DE4013633A1

DE4013633A1 - Ventilantriebsvorrichtung und ventilantriebsverfahren fuer brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE4013633A1
Application number: DE4013633A
Authority: DE
Inventors: Shizuo Yagi; Youichi Ishibashi; Hiroshi Sono
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 1989-04-27
Filing date: 1990-04-27
Publication date: 1990-10-31
Also published as: DE4013633C2; US5074260A; GB9009505D0; GB2231088B; JP2736997B2; GB2231088A; JPH02286815A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Ventilantrieb für eine 4-Takt Brennkraftmaschine vom sogenannten DOHC-Typ (DOHC = double overhead camshaft; doppelte obenliegende Nockenwelle), und insbesondere eine Ventilantriebsvorrich tung und ein Ventilantriebsverfahren für eine solche Brennkraftmaschine, die eine Ventilsteuerzeiteinstellung (im Folgenden kurz: Ventileinstellung) und einen Ventilhub eines Einlaß- und eines Auslaßventils individuell ein stellen können.

Es ist bekannt, daß die Ventileinstellung und der Ventil hub eines Einlaß- und eines Auslaßventils in einer 4-Takt Brennkraftmaschine großen Einfluß auf die Funktion der Brennkraftmaschine haben.

Jedoch ändern sich eine optimale Ventileinstellung und ein optimaler Ventilhub, die gefordert werden müssen, mit einer Änderung der Drehzahl der Brennkraftmaschine. Wählt man für einen gewissen Drehzahlbereich eine optimale Ventileinstellung und einen optimalen Ventilhub, so tritt daher das Problem auf, daß in dem anderen Drehzahlbereich eine genügende Funktion nicht erreicht werden kann. Zur Lösung dieses Problems wurde ein Ventilantrieb vorge schlagen (Japan. Gebrauchsmuster Veröffentlichungs-No. 44-23-442), der imstande ist, die Ventileinstellung und den Ventilhub des Einlaß- und des Auslaßventils in Abhängig keit einer Drehzahländerung der Brennkraftmaschine einzu stellen.

Der obengenannte Ventilantrieb umfaßt eine Nockenwelle mit einem Nocken, der einen Schwenkhebel berührt, und ein Zahnrad für die Nockenwelle, das mit einem Antriebszahnrad kämmt, und einen Nockenwellen-Halterungshebel, dessen eines Ende schwenkbar an einer Drehachse des Antriebs zahnrads gehaltert ist und an dessen anderes Ende die Nockenwelle drehbar gehaltert ist. Der Nockenwellen- Halterungshebel wird um die Drehachse des Antriebszahnrads in Abhängigkeit von einer Drehzahländerung der Brenn kraftmaschine geschwenkt.

Wenn der Nockenwellen-Halterungshebel geschwenkt wird, so wird gemäß dem oben genannten Ventilantrieb der Nocken der Nockenwelle entlang einer Gleitfläche des Schwenkhebels auf einen Drehpunkt des Schwenkhebels zu oder von ihm weg bewegt, so daß die Hebelwirkung (= Schwenkwinkel) des Schwenkhebels geändert wird, um dadurch den Ventilhub des Einlaß- und des Auslaßventils zu vergrößern oder zu vermindern. Gleichzeitig wird das mit dem Antriebszahnrad in Eingriff stehende Zahnrad für die Nockenwelle durch das Schwenken des Nockenwellen-Halterungshebels gedreht, so daß eine Phase des sich zusammen mit der Nockenwelle drehenden Nockens geändert wird, um dadurch die Ventil einstellung des Auslaß- und des Einlaßventils zu ändern.

Jedoch ist der oben genannte, gemäß dem Stand der Technik ausgeführte Ventilantrieb an einer Brennkraftmaschine vom sogenannten SOHC-Typ (SOHC = single overhead camshaft; einzelne oben liegende Nockenwelle) angeordnet, wodurch das Einlaß- und das Auslaßventil durch eine einzige Nockenwelle angetrieben werden, die Ventileinstellung und der Ventilhub des Einlaß- und des Auslaßventils nicht individuell eingestellt werden können und es schwer ist, die Eigenschaften des Ventilantriebs ausreichend vorzu zeigen bzw. auszuprägen.

Die vorliegende Erfindung wurde unter Berücksichtigung der oben genannten Umstände erzielt und es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Ventilantriebsvorrichtung und ein Ventilantriebsverfahren für eine Brennkraftmaschine des DOHC-Typs vorzusehen, die die Ventileinstellung und den Ventilhub des Einlaß- und des Auslaßventils individu ell einstellen können.

Gemäß eines Gesichtspunkts der vorliegenden Erfindung, die die oben genannte Aufgabe löst, ist für eine Brennkraft maschine, die einen Zylinderkopf, ein Antriebszahnrad, ein erstes und ein zweites Zahnrad für die Nockenwelle, die gemeinsam mit dem Antriebszahnrad kämmen, eine erste und eine zweite Nockenwelle, die über dem Zylinderkopf vorge sehen sind und von dem ersten bzw. dem zweiten Zahnrad für die Nockenwelle angetrieben werden, wenigstens einen ersten und wenigstens einen zweiten Nocken, die an der ersten bzw. zweiten Nockenwelle vorgesehen sind, wenig stens einen ersten und einen zweiten Schwenkhebel, die jeweils den ersten bzw. den zweiten Nocken berühren und dadurch um Drehpunkte geschwenkt werden, ein Einlaßventil, das den ersten Schwenkhebel berührt und dadurch angetrie ben wird, und ein Auslaßventil, das den zweiten Schwenk hebel berührt und dadurch angetrieben wird, umfaßt, eine Ventilantriebsvorrichtung vorgesehen, die einen ersten und einen zweiten Nockenwellen-Halterungshebel, die an ihren jeweiligen Endabschnitten schwenkbar an einer zum An triebszahnrad koaxialen Welle angeordnet sind, wobei an den jeweiligen anderen Endabschnitten des ersten und zweiten Nockenwellen-Halterungshebels die erste und die zweite Nockenwelle gehaltert sind, und einen Antriebsme chanismus für die Halterungshebel, um den ersten und zweiten Nockenwellen-Halterungshebel in Anhängigkeit der Drehzahländerung der Brennkraftmaschine zu schwenken, wobei ein Phasenwinkel jedes Nocken und eine Hebelwirkung jedes Schwenkhebels durch Schwenken der ersten und zweiten Nockenwellen-Halterungshebel geändert werden, um eine Ventilsteuerzeiteinstellung und einen Ventilhub des Einlaßventils und des Auslaßventils individuell zu ändern, umfaßt.

