DE69602913T2

DE69602913T2 - Ventiltriebvorrichtung für eine Brennkraftmaschine mit einem konvexen Abstandsstück zwischen einer Nocke und einem Ventil

Info

Publication number: DE69602913T2
Application number: DE1996602913
Authority: DE
Inventors: Takao Naruoka
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1995-11-29
Filing date: 1996-11-28
Publication date: 2000-03-23
Anticipated expiration: 2016-11-29
Also published as: JPH09209727A; EP0777039B1; DE69602913D1; EP0777039A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Ventiltriebvorrichtung gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1. Genauer gesagt, bezieht sie sich auf eine Ventiltriebvorrichtung mit einem zwischen einer dreidimensionalen Nocke und einem Nockenstößel angeordneten Abstandsstück.
Ein variabler Ventileinstellungsmechanismus ist bekannt, der eine Ventilbetriebseinstellung und einen Betrag eines Ventilhubs in Reaktion auf einen Betriebszustand einer Brennkraftmaschine, wie z. B. eine Motordrehzahl oder eine Motorlast, verändert. Der variable Ventileinstellungsmechanismus gestattet eine Verbesserung der Leistungsabgabe des Motors und des spezifischen Kraftstoffverbrauchs und eine Verringerung der Schadstoffemission.
Eine bei dem variablen Ventileinstellungsmechanismus verwendete Ventiltriebvorrichtung weist eine dreidimensionale (3-D) Nocke auf. Die 3-D Nocke hat eine schräge Fläche, die hinsichtlich der Drehachse der 3-D Nocke geneigt ist, und ist entlang der Drehachse bewegbar. Eine Ventilbetriebseinstellung und ein Betrag eines Ventilhubs sind durch Steuern eines Verschiebungsbetrags der 3-D Nocke entlang der Drehachse optimiert.
Die Japanische offengelegte Gebrauchsmusteranmeldung Nr. 3-42001 offenbart eine Ventiltriebvorrichtung der vorstehend erwähnten Bauart. Fig. 1 zeigt die in der vorstehend erwähnten Japanischen offengelegten Gebrauchsmusteranmeldung offenbarte Ventiltriebvorrichtung 1. Die Ventiltriebvorrichtung 1 weist im allgemeinen eine 3-D Nocke 2, ein Ventil 3, einen Nockenstößel 4 und ein Abstandsstück 5 auf.
Die 3-D Nocke 2 weist einen Nockenabschnitt und eine Nockenwelle 7 auf. Eine schräge Fläche 8 ist auf dem Nockenabschnitt ausgebildet. Die schräge Fläche 8 des Nockenabschnitts 6 ist hinsichtlich der Drehachse der Nockenwelle 7 um einen Winkel α geneigt. Die 3-D Nocke 2 ist durch ein nicht in der Figur gezeigtes Antriebsglied in durch Pfeile X1 und X2 angezeigte Richtungen bewegbar.
Das Ventil 3 ist für eine Einlaßöffnung oder eine Auspufföffnung eines Zylinderkopfs 10 eines Motors vorgesehen. Das Ventil 3 öffnet oder schließt die Einlaßöffnung oder die Auspufföffnung, indem es durch Drehung der 3-D Nocke 2 hin- und herbewegt wird. Ein Halter 9 ist oberhalb des Ventils 3 vorgesehen. Der Halter 9 ist durch eine Feder 14 in einer Richtung gegen die Nocke 2 vorgespannt. Somit ist das Ventil 3 durch die Feder 14 in der Richtung gegen die Nocke 2 vorgespannt. In Fig. 1 bewegt sich das Ventil 3 in durch Pfeile 21 und 22 angezeigte Richtungen hin und her. Hiernach kann die Richtung 21 als eine Aufwärtsrichtung bezeichnet werden und die Richtung 22 kann als eine Abwärtsrichtung bezeichnet werden.
Der Nockenstößel 4 ist oberhalb des Ventils 3 vorgesehen. Eine obere Fläche des Nockenstößels 4 ist als eine konvexe kugelförmige Fläche 11 mit einer Form ausgebildet, die einem Teil einer Kugel entspricht. Der Nockenstößel 4 überträgt eine Verschiebung der 3-D Nocke 2 an das Ventil 3, indem er durch eine Ventilöffnung 10a eines Zylinderkopfs 10 geführt wird und in ihr hin- und herbewegt wird.
Das Abstandsstück 5 ist zwischen der 3-D Nocke 2 und dem Nockenstößel 4 angeordnet. Das Abstandsstück 5 hat eine flache Fläche 12 am oberen Ende und eine konkave kugelförmige Fläche 13 am unteren Ende. Die flache Fläche 12 berührt die 3-D Nocke 2. Die konkave kugelförmige Fläche 13 kommt mit der konvexen kugelförmigen Fläche 11 des Nockenstößels 4 in Eingriff. Die konvexe kugelförmige Fläche 11 und die konkave kugelförmige Fläche 13 haben im wesentlichen den gleichen Krümmungsradius. Somit ist das Abstandsstück 5 entlang der konvexen kugelförmigen Fläche 11 des Nockenstößels 4 drehbar gleitfähig.
Bei dem vorstehend erwähnte Aufbau können eine Ventilbetriebseinstellung und ein Betrag eines Ventilhubs verändert werden, wenn die Nockenwelle 7 durch ein Antriebsglied (nicht in der Figur gezeigt) entweder in die Richtung X1 oder in die Richtung X2 aufgrund der an der 3-D Nocke 2 ausgebildeten schrägen Fläche 8 bewegt wird. Wenn sich die 3-D Nocke 2 bewegt, gleitet das Abstandsstück 5 drehend auf dem Nockenstößel 4. Somit ist eine Verschleißfestigkeit zwischen dem Nockenstößel 4 und dem Abstandsstück 5 verbessert, weil ein großes Kontaktgebiet zwischen dem Nockenstößel 4 und dem Abstandsstück 5 gewährleistet ist, selbst wenn die 3-D Nocke 2 verschoben ist.
