DE69711281T2

DE69711281T2 - Variable Ventilsteuervorrichtung für Verbrennungsmotor

Info

Publication number: DE69711281T2
Application number: DE69711281T
Authority: DE
Inventors: Tadao Hasegawa; Kiyoshi Sugimoto
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1996-07-12
Filing date: 1997-07-11
Publication date: 2002-09-12
Anticipated expiration: 2017-07-12
Also published as: US6131541A; KR100258047B1; EP0818611B1; DE69711281D1; EP0818611A1; KR980009817A; JPH1030413A

Description

Technisches Gebiet

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Mechanismus zum Ändern der Eigenschaften eines Satzes Einlassventile oder eines Satzes Auslassventile bei einem Motor. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf einen Mechanismus zum Ändern der Ventilsteuerzeiten und des Ventilhubes bei einem Motor.

Einschlägiger Technikhintergrund

Eine typische Brennkraftmaschine umfasst einen Zylinderkopf, der mit Einlass- und Auslassventilen versehen ist. Die Einlassventile öffnen und schließen wahlweise Einlasskanäle, die mit den Brennkammern verbunden sind, Auf ähnliche Weise öffnen und schließen Auslassventile wahlweise Auslasskanäle, die mit den Brennkammern verbunden sind. Bei einem Motor ohne einen Mechanismus zum Ändern der Eigenschaften der Ventile, sind die Ventilsteuerzeiten und der Ventilhub der Einlass- und Auslassventile konstant bei einem gegebenen Fahrzustand des Motors. Die Ansaugluftmenge, die in die Brennkammern eingesaugt wird und die Abgasmenge, die von den Brennkammern abgegeben wird, entspricht unmittelbar der Öffnung der Drosselklappe und der Motordrehzahl.
Bei einem Motor, der mit einem variablen Ventilsteuerzeitenmechanismus (VVT) ausgestattet ist, sind die Ventilsteuerzeiten der Einlassventile, der Auslassventile oder beide veränderlich. Der VVT-Mechanismus optimiert die Ventilsteuerzeiten (beispielsweise die Ventilüberschneidung) in Übereinstimmung mit dem Fahrzustand des Motors (Motorlast, Motordrehzahl und dergleichen). Dies verbessert die Kraftstoffwirtschaftlichkeit und die Leistung des Motors in einem breiten Bereich unterschiedlicher Motorfahrzustände und reduziert unerwünschte Emissionen.
Das Dokument US 5.080.055 offenbart eine VVT-Anordnung für eine Brennkraftmaschine. Es beschreibt eine Nockenwelle, auf die ein Stellglied aufgepasst ist. Das Stellglied ist innerhalb eines hohlen Antriebsriemenrads angeordnet, das wirkverbunden ist mit der Motorkurbelwelle des Motors mittels eines Zahnriemens. Eine Steuerkammer mit einem variablen Volumen ist durch das Keilende der Nockenwelle definiert. Das Stellglied umfasst einen Zufuhranschluss und einen Auslassanschluss. Durch Steuern der Fluidmenge, die zu der Kammer zugeführt wird und von dieser abgegeben wird, wird die axiale Versetzung der Nockenwelle gesteuert.
Die Maiausgabe der motortechnischen Zeitschrift (MTZ), Vol. 47 aus dem Jahre 1986 offenbart auf den Seiten 185 bis 188 unterschiedliche VVT-Anordnungen für Brennkraftmaschinen. Sie offenbart beispielsweise die selbe Nockenwelle, die in dem Dokument US 5.080.055 offenbart ist.
Die Offenlegungsschrift der Japanischen ungeprüften Patentanmeldung Nr. 6-234305 offenbart einen Motor mit einem Mechanismus zum Ändern des Ventilhubs sowie einen variablen Ventilsteuerzeitenmechanismus. Der variable Ventilhubmechanismus umfasst Hochgeschwindigkeitsnocken, die für eine hohe Motordrehzahl verwendet werden, und Schwenkarme, die durch die Hochdrehzahlnocken betätigt werden. Der Mechanismus umfasst auch Nocken, die für eine niedrige Drehzahl verwendet werden und Schwenkarme, die durch die Niedrigdrehzahlnocken betätigt werden. Entweder die Hochdrehzahlnocken und die Hochdrehzahlschwenkarme oder die Niedrigdrehzahlnocken und die Niedrigdrehzahlschwenkarme werden gewählt in Übereinstimmung mit dem Fahrzustand des Motors. Das Schalten der Nocken und der Schwenkarme ändert die Ventilsteuerzeiten und den Ventilhub. Dies verbessert des Weiteren die Leistung und die Kraftstoffwirtschaftlichkeit des Motors und vermindert unerwünschte Emissionen.
Der Motor dieser Offenlegungschrift hat jedoch die folgenden Probleme:
(1) Der variable Ventilsteuerzeitenmechanismus und der variable Ventilhubmechanismus umfassen beide ein Betätigungssystem (einen hydraulischen Kreislauf, einen Steuerschaltkreis und dergleichen). Dies verkompliziert und vergrößert die Bauweise des Mechanismusses. Ein Motor mit einem derartigen Mechanismus ist größer und erfordert deshalb mehr Platz in einem Motorraum.
(2) Die Mechanismen werden unabhängig gesteuert. Es ist somit schwierig, gleichzeitig eine optimale Ventilüberschneidung und einen optimalen Ventilhub in Übereinstimmung mit einem Fahrzustand des Motors zu erhalten. Das kommt daher, weil unterschiedliche Betätigungsgeschwindigkeiten des Mechanismusses zu einer Änderung des Änderungsbetrag der Ventilsteuerzeiten und des Ventilhubs führen.
(3) Bei dem vorstehend beschriebenen variablen Ventilhubmechanismus nach dem Stand der Technik sind zwei Paare an Nocken und Schwenkarmen für ein einzelnes Ventil vorgesehen. Dieses verkompliziert die Bauweise des Mechanismusses.

