DE10336485A1

DE10336485A1 - Ventilbetätigungsvorrichtung für Verbrennungskraftmaschine

Info

Publication number: DE10336485A1
Application number: DE10336485A
Authority: DE
Inventors: Katsuya Wako Matsuura; Hitoshi Wako Takahashi; Masaki Wako Takayama; Mitsuru Wako Sugimoto; Teruyoshi Wako Morita; Tomio Wako Kimura
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2002-08-08
Filing date: 2003-08-08
Publication date: 2004-02-26
Also published as: US6837199B2; JP2004068755A; JP4050571B2; US20040099244A1

Abstract

Es wird eine Ventilbetätigungsvorrichtung (1) für eine Verbrennungskraftmaschine geschaffen, die wahlweise mit dem normalen Otto-Zyklus oder im Miller-Zyklus betrieben wird, was der Maschine ermöglicht, eine stabile Verbrennung und eine verbesserte Kraftstoffwirtschaftlichkeit während des gleichmäßigen Fahrens oder in einem Niedriglast-Maschinenbetriebsbereich zu erreichen. Ein verzögert schließender Nocken (11c) für den Miller-Zyklus-Betrieb und ein normaler Nocken (11a) mit einem Nockenprofil für einen früheren Ventilschließzeitpunkt des Einlassventils (IV) als bei einem Nockenprofil des verzögert schließenden Nockens (11c) sind auf der Nockenwelle (10) vorgesehen. Ein Nockenprofil-Umschaltmechanismus (13) schaltet zwischen dem verzögert schließenden Nocken (11c) und dem normalen Nocken (11a) zum Öffnen und Schließen des Einlassventils (IV) um. Eine ECU (2) steuert den Umschaltmechanismus (13) so, dass dann, wenn ein erfasster Betriebszustand der Maschine ein Anlassen oder einen Leerlauf anzeigt, das Einlassventil (IV) durch den normalen Nocken (11a) betätigt wird, während dann, wenn der erfasste Betriebszustand ein gleichmäßiges Fahren anzeigt, das Einlassventil (IV) durch den verzögert schließenden Nocken (11c) betätigt wird.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Diese Erfindung bezieht sich auf eine Ventilbetätigungsvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine, die die Öffnungs/Schließ-Operationen eines Einlassventils, insbesondere den Ventilschließzeitpunkt desselben, steuert.

Beschreibung des Standes der Technik

Eine herkömmliche Ventilbetät igungsvorrichtung der obenerwähnten Art ist z. B. offenbart in der japanischen Gebrauchsmusterveröffentlichung (Kokoku) Nr. 56-9045. Diese Ventilbetätigungsvorrichtung umfasst eine Nockenwelle, die synchron mit der Rotation einer Kurbelwelle einer Verbrennungskraftmaschine rotiert, ein Nockenpaar mit verschiedenen Nockenprofilen, einen schwenkbaren Kipphebel, der mit einem ausgewählten der zwei Nocken in Kontakt kommt und mit einem Einlassventil in Kontakt gehalten wird, eine Kipphebelachse, die den Kipphebel schwenkbar unterstützt, und einen Umschaltmechanismus, der für den Kontakt mit dem Kipphebel zwischen den zwei Nocken umschaltet.

Das Nockenpaar umfasst einen normalen Nocken und einen verzögert schließenden Nocken. Der normale Nocken weist ein Nockenprofil auf, das für eine maximale Leistungsabgabe der Maschine in den Mittellast- und Hochlast-Betriebsbereichen ausgelegt ist, während der verzögert schließende Nocken ein Nockenprofil aufweist, das für einen im Vergleich zu dem vom normalen Nocken bewirkten Ventilschließzeitpunkt verzögerten Ventilschließzeitpunkt des Einlassventils für einen Betrieb des Motors im Miller-Zyklus-Betrieb ausgelegt ist. Diese Nocken sind integral auf der Nockenwelle für ein Rotation zusammen mit der Nockenwelle synchron zur Rotation der Kurbelwelle ausgebildet. Gemäß der obigen Konfiguration wird das Einlassventil durch einen ausgewählten der Nocken über den Kipphebel in einem Zeitablauf geöffnet und geschlossen, der dem Profil des ausgewählten Nockens entspricht.