Jedoch besteht ein Problem, daß das Abstandsstück 5 mit dem Zylinderkopf 10 in Störung kommt, wenn das Abstandsstück 5 entlang der konvexen kugelförmigen Fläche des Nockenstößels 4 drehend gleitet. Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf Fig. 2 eine ausführliche Beschreibung der Ursache der Störung des Abstandsstücks 5 mit dem Zylinderkopf 10 gegeben.
Fig. 2 zeigt einen Zustand, bei dem das Abstandsstück 5 auf dem Nockenstößel 4 drehend gleitet. Es ist in Fig. 2 zu beachten, daß das Abstandsstück 5 gezeigt ist, wie es in dem Zylinderkopf 10 vorsteht, jedoch ist das Abstandsstück 5 praktisch bis an eine Position drehbar, bei der ein Ende des Abstandsstücks 5 den Zylinderkopf 10 berührt.
Bei der herkömmlichen Ventiltriebvorrichtung ist das Drehzentrum des Abstandsstücks 5 an einer durch O1 angezeigten unterhalb des Abstandsstücks 5 angeordneten Position, weil die kugelförmige Fläche 11 des Nockenstößels 4 konvex ist und die kugelförmige Fläche 13 des Abstandsstücks 5 konkav ist. Somit bewegt sich das Abstandsstück 5 entlang eines durch Pfeile A1 und A2 angezeigten Bogens hinsichtlich des Drehzentrums O1.
Somit ist die Bewegung des Abstandsstücks 5 eine Bewegung, um die sich das Abstandsstück 5 dem Zylinderkopf 10 nähert. Somit gibt es bei der herkömmlichen Ventiltriebvorrichtung 1 eine Möglichkeit, daß das Abstandsstück 5 mit einer Innenfläche der Ventilöffnung 10a des Zylinderkopfs 10 in Störung kommt, wenn das Abstandsstück 5 auf dem Nockenstößel 4 drehend gleitet.
Um eine derartige Störung zu vermeiden, muß das Abstandsstück 5 um eine vorbestimmte Größe kleiner als der Durchmesser der Ventilöffnung 10a ausgebildet sein. Jedoch wird bei einem kleineren Abstandsstück 5 das Kontaktgebiet zwischen dem Abstandsstück 5 und dem Nockenstößel 4 kleiner. Als ein Ergebnis hieraus ist der Flächenkontaktdruck zwischen dem Nockenstößel 4 und dem Abstandsstück 5 vergrößert und führt zu einem weiteren Problem, daß die Verschleißfestigkeit verringert ist.
Weiterhin offenbart die EP-A-512 698 eine Ventiltriebvorrichtung, die eine im Gleichlauf mit einem Betrieb der Brennkraftmaschine drehbare dreidimensionale Nocke aufweist. Die Nocke umfaßt einen Nockenabschnitt mit einer schrägen Nockenfläche, die hinsichtlich einer Drehachse der Nocke geneigt ist. Weiterhin ist die Nocke entlang der Drehachse bewegbar. Ein Kraftübertragungselement überträgt eine durch einen Betätigungsvorgang der Nocke erzeugte Kraft an das Ventil, wodurch das Kraftübertragungselement eine erste das Ventil drückende Fläche und eine zweite Fläche hat. Ein Abstandsstück ist zwischen der Nocke und dem Kraftüber tragungselement angeordnet und hat eine erste die Nocke berührende Fläche und eine zweite Fläche, die die zweite Fläche des Kraftübertragungselements drückt. Die zweite Fläche des Abstandsstücks hat eine konvexe kugelförmige Form und die zweite Fläche des Kraftübertragungselements hat eine entsprechende konkave kugelförmige Form, um die zweite Fläche des Abstandsstücks aufzunehmen.
Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Ventiltriebvorrichtung für eine Brennkraftmaschine mit einer verbesserten Verschleißfestigkeit zwischen dem Abstandsstück und dem Kraftübertragungselement zu schaffen.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des neuen Anspruchs 1 gelöst. Weitere Verbesserungen sind Gegenstände der abhängigen Ansprüche.
Gemäß der vorstehend erwähnten Erfindung, wenn die dreidimensionale Nocke gedreht wird und die Schrägnockenfläche mit dem Abstandsstück in Eingriff kommt, wird das Abstandsstück derart gedreht oder geschwenkt, daß die erste Fläche des Abstandsstücks der Schrägnockenfläche folgt. Weil die zweite Fläche des Abstandsstücks eine konvexe kugelförmige Form hat, ist das Zentrum des Krümmungsradius der zweiten Fläche des Abstandsstücks oberhalb des Abstandsstücks angeordnet. Bei dieser Konstruktion, wenn das Abstandsstück gedreht oder geschwenkt wird, bewegt sich das Abstandsstück im wesentlichen von einem Zylinderkopf weg, in dem das Kraftübertragungselement bewegbar vorgesehen ist. Somit wird eine Störung des Abstandsstücks mit dem Zylinderkopf verhindert. Entsprechend kann ein Kontaktgebiet zwischen dem Abstandsstück und dem Kraftübertragungselement vergrößert werden. Dies gestattet einen Flächenkontaktdruck zwischen dem Abstandsstück und dem Kraftübertragungselement, was eine vergrößerte Verschleißfestigkeit zwischen dem Abstandsstück und dem Kraftübertragungselement zur Folge hat.
Zusätzlich hat die zweite Fläche des Kraftübertragungselements die konkave kugelförmige Form, ein Schmiermittel wird gesammelt und verbleibt auf der zweiten Fläche des Kraftübertragungselements. Somit ist ein Reibungsverlust zwischen dem Abstandsstück und dem Kraftübertragungselement verringert und eine Verschleißfestigkeit zwischen dem Abstandsstück und dem Kraftübertragungselement ist weiter vergrößert.