Offenbarung der Erfindung

Demgemäß besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung in der Schaffung eines variablen Ventileigenschaftsmechanismusses einschließlich variabler Ventilsteuerzeiten und eines variablen Ventilhubmechanismusses mit einer verringerten Größe und einer vereinfachten Bauweise.
Eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Schaffung eines variablen Ventileigenschaftsmechanismusses, der optimale Ventilsteuerzeiten und einen optimalen Ventilhub in Übereinstimmung mit einem Fahrzustand des Motors erhalten kann.
Um die vorstehende Aufgabe zu lösen, schafft die vorliegende Erfindung ein Gerät zum Einstellen eines Motorventilmechanismusses. Der Ventilmechanismus umfasst ein hin- und hergehendes Ventil mit einem Hub, wobei der Venilmechanismus durch einen Nocken betätigt wird. Das Gerät umfasst eine Nockenwelle zum Antreiben des Nockens, wobei die Nockenwelle ein erstes Ende hat, wobei eine Eingriffsfläche an dem Nocken gleitfähig in Kontakt tritt mit dem Ventilmechanismus. Der Radius der Eingriffsfläche des Nocken ändert sich in der axialen Richtung zumindest in einem Winkelbereich des Nockens. Ein Rotor ist zum Antreiben der Nockenwelle vorgesehen. Der Rotor umgibt die Nockenwelle bei dem ersten Ende. Ein Stellgliedmechanismus ist zum Drehen der Nockenwelle gegenüber dem Rotor vorgesehen, um die Ventilsteuerzeiten des Ventils zu ändern und zum Bewegen der Nockenwelle in der axialen Richtung, um den Hub des Ventils zu ändern.
Andere Gesichtspunkte und Vorteile der Erfindung werden ersichtlich aus der folgenden Beschreibung im Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen, die mittels Beispielen die Grundsätze der Erfindung darstellen.

Kurzbeschreibung der Zeichnung

Die Erfindung zusammen mit ihren Aufgaben und Vorteilen ist am besten verständlich unter Bezugnahme auf die folgende Beschreibung der momentan bevorzugten Ausführungsbeispiele im Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen.
Fig. 1 stellt eine Schnittansicht eines Motorsystems dar.
Fig. 2 stellt eine Schnittansicht eines variablen Ventileigenschaftsmechanismusses und eines Ölsteuerventils dar.
Fig. 3 stellt eine Schnittansicht eines variablen Ventileigenschaftsmechanismusses und eines Ölsteuerventiles dar.
Und Fig. 4 zeigt ein Diagramm, das Änderungen der Ventilüberschneidung und des Ventilhubs erläutert.