Das Umschalten des Nockens für den Kontakt mit dem Kipphebel zwischen den zwei Nocken wird vom Umschaltmechanismus entsprechend der Last an der Maschine durchgeführt. Dieser Umschaltmechanismus umfasst einen Bügel, der auf der Kipphebelachse vorgesehen ist, einen Steuerring, der koaxial auf der Kipphebelachse auf einer Seite des Kipphebels entfernt von dem Bügel vorgesehen ist, Federn, die jeweils zwischen dem Bügel und dem Kipphebel und zwischen dem Steuerring und dem Kipphebel angeordnet sind, und ein Stellglied, das mit dem Steuerring verbunden ist. Das Stellglied betätigt den Steuerring längs der Achse der Kipphebelachse, um den Kipphebel längs der Achse der Kipphebelachse gegen die Druckkräfte der Federn zu bewegen, wodurch zwischen den beiden Nocken für den Kontakt mit dem Kipphebel umgeschaltet wird.

Aufgrund dieser Konfiguration wird in den Mittellast- und Hochlast-Betriebsbereichen der Maschine das Einlassventil durch den normalen Nocken für den Betrieb der Maschine im normalen Otto-Zyklus geöffnet und geschlossen, während in einem Niedriglast-Betriebsbereich dasselbe durch den verzögert schließenden Nocken geöffnet und geschlossen wird. Wenn das Einlassventil durch den verzögert schließenden Nocken geöffnet und geschlossen wird, arbeitet die Maschine im sogenannten Miller-Zyklus, in welchem der Ventilschließzeitpunkt verzögert ist, wodurch ein Großteil des in einen Zylinder gesaugten Gemisches durch den Kompressionshub eines Kolbens in das Einlassrohr zurückgedrückt wird, wodurch eine optimale Einlassluftkompression im Niedriglast-Betriebsbereich erreicht werden kann. Dies ermöglicht, Pumpverluste zu reduzieren, die auftreten, wenn der normale Nocken verwendet wird, um somit die Kraftstoffwirtschaftlichkeit zu verbessern.

Die obenerwähnte herkömmliche Ventilbetätigungsvorrichtung leidet jedoch unter folgenden Problemen: Wenn sich die Maschine im Niedriglast-Betriebsbereich befindet, kann die Kraftstoffwirtschaftlichkeit während des gleichmäßigen Fahrens des Fahrzeugs verbessert werden, wie oben beschrieben worden ist, jedoch verursacht während des Anlassens und des Leerlaufs der Maschine das Öffnen und Schließen des Einlassventils durch den verzögert schließenden Nocken eine Verschlechterung der Verbrennung im Zylinder, was zu einer instabilen Verbrennung führt. Wenn ferner ein verzögert schließender Nocken, der im Nockenprofil für eine reduzierte Verzögerung im Ventilschließzeitpunkt modifiziert ist, verwendet wird, um somit die Verschlechterung der Verbrennung zu verhindern, können die Pumpverluste während des gleichmäßigen Fahrens oder im Niedriglast-Betriebsbereich der Maschine nicht ausreichend reduziert werden, was die obenerwähnte Wirkung der Verbesserung der Kraftstoffwirtschaftlichkeit reduziert. Kurz, während des gleichmäßigen Fahrens des Fahrzeugs oder im Niedriglast-Betriebsbereich der Maschine ist es schwierig, gleichzeitig sowohl eine stabile Verbrennung als auch eine verbesserte Kraftstoffwirtschaftlichkeit zu erreichen.

Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Ventilbetätigungsvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine zu schaffen, die gleichzeitig eine stabile Verbrennung und eine verbesserte Kraftstoffwirtschaftlichkeit während des gleichmäßigen Fahrens oder in einem Niedriglast-Betriebsbereich der Maschine erreichen kann, wenn die Maschine wahlweise entweder im normalen Otto-Zyklus oder im Miller-Zyklus arbeitet.

