DE69718569T2

DE69718569T2 - Zweiphasen Ventilsteuerungseinrichtung

Info

Publication number: DE69718569T2
Application number: DE69718569T
Authority: DE
Inventors: Bryce A. Buuck; Keith Hampton; Don J. Krzysik
Original assignee: Eaton Corp
Current assignee: Eaton Corp
Priority date: 1996-07-22
Filing date: 1997-07-07
Publication date: 2003-12-04
Anticipated expiration: 2017-07-08
Also published as: EP0821142A1; JP4017705B2; US5655488A; EP0821142B1; KR980009772A; JPH1077816A; KR100318247B1; DE69718569D1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Ventilbetätigungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor und insbesondere auf eine Vorrichtung zum Variieren der Betriebscharakteristika der Einlass- oder Auslassventile in solchen Motoren während unterschiedlicher Betriebsarten des Motors.
Variable Ventilsteuersysteme für Mehrventilmotoren, bei denen die Einlass- und/oder Auslassventile entweder selektiv betätigt werden können oder mit ausgewählten Hubprofilen betätigt werden können, sind in der Technik bekannt. Das U.S. Patent Nr. 4,151,817 zeigt ein System, das ein Hauptkipphebelelement besitzt, das mit einem ersten Nockenprofil in Eingriff bringbar ist, ein sekundäres Kipphebelelement, das schwenkbar an dem primären Kipphebelelement angebracht ist und mit einem zweiten Nockenprofil in Eingriff bringbar ist, sowie Mittel zum Verbinden oder Verriegeln der primären und sekundären Kipphebellemente. Die U.S. Patentanmeldung mit der Seriennummer 412,474 vom 28. März 1995 zeigt ein System, das innere und äußere Kipphebel besitzt, die schwenkbar an dem Ausgangsglied eines stationären Spieleinstellers angebracht sind, wobei der äußere Kipphebel in Eingriff mit dem Motorventil steht und der innere Kipphebel in Eingriff mit dem Nocken steht, und wobei ein Verriegelungsglied selektiv zwischen Kontaktoberflächen der inneren und äußeren Kipphebel eingeführt werden kann, um die Kipphebel effektiv miteinander zu verriegeln, um eine Ventilöffnungskraft von dem Nocken auf den äußeren Kipphebel zu übertragen. Wenn die Kipphebel in einem nichtverriegelten Zustand sind, ist der äußere Kipphebel frei, sich relativ zu dem inneren Kipphebel zu drehen, und keine Öffnungskraft wird auf den äußeren Kipphebel übertragen.
Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Dualfunktion mit Steuervorrichtung vorzusehen, bei der ein Motorventil selektiv durch ein von zwei unterschiedlichen Nockenprofilen betätigt wird und das mittels eines Verriegelungsglieds betätigt wird, das selektiv zwischen Kontaktelemente eingeführt wird, die an inneren und äußeren Kipphebeln ausgebildet sind, um zu bewirken, dass sich die Kipphebel gemeinsam zum Betätigen des Ventils bewegen, und zwar gemäß einem ersten Nockenprofil, wenn das Verriegelungsglied zwischen die Kipphebel eingeführt ist und um zu erlauben, dass sich die Kipphebel relativ zueinander bewegen, um das Ventil gemäß einem zweiten Nockenprofil zu betätigen, wenn das Verriegelungsglied nicht zwischen die Kipphebel eingeführt ist.
