-
Hintergrund der Erfindung
-
Gebiet der Erfindung
-
Die Erfindung bezieht sich auf einen variablen Ventilmechanismus, der in einem Ventilbetätigungssystem eines Motors verwendet wird, und insbesondere auf einen nockenwechselnden variablen Ventilmechanismus, der so konfiguriert ist, dass irgendeine einer Vielzahl an Nocken durch Gleiten einer um eine Nockenwelle angebrachten Nockeneinheit in einer axialen Richtung (nachfolgend auch als Nockenaxialrichtung bezeichnet) ausgewählt wird.
-
Beschreibung des Stands der Technik
-
Üblicherweise ist ein nockenwechselnder variabler Ventilmechanismus als ein variabler Ventilmechanismus bekannt, der die Hebecharakteristik jedes Einlassventils eines Motors ändern kann, wie beispielsweise in der japanischen Patentanmeldung
JP 2010-520395 A . Im nockenwechselnden variablen Ventilmechanismus ist ein Nockenträger (Nockeneinheit), der eine Vielzahl an Nocken aufweist, um eine Einlassnockenwelle angeordnet. Der nockenwechselnde variable Ventilmechanismus ist so konfiguriert, dass eine der Nocken durch Gleiten des Nockenträgers in axialer Richtung ausgewählt wird. In diesem Beispiel sind zwei Einlassventile für jeden Zylinder des Motors vorgesehen und jedes Einlassventil wird durch die ausgewählte Nocke über einen entsprechenden Kipphebel angetrieben.
-
Das heißt, dass der Nockenträger für jeden Zylinder, der um die Nockenwelle angeordnet ist, die Vielzahl an Nocken aufweist, die zueinander verschiedene Höhen mit Bezug auf jedes der zwei Einlassventile haben. Wenn die Nockeneinheit zum Gleiten in Nockenaxialrichtung veranlasst wird, drückt eine der Nocken den entsprechenden Kipphebel. Außerdem ist eine spiralförmige Führungsnut am Außenumfang des Nockenträgers vorgesehen. Wenn ein Schaltstift von außen in die Führungsnut eingreift, gleitet der Nockenträger in die Nockenaxialrichtung, während er mit der Rotation der Nockenwelle rotiert.
-
Zusammenfassung der Erfindung
-
Die Struktur eines solchen Ventilbetätigungssystems wird mit Bezug auf 2 beschrieben. In jedem Kipphebel 15 wird ein proximaler Endstützabschnitt 15b durch einen Zylinderkopf (nicht gezeigt) über eine Ventilhubausgleichsvorrichtung gestützt, wobei ein distaler Endabschnitt 15c (Druckabschnitt) den Oberteil des Schafts 10a des entsprechenden Einlassventils 10 drückt. Eine Rolle 15a, die in der Mitte des Kipphebels 15 vorgesehen ist, wird beispielsweise durch eine Niederhubnocke 41 gedrückt, und der distale Endabschnitt 15c kippt nach unten, um das Einlassventil 10 zum Öffnen zu veranlassen.
-
Wenn die Kipphebel 15, die derartig kippen, von oben gesehen werden, sind die Kipphebel 15 für gewöhnlich weitgehend parallel zu den entsprechenden Nocken 41 angeordnet, das heißt senkrecht zur Nockenaxialrichtung (X-Achse). Allerdings kann es aufgrund von Fertigungstoleranzen oder dergleichen zu einer leichten Neigung der Nocken 41 (dargestellt durch die gestrichelte Linie) mit Bezug auf den entsprechenden Kipphebel 15 (der Neigungswinkel wird in der Zeichnung als θ bezeichnet) kommen, wie in 7 übertrieben dargestellt. Aus diesem Grund wird die Nocke 41 unter dem Reibungswiderstand zwischen der Nocke 41 und dem Kipphebel 15 in die Richtung der X-Achse (nicht dargestellt in 7) gezogen, wenn jede Nocke 41 zum Drücken des entsprechenden Kipphebels 15 rotiert.
-
Das heißt, wenn jede Nocke 41 den entsprechenden Kipphebel 15 drückt, wirkt auf die Nocke 41 die Reaktionskraft einer Ventilfeder 18 über den Kipphebel 15. Wenn der Kipphebel 15 und die Nocke 41, wie oben beschrieben, mit Bezug zueinander geneigt sind, umfasst die Reaktionskraft der Ventilfeder, die über den Kipphebel 15 auf die Nocke 41 und damit auch auf die Nockeneinheit 4 wirkt, einen Anteil in Richtung der X-Achse. Dadurch kann ein unerwartetes Gleiten der Nockeneinheit 4 auftreten.
-
Die Erfindung verringert das Auftreten eines unerwarteten Gleitens der Nockeneinheit aufgrund der Reaktionskraft von einer Ventilfeder in einem variablen Ventilmechanismus, der so konfiguriert ist, dass er die Hebecharakteristik eines Ventils durch Gleiten der Nockeneinheit ändert.
-
Wenn in einem Aspekt der Erfindung beispielsweise zwei Einlassventile für jeden Zylinder vorgesehen sind, wirken die Reaktionskräfte der Ventilfeder der zwei Einlassventile auf die entsprechende Nockeneinheit in entgegengesetzte Richtungen entlang der Nockenaxialrichtung, sodass sich die Schubkräfte aufheben. Insbesondere sieht der Aspekt der Erfindung einen variablen Ventilmechanismus vor, der an einen Motor montiert ist. Der variable Ventilmechanismus weist eine Nockeneinheit auf und Kipphebel. Die Nockeneinheit ist um eine Nockenwelle angeordnet. Die Nockeneinheit weist zwei Sätze einer Vielzahl an Nocken auf. Irgendeine der Vielzahl der Nocken wird durch Gleiten der Nockeneinheit in axialer Richtung ausgewählt. Der Motor kann ein Mehrzylindermotor sein.