Ein Krümmungsradius der zweiten Fläche des Abstandsstücks ist bevorzugt im wesentlichen gleich einem Krümmungsradius der zweiten Fläche des Kraftübertragungselements.
Bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung kann das Kraftübertragungselement einen Rand haben, der sich von einem Außenumfang der zweiten Fläche des Kraftübertragungselements radial und nach außen hin erstreckt, und das Abstandsstück kann einen Kranz haben, der sich von einem Außenumfang der zweiten Fläche des Abstandsstücks radial und nach außen hin erstreckt. Eine übermäßige Drehung oder ein Schwenken des Abstandsstücks kann verhindert werden, indem der Kranz des Abstandsstücks den Rand des Kraftübertragungselements berührt.
Zusätzlich kann bei der Erfindung eine Breite des Nockenabschnitts der dreidimensionalen Nocke kleiner als eine Breite der ersten Fläche des Abstandsstücks sein. Die erste Fläche des Abstandsstücks kann eine im wesentlichen kreisförmige Form haben und die Breite der ersten Fläche des Abstandsstücks kann einem Durchmesser der ersten Fläche des Abstandsstücks entsprechen.
Bei der Erfindung wird das Abstandsstück hinsichtlich des Kraftübertragungselements im wesentlichen in der horizontalen Ebene senkrecht zu der Bewegungsrichtung des Kraftübertragungselements gedreht, wenn die dreidimensionale Nocke entlang der Drehachse der dreidimensionalen Nocke von der Mitte des Abstandsstücks wegbewegt wird. Somit wird die Position des Abstandsstücks relativ zu dem Kraftübertragungselement im wesentlichen in der horizontalen Ebene immer geändert. Diese Drehung des Abstandsstücks verhindert eine lokale Abnutzung des Abstandsstücks und des Kraftübertragungselements.
Zusätzlich ist bei der erfindungsgemäßen Ventiltriebvorrichtung eine Höhe des Abstandsstücks kleiner als ein Krümmungsradius des Abstandsstücks, wobei die Höhe des Abstandsstücks ein Abstand von einem oberen Ende der zweiten Fläche des Abstandsstücks zu der ersten Fläche des Abstandsstücks ist.
Das Kontaktgebiet zwischen dem Abstandsstück und dem Kraftübertragungselement kann erfindungsgemäß ohne eine Vergrößerung der Höhe des Abstandsstücks vergrößert sein. Somit kann die Massenträgheit des Abstandsstücks im Vergleich zu einem Abstandsstück mit einem durch bloße Vergrößerung der Höhe des Abstandsstücks erzielten großen Kontaktgebiet verringert werden. Dies gestattet ein gutes Ansprechverhalten des Abstandsstücks bei einem Motorbetrieb mit hoher Drehzahl. Zusätzlich ist der maximale Flächenkontaktdruck verringert, weil der Krümmungsradius der zweiten Fläche des Abstandsstücks vergrößert ist, was eine Verhinderung einer lokalen Abnutzung zwischen dem Abstandsstück und dem Kraftübertragungselement zur Folge hat.
Bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung kann das Kraftübertragungselement einen Ventilkipphebel aufweisen, der ein erstes Ende, das dazu angepaßt ist, durch eine Kipphebelwelle drehbar gestützt zu sein, und ein das Ventil berührendes zweites Ende hat, wobei die zweite Fläche des Kraftübertragungselements an dem Ventilkipphebel zwischen dem ersten Ende und dem zweiten Ende ausgebildet ist.
Weitere Ziele, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden ausführlichen Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen offensichtlich.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist eine Seitenansicht einer herkömmlichen Ventiltriebvorrichtung;
Fig. 2 ist eine Seitenansicht der herkömmlichen Ventiltriebvorrichtung in einem Zustand, bei dem ein Abstandsstück verschoben ist;
Fig. 3A ist eine Seitenansicht einer Ventiltriebvorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung; Fig. 3B ist Vorderansicht der in Fig. 3A gezeigten Ventiltriebvorrichtung;
Fig. 4A ist eine Seitenansicht der in Fig. 3A gezeigten Ventiltriebvorrichtung in einem Zustand, bei dem ein Abstandsstück einen Grundkreisabschnitt eines Nockenabschnitts berührt; Fig. 4B ist eine Vorderansicht der in Fig. 4A gezeigten Ventiltriebvorrichtung;
Fig. 5A ist eine Seitenansicht der in Fig. 3A gezeigten Ventiltriebvorrichtung in einem Zustand, bei dem das Abstandsstück einen Nockenanlauf des Nockenabschnitts berührt; Fig. 5B ist eine Vorderansicht der in Fig. 5A gezeigten Ventiltriebvorrichtung;
Fig. 6A ist eine Veranschaulichung für eine Flächenkontaktdruckverteilung zwischen dem Abstandsstück und einem Nockenstößel in einem Zustand, bei dem der Krümmungsradius des Abstandsstücks im wesentlichen gleich einer Höhe des Abstandsstücks ist; Fig. 6B ist eine Veranschaulichung einer Flächenkontaktdruckverteilung zwischen dem Abstandsstück und einem Nockenstößel in einem Zustand, bei dem der Krümmungsradius des Abstandsstücks größer als die Höhe des Abstandsstücks ist; und
Fig. 7A ist eine Seitenansicht einer Ventiltriebvorrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung; Fig. 7B ist eine Vorderansicht der in Fig. 7A gezeigten Ventiltriebvorrichtung.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE

Im folgenden wird unter Bezugnahme auf die Fig. 3A und 3B eine Beschreibung eines ersten Ausführungsbeispiels der Erfindung gegeben. Fig. 3A ist eine Seitenansicht einer Ventiltriebvorrichtung 20 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung; und Fig. 3B ist eine Vorderansicht der in Fig. 3A gezeigten Ventiltriebvorrichtung 20. Die Ventiltriebvorrichtung 20 wird für eine Brennkraftmaschine verwendet und ist von einer direkt angetriebenen Ventilbauart. Die Ventiltriebvorrichtung 20 weist im allgemeinen eine 3-D Nocke 21, ein Ventil 22, einen Nockenstößel 23 und ein Abstandsstück 24 auf.
Die 3-D Nocke 21 weist einen Nockenabschnitt 25 und eine Nockenwelle 26 auf. Der Nockenabschnitt 25 weist einen Grundkreisabschnitt 25a und einen Nockenanlauf 25b auf, der von dem Grundkreisabschnitt 25a vorsteht. Es gibt eine schräge Fläche 27, die hinsichtlich der Drehachse (Nockenachse) der 3-D Nocke 21 um einen Winkel α geneigt ist.
Die Nockenwelle 26 ist mit einer Kurbelwelle des Motors über nicht in den Figuren gezeigte Steuerräder und Steuerriemen verbunden, so daß die Nockenwelle 26 im Gleichlauf mit einer Drehung der Kurbelwelle gedreht wird. Zusätzlich ist ein Antriebsglied (nicht in den Figuren gezeigt) mit einem Ende der Nockenwelle 26 verbunden, so daß die 3-D Nocke 21 entweder in die Richtung X1 oder in die Richtung X2 in Fig. 3B bewegbar ist, indem sie durch das Antriebsglied angetrieben wird.
Das Ventil 22 ist für einer in einem Zylinderkopf 28 der Brennkraftmaschine vorgesehenen Einlaßöffnung oder einer Auspufföffnung vorgesehen. Ein Ventilteller 22a des Ventils 22 öffnet oder schließt die Einlaßöffnung oder die Auspufföffnung, indem er durch einen Nockensteuerungsvorgang der 3-D Nocke 21 hin- und herbewegt wird. Ein Halter 30 ist oberhalb des Ventils 22 vorgesehen. Der Halter 30 wird durch eine Ventilfeder 29 in eine Richtung gegen die 3-D Nocke 21 vorgespannt. Somit ist das Ventil 22 durch die Ventilfeder 29 in der Richtung gegen die 3-D Nocke 21 vorgespannt. In den Fig. 3A und 3B bewegt sich das Ventil 22 in den durch Pfeile 21 und 22 angezeigte Richtungen hin und her. Hiernach kann die Richtung 21 als eine Aufwärtsrichtung bezeichnet werden und die Richtung 22 kann als eine Abwärtsrichtung bezeichnet werden.
Der Nockenstößel 23 ist oberhalb des Ventils 22 angeordnet und hat eine zylindrische Form mit einer unteren Fläche. Eine obere Fläche des Nockenstößels 23 ist als eine konkave kugelförmige Fläche 32 mit einer Form ausgebildet, die einem Teil einer Kugel entspricht. Der Nockenstößel 23 überträgt eine Verschiebung der 3-D Nocke 21 an das Ventil 22, indem er durch eine Ventilöffnung 28a des Zylinderkopfs 28 geführt wird und in ihr hin- und herbewegt wird.
Das Abstandsstück 24 ist zwischen der 3-D Nocke 21 und dem Nockenstößel 23 angeordnet. Das Abstandsstück 24 hat eine flache Fläche 33 an der oberen Seite und eine konvexe kugelförmige Fläche 34 an der unteren Seite. Die flache Fläche 33 berührt die 3-D Nocke 21.
Die konvexe kugelförmige Fläche 34 des Abstandsstücks 24 kommt mit der konkaven kugelförmigen Fläche 32 des Nockenstößels 23 in Eingriff. Die konkave kugelförmige Fläche 32 und die konvexe kugelförmige Fläche 34 haben im wesentlichen den gleichen Krümmungsradius. Die Zentren sowohl der konkaven kugelförmigen Fläche 32 als auch der konvexen kugelförmigen Fläche 34 befinden sich an einem Punkt O2, der auf der Mittelachse B des Ventils 22 angeordnet ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist eine Abstandsstückhöhe H kleiner als der Krümmungsradius R der konvexen kugelförmigen Fläche 34 des Abstandsstücks 24, wo die Höhe H des Abstandsstücks ein Abstand von dem oberen Ende der konvexen kugelförmigen Fläche 34 zu der flachen Fläche 32 des Abstandsstücks 24 ist.
Bei der vorstehend erwähnten Konstruktion ist das Abstandsstück 24 entlang der konkaven kugelförmigen Fläche 32 des Nockenstößels 23 drehbar gleitfähig, während die konvexe kugelförmigen Fläche 34 die konkave kugelförmige Fläche 32 berührt.
Bei der Ventiltriebvorrichtung 20 wird dem Kontaktgebiet zwischen der 3-D Nocke 21 und dem Abstandsstück 24 und dem Kontaktgebiet zwischen dem Abstandsstück 24 und dem Nockenstößel 23 ein Schmiermittel zugeführt. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird das zwischen der konvexen kugelförmigen Fläche 34 des Abstandsstücks 24 und der konkaven kugelförmigen Fläche 32 des Nockenstößels 23 zugeführte Schmiermittel völlig in dem Kontaktgebiet zurückgehalten, da der Nockenstößel 23 unterhalb des Abstandsstücks 24 angeordnet ist und die konkave kugelförmige Fläche hat, die als eine das Schmiermittel zurückhaltende Aussparung dient. Somit wird eine gute Schmierung zwischen dem Abstandsstück 24 und dem Nockenstößel 23 erzielt, was eine Verringerung des Reibungsverlustes zur Folge hat. Das bedeutet, daß die Verschleißfestigkeit zwischen dem Abstandsstück 24 und dem Nockenstößel 23 vergrößert ist.
Das Kontaktgebiet zwischen der konvexen kugelförmigen Fläche 34 des Abstandsstücks 24 und der konkaven kugelförmigen Fläche 32 des Nockenstößels 23 ist groß, weil der Kontakt zwischen den kugelförmigen Abschnitten hergestellt ist, die im wesentlichen den gleichen Krümmungsradius haben. Dieser große Flächenkontakt hat eine Abnahme bei dem Flächenkontaktdruck zwischen dem Abstandsstück 24 und dem Nockenstößel 23 zur Folge. Somit ist eine Verschleißfestigkeit vergrößert.
