DE69913251T2

DE69913251T2 - Ventilsteuerungseinrichtung für eine Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE69913251T2
Application number: DE69913251T
Authority: DE
Inventors: Kengo Iwata-shi Nishi; Yuji Iwata-shi Saijo; Matunori Iwata-shi Narita; Toshiyuki Iwata-shi Takahashi
Original assignee: Yamaha Motor Co Ltd
Current assignee: Yamaha Motor Co Ltd
Priority date: 1998-06-24
Filing date: 1999-06-24
Publication date: 2004-05-27
Anticipated expiration: 2019-06-25
Also published as: EP0967367A2; US6125807A; EP0967367B1; US6125806A; EP0967367A3; DE69913251D1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Ventilantriebssystem für eine Brennkraftmaschine mit zumindest einem Zylinder, der eine Mehrzahl von Einlass- und Auslassventilen hat, wobei die Einlass- oder Auslassventile jeweils durch einen jeweiligen Kipphebel angetrieben werden, der eine Nabe hat, gelagert zur Drehung an einem Zylinderkopf durch einen Schwenkbolzen, und eine Einlass- oder Auslassnockenwelle, gebildet mit dreidimensionalen Nocken zum Eingriff mit den Schwenkenden der Kipphebel in gleitender Art.
Ein System ist bekannt geworden, dass z. B. vier radial angeordnete Einlass- und Auslassventile für jeden Zylinder hat, als einen Motor, gebildet mit einer halbkugelförmigen Brennkammer, um die Verbrennungswirksamkeit zu verbessern. In dem für diese Art von Motoren verwendeten Ventilantriebssystem wird, weil die Öffnungs-/Schließrichtungen der Einlass- und Auslassventile für jedes Ventil unterschiedlich sind, wenn aus der Richtung senkrecht zu den Achsen der Nockenwellen gesehen, ein komplizierter Aufbau verwendet, um die Drehung der Nockenwellen zu jedem Ventil zu übertragen (siehe z. B. die JP-A-59-29709).
Das in der Patentveröffentlichung gezeigte Ventilantriebssystem ist derart angeordnet, dass eine Nockenwelle an der Mitte eines Zylinderkopfes zur Drehung gelagert ist, die Nockenoberfläche der Nockenwelle parallel mit der axialen Richtung der Nockenwelle gebildet ist, und die zwei Kipphebel für jedes Einlass- oder Auslassventil zwischen der Nockenoberfläche und dem Einlass- oder Auslassventil angeordnet sind.
Ein erster Kipphebel von einem der zwei Kipphebel ist für die Kippbewegung an einer ersten Lagerwelle parallel bei der Nockenwelle gelagert, mit einem Ende mit der Nockenoberfläche im Eingriff und dem anderen Ende erstreckt sich in Richtung zu dem Einlass- oder Auslassventil. Der weitere, zweite Kipphebel ist für die Kippbewegung auf einer zweiten Lagerwelle gelagert, in der Richtung senkrecht zu der Achse des Einlass- oder Auslassventils, mit der Unterseite des Schwenkendes des Kipphebels in Kontakt mit dem Einlass- oder Auslassventil, montiert. Die gegenüberliegende Seite (obere Oberfläche) von dem Einlass- oder Auslassventil ist bei diesem Schwenkende mit dem anderen Ende des ersten Kipphebels im Eingriff. D. h., das Ventilantriebssystem ist derart angeordnet, dass die parallele Übertragung von der Nockenoberfläche durch zwei Kipphebel zu der parallelen Bewegung bei der Achse des Einlass- oder Auslassventils umgewandelt wird.
Das oben beschriebene Ventilantriebssystem hat jedoch einen Nachteil der höheren Herstellungskosten und der größeren Abmessung, weil die Anzahl der Kipphebel groß ist. Um eine Konstruktion von einem Kipphebel für ein Einlass- oder Auslassventil zu realisieren, um eine Kostenverminderung und eine kleiner Abmessung zu verwirklichen, wird es beabsichtigt, dass das System derart angeordnet wird, dass die Nockenoberfläche senkrecht zu der axialen Richtung des Einlass- oder Auslassventils geneigt ist, um eine sogenannte dreidimensionale Nocke zu bilden, und den zweiten Kipphebel in gleitender Art im Eingriff ist.
Jedoch bei der Einführung dieses Systems wird ein Problem der Schmierung des Kontaktabschnittes zwischen dem dreidimensionalen Nocken und dem Kipphebel zur Sprache gebracht. Die Schmierung des Kontaktabschnittes wird durch einen Ölfilm von Schmieröl, gebildet zwischen der Nockenoberfläche des dreidimensionalen Nockens und der Gleitoberfläche des Kipphebels, erreicht. Es ist gut bekannt, dass der Ölfilm zurückgehalten wird, wenn die vorhergehenden Bauteile miteinander in Linienkontakt sind, aber abreißt, wenn sie in Punktkontakt kommen.
Wenn jedoch der dreidimensionale Nocken als ein industrielles Erzeugnis hergestellt wird, tendiert der Kontaktzustand zwischen der Nockenoberfläche und der vorhergehenden Gleitoberfläche infolge eines Herstellungsfehlers der Nockenoberfläche in Punktkontakt zu sein, und das Abreißen des Ölfilmes verursacht einen Verschleiß des Gleitabschnittes. Das Bilden einer hoch-genauen, dreidimensionalen Nockenoberfläche erfordert sehr lange Schleifarbeitsstunden, was zu einer signifikanten Kostenerhöhung führt.
Demzufolge ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Ventilantriebssystem, wie oben angezeigt, zu schaffen, das den Gebrauch der dreidimensionalen Nocken ohne ein Abfallen in der Schmierungsfähigkeit und ohne eine Kostenerhöhung erleichtert, und das eine Kostenverminderung und eine kleinere Abmessung durch Verminderung der Anzahl der Kipphebel, verglichen mit dem herkömmlichen Ventilantriebssystem, bewirkt.
Entsprechend der vorliegenden Erfindung wird diese Aufgabe für ein Ventilantriebssystem, wie oben angezeigt, dadurch gelöst, dass die Nabe des Kipphebels mit dem Schwenkbolzen zur Neigungsbewegung in die Richtung senkrecht zu der Achse des Schwenkbolzens gekoppelt wird.
Entsprechend dieser Erfindung ist der Kipphebel in Bezug zu dem Schwenkbolzen neigbar, um der dreidimensionalen Nockenoberfläche zu folgen, so dass die Nockenoberfläche mit der Gleitoberfläche des Kipphebels an seinem gesamten Umfang herum in Linienkontakt sein kann.
Die Patentveröffentlichung US 5445 117 zeigt eine Konfiguration dadurch, dass eine Walze mit einer Nockenoberfläche in Linienkontakt sein kann.
Ein Motorventilantriebssystem nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist durch ein Motorventilantriebssystem entsprechend der vorhergehenden Erfindung gekennzeichnet, wobei die Position, bei der der dreidimensionale Nocken den Kipphebel eingreift, näher zu dem Schwenkbolzen angeordnet ist, als die Position, bei der der Kipphebel das Einlass- oder Auslassventil eingreift. Entsprechend dieser Erfindung kann, verglichen mit dem System, bei dem der dreidimensionale Nocken den Kipphebel an der Position, die dem Einlass- oder Auslassventil entspricht, eingreift, der Hubbetrag des dreidimensionalen Nockens relativ gering für denselben Öffnungsgrad des Einlass- oder Auslassventils festgelegt werden.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung ist durch das Ventilantriebssystem für Verbrennungsmotoren entsprechend der vorhergehenden Erfindung gekennzeichnet, wobei der Schwenkbolzen in Bezug zu der Achse der Nockenwelle geneigt ist, wenn aus der Richtung der Zylinderachse gesehen.
Entsprechen dieser Erfindung ist der Kipphebel in der Lage entlang der Hubrichtung des Einlass- oder Auslassventils zu kippen.
Überdies wird in dem Ventilantriebssystem, in dem die Kipphebel drehbar mit den Kipphebelwellen gelagert sind, im Wesentlichen ein Aufbau verwendet, bei dem die Nockenwellen und die Kipphebelwellen zueinander parallel angeordnet sind.
Andererseits ist es in einem Ventilantriebssystem für eine Brennkraftmaschine, in der die Einlass- oder Auslassventile radial in drei Dimensionen angeordnet sind, unmöglich, die Nockenwellen und die Kipphebelwellen zueinander parallel anzuordnen. Als ein Ergebnis ist es, um die Kipphebel auf den Seiten von Einlass oder Auslass und eine Auslassno ckenwelle auf der Seite des Auslass anzuordnen, unvermeidlich, dreidimensionale Nocken, gebildet auf den Einlass- und Auslassnockenwellen, zu verwenden.
Jedoch in dem Fall, wie oben beschrieben, dass der dreidimensionale Nocken verwendet wird, damit der dreidimensionale Nocken und der Kipphebelgleitschuh miteinander in Linienkontakt sind, müssen die Kontaktabschnitte von beiden Bauteilen unter Verwendung von Spezial-Schleifmaschinen präzisionsbearbeitet sein, was die Probleme von längerer Bearbeitungszeit und höheren Produktionskosten aufwirft.