-
Zwei Einlassventile und/oder zwei Auslassventile sind für jeden Zylinder vorgesehen. Jedes der zwei Einlassventile und/oder der zwei Auslassventile ist so konfiguriert, um von der ausgewählten Nocke über den entsprechenden Kipphebel angetrieben zu werden. Jeder Kipphebel beinhaltet einen Stützabschnitt, der schwenkbar durch einen Zylinderkopf des Motors gestützt wird, und einen Druckabschnitt, der dazu konfiguriert ist, einen Schaft eines entsprechenden Ventils zu drücken. Der Stützabschnitt von einem der zwei Kipphebel für jeden Zylinder weicht bezüglich des entsprechenden Druckabschnitts in der axialen Richtung der Nockenwelle zu einer Seite ab. Der Stützabschnitt des anderen Kipphebels für jeden Zylinder weicht bezüglich des entsprechenden Druckabschnitts in der axialen Richtung der Nockenwelle zur anderen Seite ab.
-
Wenn der Zylinder von oberhalb des Zylinderkopfes gesehen wird, sind die Nocken mit dem so gestalteten variablen Ventilmechanismus mit Bezug auf den entsprechenden Kipphebel aufgrund von Fertigungstoleranzen leicht geneigt, sodass, wie mit Bezug auf 7 beschrieben, die Reaktionskräfte der Ventilfeder, die auf die Nocken über den Kipphebel und damit auch auf die Nockeneinheit wirken, einen Anteil in die Nockenaxialrichtung aufweisen. Für gewöhnlich werden zwei Sätze einer Vielzahl an Nocken in einer Nockeneinheit gleichzeitig geschliffen, sodass die Kräfte dazu neigen, entlang der Nockenaxialrichtung in dieselbe Richtung von den zwei Kipphebeln zu wirken.
-
Allerdings sind in der oberen Gestaltung die zwei Kipphebel für jeden Zylinder absichtlich nicht senkrecht zur Nockenaxialrichtung angeordnet, sondern mit Bezug auf die Nockenaxialrichtung leicht geneigt, und die Ausrichtungen der zwei geneigten Kipphebel sind entgegengesetzt zueinander. Das heißt, wie oben beschrieben, dass der Stützabschnitt eines der Kipphebel in die Nockenaxialrichtung mit Bezug auf den Druckabschnitt zu einer Seite abweicht und im Gegensatz dazu der Stützabschnitt des anderen Kipphebels in die Nockenaxialrichtung mit Bezug auf den Druckabschnitt zur anderen Seite abweicht (siehe 8).
-
Mit einer solch geneigten Anordnung der zwei Kipphebel wirken die Kräfte der Kipphebel jeweils auf die zwei Nocken für jeden Zylinder entlang der Nockenaxialrichtung in entgegengesetzte Richtungen. Das heißt, dass eine Kraft eines der Kipphebel in Nockenaxialrichtung auf eine Seite gerichtet ist und eine Kraft von einem anderen Kipphebel in Nockenaxialrichtung auf die andere Seite gerichtet ist. Kräfte in die Nockenaxialrichtung, die jeweils auf die zwei Nocken von jedem Zylinder aufgrund der Reaktionskräfte der Ventilfeder wirken, heben sich auf diese Weise gegenseitig auf, sodass es möglich ist, ein Gleiten jeder Nockeneinheit zu unterdrücken.
-
Eine Anordnung zum Neigen der zwei Kipphebel für jeden Zylinder in entgegengesetzte Richtungen kann wie folgt sein. Wenn der Zylinderkopf für jeden Zylinder Montagelöcher zur Montage von Ventilhubausgleichsvorrichtungen hat, die jeweils die zwei Kipphebel stützen, und Einstecklöcher, durch die die Schäfte der zwei Ventile eingesteckt werden, kann ein Abstand zwischen den Mittelpunkten der zwei Montagelöcher länger sein als der Abstand zwischen den Mittelpunkten der zwei Einstecklöcher.
-
Das heißt grundsätzlich, dass die Gestaltung der zwei Ventile für jeden Zylinder des Motors auf Basis der Konfiguration der Brennkammern festgelegt ist. Damit ist ebenso die Gestaltung der Einstecklöcher für die Schäfte der Ventile festgelegt. Aus diesem Grund wird es einfach, Wechselwirkungen zwischen den Montagelöchern und den Ansaugkanälen zu vermeiden, wenn der Abstand zwischen den Montagelöchern für die zwei Ventilhubausgleichsvorrichtungen länger als der Abstand zwischen den Einstecklöchern gesetzt ist, derartig festgelegt, wie oben beschrieben, und die Flexibilität in Form und Gestaltung der Ansaugkanäle nimmt zu.
-
Um einen Widerstand jeder Nocke unter dem Reibungswiderstand zwischen der Nocke und dem entsprechenden Kipphebel, wie oben beschrieben, zu unterdrücken, kann ein Abschnitt mit relativ kleinem Durchmesser in zumindest einem Teil eines Winkelbereichs, der dem Auslasshub von jeden Zylinder in einem Grundkreisabschnitt der Nocke entspricht, gebildet werden. Mit dieser Konfiguration verringert sich der Reibungswiderstand zwischen der Nocke und dem entsprechenden Kipphebel im Abschnitt des kleinen Durchmessers, sodass ein Widerstand jeder Nocke unterdrückt wird. Auch wenn der Abdichtungsgrad des Ventils im Abschnitt des kleinen Durchmessers abnimmt, tritt im Auslasshub eines Zylinders keine Unannehmlichkeit auf.