Beschreibung des besonderen Ausführungsbeispiels

Ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
Wie in Fig. 1 gezeigt ist, hat ein Motor 1 eine Vielzahl an Zylindern 2 (nur einer ist gezeigt), die im Inneren definiert sind. Ein Kolben ist hin- und hergehend in jedem Zylinder 2 untergebracht. Die Kolben 3 sind mit einer Kurbelwelle 1a verbunden. Ein Zylinderkopf 26 ist in dem oberen Abschnitt des Motors 1 angeordnet, um jeden Zylinder 2 zu bedecken. Eine Brennkammer 4 ist in jedem Zylinder 2 definiert zwischen dem Zylinderkopf 26 und dem Kolben 3. Zündkerzen 5 sind für die Brennkammern 4 vorgesehen und entlang dem Zylinderkopf 26 angeordnet. Jede Zündkerze 5 zündet das Luftkraftstoffgemisch, das in die entsprechende Brennkammer 4 eingesaugt wird. Ein Einlassanschluss 6a und ein Auslassanschluss 7a sind für jeden Zylinder 2 vorgesehen. Jeder Einlassanschluss 6a wird wahlweise geöffnet und geschlossen durch ein Einlassventil 8, während jeder Auslassanschluss 7a geöffnet und geschlossen wird wahlweise durch ein Auslassventil 9. Eine Einlassnockenwelle 10 und eine Auslassnockenwelle 11 sind drehbar gestützt auf dem Zylinderkopf 26. Die Nockenwellen 10, 11 sind mit Zahnriemenrädern 12, 13 versehen, die jeweils an den fernen Enden befestigt sind. Die Riemenräder 12, 13 sind mit der Kurbelwelle 1a über einen Zahnriemen 14 verbunden.
Wenn der Motor 1 läuft, wird das Drehmoment der Kurbelwelle 1a auf die Nockenwellen 10, 11 übertragen durch den Zahnriemen 14 und die Zahnriemenräder 12, 13. Die Drehung der Nockenwellen 10, 11 betätigt die Ventile 8, 9. Die Ventile 8, 9 werden bei einer gewissen Zeitgebung gleichzeitig mit der Drehung der Kurbelwelle 1a betätigt.
Ein Luftreiniger 15 ist bei dem Einlass des Einlasskanals 6 vorgesehen zum Reinigen der Atmosphärenluft, die in den Kanal 6 eingesaugt wird. Eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung 16 ist in der Nähe von jedem Einlassanschluss 6a zum Einspritzen von Kraftstoff in den Anschluss 6a hinein vorgesehen. Wenn der Motor 1 läuft, wird Luft in den Kanal 6 über den Luftreiniger 15 eingesaugt. Die Luft wird dann mit dem Kraftstoff vermischt, der von jeder Einspritzeinrichtung 16 eingespritzt wird. Das Luftkraftstoffgemisch wird in die Brennkammer 4 eingesaugt, wenn das Einlassventil 8 geöffnet wird. Das Gemisch in der Brennkammer 4 wird durch Zünden der Zündkerze 5 verbrannt. Dies drückt den Kolben 3 abwärts, um die Kurbelwelle 1a zu drehen. Die Leistung des Motors 1 wird somit erzeugt. Das Öffnen des Auslassventils 9 gibt das verbrannte Gas ab oder das Abgas nach außen von der Brennkammer 4 über den Auslasskanal 7.
Eine Drosselklappe 17 ist in dem Ansaugkanal 6 vorgesehen. Die Klappe 17 ist wirkverbunden mit einem (nicht gezeigten) Gaspedal. Die Luftmenge, die in den Ansaugkanal 6 eingesaugt wird, oder die Ansaugluftmenge wird durch Ändern der Öffnung der Klappe 17 gesteuert. Ein Windkessel 18 ist auf der stromabwärtigen Seite der Klappe 17 vorgesehen zum Unterdrücken der Schwankungen der Ansaugluft. Ein Temperatursensor 71 ist in der Nähe des Luftreinigers 15 vorgesehen zum Erfassen der Temperatur der Ansaugluft und Erteilen von Signalen in Übereinstimmung mit der erfassten Temperatur.
Ein Drosselsensor 72 ist in der Nähe der Drosselklappe 17 vorgesehen zum Erfassen der Öffnung der Klappe 17 und erteilt Signale in Übereinstimmung mit der erfassten Öffnung. Der Sensor 72 erteilt ein Leerlaufsignal, wenn die Klappe 17 vollständig geschlossen ist. Der Windkessel 18 ist mit einem Drucksensor 73 versehen, der den Druck in dem Behälter 18 erfasst und Signale erteilt in Übereinstimmung mit dem erfassten Druck.
Der Auslasskanal 7 ist mit einem katalytischen Umwandler 19 einschließlich eines Dreiwegekatalysators versehen. Der Umwandler 19 reinigt das Abgas. Ein Sauerstoffsensor 74 ist auch in dem Abgaskanal 7 vorgesehen zum Erfassen der Sauerstoffkonzentration in dem Abgas. Der Sensor 74 erteilt Signale in Übereinstimmung mit der erfassten Sauerstoffkonzentration. Der Motor 1 ist mit einem Kühlmitteltemperatursensor 75 versehen, der die Temperatur des Motorkühlmittels erfasst und Signale erteilt in Übereinstimmung mit der erfassten Temperatur.
Ein Verteiler 21 ist an dem Zylinderkopf 26 montiert zum Verteilen der Hochspannung von der Zündeinrichtung 22 auf die Zündkerzen 5, wodurch die Zündkerzen 5 betätigt werden. Der Zündzeitpunkt der Zündkerzen 5 wird bestimmt durch die Zeitgebung, mit der die Zündeinrichtung 22 die Hochspannung abgibt.