Demzufolge ist zur weiteren Verbesserung des Linienkontakts zwischen den Einlass- und den Auslassnocken und den Kipphebeln, ohne dass eine hoch-präzise spanende Bearbeitung erforderlich wird, so dass die Reibung und die Wärmeerzeugung auf den Gleitoberflächen von beiden Bauteilen begrenzt wird, das Folgende vorteilhaft.
Zum Vervollständigen des oben genannten Aspektes ist ein Ventilantriebssystem für eine Brennkraftmaschine vorgesehen, wobei Einlass- und Auslassventile radial angeordnet sind und die Drehung der Einlass- und Auslassnockenwellen durch Kipphebel in die Gleitbewegung der Einlass- und Auslassventile, um die Einlass- und Auslassöffnungen zu öffnen oder zu schließen, übertragen wird, dadurch gekennzeichnet, dass ein Gleitschuh für den Kipphebel als ein separates Bauteil hergestellt und zum Schwenken frei gelagert ist.
Entsprechend eines weiteren Ausführungsbeispieles der Erfindung ist ein Halter, der von einem Zylinderkopf separat ist, mit dem Zylinderkopf verbunden, bei dem Halter, der hergestellt ist, um den Kipphebel zu lagern.
Außerdem ist es möglich, dass die Einlass- und die Auslassnocken in dreidimensionalen Formen auf den Einlass- und Auslassnockenwellen gebildet sind.
Entsprechend eines weiteren Ausführungsbeispieles der Erfindung sind die Kipphebelwellen zum drehbaren Lagern der Kipphebel in der Seitenansicht im Verhältnis zu den Einlass- und Auslassnockenwellen geneigt.
Entsprechend eines noch weiteren Ausführungsbeispieles der Erfindung sind die Einlass- und Auslassnockenwellen zum Lagern zwischen einer mehrfachen Anzahl von benachbarten Einlass- und Auslassventilen angeordnet.
Zusätzlich muß in der Ventilantriebsvorrichtung der Kipphebelart, wenn die Kipphebel zwischen den Einlass- und Auslassnockenwellen angeordnet sind, herkömmlich der Zylinderkopf in zwei, obere und untere Teile geteilt werden.
Wenn jedoch der Zylinderkopf in zwei obere und untere Teile geteilt worden ist, erhöht sich die Anzahl der Teile, der Aufbau wird kompliziert, und die Anzahl der Zusammenbauschritte erhöht sich.
In Sport-Typen, Motoren mit einer hohen Umdrehungszahl mit einem kleinen Winkel zwischen den Ventilachsen und einem großen Winkel zwischen den Einlass- und den Auslasskanalachsen, ist es schwierig, Kipphebel rund um die Zylindermitte anzuordnen. D. h., in einem Aufbau, in dem ein gewöhnlicher Kipphebel durch eine Kippwellenbohrung, gebohrt über multiple Zylinder, durchgeht, wird die Kipphebelbohrung beim Kreuzen der Zündkerzenbohrung abschließen. Überdies ist es unmöglich, durch spanende Bearbeitung eine lange Kipphebelbohrung mit kleinem Durchmesser herzustellen, während eine hohe, parallele Präzision zwischen der Kipphebelbohrung und der Nockenwelle beibehalten wird.
Wenn andererseits ein Aufbau verwendet wird, in dem die Kipphebelwelle außerhalb der Nockenwelle angeordnet ist, wird die Anordnung der Einlass- und Auslasskanäle notwendigerweise nachteilig.
Demzufolge ist ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung, ein Ventilantriebssystem für einen Mehrfachzylinder-Motor zu schaffen, das es möglich macht, einen Zylinderkopf-Integraltyp während des Anordnens der Kipphebelwellen zwischen den Einlass- und Auslassnockenwellen zu schaffen, und die Steifigkeit des Lagerns der Kipphebel, durch das Lagern von ihnen innerhalb einer kompakten Anordnung, zu verbessern.
Um den oben beschriebenen Aspekt zu erreichen, ist ein Ventilantriebssystem für ein Mehrfachzylinder-Motor vorgesehen, wobei für jeden Zylinder ein Halter als ein separates Bauteil zum Lagern der Kipphebel unter einer Oberfläche eines Zylinderkopf-Integraltyps, mit dem eine Kopfabdeckung verbunden ist, verbunden ist.
Entsprechend eines weiteren Ausführungsbeispieles der Erfindung ist jeder Halter mit einer Kipphebelbohrung und einer Zündkerzenbohrung versehen.
Entsprechend eines weiteren Ausführungsbeispieles der Erfindung ist jeder Halter mit vier Kippwellen parallel zu den Einlass- und Auslassnockenwellen versehen.
Entsprechend eines noch weiteren Ausführungsbeispieles der Erfindung ist jeder Halter aus einem Material auf Eisen-Grundlage hergestellt.
Außerdem ist es möglich, dass die oberen Abschnitte der Einlass- und Auslassnockenwellen mit einer gemeinsamen Lagerschale vom Integraltyp gelagert werden, mit der Lagerschale, die die Verbindungsnaben auf gegenüberliegenden Einlass- und Auslassseiten eines Zylinderkopfes überbrückt.
Entsprechend eines weiteren Ausführungsbeispieles der Erfindung sind die axialen Zentren der Einlass- und Auslassnockenwellen auf den axialen Mittellinien der Einlass- und Auslassventile angeordnet.
Entsprechend eines weiteren Ausführungsbeispieles der Erfindung sind Ölaufnahmerippen auf der inneren Oberfläche der Kopfabdeckung, platziert über der Oberseite des Zylinderkopfes, gebildet.
Weitere bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung sind in weiteren abhängigen Ansprüchen niedergelegt.
Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung in größerer Ausführlichkeit in Bezug auf mehrere Ausführungsbeispiel derselben in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen erläutert, wobei:
1 eine Schnittdarstellung eines Verbrennungsmotors ist, der ein Ventilantriebssystem nach dieser Erfindung enthält;
2 eine Draufsicht des Zylinderkopfes ist;
3 eine perspektivische Ansicht ist, die den Aufbau des Ventilantriebssystems dieser Erfindung zeigt;
4 Ansichten sind, die den Kipphebel zeigen;
5 eine Schnittdarstellung der Nabe des Kipphebels ist;
6 eine vergrößerte Ansicht eines Abschnittes eines weiteren Ausführungsbeispieles des Ventilantriebssystems für Motoren dieser Erfindung ist;
7 einen seitlichen Querschnitt eines oberen Abschnittes (Zylinderkopfabschnitt) einer Brennkraftmaschine, versehen mit der Ventilantriebsvorrichtung nach der Erfindung, zeigt;
8 eine Draufsicht einer Brennkraftmaschine ist, versehen mit der Ventilantriebsvorrichtung nach der Erfindung, wobei seine Kopfabdeckung entfernt ist;
9 eine Seitenansicht ist, die den gleitenden Kontaktzustand des Nockens und den Kipphebel der Ventilantriebsvorrichtung nach der Erfindung zeigt;
10 eine Vorderansicht ist, die den gleitenden Kontaktzustand des Nockens und des Kipphebels der Ventilantriebsvorrichtung nach der Erfindung zeigt (wie in der Richtung des Pfeils A in 3 gezeigt);
11 eine schräge Ansicht ist, die den gleitenden Kontaktzustand des Nockens und des Kipphebels der Ventilantriebsvorrichtung nach der Erfindung zeigt;
12 einen seitlichen Querschnitt des oberen Teiles (Zylinderkopfbereich) eines Mehrfachzylinder-Motors, versehen mit einer Ventilantriebsvorrichtung der Erfindung, zeigt (wie entlang der Linie B-B in 2 gesehen);
13 eine Ansicht ist, wie entlang der Pfeile A-A in der 1 gesehen; und
14 einen Querschnitt zeigt, wie entlang der Linie C-C in der 2 gesehen.
Jetzt wird ein Ausführungsbeispiel des Ventilantriebssystems für Verbrennungsmotoren nach dieser Erfindung ausführlich in Bezug auf die 1–5 beschrieben.
Die 1 ist eine Schnittdarstellung eines Verbrennungsmotors, die ein Ventilantriebssystem nach der Erfindung enthält, und 2 ist eine Draufsicht des Zylinderkopfes, in der die angeschnittene Position der 1 durch die Linie 1-1 gezeigt ist. 3 ist eine perspektivische Ansicht, die den Aufbau des Ventilantriebssystems nach der Erfindung zeigt, und 4 sind Ansichten, die den Kipphebel zeigen, wobei die (a) eine Draufsicht ist, (b) eine Seitenansicht und (c) eine Vorderansicht ist, wie von der Gleitschuhseite gesehen. 5 ist eine Schnittdarstellung der Nabe des Kipphebels, genommen entlang der Linie V-V von 4(b).
In diesen Figuren bezeichnet das Bezugszeichen 1 einen Zylinderkopf eines Verbrennungsmotors nach diesem Ausführungsbeispiel. Der Zylinderkopf 1 ist für einen wassergekühlten Einzelzylinder-Motor vom DOHC-Typ, und mit einer annähernd halbkugelförmigen Brennkammer 2 und zwei Sätzen einer Einlassöffnung 3 und Auslassöffnung 4, verbunden mit der Brennkammer 2, gebildet. Zwischen diesen Öffnungen 3, 4, d. h., in der Mitte der Brennkammer 2, ist eine Zündkerze (nicht gezeigt) verbunden.