-
Gemäß dem Aspekt der Erfindung werden die Reaktionskräfte der Ventilfeder im variablen Ventilmechanismus für einen Motor, der so konfiguriert ist, dass die Hebecharakteristik für jedes Ventil durch Gleiten der Nockeneinheit verändert wird, wenn zwei Einlassventile und/oder Auslassventile für jeden Zylinder vorgesehen sind, dazu veranlasst, auf die Nockeneinheit in entgegengesetzte Richtungen entlang der Nockenaxialrichtung zu wirken, indem die entsprechenden Kipphebel so angeordnet sind, dass die Kipphebel in entgegengesetzte Richtungen geneigt sind. Somit ist es möglich, das Auftreten eines unerwarteten Gleitens der Nockeneinheit aufgrund der Reaktionskräfte der Ventilfeder zu unterdrücken.
-
Figurenliste
-
Merkmale, Vorteile sowie technische und industrielle Bedeutung einer exemplarischen Ausführungsform der Erfindung werden nachstehend mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in welchen gleiche Bezugsbezeichnungen gleiche Elemente bezeichnen, wobei:
- 1 eine schematische Konfigurationsansicht eines Ventilbetätigungssystems für einen Motor ist, in welchem ein variabler Ventilmechanismus gemäß einer Ausführung der Erfindung vorgesehen ist;
- 2 eine Perspektivansicht ist, die die Grundkonfiguration eines einlassseitigen Ventilbetätigungssystems zeigt;
- 3 eine Querschnittsansicht einer Nockeneinheit ist, die um eine Einlassnockenwelle angeordnet ist;
- 4 eine Teilschnittansicht ist, die die Struktur der Nockeneinheit zeigt;
- 5 eine Ansicht ist, die die Grundkonfiguration eines Nockenwechselmechanismus darstellt, der ein Gleiten der Nockeneinheit durch das Eingreifen eines Schaltstifts in einer Führungsnut verursacht;
- 6 eine Ansicht ist, die die Betätigung des Nockenwechselmechanismus darstellt;
- 7 eine erläuternde Ansicht ist, die betrachtet von oberhalb eines Zylinderkopfes übertrieben die Positionsbeziehung zwischen jedem Kipphebel und einer entsprechenden Nocke zeigt;
- 8 eine Ansicht ist, die übertrieben die geneigte Anordnung der Kipphebel gemäß der Ausführung zeigt und auf 7 bezugnimmt;
- 9 eine Ansicht ist, die übertrieben die Positionsbeziehung zwischen den Ventileinsetzlöchern und den Einstellmontagelöchern zeigt; und
- 10 eine erläuternde Ansicht eines Nockenprofils gemäß einer anderen Ausführung ist, in welcher ein Abschnitt mit relativ geringem Durchmesser in einem Grundkreisabschnitt jeder Nocke vorgesehen ist.
-
Detaillierte Beschreibung der Ausführungen
-
Nachfolgend wird eine Ausführung beschrieben, in welcher die Erfindung auf ein Ventilbetätigungssystem für einen Motor angewendet wird. Der Motor 1 gemäß der vorliegenden Ausführung ist beispielsweise ein Reihenvierzylinder-Ottomotor 1. Wie schematisch in 1 gezeigt, sind vier Zylinder 3, vom ersten bis zum vierten (#1 bis #4), in der Längsrichtung eines Zylinderblocks (nicht gezeigt) angeordnet, welche die Vorne-nach-Hinten Richtung (die horizontale Richtung von 1, die durch einen Pfeil angezeigt ist) von Motor 1 ist. In der folgenden Beschreibung wird die Vorne-nach-Hinten Richtung einfach als Vorne-nach-Hinten bezeichnet.
-
Wie oben in 1 dargestellt ist, sind ein Ventilbetätigungssystem für Einlassventile 10 und ein Ventilbetätigungssystem für Auslassventile 11 im oberen Abschnitt von Motor 1 angeordnet, welches der obere Abschnitt des Zylinderkopfes 2 ist. Das heißt, wie durch die gestrichelten Linien in 1 angezeigt, dass die zwei Einlassventile 10 und die zwei Auslassventile 11 für jeden der vier Zylinder 3 in Reihe in der Vorne-nach-Hinten Richtung des Motors 1 angeordnet sind. Die Einlassventile 10 werden über eine Einlassnockenwelle 12 angetrieben. Die Auslassventile 11 werden von einer Auslassnockenwelle 13 angetrieben.
-
Eine variable Ventilsteuerung (WS) 14 ist am vorderen Ende (linkes Ende in 1) der Einlassnockenwelle 12 vorgesehen und eine andere variable Ventilsteuerung (VSS) 14 ist am vorderen Ende der Auslass-Nockenwelle 13 vorgesehen. Jede WS 14 kann kontinuierlich die Ventilsteuerung ändern. Außerdem ist ein Nockenwechselmechanismus (variabler Ventilmechanismus gemäß dem Aspekt der Erfindung) für jeden der Zylinder 3 auf der Einlassnockenwelle 12 vorgesehen. Jeder Nockenwechselmechanismus beeinflusst die Hebecharakteristik eines der entsprechenden Einlassventile 10 durch Ändern der Nocken 41, 42 (siehe 2), um das Einlassventil 10 anzutreiben.
-
Als Beispiel ist der erste Zylinder 3 (#1) in 2 in vergrößerter Ansicht gezeigt. Wie in der Zeichnung dargestellt, sind die zwei Nocken 41, 42, die verschiedene Profile haben, entsprechend jedem der zwei Einlassventile 10, die in Richtung der X-Achse der Einlassnockenwelle 12 (Nockenaxialrichtung, Vorne-nach-Hinten Richtung des Motors) für jeden Zylinder 3 angeordnet sind, vorgesehen. Die Niederhubnocke 41 und die Hochhubnocke 42 sind von links (eine Seite in Richtung der X-Achse) nach rechts (die andere Seite) in 2 angeordnet. Irgendeine der Niederhubnocken 41 und der Hochhubnocken 42 wird ausgewählt und das Einlassventil 10 wird über den Kipphebel 15 angetrieben.