Zum Erreichen des obigen Ziels sieht die vorliegende Erfindung eine Kipphebel- bzw. Schwenkhebelanordnung vor, die Folgendes aufweist: einen inneren Kipphebel, der in Eingriff mit dem Ventil steht und eine Rolle daran angebracht besitzt, die in Eingriff mit einem ersten Nocken steht, einen äußeren Kipphebel, der in einer umgebenden bzw. umgreifenden Beziehung zu dem inneren Kipphebel angeordnet ist und Oberflächen daran ausgebildet besitzt, die mit zweiten Nocken in Kontakt stehen, und ein Verriegelungsglied, das zwischen einer ersten Position, in der es außer Eingriff mit den inneren und äußeren Kipphebeln ist und einer zweiten Position, in der es zwischen Kontaktoberflächen an den inneren und äußeren Armen bzw. Hebeln eingeführt ist, um mit der Relativdrehung der Hebel zu interferieren und somit die Hebel effektiv aneinander zu verriegeln. Die Nocken sind derart konfiguriert, dass die zweiten Nocken ein höheres Hubprofil besitzen als der erste Nocken. Wenn das Verriegelungsglied sich in einer ersten Position befindet, wird die Kraft des zweiten Nockens nicht auf den inneren Hebel übertragen und nur der niedrige Hubnocken, der direkt auf den inneren Hebel wirkt, arbeitet zum Öffnen des Ventils. In der zweiten Position des Verriegelungsglieds wird die Kraft der zweiten Nocken von dem äußeren Kipphebel zu dem inneren Kipphebel übertragen und somit zu dem Ventil, wodurch das niedrige Hubnockenprofil in dieser Betriebsart nicht zum Einsatz kommt. Um die Abnutzung zu reduzieren, sind Anschlagmittel vorgesehen, um eine relative Trennbewegung zwischen den inneren und äußeren Kipphebeln zu begrenzen, so dass ein Spalt oder ein Spiel zwischen dem zweiten Nocken und der Nockenkontaktoberfläche des äußeren Kipphebels beibehalten wird.
Andere Ziele und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnung; in der Zeichnung zeigt:
Fig. 1 eine perspektivische Ansicht der Erfindung;
Fig. 2 eine Draufsicht auf die Erfindung;
Fig. 3 eine Schnittansicht entlang der Linie 3-3 in Fig. 2; und
Fig. 4 eine perspektivische Schnittansicht der Erfindung.
Gemäß der Zeichnung ist ein Ventilsteuersystem 10 dargestellt, das insbesondere zur Verwendung in einem Verbrennungsmotor (nicht gezeigt) des oben liegenden Nockenwellentyps angepasst ist. Wie hier dargestellt, ist das System 10 betätigbar zum Öffnen eines Sitzventils 12 (siehe Fig. 4) ansprechend auf eines von zwei unterschiedlichen Nockenprofilen, und das System weist eine Kipphebelanordnung 14 und eine Verriegelungsanordnung 16 auf, die betätigbar ist zum Verstellen der Kipphebelanordnung zwischen ihren zwei Betriebsarten. Bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel definiert ein erster Nocken 18 (Fig. 3) die erste Betriebsart, und einer oder mehrere zweite Nocken 20 definieren die zweite Betriebsart.
Die Kipphebelanordnung 14 weist Folgendes auf einen inneren Kipphebel 22, der in Eingriff bringbar ist mit dem ersten Nocken 18 ausgebildet an einer Nockenwelle 24 und mit dem Ventil 12 (Fig. 4), einen äußeren Kipphebel 26, der in Eingriff bringbar ist mit den zweiten Nocken und ein paar Federn 28 und 29, welche den Kipphebel 26 in Eingriff mit dem Nocken 20 vorspannen. Die Kipphebelanordnung ist schwenkbar an dem Zylinderkopf 31 des Motors angebracht und ist an dem Ausgangsglied 30 eines hydraulischen Spieleinstellers 32 angebracht, wie in dem bevorzugten Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 4 dargestellt ist. Der Aufbau und die Funktion des Spieleinstellers sind bekannt und werden daher nicht im Detail beschrieben.
Gemäß insbesondere den Fig. 2 und 3 weist der innere Kipphebel 22 ein gestanztes kastenförmiges Glied mit beabstandeten Seitenwänden 34, 35, einem ersten Ende, das zum Definieren eines Ventilkontaktelements 36 konvergiert und einem zweiten Ertde in der Form eines Rückenabschnitts 38 auf, dessen Funktion nachfolgend in größerer Einzelheit beschrieben wird. Die Enden der Seitenwände 34, 35 benachbart zum Rückenabschnitt sind nach außen gebogen, um Ansätze oder Laschen 40, 41 zu definieren, welche als Anschläge für ein Ende der Federn 28, 29 dienen. Ausgerichtete Bohrungen (nicht gezeigt) sind in den Seitenwänden ausgebildet zur Aufnahme einer Achse 42, einer Rollenanordnung 44, welche ein erstes Folgeelement definiert, das mit dem ersten Nocken 18 in Eingriff bringbar ist.