Der Verteiler 21 beinhaltet einen (nicht gezeigten) Rotor, der sich einstückig mit der Nockenwelle 11 dreht. Die Drehung der Nockenwelle 11 ist mit der Drehung der Kurbelwelle 1a synchronisiert. Ein Motordrehzahlsensor 76, der in dem Verteiler 21 vorgesehen ist, erfasst die Drehzahl der Kurbelwelle 1a oder die Motordrehzahl auf der Grundlage der Drehzahl des Rotors und gibt ein Impulssignal ab in Übereinstimmung mit dem erfassten Wert. Ein Zylinderunterscheidungssensor 77 ist in dem Verteiler 21 vorgesehen zum Erfassen einer Referenzposition an dem Rotor, die einer gewissen Drehphase der Kurbelwelle 1a während der Drehung des Rotors entspricht. Der Unterscheidungssensor 77 gibt ein Signal ab, wenn die Referenzposition des Rotors erfasst wird. Zwei Umdrehungen der Kurbelwelle 1a entsprechen 4 Hüben des Motors 1. Der Motordrehzahlsensor 76 gibt einen Impuls bei jeweils 30 Grad Kurbelwinkel (KW) ab. Der Unterscheidungssensor 77 gibt einen Impuls alle 360º KW ab.
Bei diesem Ausführungsbeispiel umgeht ein Umgehungskanal 23, der in dem Ansaugkanal 6 vorgesehen ist, die Drosselklappe 17 und verbindet die stromaufwärtige Seite der Klappe 17 mit der stromabwärtigen Seite. Ein Leerlaufdrehzahlsteuerventil (ISCV) 24, das in dem Umgehungskanal 23 vorgesehen ist, steuert die Luftdurchflussrate, die durch den Kanal 23 hindurchtritt.
Wenn die Drosselklappe 17 vollständig geschlossen ist, stabilisiert das ISCV 24 den Leerlauf. Wenn der Motor 1 im Leerlauf läuft, wird das ISCV gesteuert, um die in die Brennkammer 4 eingesaugte Luftmenge einzustellen. Die Leerlaufmotordrehzahl wird demgemäß gesteuert.
Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Nockenwelle 10 mit einem variablen Ventileigenschaftsmechanismus 25 versehen, der die Ventilsteuerzeiten und den Ventilhub der Einlassventile 8 ändert. Der Mechanismus 25 wird hydraulisch betätigt.
Insbesondere wird der Mechanismus 25 durch einen in Fig. 1 dargestellten Ölsteuermechanismus betätigt. Der Ölsteuermechanismus umfasst eine Ölwanne 28 zum Speichern von Öl. Das Öl in der Wanne 28 wird zum Schmieren von Teilen in dem Motor 1 verwendet. Eine Ölpumpe 29 saugt das Öl in der Wanne 28 an und gibt das Öl ab. Das abgegebene Öl wird durch ein Ölfilter 30 gefiltert. Ein Ölsteuerventil (OCV) 55 steuert den Druck des zu dem Mechanismus 25 zugeführten Öls.
Die erfassten Werte der Sensoren werden in eine elektronische Steuereinheit (ECU 80) als Parameter eingespeist. Die ECU 80 schätzt den Fahrzustand des Motors 1 auf der Grundlage der eingespeisten Werte. Die ECU 80 steuert das OCV 55 zum Erhalten einer Ventilzeitgebung und eines Ventilhubs, die geeignet sind für den geschätzten Fahrzustand des Motors 1.
Die Bauweise des Mechanismus 25 und des OCV55 werden unter Bezugnahme auf Fig. 2 und 3 nachfolgend beschrieben.
Das Zahnriemenrad 12 ist mit einer zylindrischen Nabe 38 versehen und drehbar gestützt durch den Zylinderkopf 26 und einen Lagerdeckel 27 des Motors 1. Die Nockenwelle 10 ist drehbar gestützt durch das Riemenrad 12. Die Nockenwelle 12 hat ringartige Ölnuten 31a, 31b, 31c, die an ihrer Außenfläche ausgebildet sind. Der Lagerdeckel 27 hat Ölkanäle 33, 34, die im Inneren definiert sind. Die Kanäle 33, 34 sind mit den Nuten 31a, 31b durch gekrümmte Kanäle 45a, 45b verbunden, die jeweils in der Nabe 38 ausgebildet sind.
Wenn der Motor 1 läuft, wird die Ölpumpe 29 betätigt und saugt das Öl von der Ölwanne 28 an. Die Pumpe 29 gibt dann das Öl zu dem OCV 55 ab über das Ölfilter 30. Das OCV 55 führt wahlweise das Öl zu den Kanälen 33 und 34 zu.
Das Riemenrad 12 ist im wesentlichen wie eine Scheibe geformt und an der Nockenwelle 10 gestützt. Das Riemenrad 12 dreht sich bezüglich der Nockenwelle 10. Das Riemenrad 12 hat eine Vielzahl an Zähnen 37. Der Riemen 34 befindet sich in Eingriff mit den Zähnen 37.
Der Deckel 35 hat einen Flansch 39, der bei dem offenen Ende ausgebildet ist. Der Deckel 35 ist an dem Riemenrad 12 befestigt durch Einschrauben einer Vielzahl an Bolzen 14 in die vordere Endseite des Riemenrads 12 über den Flansch 39. Der Deckel 35 hat eine Öffnung 40, die in seiner vorderen Endseite ausgebildet ist. Eine Abdeckung 43 ist abnehmbar in die Öffnung 40 eingepasst. Der Deckel 35 hat Zähne 35a, die an seiner Innenwand ausgebildet sind. Die Zähne 35a bilden eine Schrägverzahnung.
Ein Zahnkranz 48 und eine Feder 42 sind in einem Raum 44 untergebracht, der durch das Riemenrad 12 und dem Deckel 35 definiert ist. Der Zahnkranz 48 ist an dem vorderen Ende der Nockenwelle 10 befestigt durch eine Hohlschraube 46 und einen Stift 47. Die Feder 42 befindet sich zwischen dem Zahnkranz 48 und dem Riemenrad 12. Der Zahnkranz 48 bewegt sich entlang der Achse der Nockenwelle 10. Die Feder 42 drängt das Zahnrad 48 weg von dem Riemenrad 12.