-
Die Grundkreise dieser Niederhubnocken 41 und Hochhubnocken 42 haben denselben Durchmesser und sind zu ineinander übergehenden Kreisbogenflächen geformt. 2 zeigt einen Zustand, in dem die Rolle 15a des Kipphebels 15 in Kontakt mit dem Grundkreisabschnitt der Niederhubnocke 41 steht. Im Kipphebel 15 wird der proximale Endstützabschnitt 15b schwenkbar durch den Zylinderkopf 2 (nicht dargestellt in 2) über eine Ventilspielausgleichsvorrichtung 16 gestützt, während der distale Endabschnitt 15c (Druckabschnitt) das Oberteil des Schafts 10a des Einlassventils 10 über eine Halterung 17 drückt.
-
Das heißt, jedes Einlassventil 10 ist ein gewöhnliches Tellerventil. Die Halterung 17 ist am oberen Abschnitt des Schafts 10 a vorgesehen und ist einer aufwärtsgerichteten Druckkraft von einer Ventilfeder 18 ausgesetzt. Damit schließt das Vorderteil jedes Einlassventils 10 einen Ansaugkanal (dargestellt durch die gestrichelte Linie), was durch die durchgezogene Linie in 2 dargestellt ist. Der Schaft 10a jedes Einlassventils 10 wird durch eine Ventilführung 19 eingeführt, die am Zylinderkopf 2 fixiert ist.
-
Wenn die Rolle 15 a in Kontakt mit dem Grundkreisabschnitt steht und das Einlassventil 10 nicht gehoben wird, drückt der distale Endabschnitt 15c des Kipphebels 15 kaum das entsprechende Einlassventil 10, wie in 2 gezeigt. Bei Rotation der Einlassnockenwelle 12 von diesem Status aus in die Richtung, die durch den Pfeil R dargestellt ist, drückt die Niederhubnocke 41 die Rolle 15a, um den Kipphebel 15 nach unten zu schieben, was allerdings nicht in der Zeichnung dargestellt ist. Damit wird jedes Einlassventil 10 gegen die Reaktionskraft der entsprechenden Ventilfeder 18 angehoben, wie in 2 durch die gestrichelte Linie dargestellt ist.
-
Gesamtkonfiguration des Nockenwechselmechanismus
-
In der vorliegenden Ausführung ist die Nocke, die, wie oben beschrieben, das Einlassventil 10 über den Kipphebel 15 anhebt, als eine der Niederhubnocken 41 und Hochhubnocken 42 festgelegt. Das heißt für die vorliegende Ausführung, wie in 3 bis 5 zusätzlich zu 2 dargestellt ist, dass die Sätze von zwei Nocken 41, 42 vollständig an festgelegten Orten auf einer zylindrischen Hülse 43 vorgesehen sind, um die Nockeneinheit 4 zu bilden, wobei die Hülse 43 verschiebbar um die Einlassnockenwelle 12 angeordnet ist.
-
Wie nur in 1 gezeigt, erstreckt sich die lange Hülse 43 über den ersten Zylinder 3 (#1) und den zweiten Zylinder 3 (#2) und die Sätze der zwei Nocken 41, 42 sind jeweils an Orten, entsprechend der zwei Einlassventile 10 jeder der Zylinder 3 vorgesehen, was insgesamt vier Orte sind. Das heißt, dass die zwei Nockeneinheiten 4 für den ersten Zylinder 3 (#1) und den zweiten Zylinder 3 (#2) über die einzelne Hülse 43 einstückig miteinander verbunden sind. Das gilt ebenso für den dritten Zylinder 3 (#3) und den vierten Zylinder 3 (#4).
-
3 zeigt einen Querschnitt (Querschnitt entlang der Linie III-III in 4) nahe der Mitte der Nockeneinheit 4 für den ersten Zylinder 3 (#1) in der Richtung der X-Achse. Wie in 3 gezeigt, ist eine Innenverzahnung am Innenumfang der Hülse 43 vorgesehen und steht im Eingriff mit der Außenverzahnung, die am Außenumfang der Einlassnockenwelle 12 vorgesehen ist. Das heißt, dass die Nockeneinheiten 4 (Hülse 43) mit der Einlassnockenwelle 12 kerbverzahnt sind und so konfiguriert sind, dass sie vollständig mit der Einlassnockenwelle 12 rotieren und in Richtung der X-Achse gleiten.
-
Um ein Gleiten der Nockeneinheiten 4 in diese Richtung zu veranlassen, ist eine Führungsnut 44 am Außenumfang der Hülse 43 vorgesehen. Ein Schaltstift 51 greift in die Führungsnut 44 ein, wie nachfolgend beschrieben wird. In der vorliegenden Ausführung und dergleichen ist die im Uhrzeigersinn spiralförmige Führungsnut 44 am Mittelabschnitt der Nockeneinheit 4 für den ersten Zylinder (#1) in Richtung der X-Achse vorgesehen, wie in 2 gezeigt ist. Die Führungsnut 44 erstreckt sich über die gesamte Umfangsrichtung. Gleichermaßen ist eine gegen den Uhrzeigersinn verlaufende spiralförmige Führungsnut in der Nockeneinheit 4 für den zweiten Zylinder (#2) vorgesehen, wenn auch nicht in der Zeichnung dargestellt.
-
Ein Stellantrieb 5 ist oberhalb der Einlassnockenwelle 12 mit Bezug auf jeden der Zylinder 3 angeordnet und wird vom Zylinderkopf 2, beispielsweise über eine Strebe 52, gestützt, sodass jeder Schaltstift 51 in einer entsprechenden Führungsnut 44 eingreifen kann. Die Strebe 52 erstreckt sich in Richtung der X-Achse. Jeder Stellantrieb 5 ist so konfiguriert, dass einer der entsprechenden Schaltstift 51 mithilfe eines Elektromagneten vor- und zurückbetätigt werden kann. Wenn der Stellantrieb 5 im Zustand EIN ist, verlängert sich der Schaltstift 51 und greift in die Führungsnut 44 ein.