Der innere Hebel ist an einer Hebelstütze bzw. einem Drehpunkt angebracht, der durch eine Stange 46 definiert wird, die durch Öffnungen in den Seitenwänden der inneren und äußeren Kipphebel aufgenommen ist, wie im Nachfolgenden noch näher beschrieben wird.
Der äußere Kipphebel 26 ist eine kastenförmige Struktur, wie am besten in Fig. 2 dargestellt ist, die in einer zum inneren Hebel 22 umgebenden Beziehung aufgenommen ist. Der äußere Hebel umfasst beabstandete Seitenwände 48, 49, eine erste Endwand 50 mit einer ersten Kontaktoberfläche 52 daran ausgebildet und eine zweite Endwand 54, die einen mittleren Rückenabschnitt 56 daran ausgebildet besitzt, dessen Funktion nachfolgend beschrieben wird. Jede der Seitenwände 48, 49 besitzt Ansätze bzw. Laschen 58, 59, 60 daran ausgebildet, an denen Auflagen bzw. Pads 62 hartgelötet sind oder auf andere Weise befestigt sind, wobei die Pads 62 zweite Folgeelemente definieren, welche in Eingriff bringbar sind mit den zweiten Nocken 20, die in dem bevorzugten Ausführungsbeispiel den Nocken 18 umgeben bzw. auf beiden Seiten hiervon angeordnet sind.
Gemäß Fig. 4 ist der äußere Kipphebel zur Schwenkbewegung um das Ausgangsglied 30 des Spieleinstellers 32 herum angebracht und zwar mittels der Stange 46, welche eine mittig angeordnete Buchse 47 darinnen ausgebildet besitzt, die mit einem Kugelende in Eingriff bringbar ist, das an dem Ausgangsglied ausgebildet ist und das durch Öffnungen in den Seitenwänden 48, 49 aufgenommen ist. Die Öffnungen, die in den Wänden 48 und 49 des äußeren Kipphebels ausgebildet sind, sind mit einem minimalen Freiraum bezüglich der Stange 46 ausgebildet, so dass es im Wesentlichen keine Relativbewegung zwischen dem Hebel und der Stange gibt. Die in dem inneren Hebel 22 ausgebildeten Öffnungen sind jedoch etwas größer als die Stange 46, so dass sich der innere Hebel um die gebogene Oberfläche 64 der Stange schwenken kann.
Die Verriegelungsanordnung 16 weist Folgendes auf: ein Gleitelement bzw. -glied 66, das im Wesentlichen den äußeren Kipphebel 26 umgibt und das in einer Gleitbeziehung hierzu aufgenommen ist, ein Verriegelungsglied 68, das an dem Gleitelement angebracht ist und ein Paar von Federn 70, welche zwischen dem Gleitelement und dem äußeren Kipphebel wirken, um die Verriegelungsanordnung in die mit einer durchgezogenen Linie in den Zeichnungen gezeigte Position vorzuspannen.