In der oben genannten Konstruktion ist es vorzuziehen, daß der erste und der zweite Schwenkhebel zum Antrieb des Einlaß- und des Auslaßventils bezüglich einer Mittellinie eines Zylinders der Brennkraftmaschine symmetrisch angeordnet sind, und der erste und der zweite Nockenwellen-Halterungshebel bezüglich der Mittellinie des Zylinders symmetrisch geschwenkt werden.

Gemäß eines anderen Gesichtspunkts der vorliegenden Erfindung ist für eine Brennkraftmaschine, die einen Zylinderkopf, zwei Nockenwellen, die oberhalb des Zylin derkopfs vorgesehen und mit wenigstens zwei Nocken verse hen sind, wenigstens zwei Schwenkhebel, die von den wenigstens zwei Nocken geschwenkt werden, und wenigstens ein Einlaßventil und Auslaßventil, die von den wenigstens zwei Schwenkhebeln angetrieben werden, umfaßt, ein Ven tilantriebsverfahren vorgesehen, gemäß dem, wenn die Drehzahl der Brennkraftmaschine erhöht wird, eine Ventil steuerzeiteinstellung des Auslaßventils vorgeschoben wird, eine Ventilsteuerzeiteinstellung des Einlaßventils verzö gert wird und Ventilhübe des Auslaßventils und des Ein laßventils vergrößert werden.

Mit der oben genannten Konstruktion der Ventilantriebs vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung werden die an den Nockenwellen befestigten Zahnräder in Eingriff mit dem Antriebszahnrad gedreht, wenn die beiden Nockenwellen- Halterungshebel, die die Nockenwellen haltern, in Verbin dung mit einer Drehzahländerung der Brennkraftmaschine geschwenkt werden. Entsprechend wird der Phasenwinkel jedes Nocken geändert, um dadurch die Ventileinstellungen des Einlaß- und des Auslaßventils zu ändern. Gleichzeitig wird ein Berührungspunkt zwischen jedem Schwenkhebel und jedem Nocken durch Schwenken der Nockenwellen- Halterungshebel geändert. Entsprechend wird die Hebelwir kung jedes Schwenkhebels geändert, um dadurch die Ventil hübe des Einlaß- und des Auslaßventils zu ändern.

Mit der oben genannten Konstruktion des Ventilantriebs verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung wird, wenn die Drehzahl der Brennkraftmaschine erhöht wird, die Ventileinstellung des Auslaßventils im Vergleich zu der bei niedrigen Drehzahlen vorgeschoben, wodurch ein abge stimmter Rotationsbereich bzw. Drehzahlbereich (tuned rotational area) infolge des Effekts einer Abgaspulsation bzw. Abgasschwingung erweitert wird, und die Ventilein stellung des Einlaßventils im Vergleich zu der bei nied rigen Drehzahlen verzögert, wodurch ein abgestimmter Rotationsbereich bzw Drehzahlbereich infolge des Effekts einer Ansaugträgheit erweitert wird. Wenn der Zeitbereich (time area) der Ventilüberschneidung in der Umgebung des oberen Totpunkts im Vergleich zu der bei niedrigen Dreh zahlen verkleinert wird, kann dementsprechend eine Redu zierung des Drehmoments bei mittleren Drehzahlen, bei welchen ein Auspuffsystem in einen unabgestimmten Rotati onsbereich bzw. Drehzahlbereich (untuned rotation area) fällt, beseitigt werden. Weiter kann der Ausstoß bzw. die abgegebene Leistung bei hohen Drehzahlen erhöht werden, wenn die Ventilhübe des Einlaß- und des Auslaßventils vergrößert werden.

Mit Bezug auf die Zeichnungen werden im Folgenden einige bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben werden. Es zeigt :

Fig. 1 eine geschnittene Seitenansicht einer Ventilan triebsvorrichtung gemäß der ersten bevorzugten Ausfüh rungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 einen Querschnitt entlang der Linie II-II in Fig. 1;

Fig. 3 einen Querschnitt entlang der Linie III-III in Fig. 1;

Fig. 4 ein Ventilsteuerdiagramm für die Ventileinstel lung und den Ventilhub gemäß der ersten bevorzugten Ausführungsform;

Fig. 5 eine Prinzipdarstellung der Änderung der Ven tileinstellung und des Ventilhubs gemäß der ersten bevor zugten Ausführungsform;

Fig. 6 ein Diagramm für die Ansaugluft-Volumeneffizienz gemäß der ersten bevorzugten Ausführungsform;

Fig. 7 eine Ansicht ähnlich Fig. 3 einer zweiten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 8 eine Ansicht ähnlich Fig. 2 einer dritten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 9A-F schematische Erläuterungen von Varianten der Auslegung der Schwenkhebel; und

Fig. 10 ein Ventilsteuerdiagramm der Varianten gemäß Fig. 9A-F.