Um die obige Aufgabe zu lösen, schafft die vorliegende Erfindung eine Ventilbetätigungsvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine, die ein Einlassventil der Maschine betätigt, um dieses zu öffnen und zu schließen, wobei die Ventilbetätigungsvorrichtung umfasst:
eine Nockenwelle, die angetrieben wird, um sich synchron mit der Rotation der Maschine zu drehen;
einen verzögert schließenden Nocken, der auf der Nockenwelle vorgesehen ist, um die Maschine in einem Miller-Zyklus zu betreiben;
einen normalen Nocken, der auf der Nockenwelle vorgesehen ist und ein Nockenprofil für einen früheren Ventilschließzeitpunkt des Einlassventils aufweist als ein Nockenprofil des verzögert schließenden Nockens;
einen Umschaltmechanismus, der den Einlassnocken zum Öffnen und Schließen des Einlassventils zwischen dem verzögert schließenden Nocken und dem normalen Nocken umschaltet;
ein Betriebszustand-Erfassungsmittel zum Erfassen eines Betriebs zustands der Maschine; und
ein Umschaltmechanismus-Steuermittel zum Steuern des Umschaltmechanismus, so dass dann, wenn der erfasste Betriebszustand der Maschine ein Anlassen oder Leerlaufen der Maschine anzeigt, das Einlassventil durch den normalen Nocken geöffnet und geschlossen wird, und dann, wenn der erfasste Betriebszustand der Maschine ein vorgegebener Betriebszustand ist, der kein Anlassen und Leerlaufen der Maschine anzeigt, das Einlassventil durch den verzögert schließenden Nocken geöffnet und geschlossen wird.

Mit der Anordnung der Ventilbetätigungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung sind der verzögernd schließende Nocken und der normale Nocken mit jeweils verschiedenen Nockenprofilen auf der Nockenwelle vorgesehen, um das Einlassventil zu öffnen und zu schließen, wobei der Umschaltmechanismus wahlweise den Nocken für die Betätigung des Einlassventils zwischen dem verzögert schließenden Nocken und dem normalen Nocken umschaltet. Ferner wird die Operation des Umschaltmechanismus durch das Umschaltmechanismus-Steuermittel gesteuert. Wenn der erfasste Betriebszustand der Maschine ein Anlassen und einen Leerlauf der Maschine anzeigt, wird der Einlassnocken auf den normalen Nocken geschaltet. Dies verhindert eine Verschlechterung der Verbrennung, die ansonsten durch die Verwendung des verzögert schließenden Nockens unter einem solchen Maschinenbetriebszustand hervorgerufen würde, wodurch eine stabile Verbrennung der Maschine sichergestellt wird. Wenn andererseits der erfasste Betriebszustand der Maschine ein vorgegebener Betriebszustand ist, der weder ein Anlassen noch einen Leerlauf der Maschine anzeigt, wird der Einlassnocken auf den verzögert schließenden Nocken umgeschaltet. Dies ermöglicht, Pumpverluste im vorgegebenen Betriebszustand der Maschine zu reduzieren, wodurch die Kraftstoffwirtschaftlichkeit verbessert wird. Da wie oben beschrieben der Einlassnocken zwischen dem verzögert schließenden Nocken und dem normalen Nocken entsprechend der Betriebsbedingung der Maschine umgeschaltet wird, ist es möglich, gleichzeitig sowohl eine stabile Verbrennung als auch eine verbesserte Kraftstoffwirtschaftlichkeit im Niedriglast-Maschinenbetriebsbereich zu erreichen.

Das Betriebszustand-Erfassungsmittel enthält vorzugsweise ein Lastparame ter-Erfassungsmittel zum Erfassen eines Lastparameters, der eine Last an der Maschine anzeigt, wobei der vorgegebene Betriebszustand der Maschine einen Zustand des vom Lastparameter-Erfassungsmittel erfassten Lastparameters enthält, der kleiner ist als ein erster vorgegebener Wert.

