiten Nocken (26) mit einem Nockenprofil mit höherem Hub aufweist, wobei der erste und der zweite Nocken (25, 27; 26) dem ersten bzw. dem zweiten Sitzelement (91; 92) zugeordnet sind.