Die Fig. 1-3 zeigen eine erste bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Das Bezugszeichen V bezeichnet allgemein die Ventilantriebsvorrichtung, die an einer Brennkraftmaschine vom DOHC-Typ angeordnet ist. Die Ventilantriebsvorrichtung V ist in einer Ventil-Betriebs kammer befestigt, die von einer einstückig mit einem Zylinderkopf H ausgebildeten Abdeckung C festgelegt wird. Der Zylinderkopf H ist mit einer oberen Fläche eines Zylinderblocks S verbunden, in welchem ein Kolben P angeordnet ist.

Eine Schiebewelle 2 ist in ihrer Mitte mit einer Mutter 3 an einem Abdeckglied 1 befestigt, das eine an der einen Seite des Zylinderkopfs H ausgebildete Öffnung schließt. Ein Vorsprung 4 ist mit einem Schraubbolzen 5 an der anderen Seite des Zylinderkopfs H in einer Weise befe stigt, daß er koaxial zur Schiebewelle 2 angeordnet ist. Ein Paar von Nockenwellen-Halterungshebeln 6 a, 6 b mit in Seitenansicht umgedrehter U-Form sind an ihrem unteren Ende schwenkbar an der Schiebewelle 2 und dem Vorsprung 4 gehaltert. Ein Paar von Nockenwellen 8 a, 8 b sind an den oberen Teilen der Nockenwellen-Halterungshebel 6 a bzw. 6 b schwenkbar gehaltert. Die Nockenwelle 8 a ist einstückig mit zwei Nocken 7 a ausgebildet und die Nockenwelle 8 b ist einstückig mit zwei Nocken 7 b ausgebildet. Ein Paar von Zahnrädern 9 a, 9 b für die Nockenwellen 8 a bzw. 8 b sind an den einen Endstücken der Nockenwellen 8 a bzw. 8 b befestigt und im Eingriff mit einem Antriebszahnrad 11, das von einem Kugellager 10 drehbar an dem Vorsprung 4 gehaltert ist. Zwei Schwenkhebel 13 a mit jeweiligen Gleitflächen 12 a, die die jeweiligen Nocken 7 a berühren, sind schwenk bar an einer an der Abdeckung C befestigten Schwenkachse 14 a gehaltert. Ähnlich sind zwei Schwenkhebel 13 b mit jeweiligen Gleitflächen 12 b, die die jeweiligen Nocken 7 b berühren, schwenkbar an einer an der Abdeckung C befe stigten Schwenkachse 14 b gehaltert. Die Gleitflächen 12 a, 12 b sind als um einen Mittelpunkt des das Antriebs zahnrad 11 halternden Vorsprungs 4 bogenförmige Flächen ausgebildet. Zwei Einlaßventile 16 a sind vorgesehen, um mit ihren oberen Enden untere Flächen der Schwenkhebel 13 a in einer Weise zu berühren, daß sie normalerweise von zwei Federn 15 a in Ventilschlußrichtung vorgespannt werden. Ähnlich sind zwei Einlaßventile 16 b vorgesehen, um mit ihren oberen Enden untere Flächen der Schwenkhebel 13 b in einer Weise zu berühren, daß sie normalerweise von zwei Federn 15 b in Ventilschlußrichtung vorgespannt werden.

Wenn das Antriebszahnrad 11 formschlüssig mit der Drehung einer Kurbelwelle der Brennkraftmaschine gedreht wird, wird mit dieser Anordnung die Drehung des Antriebszahnrads 11 durch das Zahnrad 9 a, die Nockenwelle 8 a, die beiden Nocken 7 a und die beiden Schwenkhebel 13 a auf die beiden Einlaßventile 16 a übertragen. Gleichzeitig wird die Drehung des Antriebszahnrads 11 auch durch das Zahnrad 9 b, die Nockenwelle 8 b, die beiden Nocken 7 b und die beiden Schwenkhebel 13 b auf die beiden Auslaßventile 16 b über tragen.

Um die Schiebewelle 2 herum ist ein Paar unabhängiger Halterungshebel-Antriebsmechanismen zum Schwenken der Nockenwellen-Halterungshebel 6 a, 6 b vorgesehen, um eine Ventileinstellung und einen Ventilhub des Einlaßventils 16 a und des Auslaßventils 16 b einzustellen.

Der Halterungshebel-Antriebsmechanismus für die Einlaß ventile 16 a ist mit einem ringförmigen Kolben 17 a verse hen, der axial verschiebbar zwischen einer äußeren Um fangsfläche der Schiebewelle 2 und einer inneren Umfangs fläche des unteren Endes des Nockenwellen-Halterungshebels 6 a angeordnet ist. Eine innere Umfangsfläche des Kolbens 17 a ist mit einer äußeren Umfangsfläche der Schiebewelle 2 über einen geraden Schiebekeil 18 a in Eingriff, während eine äußere Umfangsfläche des Kolbens 17 a mit einer inneren Umfangsfläche des unteren Endes des Nockenwellen-Halterungshebels 6 a über einen schraubenför migen Schiebekeil 19 a in Eingriff steht. Eine Kopffläche des Kolbens 17 a ist durch eine Feder 20 a gegen eine Ölkammer 21 a vorgespannt. Die Ölkammer 21 a ist durch einen in der Schiebewelle 2 ausgebildeten Öldurchgang 22 a, einen Nippel 23 a und ein von einem Elektromagneten 24 a ange triebenen, elektromagnetischen Dreiweg-Ventil selektiv entweder mit einer Pumpe 26 oder einem Vorratsbehälter 27 verbunden.