-
Wenn beispielsweise der so verlängerte Schaltstift 51 in die Führungsnut 44 eingreift, bewegt sich der Schaltstift 51 relativ in die Umfangsrichtung auf dem Außenumfang der Nockeneinheit 4 und bewegt sich mit der Rotation der Einlassnockenwelle 12 ebenso in die Richtung der X-Achse entlang der Führungsnut 44 (das heißt in schräger Richtung), was zusätzlich nachfolgend mit Bezug auf 6 beschrieben wird. Zu diesem Zeitpunkt gleitet die Nockeneinheit 4 während der Rotation in Richtung der X-Achse.
-
Insbesondere, wie in 5 gezeigt, weist die Führungsnut 44 zunächst gerade Nutabschnitte 44a, 44b und einen S-förmig gekrümmten Nutabschnitt 44c auf. Der gerade Nutabschnitt 44a erstreckt sich linear in die Umfangsrichtung auf einer Seite (linke Seite in 5) in die Richtung der X-Achse auf dem Außenumfang der Nockeneinheit 4. Der gerade Nutabschnitt 44b erstreckt sich linear in die Umfangsrichtung auf der anderen Seite (rechte Seite in 5) in die Richtung der X-Achse auf dem Außenumfang der Nockeneinheit 4. Der gekrümmte Nutabschnitt 44c verbindet diese geraden Nutabschnitte 44a, 44b miteinander. Wie in 2 gezeigt, ist der gerade Nutabschnitt 44a in der Position, in der die Niederhubnocke 41 ausgewählt ist (Niederhubposition), auf einer Seite in Richtung der X-Achse dem Schaltstift 51 des Stellantriebs 5 zugewandt.
-
Wenn der Stellantrieb 5 arbeitet, um den Schaltstift 51 in diesem Status zur Verlängerung zu veranlassen, greift der Schaltstift 51 in den geraden Nutabschnitt 44a ein, der sich auf einer Seite der Führungsnut 44 befindet, wie in der Draufsicht in 6 dargestellt ist, und bewegt sich mit der Rotation der Einlassnockenwelle 12 in der Zeichnung relativ nach unten. Danach, wie in der Mittelansicht von 6 gezeigt, erreicht der Schaltstift 51 den gekrümmten Nutabschnitt 44c und bewegt sich auch zur anderen Seite in die Richtung der X-Achse, das heißt in schräger Richtung, während er sich entlang des gekrümmten Nutabschnittes 44c in der Zeichnung relativ nach unten bewegt.
-
Danach drückt der Schaltstift 51 die Nockeneinheit 4 in Richtung der X-Achse auf eine Seite, um das Gleiten der Nockeneinheit 4 zu verursachen, und verschiebt die Nockeneinheit 4 in die Position, in welcher die Hochhubnocke 42 ausgewählt ist (Hochhubposition). Zu diesem Zeitpunkt erreicht der Schaltstift 51 den geraden Nutabschnitt 44b, der sich an der anderen Seite der Führungsnut 44 befindet, und verlässt anschließend die Führungsnut 44, wie in der unteren Ansicht in 6 dargestellt. Ein Gleitweg S der Nockeneinheit 4 in der Zeitspanne vom derartigen Wechsel aus der Niederhubposition in die Hochhubposition entspricht dem Abstand zwischen der Niederhubnocke 41 und der Hochhubnocke 42, wie in 5 gezeigt.
-
Wenn die Nockeneinheit 4 in die Hochhubposition wechselt, wie oben beschrieben, ist der gerade Nockenabschnitt in Richtung der X-Achse auf der anderen Seite der Führungsnut, der in der Nockeneinheit 4 für den zweiten Zylinder (#2) vorgesehen ist, dem Schaltstift 51 des entsprechenden Stellantriebs zugewandt, wenn auch nicht in der Zeichnung dargestellt. Dann ist es möglich, ein Gleiten der Nockeneinheit 4 in Richtung der X-Achse auf die andere Seite mit der Rotation der Einlassnockenwelle 12 zu veranlassen, indem der Stellantrieb 5 angeschaltet wird, um den Schaltstift zum Eingreifen in die Führungsnut zu veranlassen, und die Nockeneinheit 4 gleichzeitig in die Niederhubposition zu bewegen.
-
Sperrmechanismus
-
In der vorliegenden Ausführung ist ein Sperrmechanismus 6 zwischen jeder Nockeneinheit 4 und der Einlassnockenwelle 12 vorgesehen. Der Sperrmechanismus 6 wird dazu genutzt, die Position der Nockeneinheit 4 (die Niederhubposition oder die Hochhubposition) zu dem Zeitpunkt zu halten, nachdem die Nocken 41, 42 wie oben beschrieben gewechselt wurden. Das heißt, dass in Richtung der X-Achse (die horizontale Richtung in 4) nebeneinander zwei ringförmige Nuten 43a, 43b am Innenumfang der Hülse 43 jeder Nockeneinheit vorgesehen sind, und ein ringförmiger Vorsprung 43c zwischen den ringförmigen Nuten 43a, 43b verbleibt.
-
Zwei Sperrkugeln 61 sind versenkbar im Außenumfang der Einlassnockenwelle 12 angeordnet, sodass sie sich in die ringförmige Nut 43a oder die ringförmige Nut 43b einpassen, wenn die Nockeneinheit 4 in der Niederhubposition oder der Hochhubposition ist. Das heißt für die vorliegende Ausführung, dass ein Durchgangsloch 12a sich durch die Einlassnockenwelle 12 erstreckt und sich an zwei Orten am Außenumfang der Einlassnockenwelle 12 öffnet. Das Durchgangsloch 12a hat einen kreisförmigen Querschnitt. Das Durchgangsloch 12a nimmt die zwei Sperrkugeln 61 und eine Schraubenfeder 62 auf.