Der Zahnkranz 48 ist mit einer Vielzahl an Zähnen 48a versehen, die eine Schrägverzahnung bilden. Das Zusammenwirken der Zähne 48a des Zahnkranzes 48 mit den Zähnen 35a des Deckels 35 ermöglichen eine Kopplung des Zahnrads 48 an dem Deckel 35. Die Bewegung des Zahnkranzes 48 entlang seiner Achse veranlasst eine Relativdrehung zwischen dem Zahnrad 48 und dem Deckel 35.
Das Riemenrad 12 dreht sich gleichzeitig mit der Kurbelwelle 1a. Die Drehung des Riemenrads 12 wird auf die Nockenwelle 10 durch den Deckel 35 und den Zahnkranz 48 übertragen. Demgemäß dreht sich die Nockenwelle 10 synchron mit dem Riemenrad 12.
Die Nockenwelle 10 ist mit einer Vielzahl an Nocken C versehen zum Betätigen der Einlassventile 8. Die Nocken C haben einen im Wesentlichen eierförmigen Querschnitt. Eine tassenförmige Ventilhubeinrichtung 8a ist an dem Einlassventil 8 befestigt, wobei das offene Ende dem Ventil 8 zugewandt ist. Ein Schuh 8b ist zwischen der Hubeinrichtung 8a und dem Nocken c plaziert. Eine Ventilfeder 65 ist zwischen der Hubeinrichtung 8a und dem Zylinderkopf 26 plaziert. Die Feder 65 drängt den Schuh 8b aufwärts, wodurch veranlasst wird, dass der Schuh 8b konstant in Kontakt tritt mit der Nockenfläche C1 des Nocken c.
Die Drehung der Nockenwelle 10 veranlasst, dass jedes Einlassventil 8 sich hin- und herbewegt in Übereinstimmung mit der Form der Nockenfläche C1, die sich in Kontakt befindet mit der Hubeinrichtung 8a. Der Schuh 8b, der zwischen der Hubeinrichtung 8a und der Nockenfläche c1 plaziert ist, umfasst einen flachen Abschnitt 8c, der sich in Kontakt befindet mit der Nockenfläche C1, und einen kugeligen Abschnitt 8d, der sich in Kontakt befindet mit der Hubeinrichtung 8a. Der Eingriff zwischen der Nockennase und dem Schuh 8b maximiert die Öffnung des Einlassventils 8. In den Zeichnungen ist die Oberseite des Nocken c parallel zu der Achse der Welle 10 ausgebildet, während der Boden (Nockennase) konisch ist und einen vorgegebenen Gradienten hat. Insbesondere ist die Nockenfläche c1 derart ausgebildet, dass ihr Radius kürzer ist in Richtung auf das nahe Ende der Welle 10 (rechts in der Ansicht von Fig. 2 und 3). In anderen Worten ändert sich das Profil des Nocken c bei einer vorgegebenen Rate um die Achse der Welle 10 herum. Der Gradient der Nockenfläche c1 ist bei der Nockennase am größten. Der Gradient vermindert sich in Richtung auf die entgegengesetzte Seite des Nocken. Der Schuh 8b dreht sich bezüglich der Hubeinrichtung in Übereinstimmung mit der Änderung des Gradienten der Nockenfläche c1.
Der Zahnkranz 48 teilt den Raum 44 in eine erste und zweite Ölkammer 49, 50. Die erste Ölkammer 49 ist durch den Zahnkranz 48 und den Deckel 35 definiert, während die zweite Ölkammer 50 durch den Zahnkranz 48 und das Riemenrad 12 definiert ist.
Die Nockenwelle 10 hat einen Ölkanal 51, der axial im Inneren ausgebildet ist für die Zufuhr von Öldruck zu der ersten Ölkammer 49. Das ferne Ende des Ölkanals 51 ist mit der ersten Ölkammer 49 verbunden durch die Öffnung 46a, die in der Hohlschraube 46 ausgebildet ist. Das nahe Ende des Kanals 51 ist mit der Ölnut 31a verbunden, die an dem Umfang der Nockenwelle 10 ausgebildet ist.
Die Nockenwelle 10 hat auch einen anderen Ölkanal 53, der im Inneren parallel zu dem Kanal 51 ausgebildet ist für die Zufuhr von Öldruck zu der zweiten Öldruckkammer 50. Eine Ölöffnung 54 ist in der Nabe 38 des Riemenrads 12 ausgebildet für die Verbindung der zweiten Ölkammer 50 mit dem Ölkanal 53.
Die Öldrücke in den Kammern 49, 50 werden durch eine Zyklussteuerung des OCV 55 eingestellt. Das OCV 55 umfasst eine Ummantelung 55, einen Kolben 62, der in der Ummantelung 56 untergebracht ist, eine Feder 64 zum Drängen des Kolbens 62 und einen Elektromagneten 63. Die Ummantelung 56 hat einen ersten bis fünften Anschluss 57, 58, 59, 60, 61. Der erste Anschluss 57 ist mit dem Ölkanal 33 verbunden und der zweite Anschluss 58 ist mit dem Ölkanal 34 verbunden. Der dritte und vierte Anschluss 59, 60 ist mit der Ölwanne 28 (siehe Fig. 1) verbunden und der fünfte Anschluss 61 ist mit der Ölpumpe 29 über das Ölfilter 30 verbunden (siehe Fig. 1).
Der Kolben 62 hat vier zylindrische Ventilkörper 62a. Der Kolben 62 bewegt sich entlang seiner Achse hin und her. Der Elektromagnet 63, der zu der Ummantelung 56 angezogen wird, bewegt den Kolben 62 zwischen einer ersten (in Fig. 2 gezeigten) Position und einer zweiten (in Fig. 3 gezeigten) Position.