Der Nockenstößel 23 hat einen Rand 35, der sich von der konkaven Umfangsfläche 32 radial erstreckt. Das Abstandsstück 24 hat einen Kranz 36, der sich von der konvexen kugelförmigen Fläche 34 radial erstreckt. Der Kranz 36 verhindert eine übermäßige Bewegung (Drehung) des Abstandsstücks 24 durch eine Berührung mit dem Rand 35 des Nockenstößels 23, so daß das Abstandsstück 24 nicht aus dem Gebiet zwischen dem Abstandsstück 24 und dem Nockenstößel 23 herauskommt.
Zusätzlich ist bei der erfindungsgemäßen Ventiltriebvorrichtung 20 der Durchmesser L1 der flachen Fläche 33 des Abstandsstücks 24 größer als eine Breite L2 des Nockenabschnitts 25 der 3-D Nocke 21 (L1> L2). Hiernach kann der Durchmesser L1 als eine Abstandsstückbreite L1 bezeichnet werden, und die Breite L2 kann als eine Nockenbreite L2 bezeichnet werden.
Im folgenden wird unter Bezugnahme auf die Fig. 4A, 4B, 5A und 5B eine Beschreibung eines Betriebs der Ventiltriebvorrichtung gegeben. Die Fig. 4A und 4B zeigen einen Zustand, bei dem das Abstandsstück 24 den Grundkreisabschnitt 25a des Nockenabschnitts 25 berührt. Die Fig. 5A und 5B zeigen einen Zustand, bei dem das Abstandsstück 24 den Nockenanlauf 25 des Nockenabschnitts 25 berührt. In den Fig. 4A, 4B, 5A und 5B sind die Ventilfeder 29, der Halter 30 und der Ventilsitz 31 zur Vereinfachung der Veranschaulichung weggelassen.
Wie vorstehend erwähnt, dreht die 3-D Nocke 21 im Gleichlauf mit der Kurbelwelle des Motors. Somit, wenn der Nockenabschnitt 25 das Abstandsstück 24 drückt, indem er von dem in den Fig. 4A und 4B gezeigten Zustand aus gedreht wird, wird eine Druckkraft über das Abstandsstück 24 an den Nockenstößel 23 übertragen. Somit wird das Ventil 22 über den Nockenstößel 23 gedrückt und in der 22 Richtung bewegt. Zusätzlich, wie es ebenfalls vorstehend erwähnt ist, hat der Nockenabschnitt 25 die an dem Nockenanlauf 25b ausgebildete Schrägfläche 27, und das Abstandsstück 24 kann entlang dem konkaven kugelförmigen Abschnitt 32 des Nockenstößels 23 drehbar bewegt werden. Somit, wenn die Schrägfläche 27 bei Drehung der 3-D Nocke 21 mit der flachen Fläche 33 in Kontakt kommt, dreht sich das Abstandsstück 24 oder es wird hinsichtlich des Nockenstößels 23 geneigt, wie es in den Fig. 5A und 5B gezeigt ist, so daß die gesamte Schrägfläche 27 die flache Fläche 33 berührt.
Die Nockenwelle 26 kann entweder in der X1 Richtung oder in der X2 Richtung durch ein in den Figuren nicht gezeigtes Antriebsglied bewegt werden. Zusätzlich ist die Schrägfläche 27 an dem Nockenanlauf 25b ausgebildet. Entsprechend kann der Betrag eines Ventilhubs des Ventils 22 durch die Nockenwelle 26 gesteuert werden, indem sie in der X1 Richtung oder in der X2 Richtung bewegt wird.
Genauer gesagt, wird der Betrag eines Ventilhubs des Ventils 22 verringert, wenn die Nockenwelle 26 in der X1 Richtung bewegt wird, was eine kurze Bewegung des Ventils 22 zur Folge hat, dessen Zustand für einen Motorbetrieb mit niedrigen Drehzahlen geeignet ist, der einen geringeren Betrag einer Durchflußmenge durch das Ventil erfordert. Andererseits wird der Betrag eines Ventilhubs des Ventils 22 vergrößert, wenn die Nockenwelle 26 in der X2 Richtung bewegt wird, was eine längere Bewegung des Ventils 22 zur Folge hat, dessen Zustand für einen Motorbetrieb mit hohen Drehzahlen geeignet ist, der einen größeren Betrag einer Durchflußmenge erfordert.
Nachfolgend wird eine Beschreibung einer Drehbewegung des Abstandsstücks 24 entlang der konkaven kugelförmigen Fläche 32 des Nockenstößels 23 aufgrund eines Eingriffs der Schrägfläche 27 der 3-D Nocke 21 mit der flachen Fläche 33 des Abstandsstücks 24 ausführlicher gegeben.
Wie vorstehend erwähnt, ist das Zentrum des Krümmungsradius der konkaven kugelförmigen Fläche 32 des Nockenstößels 23 mit dem Zentrum des Krümmungsradius der konvexen kugelförmigen Fläche 34 des Abstandsstücks 24 an der gleichen Position O2 angeordnet. Das Zentrum O2 des Krümmungsradius ist auf der Mittelachse B des Ventils 22 angeordnet. Entsprechend kann das Abstandsstück 24 auf der konkaven kugelförmigen Fläche 32 des Nockenstößels 23 drehbar gleiten. Dies ermöglicht die Drehung des Abstandsstücks 24, das parallel zu der Schrägfläche sein soll, wie es in der Fig. 5B gezeigt ist.
Bei diesem Ausführungsbeispiel ist das Zentrum O2 der Flächen 32 und 34 oberhalb des Abstandsstücks 24, weil sowohl die konvexe kugelförmige Fläche 34 des Abstandsstücks 24 als auch die konkave kugelförmige Fläche 32 des Nockenstößels 23 nach unten geschlossen sind. Somit dreht sich das Abstandsstück 24 um den Mittelpunkt O2 in jedweder durch die in der Fig. 5B gezeigten Pfeile C1 oder C2 angezeigte Richtung.
Die Drehbewegung des Abstandsstücks 24 ist eine Bewegung, durch die sich das Abstandsstück 24 von dem Zylinderkopf 28 wegbewegt. Somit kommt das Abstandsstück 24 nicht mit dem Zylinderkopf 28 in Störung, als es bei der herkömmlichen Ventiltriebvorrichtung der Fall ist, bei der die Drehrichtung des Abstandsstücks eine Richtung ist, die sich dem Zylinderkopf annähert.
Zusätzlich, weil die Störung des Abstandsstücks 24 mit dem Zylinderkopf 28 verhindert wird, kann das Kontaktgebiet zwischen dem Abstandsstück 24 und dem Nockenstößel 23 vergrößert werden, so daß der Flächenkontaktdruck zwischen dem Abstandsstück 24 und dem Nockenstößel 23 verringert wird.
Nachfolgend wird eine Beschreibung einer Wirkung gegeben, die dadurch erzielt wird, daß die Abstandsstückbreite L1 größer als die Nockenbreite L2 ist.
Wie vorstehend erwähnt, kann der Nockenabschnitt 25 auf der flachen Fläche 33 des Abstandsstücks 24 bewegt werden, indem die Abstandsstückbreite L1 größer als die Nockenbreite L2 festgesetzt ist. Insbesondere kann der Nockenabschnitt 25 um einen Abstand in einem Bereich von (L1-L2) in der Richtung L1 oder L2 bewegt werden.