Dementsprechend wird, wenn die Betriebsstellung des elektromagnetischen Dreiweg-Ventils 25 a so gewählt ist, daß Drucköl von der Pumpe 26 durch den Nippel 23 a und den Öldurchgang 22 a der Ölkammer 21 a zugeführt wird, der Kolben 17 a gegen die Vorspannkraft der Feder 20 a in Fig. 1 gesehen nach rechts bewegt, wobei er durch den geraden Schiebekeil 18 a geführt wird. Gleichzeitig wird der Nockenwellen-Halterungshebel 6 a, der über den schrauben förmigen Schiebekeil 19 a mit der äußeren Umfangsfläche des Kolbens 17 a in Eingriff steht, nach außen (in Richtung des Pfeils A in Fig. 2) geschwenkt. Im Gegensatz dazu wird, wenn die Betriebsstellung des elektromagnetischen Drei weg-Ventils 25 a umgekehrt ausgewählt ist, um die Ölkammer 21 a mit dem Vorratsbehälter 27 zu verbinden, der Kolben 17 a durch die Vorspannkraft der Feder 20 a in Fig. 1 gesehen nach links bewegt. Als Folge wird der Nockenwellen-Halterungshebel 6 a nach innen (in Richtung des Pfeils A′ in Fig. 2) geschwenkt.

In ähnlicher Weise ist der Halterungshebel- Antriebsmechanismus für das Auslaßventil 16 b aus einem Kolben 17 b, einem geraden Schiebekeil 18 b, einem schrau benförmigen Schiebekeil 19 b, einer Feder 20 b und einer Ölkammer 21 b aufgebaut. Wenn ein Drucköl von einer Pumpe 26 durch ein von einem Elektromagneten 24 b angetriebenes, elektromagnetisches Dreiweg-Ventil 25 b, einen Nippel 23 b und einen Öldurchgang 22 b der Ölkammer 21 b zugeführt wird, wird der Nockenwellen-Halterungshebel 6 b nach außen (in Richtung des Pfeils B in Fig. 2) geschwenkt, während, wenn das Drucköl in den Vorratsbehälter 27 zurückläuft, der Nockenwellen-Halterungshebel 6 b nach innen (in Richtung des Pfeils B′ in Fig. 2) geschwenkt wird.

In den Fig. 2 und 3 befindet sich der Nockenwellen- Halterungshebel 6 a in einer Stellung bei hohen Drehzahlen und der Nockenwellen-Halterungshebel 6 b in einer Stellung bei niedrigen Drehzahlen.

Die Funktionsweise der ersten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden, wie oben konstruierten Erfindung wird im Folgenden beschrieben werden.

Wenn die Brennkraftmaschine betrieben wird, wird die Kurbelwelle gedreht, um das Antriebszahnrad 11 zu drehen. Die Drehung des Antriebszahnrads 11 wird über die Zahnrä der 9 a, 9 b auf die Nockenwellen 8 a bzw. 8 b übertragen, wodurch die Nockenwellen 8 a und 8 b mit der halben Drehzahl der Kurbelwelle gedreht werden. Dementsprechend werden die Schwenkhebel 13 a bzw. 13 b, die die mit den Nockenwellen 8 a bzw. 8 b einstückigen Nocken 7 a bzw. 7 b berühren, durch die Drehung der Nocken 7 a bzw. 7 b um die Schwenkachsen 14 a bzw. 14 b geschwenkt. Als Folge werden die Einlaßventile 16 a und die Auslaßventile 16 b durch die unteren Flächen der Schwenkhebel 13 a bzw. 13 b niedergedrückt und alle zwei Umdrehungen der Kurbelwelle einmal geöffnet.

Wird die Brennkraftmaschine bei niedrigen Drehzahlen betrieben, bleiben beide Kolben 17 a, 17 b der jeweiligen Halterungshebel-Antriebsmechanismen durch die Vorspann kräfte der Federn 20 a bzw. 20 b zurückgezogen. Dementspre chend werden beide Nockenwellen-Halterungshebel 6 a, 6 b in der inneren Schwenkposition (die in Fig. 2 durch die Pfeile A′ und B′ angezeigten Richtungen) gehalten. D.h. beide Nockenwellen-Halterungshebel 6 a, 6 b bleiben eng beieinander.

In Fig. 4 zeigt die durchgezogene Linie eine Ventilsteu erzeiteinstellung und einen Ventilhub bei niedrigen Drehzahlen. Wie aus Fig. 4 ersichtlich, sind die Ventil steuerzeiten der Auslaßventile 16 b in einer Weise einge stellt, daß die Auslaßventile 16 b bei Positionen kurz vor dem unteren Totpunkt (B.D.C. = bottom dead center) geöff net und bei Positionen kurz nach dem oberen Totpunkt (T.D.C. = top dead center) geschlossen werden. Auf der anderen Seite sind die Ventilsteuerzeiten der Einlaßven tile 16 a in einer Weise bestimmt, daß die Einlaßventile 16 a bei Positionen kurz vor dem oberen Totpunkt geöffnet und bei Positionen kurz nach dem unteren Totpunkt ge schlossen werden. Ein charakteristischer Verlauf der Ventilsteuerzeiteinstellungen der Auslaßventile 16 b und der Einlaßventile 16 a ist in Bezug auf den oberen Totpunkt symmetrisch. Ein Zeitbereich der Ventilüberschneidung, wobei sowohl die Einlaßventile 16 a als auch die Auslaß ventile 16 b in der Umgebung des oberen Totpunkts geöffnet sind, ist als relativ groß eingestellt. Weiter sind die Ventilhübe der Einlaßventile 16 a und der Auslaßventile 16 b beide auf einen relativ kleinen Wert von etwa 5 mm einge stellt.