-
Diese zwei Sperrkugeln 61 sind jeweils an beiden Enden der Schraubenfeder 62 angeordnet und werden durch die Federkraft der Schraubenfeder 62 von den Öffnungen an beiden Enden des Durchgangsloches 12a aus nach außen gedrückt. Damit passen sich die zwei Sperrkugeln 61 in die ringförmige Nut 43a ein, um ein Gleiten der Nockeneinheit 4 zu beschränken und die Nockeneinheit 4 in der Niederhubposition zu halten, falls die Nockeneinheit 4 in der Niederhubposition ist (der rechtsseitigen Position in 4), wie in der Oberansicht in 4 gezeigt.
-
Falls die Nockeneinheit 4 andererseits in der Hochhubposition (die linksseitige Position in 4) ist, wie in der unteren Ansicht in 4 gezeigt, passen sich die zwei Sperrkugeln 61 in die ringförmige Nut 43b ein, um ein Gleiten der Nockeneinheit 4 zu beschränken und die Nockeneinheit 4 in der Hochhubposition zu halten. Wenn die Nockeneinheit 4 beispielsweise, wie beschrieben mit Bezug auf 6, von der Niederhubposition in die Hochhubposition gleitet, überwinden die Sperrkugeln 61 den ringförmigen Vorsprung 43c und bewegen sich von der ringförmigen Nut 43a in die ringförmige Nut 43b.
-
Zu diesem Zeitpunkt, wenn die Nockeneinheit 4 gleitet, werden die Sperrkugeln 61 vorerst durch den ringförmigen Vorsprung 43c angeschoben, bewegen sich gegen die Federkraft der Schraubenfeder 62 und verlassen die ringförmige Nut 43a. Nach Überwinden des ringförmigen Vorsprungs 43c passen sich die Sperrkugeln 61 in die ringförmige Nut 43b unter der Federkraft der Schraubenfeder 62 ein. Dies trifft auch für den Fall zu, bei dem die Nockeneinheit 4 von der Hochhubposition in die Niederhubposition gleitet.
-
Anordnung der Kipphebel
-
Im Übrigen kann mit dem Aufbau, dass jede Nockeneinheit 4 wie bei dem zuvor beschriebenen Nockenwechselmechanismus verschiebbar um die Einlassnockenwelle 12 angeordnet ist, jede Nockeneinheit 4 durch die Reaktionskraft der Ventilfedern 18 der Einlassventile 10 gleiten. Das heißt zunächst, wie mit Bezug auf 2 beschrieben, dass jeder Kipphebel 15 kippt, wenn die Rolle 15a, die am Mittelabschnitt des Kipphebels 15 vorgesehen ist, durch eine der Nocken 41, 42 gedrückt wird und das Öffnen des Einlassventils über die Halterung 17 veranlasst.
-
Der derartig kippende Kipphebel 15 ist so angeordnet, dass er parallel zur Nocke ist, die durch die gestrichelte Linie (die Niederhubnocke 41 in 7; nachstehend nur als Nocke 41 bezeichnet) dargestellt ist, das heißt, dass er bei Betrachtung von oben, wie in 7 gezeigt, senkrecht zur X-Achse (nicht dargestellt in 7) der Einlassnockenwelle 12 ist. Allerdings kann aufgrund von Fertigungstoleranzen und dergleichen die Nocke 41 relativ zum Kipphebel 15 leicht angestellt sein, wie in der Zeichnung übertrieben dargestellt ist (der Neigungswinkel wird in der Zeichnung als θ bezeichnet).
-
Wenn für Nocke 41 ein derartiger Ausrichtungsfehler vorliegt, kann ein unerwartetes Gleiten der Nockeneinheit 41 unter Reaktionskraft von der Ventilfeder 18 auftreten, welche auf die Nocke 41 über den Kipphebel 15 einwirkt und damit auch auf die Nockeneinheit 4. Das heißt, dass auf die Nocke 41 eine Reaktionskraft von der Ventilfeder 18 über den Kipphebel 15 einwirkt, wenn die Nocke 41 rotiert, um den Kipphebel 15, wie zuvor beschrieben, zu kippen.
-
Zu diesem Zeitpunkt, wenn der Kipphebel 15 und die Nocke 41 gegeneinander geneigt sind, wie zuvor beschrieben, wird die Nocke 41 durch die Reibungskraft zwischen Kipphebel 15 und Nocke 41 (in der vorliegenden Ausführung der Rollwiderstand zwischen der Nocke 41 und der Rolle 15a) in die Richtung der X-Achse gezogen. In anderen Worten beinhaltet die Reaktionskraft der Ventilfeder, die auf die Nocke 41 und damit auch auf die Nockeneinheit 4 wirkt, eine Komponente in die Richtung der X-Achse. Damit wirkt eine Schubkraft auf die Nockeneinheit 4.
-
Die Größenordnung der Schubkraft, die auf Nockeneinheit 4 wirkt, kann als proportional zur Größenordnung des Reibungswiderstandes betrachtet werden, sodass die Schubkraft zunimmt, wenn die Reaktionskraft der Ventilfeder 18 zunimmt. Der Schubanteil wird als (Umfang der Nocke 41) x tan θ bezeichnet, unter Nutzung des Neigungswinkels θ zwischen Kipphebel 15 und der Nocke 41. Der Schubanteil nimmt mit zunehmendem Neigungswinkel θ zu.