Wenn die Abstandsstückbreite L1 kleiner als die Nockenbreite L2 ist, berührt die gesamte Nockenfläche des Nockenabschnitts 25 die flache Fläche 33. In diesem Fall existiert die an dem Abstandsstück 24 erzeugte Drehkraft nur in der Richtung C1 oder C2. Andererseits, wenn die Abstandsstückbreite L1 größer als die Nockenbreite L2 ist, wie es bei diesem Ausführungsbeispiel der Fall ist, ist die Mittellinie D (hiernach als eine Nockenseitenkontaktmittellinie B bezeichnet) des Kontaktgebiets zwischen dem Abstandsstück 24 und dem Nockenstößel 23 von der Mittelachse des Nockenstößels 23 versetzt. Die Mittelachse des Nockenstößels 23 entspricht der Mittelachse B des Ventils 22, wie es in Fig. 5B gezeigt ist, und wird hiernach als eine Nockenstößelseitenkontaktmittellinie bezeichnet. In Fig. 5B ist die Nockenseitenkontaktmittellinie D von der Nockenstößelseitenkontaktmittellinie B um einen Abstand dL versetzt.
Bei der vorstehend erwähnten Konstruktion wird an dem Abstandsstück 24 eine Drehkraft erzeugt, durch die das Abstandsstück 24 um die Nockenstößelseitenkontaktmittellinie B in einer in der Fig. 5B durch die Pfeile E angezeigte Richtung E gedreht wird.
Da das Abstandsstück 24 in einer beliebigen Richtung hinsichtlich des Nockenstößels 23 gedreht werden kann, wie es vorstehend erwähnt ist, kann das Abstandsstück 24 um die Nockenstößelseitenkontaktmittellinie B in jedweder Richtung E durch die Drehkraft gedreht werden, die durch den Versatz der Nockenseitenkontaktmittellinie D von der Nockenstößelseitenkontaktmittellinie B erzeugt wird.
Wenn das Abstandsstück 24 in der Richtung E gedreht ist, wird der Berührungspunkt des Abstandsstücks 24 hinsichtlich des Nockenabschnitts 25 in der Richtung E verschoben. Dies verhindert, daß das Abstandsstück 24 den Nockenabschnitt 25 immer in dem gleichen Gebiet der flachen Fläche 33 berührt. Somit wird verhindert, daß sich die flache Fläche 33 des Abstandsstücks 24 nur in einem bestimmten Gebiet der flachen Fläche 33 abnutzt. Dies vergrößert die Zuverlässigkeit der Ventiltriebvorrichtung 20. Zusätzlich werden die konvexe kugelförmige Fläche 34 des Abstandsstücks 24 und die konkave kugelförmige Fläche 32 des Nockenstößels 23 ebenfalls gleichmäßig über dem gesamten Kontaktgebiet abgenutzt, weil das Abstandsstück 24 in der Richtung E hinsichtlich des Nockenstößels 23 gedreht ist.
Es besteht eine Möglichkeit, daß, wenn das Abstandsstück 24 mit der konkaven kugelförmigen Fläche 34 übermäßig bewegt wird, das Abstandsstück 24 aus dem Nockenstößel 23 herauskommen kann. Jedoch wird bei diesem Ausführungsbeispiel eine übermäßige Bewegung des Abstandsstücks 24 verhindert, weil der Rand 35 an dem Nockenstößel 23 und der Kranz 36 an dem Abstandsstück 24 ausgebildet sind. Das bedeutet, daß die übermäßige Bewegung des Abstandsstücks 24 durch den Kranz 36 des Abstandsstücks 24 daran gehindert wird, den Rand 35 des Nockenstößels 23 zu berühren. Dies vergrößert auch die Zuverlässigkeit der Ventiltriebvorrichtung 20.
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die Fig. 6A und 6B eine Beschreibung der Wirkung gegeben, die dadurch erzielt wird, daß die Abstandsstückhöhe H kleiner als der Krümmungsradius R des Abstandsstücks 24 ist. Fig. 6A zeigt eine Flächenkontaktdruckverteilung zwischen dem Abstandsstück 24 und dem Nockenstößel 23 in einem Zustand, bei dem der Krümmungsradius r des Abstandsstücks 24 im wesentlichen gleich der Abstandsstückhöhe H ist. Fig. 6B zeigt eine Flächenkontaktdruckverteilung zwischen dem Abstandsstück 24 und dem Nockenstößel 23 in einem Zustand, bei dem der Krümmungsradius R des Abstandsstücks 24 größer als die Abstandsstückhöhe H ist.
Der Flächenkontaktdruck zwischen der konkaven kugelförmigen Fläche 32 und der konvexen kugelförmigen Fläche 34 kann unter Verwendung eines Verfahrens zur Berechnung eines Lagerdrucks in einem Lager erzielt werden. Ein Lagerdruck P in einem Lager kann durch Division einer auf das Lager aufgebrachten Kraft F durch ein projiziertes Gebiet S des Lagers berechnet werden (P = F/S). Unter Verwendung dieser Beziehung kann der Flächenkontaktdruck P durch Division einer Druckkraft F, die durch die 3-D Nocke 21 auf das Abstandsstück 24 aufgebracht ist, durch ein projiziertes Gebiet S der konvexen kugelförmigen Fläche 34 berechnet werden.
Unter Bezugnahme auf den in Fig. 6A gezeigten Aufbau wird das projizierte Gebiet S1 der konvexen kugelförmigen Fläche 34 durch S1 = πxr² berechnet. Entsprechend kann der Flächenkontaktdruck P1 zwischen der konkaven kugelförmigen Fläche 32 und der konvexen kugelförmigen Fläche 34 in diesem Fall durch die folgende Gleichung (1) erhalten werden.
P1 = F/(πxr²) (1)
Andererseits kann bei dem in Fig. 6B gezeigten Aufbau der Flächenkontaktdruck P2 wie folgt erhalten werden. Es wird angenommen, daß die Druckkraft F und Abstandsstückhöhe H gleich wie diejenigen des in Fig. 6A gezeigten Aufbaus sind, so daß ein Vergleich dazwischen erleichtert ist. Das projizierte Gebiet S2 der konvexen kugelförmigen Fläche 34 wird als S2 = πxR&sub0;² erhalten. Somit kann der Flächenkontaktdruck P2 durch die folgende Gleichung (2) erhalten werden.
P2 = F/(πxR&sub0;²) (2)