Wenn die Drehzahl der Brennkraftmaschine von der oben genannten Bedingung aus erhöht wird, werden die Elektro magneten 24 a, 24 b erregt, um die elektromagnetischen Dreiweg-Ventile 25 a, 25 b zu öffnen, um dadurch das Drucköl von der Pumpe 26 den Ölkammern 21 a, 21 b beider Halterungshebel-Antriebsmechanismen zuzuführen. Als Folge werden beide Nockenwellen-Halterungshebel 6 a, 6 b nach außen geschwenkt, um in einer zweckmäßigen, der erhöhten Dreh zahl entsprechenden Stellung anzuhalten, wodurch die Ventileinstellung und der Ventilhub geändert werden.

Das Prinzip der Änderung der Ventileinstellung und des Ventilhubs infolge des Schwenkvorgangs der Nockenwellen- Halterungshebel 6 a, 6 b wird im Folgenden am Beispiel der Auslaßventile 16 b beschrieben werden.

Mit Bezug auf Fig. 5 wird das Antriebszahnrad 11 in Richtung des Pfeils p und das mit dem Antriebszahnrad 11 kämmende Zahnrad 9 b in Richtung des Pfeils q in Drehung gesetzt. Der Nocken 7 b der Nockenwelle 8 b, die sich zusammen mit dem Zahnrad 9 b dreht, steht mit der Gleit fläche 12 b des Schwenkhebels 13 b in Berührung. Das Be zugszeichen O bezeichnet den Mittelpunkt des Antriebs zahnrads 11; R ₁ den Radius eines Teilkreises des An triebszahnrads 11; M den Mittelpunkt des Zahnrads 9 b; R ₂ den Radius eines Teilkreises des Zahnrads 9 b; R ₃ den Radius des Grundkreises des Nockens 7 b; R den Krümmungs radius der Gleitfläche 12 b des Schwenkhebels 13 b (R=R ₁+ R ₂-R ₃); Q den Drehmittelpunkt des Schwenkhebels 13 b und S den Abstand zwischen dem Mittelpunkt O des Antriebs zahnrads 11 und des Drehmittelpunkts Q des Schwenkhebels 13 b.

Unter der in Fig. 5 gezeigten Bedingung niedriger Dreh zahlen ist der Grundkreis des Nockens 7 b mit der Gleit fläche 12 b des Schwenkhebels 13 b an einem Punkt P ₀ in Berührung. Wird die Drehzahl der Brennkraftmaschine von dieser Bedingung aus erhöht, so wird der Nockenwellen- Halterungshebel 6 b nach außen (in Richtung des Pfeils B in Fig. 5) geschwenkt. Als Folge wird der Punkt P ₀ zu einem Punkt P ₁ verschoben, wo der Grundkreis des Nockens 7 b die Gleitfläche 12 b des Schwenkhebels 13 b berührt. Da das Antriebszahnrad 11 und das Zahnrad 9 b vorher in Richtung der Pfeile p bzw. q in Drehung versetzt worden waren, wird das Zahnrad 9 b an der äußeren Umfangsfläche des Antriebs zahnrads 11 so abgerollt, daß es sich in Richtung des Pfeils q dreht. Dementsprechend wird eine Phase des Zahnrads 9 b vorgeschoben. Es bezeichnet Ψ die Änderung der Phase des Zahnrads 9 b bzw. R ₁ den Schwenkwinkel des Nockenwellen-Halterungshebels 6 b, so gilt die folgende Gleichung:

Ψ · R₂ = R₁ · R₁

Dementsprechend ergibt sich die Änderung Ψ der Phase wie folgt:

Ψ = (R₁/R₂) · R₁

Somit wird die Phase des Zahnrads 9 b, d.h. der Nocken 7 b, um Ψ vorgeschoben und die Ventilsteuerzeiteinstellung jedes Auslaßventils 16 b wird daher vorgeschoben.

Weiter wird, da der Berührungspunkt zwischen dem Grund kreis des Nockens 7 b und der Gleitfläche 12 b des Schwenk hebels 13 b durch Schwenken des Nockenwellen- Halterungshebels 6 b nach außen (in Richtung des Pfeils B) vom Punkt P ₀ zum Punkt P ₁ verschoben wird, ein Hebelarm QP ₀ des Schwenkhebels 13 b auf QP ₁ vermindert. Als Folge wird der Schwenkwinkel des Schwenkhebels 13 b vergrößert, um dadurch den Ventilhub jedes Auslaßventils 16 b zu erhöhen. D.h. ein Verhältnis η der Hebelarme ist wie folgt gegeben:

η = QP₁/QP₀

Wendet man den Kosinussatz auf das Dreieck QOP ₀ und ein Dreieck QOP ₁ an, so kann man die obige Gleichung wie folgt ausdrücken:

Entsprechend dieser Gleichung nimmt das Verhältnis η der Hebelarme bei einer Zunahme des Winkels R ₁ (d.h. einer Zunahme des Schwenkwinkels des Nockenwellen- Halterungshebels 6 b) ab.

Gleichzeitig mit der Änderung der Ventileinstellung und des Ventilhubs des Auslaßventils 16 b durch das Schwenken des Nockenwellen-Halterungshebels 6 b nach außen, wird der Nockenwellen-Halterungshebel 6 a ebenfalls angetrieben, nach außen zu schwenken, mit dem Ergebnis, daß die Ven tileinstellung des Einlaßventils 16 a in zum Fall des Auslaßventils 16 b umgekehrter Weise verzögert wird und der Ventilhub des Einlaßventils 16 a in gleicher Weise wie im Fall des Auslaßventils 16 b vergrößert wird.