Zwei Einlassventile 5 zum Öffnen/Schließen der Einlassöffnungen 3 und zwei Auslassventile 6 zum Öffnen/Schließen der Auslassöffnungen 4 sind derart angeordnet, dass sich die Ventilwellen 5a, 6a radial von der Brennkammer 2 erstrecken, wenn von der axialen Richtung des Zylinders geschaut wird, wie in der 2 gezeigt. Diese Einlass- und Auslassventile 5, 6 werden durch das Ventilantriebssystem 7 angetrieben, wie nachstehend beschrieben wird. Die Achse der Zylinder ist in der 1 durch die Einzelpunkt- und Strichlinie C gezeigt.
Die Bauteile, durch die die Ventilschäfte 5a, 6a der Einlass- und Auslassventile 5, 6 durchgehen, wie in der 1 durch die Zahl 8 angezeigt, sind Federhalter zum Zurückhalten der Ventilfedern (nicht gezeigt), um die Einlass- und Auslassventile 5, 6 in die Richtung des Schließens vorzuspannen. Der Federhalter 8 ist in einer bodenartigen, zylindrischen Form mit einem Boden (obere Seite in 1) gebildet, durchdrungen durch die Einlass- oder Auslassventile 5, 6, und in einen Haltezylinder 9, befestigt mit dem Zylinderkopf 1, zur gleitenden Bewegung eingesetzt. Die Ventilfeder ist zwischen dem inneren Boden des Federhalters 8 und dem Zylinderkopf 1 federbelastet.
Das Ventilantriebssystem 7 zum Antreiben der Einlass- und Auslassventile 5, 6 weist auf eine Einlassnockenwelle 11 und eine Auslassnockenwelle 12, und Kipphebel 14, einen für jeden der Einlass- und Auslassventile, die durch dreidimensionale Nocken 13 dieser Nockenwellen 11, 12 im Eingriff sind.
Die Einlassnockenwellen 11 und die Auslassnockenwellen 12 sind mit dreidimensionalen Nocken 13 an Positionen versehen, die den Einlass- und Auslassventilen 5, 6 entsprechen, und zur Drehung des Zylinderkopfes 1 durch einen allgemeinbekannten Lageraufbau gelagert. Nockenkappen, die diese Nockenwellen 11, 12 auf dem Zylinderkopf lagern, sind durch die Bezugszeichen 15 in den 1 und 2 bezeichnet. Diese Nockenwellen 11, 12 sind jeweils derart angeordnet, dass ein Zeitgeberkettenrad 16 an einem Ende (unteres Ende in der Figur) befestigt ist, und die Drehung der Kurbelwelle (nicht gezeigt) wird durch die zwischen dem Kettenrad 16 und der Kurbelwelle erstreckte Zeitgeberkette (nicht gezeigt) übertragen.
Die Schmierung der Lager zum Lagern sowohl der Nockenwellen 11, 12 zum Drehen, als auch der gleitenden Abschnitte zwischen den dreidimensionalen Nocken 13 und der Kipphebel 14, wird durch das Zuführen von Schmieröl aus den Schmierölkanälen (nicht gezeigt), gebildet in den Nockenwellen 11, 12 zu den gleitenden Abschnitten vorgenommen.
Der dreidimensionale Nocken 13 ist, wie in den 2 und 3 gezeigt, mit einer derart geneigten Nockenoberfläche 13a gebildet, dass ihr Durchmesser sich von einem Ende in Richtung zu dem anderen Ende des Nockens in der axialen Richtung vermindert. Die Neigungswinkel der Nockenoberfläche 13a sind festgelegt, um den Neigungswinkeln der Ventilschäfte 5a, 6a der Einlass- und Auslassventile 5, 6 in Bezug auf die Achsen der Nockenwellen 11, 12 derart zu entsprechen, dass die Nockenoberflächen 13a im gleitenden Eingriff mit den Kipphebeln 14 parallel an den Kontaktabschnitten sind, mit den Ebenen zu den Achsen der Einlass- und Auslassventile 5, 6 senkrecht.
Der Kipphebel 14 ist, wie in der 4 gezeigt, derart gebildet, dass eine zylindrische Nabe 17 und ein Verbindungsstück 18, der in einer Richtung von der Nabe 17 vorspringt, einstückig gebildet sind, und ein Gleitschuh 19, im Eingriff durch den dreidimensionalen Nocken 13 der Nockenwelle 11 oder 12 ist an dem Verbindungsstück 18 befestigt. Der Kipphebel 14 ist, wie in den 1 und 2 gezeigt, an der Nabe 17 auf einem säulenartigen Schwenkbolzen 20 eines konstanten Durchmessers eingesetzt und für eine Drehbewegung auf dem Zylinderkopf 1 durch den Schwenkbolzen 20 gelagert. Die Nabe 17 bildet den Basisabschnitt des Kipphebels 14 dieser Erfindung.
Diese Kipphebel 14 und Schwenkbolzen 20 sind geneigt, um der Neigung der Einlass- und Auslassventile 5, 6 in Bezug auf die Achsen der Nockenwellen 11, 12 zu entspre chen. D. h., sie sind ähnlich wie die Nockenoberfläche 13a geneigt, um mit den Ebenen, senkrecht zu den Einlass- und Auslassventilen 5, 6, parallel zu sein. Besonders die Schwenkbolzen 20 sind, wie in der 2 gezeigt, durch einen Winkel α in Bezug zu den Achsen der Nockenwellen 11, 12 geneigt, um der Neigung der Einlass- und Auslassventile 5, 6 zu entsprechen, wenn aus der axialen Richtung des Zylinders gesehen. Der Winkel α ist auf annähernd ein Grad für dieses Ausführungsbeispiel festgelegt. Die Schwenkbolzen 20 sind in Bezug auf die Achsen der Nockenwellen 11, 12 ähnlich geneigt, wenn aus der Richtung der Nockenwellen 11, 12 (siehe 3) gesehen. Der Schwenkbolzen 20 für das Einlassventil 5 und der Schwenkbolzen 20 für das Auslassventil 6 auf der linken Seite in 3, und die zwei Schwenkbolzen 20 auf der anderen Seite, sind so geneigt, um eine umgekehrte gespreizte Form anzunehmen, wenn aus der Richtung der Nockenwellen 11, 12 gesehen. Diese Neigung der Schwenkbolzen 20 gestatten den Kipphebeln 14 entlang der Hubrichtung der Einlass- und Auslassventile 5, 6 zu kippen, so dass die Einlass- und Auslassventile 5, 6 ohne unvernünftige Biegebelastung angeordnet werden können.
Der Schwenkbolzen 20 ist an dem Zylinderkopf 1 derart befestigt, dass ein Ende des Schwenkbolzens 20 auf der Seite der Zylinderachse C in einen mit dem Zylinderkopf 1 einstückig gebildeten mittleren Vorsprung 21 (siehe 2), und das andere Ende in einen Schwenkbolzenhalter 22, eingesetzt ist. Der Schwenkbolzenhalter 22 ist von dem Zylinderkopf 1 separat gebildet und an dem Zylinderkopf 1 mit Befestigungsschrauben 23 befestigt.
Das Verbindungsstück 18 des Kipphebels 14 ist an der Spitze mit einem einstückigen, drückenden Vorsprung 18a gebildet, um eine Endkappe 24, verbunden mit dem Ventilschaltende des Einlass- oder Auslassventiles 5, 6 in den Eingriff zu bringen, wie in der 1 gezeigt, und an der gegenüberliegenden Seite (obere Seite in der 1) des Verbindungsstückes 18 von dem drückenden Vorsprung 18a ist ein feststehender Gleitschuh 19 befestigt. Der Gleitschuh 19 in der Form mit einer quadratischen Oberfläche derart gebildet, dass er auf der Seite der Nockenwelle konvex ist und sich in die axiale Richtung der Nockenwellen 11, 12 erstreckt.
In dem Ausführungsbeispiel sind die Länge und die Montageposition des Kipphebels 14 und die die Montageposition der Nockenwellen 11, 12 derart festgelegt, dass der Abstand R1 von dem Kontaktpunkt zwischen dem drückenden Vorsprung 18a und der Endkappe 24 zu der Drehmitte (axiale Mitte des Schwenkbolzens 20) größer als der Abstand R2 von der Drehmitte zu dem Kontaktpunkt zwischen dem Gleitschuh 19 und dem dreidimensionalen Nocken 13 ist.
Eine Bolzenbohrung 25, in die der Schwenkbolzen 20 an der Nabe 17 des Kipphebels 14 eingesetzt ist, ist, wie in der 5 gezeigt, derart gebildet, dass der Innendurchmesser in dem axialen mittleren Abschnitt konstant, und von dem Mittelabschnitt in Richtung zu dem offenen Ende allmählich erhöht ist. Der Mittelabschnitt mit einem konstanten Durchmesser ist in 5 durch das Bezugszeichen 21a gezeigt und die Abschnitte der konischen Bohrung mit dem sich allmählich verändertem Durchmesser sind durch das Bezugszeichen 21b gezeigt. Der Wandoberflächen-Neigungswinkel θ ist z. B. bei ungefähr 0,5–2 Grad festgelegt.