Nachfolgend wird ein Vergleich zwischen dem bei dem in Fig. 6A gezeigten Aufbau erhaltenen Flächenkontaktdruck P1 und dem Flächenkontaktdruck P2 gemacht, der bei dem in der diesem Ausführungsbeispiel entsprechenden Fig. 6b gezeigten Aufbau erhalten wird. Wie vorstehend erwähnt, ist bei diesem Ausführungsbeispiel die Abstandsstückhöhe H kleiner als der Krümmungsradius R der konvexen kugelförmigen Fläche 34 (H< R). Somit ist unter der Annahme der gleichen Höhe H des Abstandsstücks zwischen den in den Fig. 6A und 6B gezeigten Aufbaugestalten eine Beziehung r< R&sub0;R eingeführt, wie es aus den Fig. 6A und 6B ersichtlich ist. Entsprechend ist bei einem Vergleich der projizierten Gebiete S1 und S2 miteinander eine Beziehung S1< S2 eingeführt. Durch Anwenden der vorstehenden Beziehungen auf die Gleichungen (1) und (2) ist eine Beziehung P1> P2 eingeführt.
Wie vorstehend erwähnt, ist der Flächenkontaktdruck P2 dieses Ausführungsbeispiels kleiner als der Flächenkontaktdruck des in der Fig. 6A gezeigten Aufbaus, indem die Abstandsstückhöhe H kleiner als der Krümmungsradius R des Abstandsstücks 24 festgesetzt ist. Dies verringert eine Abnutzung zwischen dem Abstandsstück 24 und dem Nockenstößel 23.
Zusätzlich, weil das Kontaktgebiet S2 zwischen dem Abstandsstück 24 und dem Nockenstößel 23 ohne eine Vergrößerung der Abstandsstückhöhe H vergrößert werden kann, kann die Trägheitsmasse des Ventiltriebsystems verglichen mit dem Aufbau, bei dem das Kontaktgebiet durch eine Vergrößerung der Höhe H des Abstandsstücks vergrößert ist, verkleinert werden. Somit kann ein schnelles Ansprechverhalten der Ventiltriebvorrichtung 20 bei einem Motorbetrieb mit hoher Drehzahl erzielt werden.
Nachfolgend wird die Flächenkontaktdruckverteilung näher erläutert. Die Änderung in der Flächenkontaktdruckverteilung des in der Fig. 6B gezeigten Aufbaus dieses Ausführungsbeispiels ist kleiner als die des in der Fig. 6A gezeigten Aufbaus. Insbesondere ist der maximale Flächenkontaktdruck des in der Fig. 6B gezeigten Aufbaus kleiner als der maximale Flächenkontaktdruck des in der Fig. 6A gezeigten Aufbaus, wobei die Änderung in der Flächenkontaktdruckverteilung des in der Fig. 6B gezeigten Aufbaus kleiner als die des in der Fig. 6A gezeigten Aufbaus ist. Das bedeutet, der Flächenkontaktdruck dieses Ausführungsbeispiels ist verglichen mit dem in der Fig. 6A gezeigten Aufbau gleich verteilt.
Wie vorstehend erwähnt, kann der maximale Flächenkontaktdruck zwischen dem Abstandsstück 24 und dem Nockenstößel 23 durch Vergrößerung des Krümmungsradius R der konvexen kugelförmigen Fläche 34 hinsichtlich der Abstandsstückhöhe H des Abstandsstücks 24 verringert werden. Somit wird eine Konzentration des Flächenkontaktdrucks auf ein lokales Gebiet verhindert, was eine Verhinderung einer lokalen Abnutzung der konvexen kugelförmigen Fläche 34 des Abstandsstücks 24 und der konkaven kugelförmigen Fläche des Nockenstößels 23 zur Folge hat.
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die Fig. 7A und 7B eine Beschreibung eines zweiten Ausführungsbeispiels der Erfindung gegeben. Fig. 7A ist eine Seitenansicht einer Ventiltriebvorrichtung 20A gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung; Fig. 7B ist eine Vorderansicht der in Fig. 7A gezeigten Ventiltriebvorrichtung 20A. In den Fig. 7A und 7B sind den Teilen, die die gleichen wie die in den Fig. 3A und 3B gezeigten Teile sind, die gleichen Bezugszeichen gegeben, wobei deren Beschreibung weggelassen wird. Bei der Ventiltriebvorrichtung 20A gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel ist ein Ventilkipphebel 40 als ein Kraftübertragungselement vorgesehen, das eine Druckkraft von der 3-D Nocke 21 an das Ventil 22 überträgt.
Ein Ende des Ventilkipphebels 40 ist durch eine Kipphebelwelle 41 drehbar gestützt. Das andere Ende des Ventilkipphebels 40 ist als ein Betätigungsabschnitt 43 ausgebildet, der ein oberes Ende des Ventils 22 berührt. Eine konkave kugelförmige Fläche 42, die ähnlich ist zu dem konkaven kugelförmigen Abschnitt 32 des ersten Ausführungsbeispiels, ist an dem Ventilkipphebel 40 zwischen der Kipphebelwelle 41 und dem Betätigungsabschnitt 43 ausgebildet. Das Abstandsstück 24 ist an dem konkaven kugelförmigen Abschnitt 42 vorgesehen.
Die 3-D Nocke 21 ist oberhalb des Abstandsstücks 24 derart vorgesehen, daß das Abstandsstück 24 gedrückt wird, wenn die 3-D Nocke 21 durch eine Drehung der Nockenwelle 26 gedreht wird. Somit wird die Druckkraft über den Ventilkipphebel 40 an das Ventil 22 übertragen, so daß die Verschiebung des Abstandsstücks 24 an das Ventil 22 in zunehmendem Maße aufgrund einer Hebelwirkung übertragen wird. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist das Abstandsstück 24 auf der konkaven kugelförmigen Fläche 42 ähnlich zu dem vorstehend erwähnten ersten Ausführungsbeispiel drehbar bewegbar. Somit hat dieses Ausführungsbeispiel die gleichen Wirkungen und Vorteile wie das erste Ausführungsbeispiel. Entsprechend kann eine lokale Abnutzung zwischen dem Abstandsstück 24 und der konkaven kugelförmigen Fläche 42 des Ventilkipphebels 40 verhindert werden.
Die Erfindung ist nicht auf die Ventiltriebvorrichtung der Direktantriebsbauart oder der Ventilkipphebelbauart beschränkt, wie sie bei den vorstehend erwähnten Ausführungsbeispielen beschrieben wird. Beispielsweise kann die Erfindung auf eine Ventiltriebvorrichtung einer Schwinghebelantriebsbauart, oder weiter, auf eine von der Ventiltriebvorrichtung für eine Brennkraftmaschine verschiedene Nockentriebvorrichtung angewendet werden.
Die Erfindung ist nicht auf die im besonderen ausgeführten Ausführungsbeispiele beschränkt und Änderungen und Abwandlungen können gemacht werden, ohne die wie in dem beigefügten Anspruch 1 definierte Erfindung zu verlassen.