Mit der Anordnung der bevorzugten Ausführungsform wird dann, wenn der erfasste Lastparameter, der anzeigt, das eine Last an der Maschine kleiner ist als der erste vorgegebene Wert, und wenn gleichzeitig die Maschine gestartet wird oder im Leerlauf ist, der Einlassnocken auf dem normalen Nocken umgeschaltet. Durch Setzen des ersten vorgegebenen Wertes auf den oberen Grenzwert des Niedriglast-Betriebsbereiches, wenn sich die Maschine während des Anlassens oder des Leerlaufs im Niedriglast-Betriebsbereich befindet, ist es möglich, eine Verschlechterung der Verbrennung zu verhindern, die durch die Verwendung des verzögert schließenden Nockens während des Anlassens oder des Leerlaufs der Maschine hervorgerufen würde, wodurch eine stabile Verbrennung sichergestellt wird. Wenn andererseits die erfasste Betriebsbedingung der Maschine die vorgegebene Niedriglast-Betriebsbedingung ist, die kein Anlassen und keinen Leerlauf der Maschine anzeigt, wird der Einlassnocken auf den verzögert schließenden Nocken umgeschaltet. Dies ermöglicht, Pumpverluste zu reduzieren, wenn die Maschine sich im Niedriglast-Betriebsbereich befindet, wodurch die Kraftstoffwirtschaftlichkeit verbessert wird.

Das Einlassventil umfasst vorzugsweise wenigstens ein erstes Einlassventil und ein zweites Einlassventil, wobei die Ventilbetätigungsvorrichtung ferner einen Leerlaufnocken umfasst, der auf der Nockenwelle vorgesehen ist und ein Nockenprofil aufweist, dass das erste Einlassventil im wesentlichen stilllegt, wobei das Schaltmechanismus-Steuermittel den Schaltmechanismus so steuert, dass dann, wenn der Lastparameter kleiner als ein zweiter vorgegebener Wert ist, der kleiner ist als der erste vorgegebene Wert, das erste Einlassventil durch den Leerlaufnocken im wesentlichen stillgelegt wird, wobei das zweite Einlassventil durch den verzögert schließenden Nocken geöffnet und geschlossen wird, und wobei dann, wenn der Lastparameter gleich oder größer als der zweite vorgegebene Wert ist und kleiner als der erste vorgegebene Wert ist, das erste Einlassventil und das zweite Einlassventil durch den verzögert schließenden Nocken geöffnet und geschlossen werden.

Mit der Anordnung dieser bevorzugten Ausführungsform enthält das Einlassventil wenigstens ein erstes Einlassventil und ein zweites Einlassventil, wobei die Nockenwelle ferner mit einem Leerlaufnocken versehen ist. Durch die Steuerung des Umschaltmechanismus, wenn die Last an der Maschine, die vom Lasterfassungsmittel erfasst wird, kleiner ist als der erste vorgegebene Wert, wird dann, wenn dieselbe kleiner ist als der zweite vorgegebene Wert, das erste Einlassventil durch den Leerlaufnocken im wesentlichen stillgelegt, wobei das zweite Einlassventil durch den verzögert schließenden Nocken geöffnet und geschlossen wird. Durch Setzen des ersten vorgegebenen Wertes auf den oberen Grenzwert des Niedriglast-Betriebsbereiches, wie oben beschrieben ist, wird somit dann, wenn sich die Maschine im Niedriglast-Betriebsbereich befindet, ermöglicht, einen Wirbel innerhalb der Brennkammer der Maschine zu erzeugen, um somit eine Verschlechterung der Verbrennung zu unterdrücken und eine stabile Verbrennung trotz der Verwendung des verzögert schließenden Nockens, der den Ventilschließzeitpunkt verzögert, sicherzustellen. Wenn andererseits die Last an der Maschine gleich oder größer als der zweite vorgegebene Wert ist und gleichzeitig kleiner als der erste vorgegebene Wert ist, werden die ersten und zweiten Einlassventile allein durch den verzögert schließenden Nocken geöffnet und geschlossen. Dies ermöglicht, Pumpverluste weiter zu reduzieren, wenn sich die Maschine im Niedriglast-Betriebsbereich befindet, um somit die Kraftstoffwirtschaftlichkeit zu verbessern. Durch selektives Verwenden des verzögert schließenden Nockens, des Leerlaufnockens und des normalen Nockens entsprechend einer Last an der Maschine, wie oben beschrieben worden ist, ist es möglich, die Stabilität der Verbrennung und die Kraftstoffwirtschaftlichkeit weiter zu verbessern.