Somit gestattet das konische Ausbilden der Öffnungsseite der Bolzenbohrung 25 dem Kipphebel 14 in die Richtung senkrecht zu der Achse des Schwenkbolzens 20, mit dem in die Bolzenbohrung 25 eingesetzten Schwenkbolzen 20, geneigt zu werden.
Weiter ist der Kipphebel 14, wie in der 4 gezeigt, mit einer Mehrzahl von Vorsprüngen 26 an der axialen Endfläche der Nabe 17 gebildet. Diese Vorsprünge 26 sind gebildet, um mit der Endfläche des Mittelabschnittes 21 des Zylinderkopfes 1 und der Endfläche des Schwenkbolzenhalters 22 in Kontakt zu sein. Als ein Ergebnis sind die Vorsprünge 26 an der Endfläche der Nabe 17 auf diese Weise gebildet, wodurch die Neigungsrichtung des Kipphebels 14 in Bezug auf den Schwenkbolzen 20 begrenzt werden kann. D. h., wie in der 4 gezeigt, gestattet das Ausbilden der Vorsprünge auf beiden Seiten der Nabe 17 (beide Seiten in der Richtung senkrecht zu den Achsen der Nockenwellen 11, 12 und der Zylinderachse C) dem Kipphebel 14 in Uhrzeigersinn, oder entgegen des Uhrzeigersinns in 4(c) geneigt zu werden.
In dem Ventilantriebssystem 7 wird, wie oben beschrieben, die Drehung der Einlassnockenwelle 11 und der Auslassnockenwelle 12 von den dreidimensionalen Nocken 13 auf die Kipphebel 14 übertragen und die Kipphebel 14 werden um den Schwenkbolzen 20 gedreht, um die Einlass- und Auslassventile 5, 6 zu öffnen/zu schließen. Bezüglich des gleitenden Abschnittes zwischen dem dreidimensionalen Nocken 13 und dem Gleitschuh 19 des Kipphebels 14, wird ein Ölfilm des Schmieröls zurückgehalten, wenn der Neigungswinkel der Nockenoberfläche 13a mit jenem der Kontaktoberfläche des Gleitschuhs 19 übereinstimmt, um somit eine gute Schmierung vorzusehen.
Wenn der Winkel der Nockenoberfläche 13a mit jener der Gleitoberfläche infolge eines Herstellungsfehlers des dreidimensionalen Nockens 13 nicht übereinstimmt, d. h., wenn sowohl die Oberflächen in dem Zustand des Punktkontaktes sind, als auch ein Abstand S zwischen ihnen erzeugt wird, wie in der 4(c) durch Doppelpunkt-Strichlinien gezeigt, wird der Kipphebel 14 in Bezug zu dem Schwenkbolzen 20 derart geneigt, dass der Abstand S beseitigt wird. Mit anderen Worten, der Kipphebel 14 ist in Bezug zu dem Schwenkbolzen 20 neigbar, um der Nockenoberfläche 13a des dreidimensionalen Nockens 13 zu folgen, so dass die Nockenoberfläche 13a in Linienkontakt durch die Gleitoberfläche des Gleitschuhs 19 kommt.
Demzufolge kann entsprechend dieses Ventilantriebssystems 7 der Ölfilm des Schmieröls zwischen der Nockenoberfläche 13a und der Gleitoberfläche des Gleitschuhs 19, ohne die Notwendigkeit einen hoch-genauen Nocken 13 bilden zu müssen, zuverlässig zurückgehalten werden.
Ein zweites Ausführungsbeispiel
Um den Kipphebel 14 mit dem Schwenkbolzen 20 für die Neigungsbewegung zu koppeln, kann zwischen der Nabe 17 und dem Schwenkbolzen 20 eine Kupplungshülse angeordnet werden.
6 ist eine vergrößerte Schnittdarstellung eines Abschnittes eines weiteren Ausführungsbeispieles des Ventilantriebssystems für Verbrennungsmotoren nach dieser Erfindung und ähnliche oder gleiche Teile, wie sie in den 1–5 dargestellt sind, sind durch ähnliche Bezugszeichen, deren Beschreibung weggelassen wird, bezeichnet.
Der in der 6 gezeigte Kipphebel 14 ist mit dem Schwenkbolzen 20 durch eine zylindrische Hülse 31 gekuppelt. Die zylindrische Hülse 31 ist derart konfiguriert, dass der Innenumfang 31a einen konstanten Durchmesser hat, und der Außenumfang 31b einen Durchmesser hat, der sich allmählich von dem axialen Mittelabschnitt in Richtung zu dem Endabschnitt vermindert; der Schwenkbolzen 20 in dem Innenumfang 31a aufgenommen ist; und der Außenumfang 31b in die Bolzenbohrung 25 des Kipphebels 14 eingesetzt ist. In diesem Ausführungsbeispiel hat der axiale Mittelabschnitt des Außenumfangs 31b der Hülse 31 einen konstanten Durchmesser.
Entsprechend dieses Ausführungsbeispieles ist die Herstellung des Ventilantriebssystems 7, verglichen mit dem ersten Ausführungsbeispiel, einfach. Dies kommt daher, weil das Ausbilden der konischen Oberfläche auf dem Außenumfang 31b der zylindrischen Hülse 31 einfacher als das Ausbilden der konischen Oberfläche der Bolzenbohrung 25 des Kipphebels 14 ist.
In den vorhergehenden Ausführungsbeispielen ist die Beschreibung an Beispielen vorgenommen worden, in denen alle Einlassventile 5 und Auslassventile 6 radial angeordnet sind, aber nur zwei Einlassventile 5 können radial angeordnet werden, während zwei Auslassventile 6 miteinander parallel angeordnet sind, oder im Gegenteil, zwei Auslassventile 6 können radial angeordnet werden, während zwei Einlassventile miteinander parallel angeordnet sind. Auch kann die Anzahl der Einlassventile 5 oder der Auslassventile 6 wie geeignet verändert werden, z. B. drei Einlassventile 5 und zwei Auslassventile 6.
Weitere Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend in Bezug auf die 7 bis 11 beschrieben.
Die 7 zeigt einen seitlichen Querschnitt eines oberen Abschnittes (Zylinderkopfabschnitt) einer Verbrennungskraftmaschine, versehen mit der Ventilantriebsvorrichtung nach der Erfindung. Die 8 ist eine Draufsicht derselben Verbrennungskraftmaschine, bei der ihre Kopfabdeckung entfernt wurde. Die 9 ist eine Seitenansicht, die den gleitenden Zustand des Nockens und des Kipphebels zeigt. Die 10 ist eine Ansicht, wenn in die Richtung des Pfeiles A in der 9 gesehen. Die 11 ist eine schräge Ansicht der 10.
Eine Brennkraftmaschine 1 nach der Erfindung ist von einem Viertakt-Vierventil-Typ und weist, wie in der 7 gezeigt, einen Zylinderkopf 2 auf, hergestellt aus einer Aluminiumlegierung, mit zwei Einlassventilen 3 und zwei Auslassventilen 4 (nur eines von jedem ist in der 7 gezeigt).
Der oben beschriebene Zylinderkopf 2 ist über einem Zylinderblock (nicht gezeigt) platziert und eine Kopfabdeckung 5 ist über dem Zylinderkopf 2 befestigt. Ein Kolben (nicht gezeigt) ist angeordnet, um in einem Zylinder, gebildet in dem Zylinderblock, vertikal zu gleiten, wobei der Kolben durch eine Pleuelstange (nicht gezeigt) mit der Kurbelwelle (nicht gezeigt) verbunden ist.
Wie in der 7 gezeigt, ist der Zylinderkopf 2 mit zwei Einlasskanälen 6 und zwei Auslasskanälen 7 gebildet (nur einer für jeden ist in der 7 gezeigt). Die Einlassöffnungen 6a der Einlasskanäle 6 und die Auslassöffnungen 7a der Auslasskanäle 7, die jeweils zu der Brennkammer (S) öffnen, werden mit den Einlassventilen 3 und den Auslassventilen 4 entsprechend eines geeigneten Zeitpunktes geöffnet oder geschlossen, um Gas, wie beabsichtigt, auszutauschen.
Jetzt wird der Aufbau der Ventilantriebsvorrichtung für das Öffnen oder Schließen dieser Öffnungen mit den Einlassventilen 3 oder den Auslassventilen 4 entsprechend der Erfindung beschrieben.
Wie in der 7 gezeigt, die Einlassventile 3 und die Auslassventile 4 sind jeweils hergestellt um durchzugehen und mit Ventilführungen 8 und 9, presseingesetzt in den Zylinderkopf 2, zurückgehalten, um frei zu gleiten, und werden mit Luftfedern in die Schließrichtung gedrückt. D. h., die Ventilheber 10 und 11, jeweils mit den oberen Enden jedes Einlassventils 3 und jedes Auslassventils 4 verbunden, sind zum freien Gleiten innerhalb der Aussparung in Gehäuse 13 und 14 eingesetzt, befestigt mittels einer mehrfachen Anzahl von Schrauben 12 an dem Zylinderkopf 2, um in den Aussparungen Druckkammern (nicht gezeigt) zu bilden. Druckluft, zugeführt von einem Kompressor (nicht gezeigt), zu den jeweiligen Druckkammern, bildet Luftfedern, um das Einlassventil 3 oder das Auslassventil 4, wie oben beschrieben, in die Schließrichtung zu drücken.