Die erste Position bezieht sich auf eine Position des Kolbens 62 bei seiner am meisten rechten Position (in der Ansicht von Fig. 2 und 3) bezüglich der Ummantelung 56. Der Kolben 62 hat den Minimalhub bei der ersten Position. Die zweite Position bezieht sich auf eine Position des Kolbens 62 bei seiner am meisten linken Position (in der Ansicht von Fig. 2 und 3) bezüglich der Ummantelung 56. Der Kolben 62 hat den Maximalhub bei der zweiten Position. Die Feder 64 in der Ummantelung 56 drängt den Kolben 62 in Richtung zu der ersten Position.
Wenn sich der Kolben 62 bei der ersten Position wie in Fig. 2 befindet, verbindet er den vierten Anschluss 61 mit dem zweiten Anschluss 58 und verbindet den ersten Anschluss 57 mit dem dritten Anschluss 59. Deshalb wird Öl von der Pumpe 29 zu der zweiten Ölkammer 50 zugeführt über die Kanäle 34, 53, wodurch der Druck in der Kammer 50 erhöht wird, während Öl in der ersten Ölkammer 49 über die Kanäle 51, 33 abgelassen wird. Die Erhöhung des Drucks in der Kammer 50 bewegt den Zahnkranz 48 nach links (in Fig. 2) gegen das Öl in der ersten Ölkammer 49. Dies dreht den Zahnkranz 48 bezüglich dem Deckel 35 und dem Riemenrad 12. Die Drehphase des Zahnrads 48 wird verzögert bezüglich dem Riemenrad 12. Wenn sich der Zahnkranz 48 nach links bewegt, wird die Nockenwelle 10 auch nach links bewegt und die Drehphase der Welle 10 wird auch verzögert bezüglich der des Riemenrades 12. In Folge dessen werden die Ventilsteuerzeiten des Einlassventils 8 bezüglich der Drehphase der Kurbelwelle 1a verzögert.
Auf diese Weise bewegt eine Erhöhung des Drucks des zu der zweiten Ölkammer 50 zugeführten Öls den Zahnkranz 48 zu der Position am nähesten bei dem Deckel 35, wie in Fig. 2 dargestellt ist. Bei diesem Zustand werden die Ventilsteuerzeiten des Einlassventils 8 am meisten verzögert und die Überschneidung der Einlassventile 8 mit den Auslassventilen 9 wird minimiert. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird die Ventilüberschneidung gleich 0, wenn die Ventilsteuerzeiten des Einlassventils 8 am meisten verzögert sind.
Die Bewegung der Nockenwelle 10 veranlasst eine Bewegung des Nocken 10 mit dieser. Der Nocken 10 befindet sich in Kontakt mit dem Schuh 8b bei dem Abschnitt mit dem kleinen Radius. Bei diesem Zustand ist der Abstand zwischen der Achse der Nockenwelle 10 und dem Schuh 8b minimal. Demgemäß ist der Ventilhub des Einlassventil 8 minimal. Wenn wie in Fig. 4 gezeigt ist, die Ventilüberschneidung minimal ist, ist der Ventilhub des Einlassventil auch minimal. Der minimale Ventilhub des Einlassventils 8 ist gleich dem Ventilhub des Auslassventils 9. Des Weiteren ist die Ventilüberschneidung der Ventile 8, 9 gleich 0. Die Beziehung zwischen den Ventilsteuerzeiten und dem Ventilhub des Einlassventils 8 wird optimiert für den Fahrzustand des Motors 1.
Wenn der Kolben 62 zu der zweiten Position bewegt wird gegen die Kraft der Feder 64, wie in Fig. 3 gezeigt ist, verbindet der Kolben 62 den vierten Anschluss 61 mit dem ersten Anschluss 57 und verbindet den zweiten Anschluss 58 mit dem fünften Anschluss 60. Deshalb wird ÖL von der Pumpe 29 zu der ersten Ölkammer 49 zugeführt über die Kanäle 33, 51, wodurch der Druck in der Kammer 49 erhöht wird, während Öl in der zweiten Ölkammer 50 über die Kanäle 53, 34 abgelassen wird. Die Erhöhung des Drucks in der Kammer 49 bewegt den Zahnkranz 48 nach rechts (in Fig. 3) gegen das Öl in der zweiten Ölkammer 50. Dies dreht den Zahnkranz 48 bezüglich dem Deckel 35 und dem Riemenrad 12. Die Drehphase des Zahnrads 48 wird vorverlegt bezüglich dem Riemenrad 12. Wenn sich der Zahnkranz 48 nach rechts bewegt, wird die Nockenwelle 10 auch nach rechts bewegt und die Drehphase der Welle 10 wird auch vorverlegt bezüglich der des Riemenrads 12. In Folge dessen werden die Ventilsteuerzeiten des Einlassventils 8 vorverlegt bezüglich der Drehphase der Kurbelwelle 1a.
Auf diese Weise bewegt die Erhöhung des Drucks des zu der ersten Ölkammer 49 zugeführten Öls den Zahnkranz 48 zu der Position am nähesten bei dem Riemenrad 12, wie in Fig. 3 dargestellt ist. Bei diesem Zustand sind die Ventilsteuerzeiten des Einlassventils 8 am meisten vorverlegt und die Überschneidung des Einlassventils 8 mit dem Auslassventil 9 ist maximal.