Das Gleitelement 66 ist eine Blechstruktur, die als ein langgestrecktes U in einer Draufsicht ausgebildet ist, mit einer flachen Endwand 72, welche an der Basis des U's ausgebildet ist, Seitenwänden 74 und 75, die in Gleitkontakt mit den Seitenwänden des äußeren Kipphebels stehen, und U-förmigen Öffnungen (im Aufriss), welche in den Enden der Schenkel ihres offenen Endes ausgebildet sind, um das Verriegelungsglied 68 aufzunehmen, das die Form einer starren bzw. festen Stange besitzt, die die Seitenwände des Gleitelements überspannt. Das Verriegelungsglied besitzt Schlitze (nicht gezeigt) benachbart zu dessen Enden und die Seitenwände 74, 75 des Gleitelements 66 sind innerhalb der Schlitze aufgenommen, um das Verriegelungsglied seitlich zu halten. Das Verriegelungsglied liegt gegen Anschlagoberflächen 69 an, die in den Seitenwänden ausgebildet sind, und wird axial durch Schultern 71, 73 gehalten, die in den Seitenwänden ausgebildet sind, die über das Verriegelungsglied schnappen. Federn 70 sind durch Vertiefungen gehalten, die in einem nach oben gebogenen Teil des Rückenabschnitts 56 ausgebildet sind, und durch zylindrische Sitze 76, 77, die an nach innen und nach oben gebogenen Ansätzen 78, 79 ausgebildet sind, die wiederum an den Seitenwänden des Gleitelements ausgebildet sind. Die Stange 46 ist durch Öffnungen 80 aufgenommen, die in den Wänden 74, 75 ausgebildet sind, und die Stange wird seitlich durch Rippen 82 gehalten, die an einer unteren Kante der Öffnungen 80 ausgebildet sind, und welche mit Schultern (nicht gezeigt) in Eingriff stehen; die an den Enden der Stange ausgebildet sind. Wenn die Einheit zusammengesetzt wird, wird die Stange in den inneren und äußeren Hebeln aufgenommen und das Blechgleitelement 66 wird über die Enden der Stange bewegt, wobei die Rippen 82 die Stange kontaktieren bzw. mit ihr in Eingriff stehen. Die Öffnung 80 ist langgestreckt, um eine Gleitbewegung des Gleitelements relativ zu dem Kipphebel zu ermöglichen. Nach innen gerichtete Ansätze 84, 85 sind an den Wänden des Gleitelements ausgebildet, um das Verriegelungsglied 68 in Eingriff mit der Kontaktoberfläche 52 des äußeren Kipphebels zu halten.
Wenn die inneren und äußeren Kipphebel und die Verriegelungsanordnung zusammengesetzt und positioniert sind, wie in Fig. 3 dargestellt ist, und zwar in Relation zu den Nocken 18, 20, dem Ventil 12 und dem Spieleinsteller 32, dann werden die Torsionsfedern 28 und 29 über die Stange 46 aufgenommen, und zwar mit einem Ende gegen die Ansätze 40, 41 an dem inneren Kipphebel 22 anliegend und mit dem anderen Ende gegen die Ansätze 58 an dem äußeren Hebel anliegend, um den äußeren Hebel in Richtung eines Eingriffs mit den Nocken 20 vorzuspannen und zwar über die Kissen 62.
Gemäß der Erfindung wird ein Freiraum zwischen den Kissen 42 und den Grundkreisen der Nocken 20 beibehalten mittels einer Anschlaganordnung 86, welche die relative Schwenkbewegung zwischen den inneren und äußeren Kipphebeln beschränkt. In dem bevorzugten, hier dargestellten Ausführungsbeispiel weist die Anschlaganordnung eine Schraube 87 auf, die durch den Rückenabschnitt 56 des äußeren Kipphebels geschraubt ist und gegen den Rückenabschnitt 38 des inneren Kipphebels drückt. Die Schraube ist so eingestellt, dass ein Freiraum C zwischen den Nocken 20 und den Kissen 62 am Grundkreis beibehalten wird, wie in Fig. 3 dargestellt, wobei die Position der Schraube durch eine Verriegelungsmutter 90 beibehalten wird. Sobald der Freiraum C eingestellt ist, wird das Spiel zwischen dem Verriegelungsglied 68 und der Kontaktoberfläche 88 des inneren Kipphebels eingestellt durch Auswahl eines Verriegelungsglieds mit einer Vertikalabmessung (gemäß Fig. 3) welche das gewünschte Spiel vorsieht. Es sei bemerkt, dass ein fester Anschlag anstelle der Anordnung 86 vorgesehen werden kann, um die relative Schwenkbewegung des Kipphebels zu beschränken wie beispielsweise durch Steuern des Freiraums zwischen den Rückenabschnitten 38 und 56.