In der Brennkraftmaschine der Erfindung sind, wie in der 7 gezeigt, das Einlassventil 3 und das Auslassventil 4 angeordnet, um jeweils in dreidimensionale Richtungen radial nach außen zu verzweigen. Demzufolge sind die Ventilheber 10, 11 und die Gehäuse 13, 14 auch radial angeordnet.
Wie in der 8 gezeigt, sind Lagernaben 2a und 2b der Einlass- und Auslassseiten, die einander gegenüberliegen, auf beiden Außenseiten (in bezug auf die jeweiligen Ventilreihen) der Einlass- und Auslassventile 3 und 4 jedes Zylinders des Zylinderkopfes 2 gebildet. Auf den oberen Oberflächen der Lagernaben 2a und 2b sind jeweils halb-röhrenförmige Lager (nicht gezeigt) gebildet. Eine Einlassnockenwelle 15 und eine Auslassnockenwelle 16 sind jeweils drehbar mit den Lagern, zueinander parallel, gelagert. Kettenräder 17 und 18 sind jeweils mit jedem einen Ende der Einlassnockenwelle 15 und der Auslassnockenwelle 16 verbunden. Ein Endlosflachriemen 19 wird über die Kettenräder 17 und 18 und ein Kettenrad (nicht gezeigt), verbunden mit einem Ende der vorerwähn ten Kurbelwelle, geführt. Es kann auch vorgesehen sein, die Drehung der Kurbelwelle durch einen multiplen Getriebezug auf die Einlass- und Auslassnockenwellen 15 und 16 zu übertragen.
Beide oberen Hälften der Einlassnockenwelle 15 und der Auslassnockenwelle 16 sind jeweils mit Lagerschalen 20 und 21, verbunden mit den oberen Oberflächen der Lagernaben 2a und 2b des Zylinderkopfes 2, unter Verwendung von Schrauben 22, gelagert.
Zwei Einlassnocken 15a sind nebeneinander einstückig mit Teilen der Einlassnockenwelle 15 gegenüberliegend der zwei Einlassventile 3 gebildet. Ebenso sind zwei Auslassnocken 16a einstückig mit Teilen der Auslassnockenwelle 16 gegenüberliegend der zwei Auslassventile 4 gebildet. Diese Einlass- und Auslassnocken 15a und 16a sind in der dreidimensionalen Form mit ihren Gleitoberflächen (Umfangsoberflächen) in konischer Form gebildet.
Die Ventilantriebsvorrichtung der Erfindung ist, wie in den 7 und 8 gezeigt, von dem Kipphebel-Typ, in dem die vier Kipphebel 25 und 26, die um die Kipphebelwellen 23 und 24 schwenken, zwischen der Einlassnockenwelle 15 und der Auslassnockenwelle 16 angeordnet sind, wobei die Drehung der Einlassnockenwelle 15 und der Auslassnockenwelle 16 durch die Kipphebel 25 und 26 in eine gleitende Bewegung des Einlassventiles 3 und des Auslassventiles 4 umgewandelt wird, um die Einlassöffnungen oder Auslassöffnungen durch Antreiben der Einlassventile 3 oder Einlassventile 3 entsprechend des angemessenen Zeitpunktes zu öffnen oder zu schließen, um Gas, wie beabsichtigt, auszutauschen.
In diesem Ausführungsbeispiel ist, wie in der 7 gezeigt, ein Halter 27 als ein separates Bauteil unter Verwendung einer Schraube 28 befestigt, in einem Raum, gebildet unter der oberen Oberfläche (der Oberfläche, mit der die Kopfabdeckung 5 verbunden ist), und zwischen den Einlass- und Auslassnockenwellen 15 und 16, um vier Kipphebelwellen 23, 24 zu lagern, die ihrerseits vier Kipphebel 25, 26 zum Schwenken lagern. Der Halter 27 ist aus einem Material auf Eisenbasis hergestellt, das eine höhere Festigkeit und Steifigkeit als eine Aluminiumlegierung hat, und sein Mittelabschnitt hat, wie in 8 gezeigt, eine Zündkerzenbohrung 27a.
Die oberen Oberflächen der Vorderenden der Kipphebel 25, 26, die sich von dem Halter 27 seitwärts erstrecken, sind durch Gleitschuhe 29, 30 mit den Einlass- und Auslassno cken 15a und 16a in Kontakt. Die Unterseitenoberflächen der Vorderenden der Kipphebel 25, 26 sind mit den oberen Enden der Einlassventile 3 und Auslassventile 4 in Kontakt. In der Ventilantriebsvorrichtung dieses in 7 gezeigten Ausführungsbeispieles sind die Mitten der Einlass- und Auslassnockenwellen 15 und 16 auf den axialen Mittellinien der Einlass- und Auslassventile 3, 4 angeordnet.
In der Brennkraftmaschine 1 dieses Ausführungsbeispieles sind die Einlass- und Auslassnocken 15a und 16a in einer dreidimensionalen Form hergestellt, weil die Einlass- und Auslassventile 3, 4 in den drei Dimensionen radial angeordnet sind, wie oben beschrieben. Die Neigungswinkel der Gleitoberflächen der Einlass- und Auslassnocken 15a und 16a sind so gebildet, dass die Achsen der Einlass- und Auslassventile 3, 4 die gleitenden Oberflächen unter rechten Winkeln schneiden.
Die Kipphebelwellen 23, 24 zum Lagern, die die Kipphebel 25, 26 an dem Halter 27 lagern, sind im Wesentlichen (innerhalb eines Schwankungswinkels von 1 Grad) parallel zu den Einlass- und Auslassnockenwellen 15 und 16 in Draufsicht angeordnet. Jedoch in der Seitenansicht sind sie mit geneigten Winkeln von den Einlass- und Auslassventilen 3, 4, relativ zu den Einlass- und Auslassnockenwellen 15 und 16 (relativ zu der Richtung der Kurbelwelle) angeordnet.
In der Ventilantriebsvorrichtung dieses Ausführungsbeispieles sind die Gleitschuhe 29, 30 der Kipphebel 25, 26 separate Bauteile von den Kipphebeln 25, 26 und zum Schwenken in vertikalen Ebenen parallel zu den Achsen der Kipphebelwellen 23, 24 (in Ebenen parallel zu der Papieroberfläche der 10).
Jetzt wird der Aufbau des Gleitschuhes 29 und des Kipphebels 25 auf der Seite des Einlasses in Bezug auf die 9 bis 11 beschrieben, demzufolge werden, weil der Aufbau des Gleitschuhes 30 und des Kipphebels 26 auf der Seite des Auslasses ähnlich zu jenem auf der Einlassseite ist, die Zeichnungen und Erläuterungen weggelassen.
Wie in der 9 gezeigt, ist die obere Oberfläche (gleitende Kontaktoberfläche) 29a des Gleitschuhs 29 in konvexer oder in bogenförmig gekrümmter Form hergestellt, wie in der axialen Richtung der Kipphebelwelle 23 gesehen. Die Unterseite (gelagerte Oberfläche) 29b des Gleitschuhes 29 ist in konvexer oder in bogenförmig gekrümmter Form hergestellt, wie in der Richtung senkrecht zu der Kipphebelwelle 23 gesehen.
Andererseits ist, wie in der 10 gezeigt, die Lageroberfläche 25a des Kipphebels 25, ergänzend zum Lagern des Gleitschuhes 29, konkav hergestellt, was der konvexen Oberflächenform der Unterseite 29b des Gleitschuhes 29 entspricht.
Der Gleitschuh 29 ist zum Schwenken in einer vertikalen Ebene, die parallel zu der Achse der Kipphebelwelle 23 ist, gelagert, da ihre konvexe Unterseite 29b in der konkaven Lageroberfläche 25a eingesetzt und aufgenommen ist, und ist in Linienkontakt mit dem Punkt „a", gezeigt in 9, auf der gleitenden Oberfläche des Einlassnocken 15a. Ebenso ist der Gleitschuh 30 des Kipphebels 26 auch zum Schwenken in einer vertikalen Ebene gelagert, die parallel zu der Achse der Kipphebelwelle 24 und in Linienkontakt mit dem Auslassnocken 16a ist.
Jetzt wird die Funktion der Ventilantriebsvorrichtung der Erfindung erläutert.
Wenn die Brennkraftmaschine 1 gestartet wird und ihre Kurbelwelle (nicht gezeigt) gedreht wird, wird die Kurbelwellenumdrehung mit ihrer Drehzahl auf eine Hälfte durch das Kettenrad (nicht gezeigt), den Zahnflachriemen 19 und die Kettenräder 17, 18 (gezeigt in der 8) reduziert, wird so auf die Einlass- und Auslassnockenwellen 15 und 16 übertragen, dass die Einlass- und Auslassnockenwellen 15 und 16 und die Einlass- und Auslassnocken 15a und 16a für die Drehung bei einer bestimmten Drehzahl angetrieben werden (die Hälfte der Drehzahl der Kurbelwelle).