-
In der vorliegenden Ausführung kommt es unter Bezug auf den Kipphebel 15 gleichermaßen zur Neigung und die Richtung der Zugkraft auf jeden der zwei Kipphebel ist dieselbe, da die Nocken 41, die den zwei Einlassventilen 10 in der Nockeneinheit 4 für jeden Zylinder 3 entsprechen, gleichzeitig geschliffen (das gilt auch für die Nocken 42). Aus diesem Grund nimmt die Schubkraft, die auf die Nocke 41 und damit auch auf die Nockeneinheit 4 wirkt, tendenziell zu. Wenn die Schubkraft die Haltekraft des Sperrmechanismus 6 überwindet, tritt ein unerwartetes Gleiten der Nockeneinheit 4 auf.
-
Demgegenüber ist es beispielsweise auch vorstellbar, dass die Federkonstante der Schraubenfeder 62 des Sperrmechanismus 6 erhöht oder die ringförmigen Nuten 43a, 43b, in welchen sich die Sperrkugeln 61 befinden, vertieft werden. Allerdings vergrößert dies den Widerstand zu dem Zeitpunkt, an dem die Nockeneinheit 4 für den Wechsel der Nocken 41, 42 zum Gleiten veranlasst wird, mit dem Ergebnis, dass eine Motordrehzahl, welche ein oberes Limit für den Wechsel der Nocke 41, 42 darstellt, abnimmt. Außerdem wird die Schraubenfeder 62 in einem hochbelasteten Zustand verwendet, sodass es Bedenken gibt, dass die Haltbarkeit der Schraubenfeder 62 abnimmt.
-
In Anbetracht einer solchen Situation ist in der vorliegenden Ausführung die Anordnung der zwei Kipphebel 15 für jeden Zylinder 3 so konzipiert, dass die Reaktionskraft, die auf die Nockeneinheit 4 von der Ventilfeder 18 wirkt, und die Reaktionskraft, die auf die Nockeneinheit 4 von der anderen Ventilfeder 18 wirkt, in entgegengesetzte Richtungen entlang der Richtung der X-Achse wirken. Mit dieser Gestaltung wird ein unerwartetes Gleiten der Nockeneinheit 4 unterdrückt, da die Schubkräfte, die über die entsprechenden Kipphebel 15 auf die Nockeneinheit 14 wirken, aufgehoben werden.
-
Speziell in der vorliegenden Ausführung, wie in 8 beispielhaft gezeigt ist, weicht der Stützabschnitt 15b einer (die linke Seite im Zeichnungsbeispiel) der beiden Kipphebel 15 für jeden Zylinder 3 (die linke Seite in der Zeichnung) in Richtung der X-Achse mit Bezug auf den distalen Endabschnitt 15b zu einer Seite ab und der Stützabschnitt 15 des anderen (die rechte Seite im Zeichnungsbeispiel) Kipphebels 15 weicht (die rechte Seite in der Zeichnung) in Richtung der X-Achse mit Bezug auf den distalen Endabschnitt 15b zur anderen Seite ab. Somit bilden die Stützabschnitte 15 b eine divergente Form in der Zeichnung.
-
Mit dieser Gestaltung beinhaltet die Reaktionskraft der Ventilfeder, die bei Kippen des Kipphebels 15 auf den distalen Endabschnitt 15c eines der Kipphebel 15 und auf die Nocke 41 oder die Nocke 42 wirkt (nicht dargestellt in 8), einen Anteil, der in Richtung der X-Achse auf eine Seite gerichtet ist. Die Reaktionskraft der Ventilfeder, die auf Nocke 41 oder Nocke 42 über den anderen Kipphebel 15 wirkt, beinhaltet einen Anteil, der in Richtung der X-Achse auf die andere Seite gerichtet ist. Damit heben sich beide Reaktionskräfte der Ventilfedern gegenseitig auf.
-
Zur derartigen Auslegung der zwei Kipphebel ist in der vorliegenden Ausführung, wenn der Zylinderkopf 2 wie in 9 von oben betrachtet wird, die Positionsbeziehung zwischen den Einstellmontagelöchern 2a und den Einstecklöchern für die beiden Einlassventile 10 folgendermaßen festgelegt. Die zwei Ventilspielausgleichsvorrichtungen 16 für jeden Zylinder 3 sind in den Einstellmontagelöchern 2a befestigt. Die Einstecklöcher für die zwei Einlassventile 10 sind die Ventileinstecklöcher 2b, durch die die Schäfte 10a der Einlassventile 10 eingesteckt werden. Die Ventilführung 19 des Einlassventils 10 ist in jedes Ventileinsteckloch 2b eingesetzt.
-
In 9 weicht das Einstellmontageloch 2a auf einer Seite (die linke Seite in der Zeichnung) in die Richtung der X-Achse mit Bezug auf das Ventileinsteckloch 2b in Richtung der X-Achse zu einer Seite ab und das Einstellmontageloch 2a auf der anderen Seite (die rechte Seite in der Zeichnung) in die Richtung der X-Achse weicht mit Bezug auf das Ventileinsteckloch 2b in Richtung der X-Achse zu der anderen Seite ab. Damit ist der Abstand D1 zwischen den Mittelpunkten der zwei Einstellmontagelöcher 2a länger als der Abstand D2 zwischen den Mittelpunkten der zwei Ventileinstecklöcher 2b (die Mittelpunkte der Ventilführung 19).
-
Grundsätzlich ist die Gestaltung der zwei Einlassventile 10 für jeden Zylinder 3 in einem Motor 1, wie er in der vorliegenden Ausführung beschrieben ist, auf Basis der Konfiguration einer entsprechenden Brennkammer festgelegt, mit dem Ergebnis, dass der Abstand D2 zwischen den zwei Ventileinstecklöchern 2b festgelegt ist. Wenn der Abstand D1 zwischen den zwei Einstellmontagelöchern 2a unter Bezug zu Abstand D2 zunimmt, kann eine Beeinträchtigung zwischen den Einstellmontagelöchern 2a und den Ansaugkanälen (nicht dargestellt in 9) leicht vermieden werden, sodass die Flexibilität der Form und der Gestaltung dadurch zunimmt.