Betrieb

Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel definieren die Nocken 20, die mit den Kissen 62 in Eingriff stehen, ein höheres Hubnockenprofil, während der Nocken 18, der mit der Rolle 44 in Eingriff steht, ein niedriges Hubnockenprofil definiert. Wenn sich das System in dem Zustand befindet, der mit einer durchgezogenen Linie in den Zeichnungen dargestellt ist, spannen die Federn 70 die Gleitanordnung 66 nach rechts bezüglich des Kipphebels vor, um das Verriegelungsglied außer Eingriff mit der Kontaktoberfläche 88 an dem inneren Kipphebel zu plazieren. In diesem Zustand wird eine Bewegung des äußeren Kipphebels 26 ansprechend auf die Kraft der Nocken 20, die an den Kissen 62 wirken, nicht auf den inneren Kipphebel und somit nicht zu dem Ventil 12 übertragen; daher wird das Ventil durch das niedrige Hubprofil des Nockens 18, das an der Rolle 44 wirkt, betätigt. Um das Ventil mit dem höheren Hubprofil der Nocken 20 zu öffnen, wird die Verriegelungsanordnung nach links gegen die Kraft der Federn 70 bewegt durch Anlegen einer Kraft F an das Gleitelement 66 (Fig. 3), was das Verriegelungsglied 68 zwischen die Kontaktoberflächen 52 und 88 an den äußeren bzw. inneren Kipphebeln bewegt, und zwar zu der mit der gestrichelten Linie dargestellten Position gemäß Fig. 3. Dies verriegelt effektiv die Kipphebel miteinander, so dass die Kraft der Nocken 20 von dem äußeren Kipphebel zu dem inneren Kipphebel übertragen wird über das Verriegelungsglied 68, wodurch das Ventil durch das hohe Hubprofil der Nocken 20 betätigt wird. Da die Nocken 20 einen höheren Hub vorsehen als der Nocken 18, ist der Nocken 18 in dieser Betriebsart nicht im Einsatz.
Es sei bemerkt, dass die Kraft F durch einen Elektromagneten oder andere herkömmliche Mittel zum Anlegen einer Linearkraft auf das Gleitelement 66 vorgesehen werden kann.

Claims

1. Ventilsteuervorrichtung (10) für einen Verbrennungsmotor mit einem Zylinderkopf (31), einem Sitzventil (12)' beweglich innerhalb des Zylinderkopfes zwischen einem offenen und einem geschlossenen Zustand, und mit einer Nockenwelle (24), die einen ersten Nocken (18) mit einem ersten darauf ausgebildeten Nockenprofil und einem zweiten Nocken (20) mit einem zweiten darauf ausgebildeten Nockenprofil aufweist; wobei die Steuervorrichtung (10) folgendes aufweist: einen ersten Kipphebel- oder Schwingarm (22) drehbar am Zylinderkopf (31) angebracht, wobei der erste Kipphebel eine darauf ausgeformte Oberfläche (36) besitzt und zwar in Eingriff mit dem Sitzventil (12) und mit einem ersten Nockenfolgeelement (44), darauf in Eingriff mit dem ersten Nocken (18); einen zweiten Kipphebel (26) drehbar angebracht am Zylinderkopf (31), wobei der zweite Kipphebel (26) ein zweites Nockenfolgeelement (62) darauf ausgebildet aufweist und zwar in Eingriff bringbar mit dem zweiten Nocken (20); Mittel (28, 29) zum Vorspannen des zweiten Kipphebels (26) in Eingriff mit dem zweiten Nocken (20), und Mittel (16) in Eingriff bringbar mit den ersten (22) und zweiten (26) Kipphebeln und beweglich zwischen einer ersten Position (Fig. 3) außer Eingriff mit den Kipparmen, wobei die Kipparme (22, 26) sich relativ zueinander ansprechend auf die entsprechenden Profile der ersten (18) und zweiten Nocken bewegen können und mit einer zweiten Position (20) in Eingriff mit den ersten und zweiten Kipphebeln, wobei die ersten und zweiten Kipphebel gemeinsam sich verdrehen und zwar ansprechend auf das zweite Nockenprofil dadurch gekennzeichnet, dass Stoppmittel (86) an den ersten und zweiten Kipphebeln, die Relativdrehung dazwischen begrenzen und bewirken, dass ein Zwischenraum C vorgesehen ist zwischen dem Basiskreisteil des zweiten Nocken (20) und dem zweiten Nockenfolgeelement (62).