Wie in Fig. 4 durch die gestrichelte Linie dargestellt ist, wird die Ventilsteuerzeiteinstellung des Auslaßventils 16 b bei hohen Drehzahlen der Brennkraftma schine im Vergleich zu niedrigen Drehzahlen vorgeschoben, so daß ein abgestimmter Rotationsbereich bzw. Drehzahlbe reich aufgrund des Effekts einer Abgaspulsation bzw. Abgasschwingung ausgedehnt werden kann. Gleichzeitig wird die Ventilsteuerzeiteinstellung des Einlaßventils 16 a bei hohen Drehzahlen der Brennkraftmaschine im Vergleich zu niedrigen Drehzahlen verzögert, so daß ein abgestimmter Rotationsbereich bzw. Drehzahlbereich aufgrund des Effekts der Ansaugträgheit ausgedehnt werden kann. Weiter wird der Zeitbereich der Ventilüberschneidung in der Umgebung des oberen Totpunkts bei hohen Drehzahlen der Brennkraft maschine im Vergleich zu niedrigen Drehzahlen verringert, wodurch eine Reduzierung des Drehmoments bei mittleren Drehzahlen, wo das Auspuffsystem in einen unabgestimmten Rotationsbereich bzw. Drehzahlbereich fällt, vermieden wird. Weiter werden die Ventilhübe sowohl der Einlaßven tile 16 a als auch der Auslaßventile 16 b bei hohen Dreh zahlen auf etwa 7 mm erhöht, wodurch der Ausstoß bzw. die abgegebene Leistung bei hohen Drehzahlen gesteigert wird.

Wie in Fig. 6 gezeigt, ergibt sich in einer Brennkraftma schine mit Ventileinstellung für hohe Drehzahlen gemäß dem Stand der Technik das Problem, daß die Volumeneffizienz h _V der Ansaugluft im niederen Drehzahlbereich, wie durch die gestrichelte Linie X gezeigt, vermindert wird. Auf der anderen Seite ergibt sich in einer Brennkraftmaschine mit Ventileinstellung für niedere Drehzahlen mit einem hoch eingestellten Zeitbereich der Ventilüberschneidung gemäß dem Stand der Technik das Problem, daß die Volumen effizienz η _V im mittleren Drehzahlbereich, wie von der gestrichelten Linie Y gezeigt, vermindert wird. Im Gegen satz dazu wird die Verminderung der Volumeneffizienz gemäß der vorliegenden Erfindung im mittleren Drehzahlbe reich, wie von der durchgezogenen Linie Z gezeigt, kom pensiert, wodurch man eine flache Drehzahlcharakteristik erhält.

Fig. 7 zeigt eine zweite bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die dadurch gekennzeichnet ist, daß die Drehpunkte 14 a,14 b der Schwenkhebel 13 a,13 b koaxial an dem Zwischenglied zwischen den Nockenwellen 8 a, 8 b angeordnet sind. Weiter ist die Bewegungsrichtung der Nockenwellen 8 a, 8 b umgekehrt zu der in der ersten bevorzugten Ausführungsform eingestellt. D.h. im niederen Drehzahlbereich der Brennkraftmaschine sind die Nocken wellen 8 a bzw. 8 b nach außen getrieben, so daß die Berührungspunkte zwischen den Nocken 7 a bzw. 7 b und den Schwenkhebeln 13 a bzw. 13 b von den Drehpunkten 14 a bzw. 14 b weg verschoben werden. Im Gegensatz dazu sind die Nockenwellen 8 a bzw. 8 b im hohen Drehzahlbereich der Brennkraftmaschine nach innen getrieben, so daß die Berührungspunkte zwischen den Nocken 7 a bzw. 7 b und den Schwenkhebeln 13 a bzw. 13 b auf die Drehpunkten 14 a bzw. 14 b zu verschoben werden.

Mit dieser Anordnung können Ventilsteuerdiagramme der Ventileinstellung und des Ventilhubs ähnlich zu den in Fig. 4 gezeigten erreicht werden, wodurch ein großer Ausstoß in einem weiten Drehzahlbereich verwirklicht werden kann.

Fig. 8 zeigt eine dritte bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die durch die Struktur des Halterungshebel-Antriebsmechanismus gekennzeichnet ist.

Der Halterungshebel-Antriebsmechanismus in der dritten bevorzugten Ausführungsform ist mit einem Paar hydrau lischer Zylinder 28 a, 28 b versehen. Ein Paar Rollen 30 a bzw. 30 b sind an den freien Enden von Kolbenstangen 29 a bzw. 29 b, die sich von den hydraulischen Zylindern 28 a bzw. 28 b weg erstrecken, vorgesehen. Die Rollen 30 a bzw. 30 b sind mit den unteren Flächen der Nockenwellen- Halterungshebel 6 a bzw. 6 b in Berührung. Auf der anderen Seite ist ein weiterer hydraulischer Zylinder 31 an seinem einen Ende an einem schwenkbaren Schaft 32 über den Nockenwellen-Halterungshebeln 6 a und 6 b gehaltert. Ein Paar Rollen 34 a, 34 b sind am freien Ende einer Kolbenstange 33 vorgesehen, die sich von dem hydraulischen Zylinder 31 weg erstreckt. Die Rollen 34 a bzw. 34 b sind mit den oberen Flächen der Nockenwellen-Halterungshebel 6 a bzw. 6 b in Berührung. Dementsprechend können die Nockenwellen- Halterungshebel 6 a und 6 b unabhängig voneinander in einer beliebigen Richtung geschwenkt werden, indem man die drei hydraulischen Zylinder 28 a, 28 b und 31 selektiv mit der Pumpe und dem Vorratsbehälter verbindet. Dementsprechend können die Ventileinstellung und der Ventilhub der Ein laßventile 16 a und der Auslaßventile 16 b gemäß dieser bevorzugten Ausführungsform genauer eingestellt werden, wodurch die Funktion weiter verbessert wird.