-
Im zuvor beschriebenen Motor 1 gemäß der vorliegenden Ausführung arbeiten die Reaktionskraft, die auf die Nockeneinheit 4 durch die Ventilfeder 18 wirkt, und die Reaktionskraft, die auf die Nockeneinheit 4 durch die andere Ventilfeder 18 wirkt, in entgegengesetzte Richtungen entlang der Richtung der X-Achse und heben sich gegenseitig auf, im Falle, dass der Nockenwechselmechanismus, der die Nocken 41, 42 durch Gleiten der Nockeneinheit 4, die an der Einlassnockenwelle 12 montiert ist, vorgesehen ist, wenn die Kipphebel 15, die den zwei Einlassventilen 10 für jeden Zylinder 3 entsprechen, so angeordnet sind, dass sie in entgegengesetzte Richtungen geneigt sind. Damit ist es möglich, ein unerwartetes Gleiten der Nockeneinheit 4 aufgrund der Reaktionskraft der Ventilfeder zu unterdrücken.
-
Andere Ausführungen
-
Die Gestaltung der Erfindung ist nicht auf die in der oben aufgeführten Ausführung beschriebene beschränkt. Die Ausführung ist nur erläuternd und die Anwendung und dergleichen der Gestaltung der Erfindung sind natürlich nicht beschränkt. Beispielsweise sind in der Ausführung die Niederhubnocke 41 und die Hochhubnocke 42 in der Nockeneinheit 4 für jedes Einlassventil 10 vorgesehen und die Hebecharakteristik wird in zwei Stufen hoch- und heruntergeschaltet; allerdings ist die Erfindung nicht auf diese Gestaltung beschränkt. Beispielsweise kann die Hebecharakteristik in drei Stufen geschaltet werden.
-
In der Ausführung sind die Nockeneinheiten
4 für den ersten und zweiten Zylinder 3 (#1, #2) über die Hülse
43 einstückig miteinander verbunden und ebenso sind auch die Nockeneinheiten
4 für den dritten und vierten Zylinder
3 (#3, #4) einstückig miteinander verbunden; allerdings ist die Erfindung nicht auf diese Gestaltung beschränkt. Die Nockeneinheiten
4 für den ersten bis vierten Zylinder
3 (#1 bis #4) können so konfiguriert sein, dass sie unabhängig voneinander gleiten. In diesem Fall kann jede Führungsnut
44 verschiedene bekannte Formen haben, wie zum Beispiel eine Y-förmige Führungsnut, die in
JP 2010-520395 A beschrieben ist.
-
Um die Reaktionskräfte der Ventilfeder, die auf die Nockeneinheit 4 über die zwei Kipphebel 15 für jeden Zylinder 3 in die Richtung der X-Achse einwirken, aufzuheben, sind diese zwei Kipphebel 15 in entgegengesetzte Richtungen geneigt und sind so angeordnet, dass sie eine divergente Form in 9 bilden. Stattdessen kann der Neigungszustand der zwei Kipphebel 15 auch eine invertiert divergente Form in 9 sein.
-
Um einen Widerstand der Nocke 41 oder der Nocke 42 unter dem Reibungswiderstand zwischen der Nocke 41 oder der Nocke 42 und dem Kipphebel 15 zu unterdrücken, ist es effektiv, das Nockenprofil zu entwickeln. Das heißt, dass, wie in 10 beispielhaft dargestellt, ein Abschnitt A (dargestellt durch die gestrichelte Linie in der Zeichnung), der einen geringeren Durchmesser als der Grundkreis hat, ist in einem Winkelbereich, der dem Auslasshub der Zylinders 3 im Grundkreisabschnitt des Nockenprofils entspricht, vorgesehen ist.
-
Mit dieser Gestaltung nimmt der Reibungswiderstand mit dem Kipphebel 15 im Abschnitt des kleinen Durchmessers ab und ein Widerstand der Nocke 41 oder der Nocke 42 wird unterdrückt, sodass ein unerwartetes Gleiten der Nockeneinheit 4 kaum auftritt. Selbst wenn am Auslasshub der Abdichtungsgrad des Einlassventils 10 im Bereich des kleinen Durchmessers abnimmt, tritt keine Unannehmlichkeit auf. In 10 ist der gesamte Winkelbereich, der dem Auslasshub von Zylinder 3 entspricht, als Abschnitt mit kleinem Durchmesser festgelegt. Stattdessen kann ein Teil des Winkelbereichs, der dem Auslasshub entspricht, als Abschnitt mit kleinem Durchmesser festgelegt werden.
-
Außerdem wird in der Ausführung das Beispiel beschrieben, in dem der Nockenwechselmechanismus auf der Einlassseite des Ventilbetätigungssystems des Motors 1 vorgesehen ist. Stattdessen kann der Nockenwechselmechanismus an der Auslassseite oder an beiden Seiten vorgesehen sein. Der Motor 1 ist nicht auf einen Reihen-Vierzylindermotor beschränkt. Der Motor 1 kann ein Reihen-Zweizylinder, - Dreizylinder, -Fünfzylinder oder mehr sein. Die Erfindung ist nicht nur auf einen Reihenmotor anwendbar, sondern auch auf verschiedene Zylinderanordnungen, wie zum Beispiel einen V-Motor.
-
Die Erfindung kann ein unerwartetes Gleiten einer Nockeneinheit aufgrund der Reaktionskraft einer Ventilfeder in einem nockenwechselnden variablen Ventilmechanismus, der in einem Ventilbetätigungssystem eines Motors vorgesehen ist, unterdrücken und ist hocheffektiv, wenn er beispielsweise auf einen in einem Automobil montierten Motor angewendet wird.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- JP 2010520395 A [0002, 0055]