Die Maschine ist vorzugsweise an einem Fahrzeug installiert, wobei der vorgegebene Betriebszustand der Maschine dem gleichmäßigen Fahren des Fahrzeugs entspricht.

Da mit der Anordnung der bevorzugten Ausführungsform der vorgegebene Betriebszustand der Maschine dem gleichmäßigen Fahren des Fahrzeugs entspricht, wird dann, wenn das Fahrzeug fährt, der Einlassnocken auf den verzögert schließenden Nocken umgeschaltet. Dies ermöglicht, die Pumpverluste während des gleichmäßigen Fahrens des Fahrzeugs zu reduzieren, um somit die Kraftstoffwirtschaftlichkeit zu verbessern. Durch Umschalten des Einlassnockens zwischen dem verzögert schließenden Nocken und dem normalen Nocken gemäß dem Betriebszustand des Fahrzeugs, wie oben beschrieben worden ist, ist es möglich, gleichzeitig sowohl eine stabile Verbrennung als auch eine verbesserte Kraftstoffwirtschaftlichkeit im Niedriglast-Maschinenbetriebsbereich zu erreichen.

Das Einlassventil umfasst vorzugsweise wenigstens ein erstes Einlassventil und ein zweites Einlassventil, wobei die Ventilbetätigungsvorrichtung ferner einen Leerlaufnocken umfasst, der auf der Nockenwelle vorgesehen ist und ein Nockenprofil aufweist, dass das erste Einlassventil im wesentlichen stilllegt, und wobei das Betriebsbedingungserfassungsmittel ein Lastparametererfassungsmittel zum Erfassen eines Lastparameters, der eine Last an der Maschine anzeigt, umfasst, und wobei das Umschaltmechanismus-Steuermittel den Umschaltmechanismus so steuert, das unter dem vorgegebenen Betriebszustand der Maschine, der dem gleichmäßigen Fahren des Fahrzeugs entspricht, dann, wenn der vom Lastparameter Erfassungsmittel erfasste Lastparameter kleiner als ein vorgegebener Wert ist, das erste Einlassventil durch den Leerlaufnocken im wesentlichen stillgelegt wird, während das zweite Einlassventil durch den verzögert schließenden Nocken geöffnet und geschlossen wird, und wobei dann, wenn der Lastparameter gleich oder größer als der vorgegebene Wert ist, das erste Einlassventil und das zweite Einlassventil durch den verzögert schließenden Nocken geöffnet und geschlossen werden.