Weiter kann, während ein Auspuffgeräusch, das für einen Großteil eines Betriebsgeräuschs der Brennkraftmaschine verantwortlich ist, von einer Vibrationsquelle aufgrund des Drucks einer positiven Druckwelle in einer Auspuff leitung verursacht wird, wobei die Welle durch das Aus strömen (blow-down) des Auspuffgases gleich nach Öffnung der Auslaßventile erzeugt wird, der Druck der positiven Druckwelle durch eine Verminderung der Ventilöffnungsge schwindigkeit der Auslaßventile vermindert werden, um ein langsames Auströmen zu bewirken. Dementsprechend kann das Auspuffgeräusch in dieser bevorzugten Ausführungsform durch eine Verminderung des Ventilhubs der Auslaßventile in einem normalen Betriebsbereich der Brennkraftmaschine vermindert werden.

Es wird darauf hingewiesen, daß die vorliegende Erfindung nicht auf die vorstehend beschriebenen bevorzugten Aus führungsformen beschränkt ist. Insbesondere können ver schiedene kleine Modifikationen in der Ausgestaltung vorgenommen werden, ohne vom Rahmen der vorliegenden Erfindung gemäß den Patentansprüchen abzuweichen.

Beispielsweise können zahlreiche verschiedene Ventilsteu erdiagramme erreicht werden, indem man die Richtung der Schwenkhebel 13 a, 13 b und die Position der Drehpunkte 14 a, 14 b auswählt. In Fig. 9A, die der ersten vorstehend genannten bevorzugten Ausführungsform entspricht, sind die nach innen gerichteten Schwenkhebel 13 a bzw. 13 b schwenk bar an den außerhalb der Nockenwellen-Halterungshebel 6 a bzw. 6 b angebrachten Drehpunkten 14 a bzw. 14 b gehaltert.

Entsprechend dieser Anordnung kann ein Ventilsteuerdia gramm gemäß den Diagrammen (3) oder (2) in Fig. 10 er reicht werden, indem man den Nockenwellen-Halterungshebel 6 a in Richtung der Pfeile A oder A′ in Fig. 9A schwenkt. Im Gegensatz dazu kann ein Ventilsteuerdiagramm gemäß den Diagrammen (4) oder (1) in Fig. 10 erreicht werden, indem man den Nockenwellen-Halterungshebel 6 b in Richtung der Pfeile B oder B′ in Fig. 9A schwenkt. Die oben genannten Ventilsteuerdiagramme können, wie in Fig. 9B gezeigt, geändert werden, indem man die Drehrichtung des Antriebs zahnrads 11 und die Drehrichtung der Zahnräder 9 a,9 b umkehrt.

Gemäß Fig. 9D, die der zweiten oben genannten bevorzugten Ausführungsform entspricht, sind die nach außen gerich teten Schwenkhebel 13 a bzw. 13 b schwenkbar an zwischen den Nockenwellen-Halterungshebeln 6 a bzw. 6 b angeordneten Drehpunkten 14 a bzw. 14 b gehaltert. Auch diese Anordnung kann die Ventilsteuerdiagramme gemäß den in Fig. 10 gezeigten Diagrammen (1) und (4) vorsehen. Das Ventil steuerdiagramm von Fig. 9D kann, wie in Fig. 9C gezeigt, geändert werden, indem man die Drehrichtung des Antriebs zahnrads 11 und die Drehrichtung der Zahnräder 9 a und 9 b umkehrt.

Die Anordnung der Schwenkhebel 13 a und 13 b kann weiterhin gemäß den Fig. 9E und 9F abgeändert werden. Durch geeig nete Kombination dieser Varianten kann nach Bedarf ein beliebiges der vier Varianten von Ventilsteuerdiagrammen gemäß den in Fig. 10 gezeigten Diagrammen (1) bis (4) ausgewählt werden.

Weiterhin können die Halterungshebel-Antriebsmechanismen zum Schwenken der Nockenwellen-Halterungshebel 6 a und 6 b, obgleich sie in den oben genannten bevorzugten Ausfüh rungsformen hydraulisch angetrieben sind, auch elektrisch angetrieben werden. Beispielsweise können exzentrische Nocken vorgesehen sein, die die Nockenwellen- Halterungshebel 6 a und 6 b berühren, und sie können von Schrittmotoren zu jedem vorbestimmten Winkel gedreht werden.

Weiterhin kann, obwohl die Gleitflächen 12 a und 12 b der Schwenkhebel 13 a und 13 b in den oben genannten bevorzugten Ausführungsformen als mit dem Antriebszahnrad 11 konzen trische, gekrümmte Flächen ausgebildet sind, der Mittel punkt der Krümmung der Gleitflächen 12 a und 12 b vom Mittelpunkt des Antriebszahnrad 11 weg verschoben werden, wodurch das Ventilspiel bei niedrigen und hohen Drehzahlen geändert wird.

Wenn man beispielsweise die Gleitflächen 12 a und 12 b der Schwenkhebel 13 a und 13 b auf der von den Drehpunkten entfernten Seite leicht erhöht, kann das Ventilspiel bei niedrigen Drehzahlen und somit das Geräusch vermindert werden.

Zusätzlich ist die Zahl der Einlaßventile 16 a bzw. die Zahl der Auslaßventile 16 b nicht auf zwei beschränkt. Beispielsweise können ein einziges Einlaßventil und ein einziges Auslaßventil vorgesehen werden. Alternativ kann entweder ein einziges Einlaßventil oder ein einziges Auslaßventil vorgesehen sein. Weiter kann die Kraftüber tragung von der Kurbelwelle auf das Antriebszahnrad 11 entweder von einem Zahnrad oder einer Kette bewirkt werden.

Gemäß der Ventilantriebsvorrichtung der vorliegenden Erfindung können die Einstellung der Ventilsteuerzeitein stellung durch eine Änderung des Phasenwinkels jedes Nocken und die Einstellung des Ventilhubs durch eine Änderung der Hebelwirkung (= Schwenkwinkel) jedes Schwenkhebels sowohl für das Einlaßventil als auch für das Auslaßventil individuell bewirkt werden. Dementsprechend kann ein gutes Ventilsteuerdiagramm in einem weiten Bereich von einem niedrigen bis zu einem hohen Drehzahl bereich erhalten werden.