Wenn die Einlass- und Auslassnocken 15a und 16a für die Drehung, wie oben beschrieben, angetrieben werden, werden die Kipphebel 25, 26 mit den Einlass- und Auslassnocken 15a und 16a in indirekten Kontakt mit den Kipphebel 25, 26 durch die Gleitschuhe 29, 30 entsprechend eines geeigneten Zeitpunktes nach unten gedrückt, so dass die Kipphebel 25, 26 die Einlass- oder Auslassventile 3, 4 gegen die Druckkraft der Luftfeder niederdrückt und damit die Öffnungen jeweils für eine bestimmte Zeitdauer geöffnet werden, um den beabsichtigten Gasaustausch auszuführen.
Wie in diesem Ausführungsbeispiel oben beschrieben, da die Gleitschuhe 29, 30 der Kipphebel 25, 26 als separate Bauteile hergestellt sind und zum freien Schwenken gelagert sind, schwenken die Gleitschuhe 29, 30 auf den Kipphebeln 25, 26 infolge der Abmessungsfehler bei der spanenden Bearbeitung und beim Zusammenbauen, so dass der Kontakt zwischen den Gleitschuhen 29, 30 und den Einlass- und Auslassnocken 15a, 16a in einem stabilen Linienkontaktzustand beibehalten wird. Demzufolge ist es möglich den Linienkontakt zu verwirklichen und die Reibung und die Wärmeerzeugung auf den Gleitoberflächen der Bauteile einzuschränken, ohne dass es erforderlich wird, eine hoch-genaue spanende Bearbeitung der Gleitschuhe 29, 30 und der Einlass- und Auslassnocken 15a und 16a vornehmen zu müssen.
In diesem Ausführungsbeispiel ist, weil die Lager zum Lagern der Einlass- und Auslassnockenwellen 15 und 16 auch zwischen den zwei Einlassventilen 3 und den zwei Auslassventilen 4 vorgesehen sind, die Steifigkeit zum Lagern der Einlass- und Auslassnockenwellen 15 und 16 erhöht und die ablenkende Verformung der Einlass- und Auslassnockenwellen 15 und 16 wird auf einen kleinen Betrag eingeschränkt.
In diesem Ausführungsbeispiel, da die Mitten der Einlass- und Auslassnockenwellen 15 und 16 auf den axialen Mittellinien der Einlass- und Auslassventile 3, 4 angeordnet sind, werden Belastungen, die auf die Kipphebelwellen 23 und 24 wirken, reduziert, so dass die Haltbarkeit der Kipphebelwellen 23 und 24 verbessert wird.
Während die obige Beschreibung auf die Anwendung der Erfindung auf einen Verbrennungsmotor vom Vierventil-Typ bezogen ist, der zwei Einlassventile und zwei Auslassventile hat, ist es eine Selbstverständlichkeit, dass diese Erfindung auch auf jede andere Brennkraftmaschine, solange sie die Kipphebel in der Ventilantriebsvorrichtung verwendet, anwendbar ist.
Weitere Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend in Bezug auf die 12 bis 14 beschrieben.
Die 12 zeigt einen seitlichen Querschnitt des oberen Teiles (Zylinderkopfbereich) eines Mehrfachzylindermotors, versehen mit einer Ventilantriebsvorrichtung der Erfindung (wie entlang der Linie B-B in 13 gesehen). 13 ist eine Ansicht, wie entlang der Linie a-a in 12 gesehen. 14 zeigt einen Querschnitt, wie entlang der Linie C-C in 13 gesehen.
Eine Brennkraftmaschine 1 der Erfindung ist von einem Viertakt-Vierventiltyp und weist, wie in der 12 gezeigt, für jeden Zylinder einen Zylinderkopf 2, hergestellt aus einer Aluminiumlegierung, mit zwei Einlassventilen 3 und zwei Auslassventilen 4 auf (nur eines für jeden ist in der 12 gezeigt).
Der oben beschriebene Zylinderkopf 2 ist über einem Zylinderblock (nicht gezeigt) platziert. Ein Kolben (nicht gezeigt) ist zum vertikalen Gleiten in jedem Zylinder in dem Zylinderblock angeordnet, wobei mit dem Kolben durch eine Pleuelstange (nicht gezeigt) die Kurbelwelle (nicht gezeigt) verbundenen ist.
Wie in der 12 gezeigt, ist der Zylinderkopf 2 mit zwei Einlasskanälen 5 und zwei Auslasskanälen 6 für jeden Zylinder versehen (in 12 ist nur einer für jeden gezeigt). Die Einlassöffnung 5a des Einlasskanales 5 und die Auslassöffnung 6a des Auslasskanals 6, die jeweils hin zu der Brennkammer (S) öffnen, werden mit den Einlassventilen 3 und den Auslassventilen 4 entsprechend eines geeigneten Zeitpunktes geöffnet oder geschlossen, um wie beabsichtigt Gas auszutauschen.
Jetzt wird der Aufbau der Ventilantriebsvorrichtung zum Öffnen oder Schließen dieser Öffnungen mit den Einlassventilen 3 und den Auslassventilen 4 entsprechend der Erfindung beschrieben.
Wie in der 12 gezeigt, sind die Einlassventile 3 und die Auslassventilen 4 jeweils hergestellt, um durchzugehen durch und zurückgehalten mit den Ventilführungen 7 und 8, presseingesetzt in den Zylinderkopf 2, um frei zu gleiten und mit einer Luftfeder in die Schließrichtung gedrückt zu werden. D. h., die Ventilheber 9 und 10 sind jeweils mit den oberen Enden jedes Einlassventiles 3 und jedes Auslassventiles 4 verbunden, sind zum freien Gleiten in die Aussparungen 11a und 12a, die in den Gehäusen 11 und 12 gebildet sind, eingesetzt, mit dem Zylinderkopf 2 verbunden, um Druckkammern S1 und S2 in den Aussparungen 11a und 12a zu bilden. Druckluft, die von dem Kompressor (nicht gezeigt) durch Kanäle 11b und 12b zu jeweiligen Druckkammern zugeführt wird, bildet die Luftfeder, um das Einlassventil 3 und das Auslassventil 4, wie oben beschrieben, in die Schließrichtung zu drücken.
In dem Mehrfachzylinder-Verbrennungsmotor 1 des Ausführungsbeispieles sind, wie in der 12 gezeigt, die Einlassventile 3 und die Auslassventile 4 in seitlichem Querschnitt (in der Richtung der Breite des Motors) geneigt oder radial angeordnet, um aufwärts zu verzweigen, und in Längs-Querschnittsrichtung (Längsrichtung) sind sie zueinander parallel und vertikal.
Wie in der 13 gezeigt, sind Kopfbefestigungsnaben 2a und 2b auf den Einlass- und Auslassseiten, die einander gegenüberliegen, auf beiden äußeren Seiten (in Bezug auf die jeweiligen Ventilreihen) der Einlassventile 3 und der Auslassventile 4 jedes Zylinders von dem Zylinderkopf 2 gebildet. Auf den oberen Oberflächen der Kopfbefestigungsnaben 2a und 2b sind jeweils halbsäulenförmig Doppellager 2a-1 und 2b-1 gebildet. Die Doppellager 2a-1 und 2b-1 haben jede in ihrem mittleren Bereich eine runde Schraubeneinsetzbohrung 2c. Der Zylinderkopf 2 ist auf der Oberseite des Zylinderblocks (nicht gezeigt) unter Verwendung von Kopfschrauben 13, die durch die Schraubeneinsetzbohrungen 2c durchgehen, befestigt. Eine aus einer Aluminiumlegierung hergestellte Kopfabdeckung 14 ist über der oberen Oberfläche des Zylinderkopfes 2 platziert (wie in den 12 und 14 gezeigt).
Wie in der 12 gezeigt, sind eine Einlassnockenwelle 15 und eine Auslassnockenwelle 16 drehbar mit den Doppellagern 2a-1 und 2b-1 zueinander parallel in der Längsrichtung (in der Richtung senkrecht zu der Oberfläche von 12) auf den Oberseitenoberflächen auf den Einlass- und Auslassseiten des Zylinderkopfes 2 gelagert. Die oberen Hälften der Einlassnockenwelle 15 und der Auslassnockenwelle 16 sind bei einer Lagerschale 17 vom Integraltyp, die aus Aluminium hergestellt ist, gelagert. Die Lagerschale 17 ist auf den oberen Oberflächen der Befestigungsnaben 2a und 2b auf den gegenüberliegenden Einlass- und Auslassseiten des Zylinderkopfes 2 mittels vier Befestigungsschrauben 18 befestigt, so dass ein Integraltyp der Lagerschale 17 die Befestigungsnaben 2a und 2b auf den Einlass- und Auslassseiten überbrückt.