Mit der Anordnung dieser bevorzugten Ausführungsform enthält das Einlassventil wenigstens ein erstes Einlassventil und das zweite Einlassventil, wobei die Nockenwelle ferner mit einem Leerlaufnocken versehen ist. Durch die Steuerung des Umschaltmechanismus wird dann, wenn das Fahrzeug fährt und gleichzeitig der Lastparameter, der vom Lastparametererfassungsmittel erfasst wird, kleiner als der vorgegebene Wert ist, das erste Einlassventil durch den Leerlaufnocken im wesentlichen stillgelegt, während das zweite Einlassventil durch den verzögert schließenden Nocken geöffnet und geschlossen wird, wobei dann, wenn der erfasste Lastparameter gleich oder größer als der vorgegebene Wert ist, die ersten und zweiten Einlassventile durch den verzögert schließenden Nocken geöffnet und geschlossen werden. Durch Setzen des vorgegebenen Wertes, auf einen Wert, der eine Grenze zwischen einen Hochlastabschnitt und einem Niedriglastabschnitt des Niedriglast-Betriebsbereiches anzeigt, ist es dann, wenn die Maschine sich im Niedriglastabschnitt des Niedriglast-Betriebsbereiches befindet, möglich, einen Wirbel innerhalb einer Brennkammer der Maschine zu erzeugen, um somit eine Verschlechterung der Verbrennung zu unterdrücken und trotz der Verwendung des verzögert schließenden Nockens für einen verzögerten Ventilschließzeitpunkt eine stabile Verbrennung sicherzustellen. Wenn andererseits das Fahrzeug fährt und der Lastparameter gleich oder größer als der vorgegebene Wert ist, d. h. wenn sich die Maschine im Hochlastabschnitt des Niedriglast-Betriebsbereiches befindet, werden die ersten und zweiten Einlassventile allein durch den verzögert schließenden Nocken geöffnet und geschlossen. Dies ermöglicht, den Pumpverlust während des gleichmäßigen Fahrens des Fahrzeugs weiter zu reduzieren, um somit die Kraftstoffwirtschaftlichkeit zu verbessern. Durch selektives Verwenden des verzögert schließenden Nockens, des Leerlaufnockens und des normalen Nockens gemäß einer Last an der Maschine, wie oben beschrieben worden ist, ist es möglich, die Stabilität der Verbrennung und die Kraftstoffwirtschaftlichkeit weiter zu verbessern.

Ferner umfasst der normale Nocken vorzugsweise einen Niedrigdrehzahl-Nocken mit einem Nockenprofil, das einen Ventilhub des Einlassventils bewirkt, der gleich oder kleiner ist als ein Ventilhub, der sich durch das Nockenprofil des verzögert schließenden Nockens ergibt, sowie einen Hochdrehzahl-Nocken mit einem Nockenprofil, das einen Ventilhub des Einlassventils ergibt, der größer ist als die Ventilhübe, die sich durch die jeweiligen Nockenprofile des verzögert schließenden Nockens und des Niedrigdrehzahl-Nockens ergeben, wobei die Ventilbetätigungsvorrichtung ferner einen ersten Kipphebel in Kontakt mit dem Leerlaufnocken und dem ersten Einlassventil, einen zweiten Kipphebel in Kontakt mit dem verzögert schließenden Nocken, einen dritten Kipphebel in Kontakt mit dem Niedrigdrehzahl-Nocken und dem zweiten Einlassventil, und einen vierten Kipphebel in Kontakt mit dem Hochdrehzahl-Nocken umfasst, wobei der Umschaltmechanismus eine erste Umschaltvorrichtung zum Umschalten zwischen der Verbindung und Trennung des zweiten Kipphebels und des dritten Kipphebels, eine zweite Umschaltvorrichtung zum Umschalten zwischen der Verbindung und Trennung des ersten Kipphebels und des dritten Kipphebels und eine dritte Schaltvorrichtung zum Umschalten zwischen der Verbindung und der Trennung des ersten Kipphebels, des dritten Kipphebels und des vierten Kipphebels umfasst, wobei der erste Kipphebel eine kleinere Breite längs einer Richtung einer Achse der Kurbelwelle aufweist als der dritte Kipphebel, und wobei der zweite Kipphebel zwischen dem ersten Kipphebel und dem dritten Kipphebel angeordnet ist, und wobei der vierte Kipphebel auf einer vom zweiten Kipphebel entfernten Seite des ersten Kipphebels angeordnet ist.

Mit der Anordnung dieser bevorzugten Ausführungsform sind der Niedrigdrehzahl-Nocken und der Hochdrehzahl-Nocken als normale Nocken auf der Nockenwelle vorgesehen. Ferner werden die ersten bis vierten Kipphebel mit dem Leerlaufnocken, dem verzögert schließenden Nocken, dem Niedrigdrehzahl-Nocken bzw. dem Hochdrehzahl-Nocken in Kontakt gehalten, wobei die ersten und dritten Kipphebel jeweils auch mit den ersten und zweiten Einlassventilen in Kontakt gehalten werden. Der Umschaltmechanismus weist die ersten bis dritten Umschaltvorrichtungen auf, wobei der Einlassnocken zum Öffnen und Schließen des Einlassventils umgeschaltet werden kann durch Umschalten zwischen der Verbindung und der Trennung der Kipphebel mittels der zugehörigen Umschaltvorrichtungen.