Die Bewegung der Nockenwelle 10 veranlasst den Nocken 10 zu der Bewegung mit dieser. Dies ändert die Relativposition des Nocken c mit dem Schuh 8b. das heißt, dass der Teil der Nockenfläche c1 in Kontakt mit dem Schuh 8b entlang der Achse der Nockenwelle 10 verschoben wird. Insbesondere tritt der Nocken c in Kontakt mit dem Schuh 8b bei dem Abschnitt mit großem Radius. Bei diesem Zustand ist der Abstand zwischen der Achse der Nockenwelle 10 und dem Schuh 8b maximal. Dies maximiert den Ventilhub des Einlassventils 8. Wenn wie in Fig. 4 gezeigt ist, die Ventilüberschneidung maximal ist, ist der Ventilhub des Einlassventils 8 auch maximal. Der maximale Ventilhub des Einlassventils 8 ist größer als der Ventilhub des Auslassventils 9. Des Weiteren ist die Ventilüberschneidung der Ventile 8, 9 auch maximal. Die Beziehung zwischen den Ventilsteuerzeiten und dem Ventilhub des Einlassventils 8 ist optimiert für den Fahrzustand des Motors 1.
Der Öffnungsbereich der Anschlüsse 57 bis 61 wird durch Anordnen des Kolben 62 bei einer beliebigen Position zwischen der ersten und zweiten Position gesteuert. Demgemäß wird zu den Ölkammern 49, 50 zugeführter Öldruck gesteuert. Dies steuert die Geschwindigkeit der Axialbewegung des Zahnkranzes 48 und der Nockenwelle 10. Die Geschwindigkeit der Ventilsteuerzeitenänderung und der Ventilhubänderung wird demgemäß gesteuert. Wenn der Kolben 62 sich bei einer Mitte zwischen der ersten und zweiten Position befindet, sind der erste und zweite Anschluss 57, 58 geschlossen. Deshalb wird die Zufuhr des Öldrucks zu den Ölkammern 49, 50 angehalten. Die Ventilsteuerzeiten und der Ventilhub der Einlassventile 8 wird bei diesem Zustand aufrechterhalten.
Wie vorstehend beschrieben ist, werden die Ventilüberschneidung und der Ventilhub durch die gemeinsame Antriebsquelle (die Ölpumpe 29, den gemeinsamen Regler (die ECU 80) und den gemeinsamen Mechanismus 25 gesteuert. Im Gegensatz zu dem Motor nach dem Stand der Technik, der einen variablen Ventilsteuerzeitenmechanismus und einen variablen Ventilhubmechanismus hat, hat der Mechanismus 25 eine vereinfachte Bauweise und eine verminderte Größe. Diese senkt die Herstellungskosten des Mechanismus 25.
Die Ventilsteuerzeiten und der Ventilhub werden gleichzeitig geändert. Dies erleichtert die Optimierung der Ventilüberschneidung und des Ventilhubs für den Fahrzustand des Motors bei einem gegebenen Moment. Die Leistung und die Kraftstoffwirtschaftlichkeit des Motors 1 werden demgemäß verbessert und unerwünschte Emissionen werden vermindert.
Die Nockennase des Nocken 10 ist abgeschrägt. Somit ändert die Relativposition des Nocken c mit dem Schuh 8b entlang der Achse der Nockenwelle 10 den Ventilhub der Einlassventile 8 kontinuierlich. Deshalb veranlasst die Änderung des Ventilhubs keine plötzliche Änderung der Leistung des Motors 1. Dies verbessert die Motoreigenschaften. Des Weiteren werden die Ventilsteuerzeiten und der Ventilhub von jedem Ventil 8 durch einen einzelnen Nocken 10 eingestellt. Dies vereinfacht den Mechanismus 25.
Obwohl nur ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung hier beschrieben ist, sollte es für den Fachmann ersichtlich sein, dass die vorliegende Erfindung in vielen anderen spezifischen Gestalten ausgeführt werden kann ohne von dem Kern oder Umfang der Erfindung abzuweichen. Insbesondere sollte verständlich sein, dass die Erfindung in den folgenden Gestalten ausgeführt werden kann.
(1) Der Mechanismus 25 kann an der Auslassnockenwelle 11 vorgesehen sein zum Ändern der Ventilsteuerzeiten und des Ventilhubs der Auslassventile 9. Des Weiteren können beide Nockenwellen 10, 11 mit dem Mechanismus 25 versehen sein.
(2) Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel betätigt der Nocken 10 unmittelbar das Einlassventil 8 ohne einen Schwenkarm. Ein Schwenkarm oder Kipphebel kann jedoch zwischen dem Nocken c und dem Einlassventil 8 plaziert sein.
(3) Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist der Nocken c mit dem Gradienten versehen, der den Ventilhub erhöht, wenn sich die Ventilüberschneidung erhöht. Der Nocken c kann jedoch mit einem Gradienten versehen sein, der den Ventilhub vermindert, wenn sich die Ventilüberschneidung erhöht. Insbesondere kann der Gradient der Nockenfläche c1 derart ausgebildet sein, dass der Abstand zwischen der Achse der Nockenwelle 10 und der Nockenfläche c1 sich in Richtung auf das nahe Ende der Nockenwelle 10 erhöht.
Deshalb sind die vorliegenden Beispiele und Ausführungsbeispiele als darstellend und nicht als einschränkend zu betrachten und die Erfindung ist nicht auf die hier angegebenen Details beschränkt, sondern kann innerhalb dem Umfang der beigefügten Ansprüche abgewandelt werden.