Für jeden Zylinder sind zwei (nur einer ist gezeigt) Einlassnocken 15a, mit Teilen der Einlassnockenwelle 15 einstückig, den zwei Einlassventilen 3 gegenüberliegend, nebeneinander gebildet. Ebenso sind zwei (nur einer ist gezeigt) Auslassnocken 16a, mit Teilen der Auslassnockenwelle 16 einstückig, den zwei Auslassventilen 4 gegenüberliegend, nebeneinander gebildet.
Wie in der 12 gezeigt, sind die Innenseiten der Einlass- und Auslassnockenwellen 15, 16 mit Ölkanälen 21 und 22 einer im Querschnitt Ringform versehen, wie zwischen der Nockenwelle 15 und einem Rohrteil 19, und zwischen der Nockenwelle 16 und einem Rohrteil 20 gebildet. Die Einlass- und Auslassnocken 15a und 16a sind jeweils mit Ölbohrungen 15b und 16b, die mit den Ölkanälen 21 und 22 in Fluid-Verbindung sind, gebohrt. Die Lagerabschnitte der Einlass- und Auslassnockenwellen 15 und 16 sind jeweils mit Ölbohrungen 15c und 16c gebohrt.
Wie in den 12 und 14 gezeigt, sind Rippen 22 und 24, um Öl aufzunehmen, hochgezogen von den Ölbohrungen 15b und 16b, die jeweils in den Einlass- und Auslassnocken 15a und 16a gebohrt sind, an Positionen auf den Einlass- und Auslassseiten der Innenoberfläche der Kopfabdeckung 14 vorgesehen.
Die Ventilantriebsvorrichtung der Erfindung ist von der Kipphebel-Art, wie in den 12 und 13 gezeigt, in der die vier Kipphebel 27 und 28 um die Kipphebel 25 und 26 zwischen der Einlass- und Auslassnockenwelle 15 und 16 abgeordnet ist, wobei die Drehung der Einlassnockenwelle 15 und der Auslassnockenwelle 16 durch die Kipphebel 27 und 28 in die gleitende Bewegung des Einlassventiles 3 und des Auslassventiles 4 umgewandelt wird, um die Einlassöffnungen und die Auslassöffnungen mit dem Einlassventil 3 und dem Auslassventil 4 nach einem entsprechenden Zeitpunkt zu öffnen oder zu schließen, um wie beabsichtigt Gas auszutauschen.
In diesem Ausführungsbeispiel wird ein Aufbau verwendet, in dem ein Raum unter der Oberseite (auf der die Kopfabdeckung 14 befestigt ist) von dem Zylinderkopf 2 und zwischen den Einlass- und Auslassnockenwellen 15 und 16 gebildet ist. Ein Halter als ein separates Bauteil für jeden Zylinder ist in diesem Raum unter Verwendung von zwei großen Schrauben 31 untergebracht und befestigt, um die vier Kipphebelwellen 25, 26 zu lagern, die ihrerseits vier Kipphebel 27, 28 zum Schwenken lagern.
Der Halter ist aus einem Material auf Eisengrundlage hergestellt, das sowohl in der Festigkeit, als auch in der Steifigkeit höher als eine Aluminiumlegierung ist, und, wie in der 14 gezeigt, sein mittlerer Abschnitt hat eine Zündkerzenbohrung 29a und seine beiden Bodenabschnitte haben ausgeschnittene Nuten 29b für die Kipphebel 27 und 28, um darin parallel zu den Einlass- und Auslassnockenwellen 15 und 16 (in der zu der Oberfläche von 12 senkrechten Richtung) eingesetzt zu werden.
Wie in der 14 gezeigt, ist eine Zündkerze vorgesehen, um durch die Zündkerzenbohrungen 29a und 29b, jeweils durch den Halter 29 und den Zylinderkopf 2 gebohrt, hindurchzugehen. Die Zündkerze 32 ist in den Zylinderkopf 2 mit seinem Elektrodenabschnitt 32a, der dem Mittelbereich der Brennkammer S zugewandt ist, verschraubt.
Die Oberseiten der Vorderenden der Kipphebel 27, 28, die sich von dem Halter 29 seitwärts erstrecken, sind mit den Einlass- und Auslassnocken 15a und 16a durch Gleitschuhe 33, 34 in Kontakt. Die Unterseitenoberfläche der Vorderenden der Kipphebel 27, 28 sind mit den Einlass- und Auslassnocken 15a und 16a durch die Gleitschuhe 33, 34 in Kontakt. Die Unterseitenoberflächen der Vorderenden der Kipphebel 27, 28 sind mit den oberen Enden der Einlassventile 3 und der Auslassventile 4 in Kontakt. In der Ventilantriebsvorrichtung dieses Ausführungsbeispieles sind, wie in der 12 gezeigt, die Mitten der Einlass- und Auslassnockenwellen 15 und 16 auf den axialen Mittellinien der Einlassventile 3 und Auslassventile 4 angeordnet.
Jetzt wird die Funktion der Ventilantriebsvorrichtung der erfindung erläutert.
Wenn die Brennkraftmaschine 1 gestartet wird und seine Kurbelwelle (nicht gezeigt) gedreht wird, wird die Kurbelwellendrehung auf die Einlass- und Auslassnockenwellen 15 und 16 übertragen, so dass die Einlass- und Auslassnockenwellen 15 und 16 und die Einlass- und Auslassnocken 15a und 16a werden für die Drehung bei einer bestimmten Drehzahl (die Hälfte der Drehzahl der Kurbelwelle) angetrieben.
Wenn die Einlass- und Auslassnocken 15a und 16a für die Drehung angetrieben werden, wie oben beschrieben, werden die Kipphebel 27, 28 mit den Einlass- und Auslassnocken 15a und 16a in Kontakt mit den Vorderenden der Kipphebel 27, 28 entsprechend eines geeigneten Zeitpunktes nach unten gedrückt, so dass die Kipphebel 27, 28 die Einlassventile 3 und die Auslassventile 4 gegen die Druckkraft der Luftfeder niederdrückt und dass die Einlass- und Auslassöffnungen für eine bestimmte Zeitdauer geöffnet werden, um den beabsichtigten Gasaustausch auszuführen.
In diesem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel ist es für jeden Zylinder, da der Halter 29 zum Lagern der Kipphebel 27, 28 unterhalb der Kopfabdeckungs-Befestigungsoberfläche des Zylinderkopfes 2 befestigt wird, möglich, den Zylinderkopf 2 als ein einzelnes, integriertes Bauteil, trotz des Verwendens des Aufbaus, in dem die Kipphebelwellen 25, 26 zum schwenkbaren Lagern der Kipphebel 27, 28 zwischen den Einlass- und Auslassnockenwellen 15 und 16 angeordnet sind, zu machen. Demzufolge ist es unnötig den Zylinderkopf in zwei obere und untere Teile, wie bei der herkömmlichen Anordnung, zu teilen. Als ein Ergebnis werden der Aufbau und die Anzahl der Bauteile und die Anzahl der Zusammenbauschritte vereinfacht, und die Kosten werden reduziert.
In diesem Ausführungsbeispiel ist jeder Halter 29 aus Material auf einer Eisengrundlage hergestellt, das eine hohe Festigkeit und Steifigkeit als ein separates Bauteil von dem Zylinderkopf hat. Die oberen Hälften der Einlass- und Auslassnockenwellen 15 und 16 sind mit der Lagerschale 17 vom Integral-Typ gelagert, die die Verbindungsnaben 2a, 2b, angeordnet auf beiden gegenüberliegenden Einlass- und Auslassseiten des Zylinderkopfes 2, überbrückt. Als ein Ergebnis wird die Steifigkeit der Kipphebel 27, 28 erhöht und die Kipphebel 27, 28 werden mit einer kompakten Anordnung und einer hohen Steifigkeit gelagert.
Da die Mitten der Einlass- und Auslassnockenwellen 15 und 16 auf den axialen Linien der Einlass- und Auslassventile 3, 4 angeordnet sind, werden die Belastungen, die auf die Kipphebelwellen 25, 26 wirken, reduziert und die Haltbarkeit der Kipphebelwellen 25, 26 wird verbessert.
In diesem Ausführungsbeispiel, da die Ölaufnahmerippen 23, 24 auf der Innenoberfläche der Kopfabdeckung 4, befestigt über dem Zylinderkopf 2, vorgesehen sind, wird aus den Ölbohrungen 15b, 16b, gebohrt in die Einlass- und Auslassnocken 15a und 16a, herausgesprühtes Öl, mit den Rippen 23, 24 aufgefangen und tropft durch sein Eigengewicht auf die gleitenden Teile zwischen den Einlass- und Auslassnocken 15a und 16a und den Kipphebeln 27, 28 und dient, um diese Teile zu schmieren und zu kühlen, der Verschleiß zwischen den Einlass- und Auslassnocken 15a und 16a und den Kipphebeln 27, 28 wird verhindert und die Wärmeerzeugung infolge der Reibung wird eingeschränkt.
Während die oben genannte Beschreibung auf die Anwendung der Erfindung auf einen Verbrennungsmotor der Vierventil-Art bezogen ist, der Einlass- und Auslassventile hat, zwei für jeden, ist es eine Selbstverständlichkeit, dass diese Erfindung auch auf alle anderen Mehrfachzylinder-Motoren anwendbar ist, solange sie die Kipphebel in der Ventilantriebsvorrichtung verwenden.