Claims

1. Ventiltriebvorrichtung (20, 20A) zum Antreiben eines Ventils (22) einer Brennkraftmaschine, wobei die Ventiltriebvorrichtung aufweist:

eine im Gleichlauf mit einem Betrieb der Brennkraftmaschine drehbare dreidimensionale Nocke (21), wobei die dreidimensionale Nocke (21) einen Nockenabschnitt (25) mit einer schrägen Nockenfläche (27) umfaßt, die hinsichtlich einer Drehachse der dreidimensionalen Nocke (21) geneigt ist, wobei die dreidimensionale Nocke (21) entlang der Drehachse bewegbar ist;

ein Kraftübertragungselement (23, 40), das eine durch einen Nockensteuerungsvorgang der dreidimensionalen Nocke (21) erzeugte Kraft an das Ventil (22) überträgt, wobei das Kraftübertragungselement (23, 40) eine erste das Ventil (22) drückende Fläche und eine zweite Fläche (32) hat; und

ein Abstandsstück (24), das zwischen der dreidimensionalen Nocke (21) und dem Kraftübertragungselement (23) angeordnet ist, wobei das Abstandsstück (24) eine die dreidimensionale Nocke (21) berührende erste Fläche (33) und entgegengesetzt zu der ersten Fläche (33) des Abstandsstücks (24) eine zweite Fläche (34) hat, wobei die zweite Fläche (34) des Abstandsstücks (24) die zweite Fläche (32) des Kraftübertragungselements (23, 40) drückt, wobei

die zweite Fläche (34) des Abstandsstücks (24) eine konvexe kugelförmige Form hat und die zweite Fläche (32) des Kraftübertragungselements (23, 40) eine konkave kugelförmige Form hat, um die zweite Fläche (34) des Abstandsstücks (24) aufzunehmen,

dadurch gekennzeichnet, daß

das Abstandsstück (24) über ein gesamtes Profil der dreidimensionalen Nocke (21) in einer beliebigen Richtung einschließlich einer Richtung um eine im wesentlichen zu einer Bewegungsrichtung des Ventils (22) parallelen Achse drehbar ist, so daß sich die erste Fläche (33) des Abstandsstücks (24) immer nach der schrägen Nockenfläche (27) des Nockenabschnitts (25) ausrichtet, und eine Breite der ersten Fläche (33) des Abstandsstücks (24) größer als eine Breite des Nockenabschnitts (25) ist; und

das Kraftübertragungselement (23) einen Rand (35) hat, der sich von einem Außenumfang der zweiten Fläche (32) des Kraftübertragungselements (23) radial und nach außen hin erstreckt, und das Abstandsstück (24) einen Kranz (36) hat, der sich von einem Außenumfang der zweiten Fläche (34) des Abstandsstücks (24) radial und nach außen hin erstreckt, so daß das Abstandsstück (24) nicht aus einem Gebiet zwischen dem Abstandsstück (24) und dem Kraftübertragungselement (23) herauskommt, wobei der Kranz (36) einstückig mit dem Abstandsstück (24) ausgebildet ist.

2. Ventiltriebvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Krümmungsradius der zweiten Fläche (34) des Abstandsstücks (24) im wesentlichen gleich einem Krümmungsradius der zweiten Fläche (32) des Kraftübertragungselements (23) ist.

3. Ventiltriebvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Fläche (33) des Abstandsstücks (24) im wesentlichen eine kreisförmige Form hat, wobei die Breite der ersten Fläche (33) des Abstandsstücks (24) einem Durchmesser der ersten Fläche (33) des Abstandsstücks (29) entspricht.

4. Ventiltriebvorrichtung nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Höhe des Abstandsstücks (24) kleiner als ein Krümmungsradius des Abstandsstücks (24) ist, wobei die Höhe des Abstandsstücks (24) ein Abstand von einem oberen Ende der zweiten Fläche (34) des Abstandsstücks (24) bis zu der ersten Fläche (33) des Abstandsstücks (24) ist.

5. Ventiltriebvorrichtung nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß das Kraftübertragungselement einen Ventilkipphebel (40) aufweist, der ein erstes Ende, das dazu angepaßt ist, durch eine Kipphebelwelle (41) drehbar gestützt zu sein, und ein das Ventil (22) berührendes zweites Ende (43) hat, wobei die zweite Fläche (42) des Kraftübertragungselements an dem Ventilkipphebel (40) zwischen dem ersten Ende und dem zweiten Ende (43) ausgebildet ist.