Genauer, wenn nur die ersten und dritten Kipphebel durch die zweite Umschaltvorrichtung verbunden sind, werden die ersten und zweiten Einlassventile durch den Niedrigdrehzahl-Nocken sowohl geöffnet als auch geschlossen, da der Ventilhub mittels des Niedrigdrehzahl-Nockens größer ist als derjenige mittels des Leerlaufnockens. Das heißt, die obenbeschriebene Betätigung des Einlassventils (der Einlassventile) während des Anlassens oder des Leerlaufs der Maschine kann verwirklicht werden. Wenn ferner die ersten bis dritten Kipphebel durch die ersten und zweiten Umschaltvorrichtungen verbunden sind, können die ersten und zweiten Einlassventile durch den verzögert schließenden Nocken mit verzögertem Zeitpunkt geschlossen werden. Das heißt, die Betätigung des Einlassventils (der Einlassventile) unter einer Bedingung, die in einer der obenbeschriebenen bevorzugten Ausführungsformen beschrieben worden ist, in denen das Fahrzeug fährt und der Lastparameter gleich oder größer als der vorgegebene Wert ist, und die Betätigung derselben unter einer Bedingung, die in einer weiteren der obenbeschriebenen bevorzugten Ausführungsformen beschrieben ist, in der der Lastparameter gleich oder größer als der zweite vorgegebene Wert und kleiner als der erste vorgegebene Wert ist, können verwirklicht werden. Wenn ferner nur die zweiten und dritten Kipphebel durch die erste Umschaltvorrichtung verbunden sind, wird das zweite Einlassventil durch den verzögert schließenden Nocken geöffnet und geschlossen, während das erste Einlassventil durch den Leerlaufnocken im wesentlichen stillgelegt wird. Das heißt, die Betätigung des Einlassventils (der Einlassventile) unter der Bedingung in einer der obenbeschriebenen bevorzugten Ausführungsformen, in der das Fahrzeug fährt und der Lastparameter kleiner ist als der vorgegebene Wert, und unter der Bedingung in der anderen der obenbeschriebenen bevorzugten Ausführungsformen, in der der Lastparameter kleiner ist als der zweite vorgegebene Wert, kann verwirklicht werden. Wenn außerdem die ersten, dritten und vierten Kipphebel durch die dritte Umschaltvorrichtung verbunden sind, werden die ersten und zweiten Einlassventile durch den Hochdrehzahl-Nocken sowohl geöffnet als auch geschlossen, da der Ventilhub durch den Hochdrehzahl-Nocken größer ist als derjenige durch irgendeinen anderen Nocken. Als Ergebnis wird die Einlassluftmenge erhöht, wodurch eine größere Ausgangsleistung der Maschine erhalten werden kann. Andere Kombinationen der ersten bis dritten Kipphebel, die für die Verbindung und Trennung auszuwählen sind, können zusätzliche Variationen der Auswahlmöglichkeiten der Nocken zum Öffnen und Schließen des ersten Einlassventils und/oder des zweiten Einlassventils schaffen.

Ferner sind die ersten bis vierten Kipphebel in der Reihenfolge des vierten, des ersten, des zweiten und des dritten Kipphebels angeordnet. Der erste Kipphebel weist eine kleinere Breite auf als der dritte Kipphebel, so dass dann, wenn die Kipphebel wie oben angeordnet sind, der Abstand, längs der Achse der Nockenwelle betrachtet, zwischen der Mitte der Brennkammer und dem Ende des vierten Kipphebels kürzer gemacht werden kann als in dem Fall, in dem der vierte Kipphebel an einem Ort axial außerhalb des dritten Kipphebels angeordnet ist, was ermöglicht, alle Kipphebel in einer gut ausgewogenen Weise bezüglich der Brennkammer anzuordnen.