Nach dieser Erfindung ist, wie oben beschrieben, der Kipphebel in Bezug auf den Schwenkbolzen neigbar, um der dreidimensionalen Nockenoberfläche zu folgen, so dass die Nockenoberfläche in Linienkontakt mit der Gleitoberfläche des Kipphebels um seinen gesamten Umfang sein kann.
Demzufolge kann der Ölfilm des Schmieröls zuverlässig zwischen der Nockenoberfläche und der gleitenden Oberfläche des Kipphebels zurückgehalten werden, ohne dass die Notwendigkeit besteht, einen hoch-genauen, dreidimensionalen Nocken bilden zu müssen. Somit ist das Ventilantriebssystem entsprechend dieser Erfindung in der Lage, den dreidimensionalen Nocken zu verwenden, um die Anzahl der Kipphebel zu reduzieren, während die Produktivität der dreidimensionalen Nocken und die Haltbarkeit der gleitenden Abschnitte verbessert wird, um dadurch eine Kostenreduzierung und eine kleinere Größe zu bewirken.
Entsprechend einer weiteren Erfindung, in der die Kontaktposition zwischen dem Kipphebel und dem dreidimensionalen Nocken näher an dem Schwenkbolzen angeordnet ist, verglichen mit einem System, in dem der dreidimensionale Nocken mit dem Kipphebel an einer Position im Eingriff ist, die dem Einlassventil oder dem Auslassventil, oder einer Position weiter weg von dem Schwenkbolzen, als die Position, die dem Einlassventil oder dem Auslassventil entspricht, kann der Hebebetrag des dreidimensionalen Nockens relativ gering festgelegt werden und die Länge der Kipphebel kann für denselben Öffnungsgrad des Einlass- oder Auslassventiles kürzer sein.
Demzufolge kann das Innenmaß des dreidimensionalen Nockens und des Kipphebels kleiner sein, um dadurch ein Ventilantriebssystem zu schaffen, das für Verbrennungsmotoren der Hochdrehzahl-Art geeignet ist.
Entsprechend einer weiteren Erfindung, in der der Schwenkbolzen in Bezug auf die Nockenwelle neigbar ist, ist der Kipphebel in der Lage, entlang der Hubrichtung des Einlass- oder Auslassventiles zu schwenken, wodurch demzufolge das Einlass- oder Auslassventil ohne unvernünftige Biegebelastung angeordnet werden kann.
Wie es aus der obigen Beschreibung klar ist, wird mit dieser Erfindung eine Wirkung erhalten, dass es, weil die Gleitschuhe der Kipphebel als separate Bauteile hergestellt und zum freien Schwenken gelagert sind, möglich ist, den Kontakt zwischen den Gleitschuhen und den Einlass- und Auslassnocken in dem Zustand des Linienkontaktes in einer stabilisierten Weise, da die Gleitschuhe an den Schwenkhebeln infolge von Abmessungsfehlern bei der spanenden Bearbeitung und in der Zusammenbauarbeit schwenken, beizubehalten, ohne dass eine hoch-präzise spanende Bearbeitung der Gleitschuhe und der Einlass- und Auslassnocken erforderlich wird.
Wie es aus der obigen Beschreibung klar ist, sind entsprechend der Erfindung in der Ventilantriebsvorrichtung für einen Mehrfachzylinder-Verbrennungsmotor, Kipphebelwellen für schwenkbare Wellen, die Kipphebel lagern, zwischen Einlass- und Auslassnockenwellen angeordnet, wobei die Drehung der Einlass- und Auslassnockenwellen in eine gleitende Bewegung der Einlass- und Auslassventile umgewandelt wird, um die Ein lass- und Auslassöffnungen zu öffnen oder zu schließen, da der Halter zum Lagern der Kippwellen in einer Position unter der Kopfabdeckungsbefestigungsoberfläche des Zylinderkopfes vom Integral-Typ befestigt ist, sind Wirkungen vorgesehen, dass der Zylinderkopf vom Integral-Typ trotz des Vorsehens der Kipphebelwellen zwischen den Einlass- und Auslassnockenwellen verwendet werden kann, und die Kipphebel kompakt mit eine hohen Steifigkeit gelagert werden.

Claims

Ventilantriebssystem für eine Brennkraftmaschine mit zumindest einem Zylinder, der eine Mehrzahl von Einlass- oder Auslassventilen (5, 6) hat, wobei die Einlass- oder Auslassventile (5, 6) jeweils durch einen jeweiligen Kipphebel (14) angetrieben werden, der eine Nabe (17) hat, gelagert zur Drehung an einem Zylinderkopf (18) durch einen Schwenkbolzen (20), und eine Einlass- oder Auslassnockenwelle (11, 12), gebildet mit dreidimensionalen Nocken (13) zum Eingriff mit den Schwenkenden der Kipphebel (14) in gleitender Art, dadurch gekennzeichnet, dass die Nabe (17) des Kipphebels (14) mit dem Schwenkbolzen (20) für eine Neigungsbewegung in der Richtung senkrecht zu der Achse des Schwenkbolzens (20) gekoppelt ist.
Ventilantriebssystem nach Anspruch 1, wobei die Position, an der der dreidimensionale Nocken (13) mit dem Kipphebel (14) in Eingriff kommt, näher zu dem Schwenkbolzen (20) als die Position platziert ist, an der der Kipphebel (14) mit dem Einlass- oder Auslassventil (5, 6) in Eingriff kommt.
Ventilantriebssystem nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Schwenkbolzen (20) in Bezug auf die Achse der Nockenwelle (11, 12) geneigt ist, wenn aus der Richtung der Zylinderachse gesehen.
Ventilantriebssystem nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Kipphebel (14) an dem Schwenkbolzen (20) durch eine zylindrische Hülse (31) gekoppelt ist.
Ventilantriebssystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse (31) derart konfiguriert ist, dass ein Innenumfang (31a) einen konstanten Durchmesser hat und ein Außenumfang (31b) einen sich von den axialen Mittelabschnitten in Richtung zu den Endabschnitten allmählich vermindernden Durchmesser hat, und dass der Schwenkbolzen (20) in dem Innenumfang (31a) aufgenommen ist und der Außenumfang (31b) in eine Bolzenbohrung (25) des Kipphebels (14) eingesetzt ist.
Ventilantriebssystem nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Gleitstück (29, 30) für den Kipphebel (27, 28) als ein separates Teil hergestellt und zum freien Schwingen gelagert ist.
Ventilantriebssystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Halter (27), der von einem Zylinderkopf separat ist, an dem Zylinderkopf mit dem Halter (27), der hergestellt ist, um den Kipphebel zu lagern, verbunden ist.
Ventilantriebssystem nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Einlass- und Auslassnocken, gebildet auf den Einlass- und Auslassnockenwellen (15, 16), in einer dreidimensionalen Form hergestellt sind.
Ventilantriebssystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwingenwellen (23, 24) zum drehbaren Lagern der Kipphebel (25, 26) in Seitenansicht relativ zu den Einlass- und Auslassnockenwellen (15, 16) geneigt sind.
Ventilantriebssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche 6 bis 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Lager zum Lagern der Einlass- und Auslassnockenwellen (15, 16) zwischen einer mehrfachen Anzahl von benachbarten Einlass- oder Auslassventilen (3, 4) angeordnet sind.
Ventilantriebssystem nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilantriebssystem für eine Mehrfachzylinder-Brennkraftmaschine ist.
Ventilantriebssystem nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Kipphebelwellen (25, 26) für die schwenkbaren wellengelagerten Kipphebel (27, 28) zwischen der Einlass- und Auslassnockenwelle (15, 16) für jeden Zylinder angeordnet sind, wobei ein Halter (29) als ein separates Bauteil zum Lagern der Kipphebel (27, 28) unter einer Oberfläche eines Zylinderkopfes (2) vom Integraltyp, an dem eine Kopfabdeckung (14) befestigt ist, verbunden ist.
Ventilantriebssystem nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Halter (29) mit einer Kipphebelwellenbohrung (29c) und einer Einsteckbohrung (29a) gebildet ist.
Ventilantriebssystem nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Halter (29) vier Kipphebelwellen (25, 26) parallel zu der Einlass- und Auslassnockenwelle (15, 16) lagert.
Ventilantriebssystem nach einem der Ansprüche 12, 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Halter (29) aus einem Material auf Eisenbasis hergestellt ist.
Ventilantriebssystem nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass obere Hälften der Einlass- und Auslassnockenwellen (15, 16) mit einer gemeinsamen Lagerschale (17) vom Integraltyp gelagert sind, wobei die Lagerschale (17) Verbindungsnaben (2a, 2b) an gegenüberliegenden Einlass- und Auslassseiten des Zylinderkopfes (2) überbrückt.
Ventilantriebssystem nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die axialen Mitten der Einlass- und Auslassnockenwellen (15, 16) auf den axialen Mittellinien der Einlass- oder Auslassventile (3, 4) angeordnet sind.
Ventilantriebssystem nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass Ölaufnahmerippen (23, 24) auf der Innenoberfläche der über der Oberseite des Zylinderkopfes (2) platzierten Kopfabdeckung (14) gebildet sind.