2. Vorrichtung nach Anspruch 1 mit einer ersten Kontaktoberfläche (88) ausgeformt auf dem ersten Kipphebel (22); einer zweiten Kontaktoberfläche (52) ausgeformt auf dem zweiten Kipphebel (26), wobei die erwähnten Mittel in Eingriff bringbar sind mit den ersten und zweiten Kipphebeln und ein Verriegelungsglied (68) aufweisen und zwar einsetzbar zwischen den ersten (88) und zweiten (52) (Fig. 3) Kontaktoberflächen; und mit Mitteln (70) zum Vorspann des Verriegelungsgliedes (68) in die erste Position.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Stoppmittel (86) ein Schraubglied (87) aufweisen, welches entweder durch den ersten Kipphebel (22) oder den zweiten Kipphebel (26) geschraubt ist und in Eingriff bringbar ist mit dem anderen der ersten bzw. zweiten Kipphebel.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der erwähnte äußere Kipphebel (26) einen ersten im Wesentlichen zentral angeordneten und horizontal orientierten Rückenabschnitt (56) darauf ausgeformt aufweist und wobei der innere Kipphebel (22) einen zweiten im Wesentlichen zentral angeordneten und horizontal orientierten Rückenabschnitt (38) darauf ausgeformt aufweist und zwar beabstandet gegenüber dem ersten Rückenabschnitt (56); wobei ferner die erwähnten Schraubmittel (87) durch den ersten Rückenabschnitt (56) geschraubt sind und in Eingriff bringbar sind mit dem zweiten Rückenabschnitt (38).

5. Vorrichtung nach Ansprüch 1 mit einer hydraulischen Spieleinstellvorrichtung (32) angebracht in einer stationären Position bezüglich des Zylinderkopfes (31), wobei die Spieleinstellvorrichtung (32) ein sich von dort weg erstreckendes Ausgabeglied (30) aufweist; wobei der erste Kipphebel (22) und der zweite Kipphebel (26) drehbar um das Ausgangsglied sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Mittel zum Vorspann des zweiten Kipphebels (26) in Eingriff mit dem zweiten Nocken (20) eine Torsionsfeder (28, 29) aufweisen, wobei ein Ende an dem ersten Kipphebel (22) anliegt, während das andere Ende an dem zweiten Kipphebel (26) anliegt.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei der erste Kipphebel (22) beabstandete Seitenwände (34, 35) aufweist; wobei ferner der zweite Kipphebel (26) beabstandete Seitenwände besitzt und zwar aufgenommen zwischen den Seitenwänden (48, 49) des ersten Kipphebels; wobei die Vorrichtung ferner ein Drehelement aufweist und zwar definiert durch eine langgestreckte Stange (46) aufgenommen durch die Seitenwände (34, 35, 48, 49) der ersten und zweiten Kipphebel in darinnen ausgebildeten Öffnungen, wobei die Stange ferner eine bogenförmige obere Oberfläche (Oberseite) besitzt und einen Sockel (47) ausgebildet an seiner unteren Oberfläche (Unterseite) und wobei ferner die Öffnungen derart bemessen sind, dass sie im Wesentlichen keine Relativdrehung zwischen dem zweiten Kipphebel (26) und dem Drehelement gestatten und mindestens eine begrenzte relative Drehung zwischen dem ersten Kipphebel (22) und dem Drehelement; wobei schließlichder Sockel (47) in Eingriff mit dem Ausgangsglied (30) der erwähnten Spieleinstellvorrichtung steht.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei die erwähnten Mittel den zweiten Kipphebel in Eingriff mit dem zweiten Nockenvorspann und erste (28) und zweite (29) Torsionsfedern aufweisen und zwar aufgenommen in einer umgebenden Beziehung zu dem Drehelement zwischen entsprechenden benachbarten Seitenwänden (34, 35, 48, 49) der ersten und zweiten Kipparme, wobei ein Ende jeder der Torsionsfedern in Eingriff steht mit dem ersten Kipphebel (22) und wobei ferner das entgegengesetzt liegende Ende jeder der Torsionsfedern in Eingriff steht mit dem zweiten Kipphebel (26).