In dem Fall, daß die Schwenkhebel zum Antrieb des Einlaß ventils und des Auslaßventils symmetrisch um eine Mittel linie des Zylinders angeordnet sind und die beiden Nockenwellen-Halterungshebel bezüglich der Mittellinie des Zylinders symmetrisch geschwenkt werden, können die Ventileinstellungen und die Ventilhübe von beiden Ventilen in Verbindung zueinander eingestellt werden, wodurch man eine gute Charakteristik erhält.

Gemäß der Ventilantriebsvorrichtung der vorliegenden Erfindung wird, wenn die Drehzahl der Brennkraftmaschine erhöht wird, die Ventileinstellung des Auslaßventils im Vergleich zu niedrigen Drehzahlen vorgeschoben, wodurch ein abgestimmter Rotationsbereich bzw. Drehzahlbereich aufgrund des Effekts einer Abgaspulsation bzw. Abgas schwingung erweitert wird, und die Ventileinstellung des Einlaßventils wird im Vergleich zu niedrigen Drehzahlen verzögert, wodurch ein abgestimmter Rotationsbereich bzw. Drehzahlbereich aufgrund des Effekts einer Ansaugträgheit erweitert wird.

Dementsprechend kann, wenn der Zeitbereich der Ventil überschneidung in der Umgebung des oberen Totpunkts im Vergleich zu niedrigen Drehzahlen vermindert wird, eine Verminderung des Drehmoments bei mittleren Drehzahlen, bei denen das System in einen unabgestimmten Rotationsbereich bzw. Drehzahlbereich fällt, vermieden werden. Weiter kann der Ausstoß bzw. die abgegebene Leistung bei hohen Dreh zahlen erhöht werden, da die Ventilhübe des Einlaßventils und des Auslaßventils vergrößert werden.

Claims

1. Ventilantriebsvorrichtung für eine Brennkraft maschine mit:

- einem Zylinderkopf,
- einem Antriebszahnrad bzw. Leerlaufzahnrad,
- einem ersten und einem zweiten Zahnrad für die Nockenwelle, die gemeinsam mit dem Antriebszahnrad kämmen,
- einer ersten und einer zweiten Nockenwelle, die über dem Zylinderkopf vorgesehen sind und von dem ersten bzw. dem zweiten Zahnrad für die Nocken welle angetrieben werden,
- wenigstens einem ersten und wenigstens einem zweiten Nocken, die an der ersten bzw. zweiten Nockenwelle vorgesehen sind,
- wenigstens einem ersten und einem zweiten Schwenkhebel, die jeweils den ersten bzw. den zweiten Nocken berühren und dadurch um Drehpunkte geschwenkt werden,
- einem Einlaßventil, das den ersten Schwenkhebel berührt und dadurch angetrieben wird, und
- einem Auslaßventil, das den zweiten Schwenkhebel berührt und dadurch angetrieben wird;

die Ventilantriebsvorrichtung umfassend:

- einen ersten und einen zweiten Nockenwellen- Halterungshebel (6 a, 6 b), die an ihren jeweiligen Endabschnitten schwenkbar an einer Welle koaxial zum Antriebszahnrad 11 angeordnet sind, wobei an den jeweiligen anderen Endabschnitten des ersten und zweiten Nockenwellen-Halterungshebels (6 a, 6 b) die erste und die zweite Nockenwelle (8 a, 8 b) gehaltert sind, und
- einen Antriebsmechanismus für die Halterungshebel, um den ersten und zweiten Nockenwellen- Halterungshebel (6 a, 6 b) in Anhängigkeit der Drehzahländerung der Brennkraftmaschine zu schwenken, wobei ein Phasenwinkel jedes Nocken (7 a, 7 b) und eine Hebelwirkung jedes Schwenkhebels (13 a, 13 b) durch Schwenken der ersten und zweiten Nockenwellen-Halterungshebel (6 a, 6 b) geändert werden, um eine Ventilsteuerzeiteinstellung und einen Ventilhub des Einlaßventils (16 a) und des Auslaßventils (16 b) individuell zu ändern.

2. Ventilantriebsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei

- der erste und der zweite Schwenkhebel (13 a, 13 b) zum Antrieb des Einlaßventils (16 a) und des Auslaßventils (16 b) in Bezug auf eine Mittellinie eines Zylinders der Brennkraftmaschine symmetrisch angeordnet sind, und
- der erste und der zweite Nockenwellen-Halterungs hebel (6 a, 6 b) in Bezug auf die Mittellinie des Zylinders symmetrisch geschwenkt werden.

3. Ventilantriebsverfahren für eine Brennkraftmaschine mit :

- einem Zylinderkopf,
- zwei Nockenwellen, die oberhalb des Zylinderkopfs vorgesehen und mit wenigstens zwei Nocken versehen sind,
- wenigstens zwei Schwenkhebeln, die von den wenigstens zwei Nocken geschwenkt werden, und
- wenigstens einem Einlaßventil und Auslaßventil, die von den wenigstens zwei Schwenkhebeln angetrieben werden,

wobei bei dem Ventilantriebsverfahren, wenn die Drehzahl der Brennkraftmaschine erhöht wird,

- eine Ventilsteuerzeiteinstellung des Auslaßventils (16 b) vorgeschoben wird,
- eine Ventilsteuerzeiteinstellung des Einlaßventils (16 a) verzögert wird und
- Ventilhübe des Auslaßventils (16 b) und des Einlaßventils (16 a) vergrößert werden.

4. Brennkraftmaschine mit einer Ventilantriebs vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2.