Claims

1. Gerät zum Einstellen eines Motorventilmechanismusses, wobei der Ventilmechanismus ein hin- und hergehendes Ventil (8) mit einem Hub umfasst, wobei der Ventilmechanismus betätigt wird durch einen Nocken (C), wobei das Gerät eine Nockenwelle (10) aufweist zum Antreiben des Nockens (C), wobei die Nockenwelle (10) ein erstes Ende hat, eine Eingriffsfläche (C1) an dem Nocken (C) zum gleitfähigen in Kontakttreten mit dem Ventilmechanismus, einen Rotor (12, 35) zum Antreiben der Nockenwelle (10), wobei der Rotor (12, 35) die Nockenwelle (10) bei dem ersten Ende umgibt, und wobei ein Stellgliedmechanismus vorgesehen ist zum Drehen der Nockenwelle (10) gegenüber dem Rotor (12, 35), um die Ventilsteuerzeiten des Ventils (8) zu ändern, und zum Bewegen der Nockenwelle (10) in der axialen Richtung, um den Hub des Ventils (8) zu ändern, wobei der Radius der Eingriffsfläche (C1) des Nockens (C) sich in der axialen Richtung der Nockenwelle ändert in zumindest einem Winkelbereich des Nockens (C), wobei das Gerät einen Zahnkranz (48) aufweist, der sich bei dem ersten Ende der Nockenwelle (10) befindet, wobei der Zahnkranz mit der Nockenwelle verbunden ist, wobei der Rotor (12, 35) einen Raum in der Nähe des ersten Endes der Nockenwelle definiert, wobei das Gerät dadurch gekennzeichnet ist, dass der Zahnkranz (48) den Raum in eine erste Kammer (49), die einen hydraulischen Fluiddruck aufnimmt zum Bewegen des Zahnkranzes (48) in einer ersten Richtung, und eine zweite Kammer (50) teilt, der einen hydraulischen Fluiddruck aufnimmt zum Bewegen des Zahnkranzes (48) in eine zweite Richtung.

2. Gerät nach Anspruch 1, wobei der Ventilmechanismus in Kontakt tritt mit einem Kontaktbereich der Eingriffsfläche (C1), und wobei der Kontaktbereich geändert wird zum Ändern des Ventilhubs des Ventils (8), wenn die Nockenwelle (10) in der axialen Richtung bewegt wird durch den Stellgliedmechanismus.

3. Gerät nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Stellgliedmechanismus aufgebaut ist zum gleichzeitigen Ändern der Ventilsteuerzeiten und des Ventilhubs des Ventils (8)

4. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Nocken (C) eine Nase umfasst zum Öffnen des Ventils (8), und wobei die Nase sich innerhalb dem Winkelbreich befindet.

5. Gerät nach Anspruch 4, wobei die Eingriffsfläche (C1) in der axialen Richtung bei der Nase geneigt ist.

6. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Ventilmechanismus einen Schuh (8b) umfasst, der in Kontakt tritt mit dem Nocken (C) und einem Sitz zum schwenkbaren Stützen des Schuhs (8b), wobei der Schuh (8b) eine ebene Fläche umfasst, wobei die ebene Fläche und die Eingriffsfläche (C1) des Nocken (C) in einen Linienkontakt miteinander treten.

7. Gerät nach Anspruch 6, wobei der Schuh (8b) gestützt wird durch den Sitz, so dass der Schuh (8b)bezüglich dem Ventilmechanismus schwenkt als ein Ergebnis des Kontakts zwischen der Schuhfläche (8c) und der Eingriffsfläche (C1), wenn sich der Nocken (C)dreht.

8. Gerät nach Anspruch 6, wobei die Schuhfläche (8c) gestützt wird durch den Ventilmechanismus in dem Sitz, so dass die ebene Fläche bezüglich der Achse der Nockenwelle (10) angewinkelt ist, wenn die Nase des Nocken (C) in Kontakt tritt mit dem Schuh (8b).

9. Gerät nach Anspruch 6, wobei die Eingriffsfläche (C1) breiter als die Schuhfläche (8c) ist, wenn sie in der axialen Richtung der Nockenwelle (10) gemessen wird.

10. Gerät nach Anspruch 1, das des Weiteren eine Innenverzahnung (35a) aufweist, die an dem Rotor (12, 35) fixiert ist, und eine Außenverzahnung (48a), die an dem Zahnkranz (48) fixiert ist, wobei die Innerverzahnung (35a) des Rotors (12, 35) und die Außenverzahnung (48a) des Zahnkranzes (48) eine schrägverzahnte Keilkoppelung bilden.

11. Gerät nach Anspruch 1, das des Weiteren eine Feder aufweist zum Drängen des Zahnkranzes (48) in der zweiten Richtung.

12. Gerät nach Anspruch 11, wobei der Stellgliedmechanismus durch den hydraulischen Fluiddruck angetrieben wird, der wahlweise zu der ersten oder der zweiten Kammer (49, 50) zugeführt wird.

13. Gerät nach Anspruch 11 oder 12, das des Weiteren eine hydraulische Steuereinheit (55) aufweist zum Steuern der Strömung des Fluids, das zu der ersten oder zweiten Kammer (49, 59) zugeführt wird.

14. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei der Motor eine Kurbelwelle (1a) hat, wobei das Gerät des Weiteren eine Übertragungseinrichtung (14) aufweist zum Übertragen der Motorleistung von der Kurbelwelle (1a) auf den Rotor (12, 35), und wobei der Rotor (12, 35) mit einer fixen Synchronisation mit der Kurbelwelle (1a) gedreht wird.