Die obigen und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden durch die folgende genaue Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen deutlich.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein Blockschaltbild, das schematisch die Anordnung der Ventilbetätigungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung zeigt;
2 ist eine Ansicht, die eine Anordnung der Einlassventile und Auslassventile zeigt;
3 ist eine Seitenansicht eines Einlassventils und der Ventilbetätigungsvorrichtung;
4 ist ein Diagramm, das eine Hubkurve (a), die von einem Niedrigdrehzahl-Nocken erzeugt wird, und eine Hubkurve (b) von einem verzögert schließenden Nocken zeigt;
5 ist eine Querschnittsansicht längs der Linie IV-IV der 3;
6 ist ein Flussdiagramm, das beispielhaft einen von einer ECU ausgeführten Ventilbetätigungssteuerprozess zeigt;
7 ist eine Ansicht, die beispielhaft ein Betriebsbereichkennfeld für die Verwendung im Ventilbetätigungssteuerprozess der 6 zeigt;
8 ist eine Ansicht, die beispielhaft eine Tabelle zeigt, die Einstellungen der Ventilschließzeiten für die ersten und zweiten Einlassventile zeigt;
9A bis 9E sind schematische Zeichnungen, die wesentliche Komponenten einer Variation der erste Ausführungsform zeigen;
10A–10C sind Ansichten, die wesentliche Komponenten einer Ventilbetä tigungsvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung zeigen;
11A–11C sind Ansichten, die wesentliche Komponenten einer Ventilbetätigungsvorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung zeigen;
12A–12C sind Ansichten, die wesentliche Komponenten einer Ventilbetätigungsvorrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung zeigen;
13A–13C sind Ansichten, die wesentliche Komponenten einer Ventilbetätigungsvorrichtung gemäß einer fünften Ausführungsform der Erfindung zeigen; und
14 ist eine Tabelle, die Kombinationen der Einlassnocken für die Verwendung in den jeweiligen Ausführungsformen zeigt.
GENAUE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Im folgenden wird die Erfindung mit Bezug auf die Zeichnungen, die bevorzugte Ausführungsformen desselben zeigen, genauer beschrieben.
In 1 ist schematisch die Anordnung einer Ventilbetätigungsvorrichtung 1 für eine Verbrennungskraftmaschine gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung gezeigt. Die Verbrennungskraftmaschine 3 (im folgenden einfach als "die Maschine" bezeichnet) ist ein Reihen-Vierzylinder-DOHC-Ottomotor (nur einer der Zylinder ist in 2 gezeigt), der auf einem nicht gezeigten Fahrzeug installiert ist. Wie in 2 gezeigt ist, ist jeder Zylinder 4 mit ersten und zweiten Einlassventilen IV1, IV2 (Einlassventil) und ersten und zweiten Auslassventilen EV1, EV2 versehen. Wie in 3 gezeigt ist, die beispielhaft das Einlassventil IV1 zeigt, sind die Einlassventile IV1, IV2 so angeordnet, dass jedes von diesen zwischen einer geschlossenen Position (in 3 gezeigt) zum Verschließen einer Einlassöffnung 3a der Maschine 3 und einer offenen Position (nicht gezeigt), in der es in eine Brennkammer 3b ragt, um die Einlassöffnung 3a zu öffnen, beweglich ist und durch eine Schraubenfeder 3c in Richtung der geschlossenen Position gedrängt wird.
Wie in 1 gezeigt ist, enthält die Ventilbetätigungsvorrichtung 1 einen Nockentyp-Ventilbetätigungsmechanismus 5, der auf einer Einlassseite zum Öffnen und Schließen der ersten und zweiten Einlassventile IV1, IV2 vorgesehen ist, und einen Nockentyp-Ventilbetätigungsmechanismus 6, der auf einer Auslassseite der zum Öffnen und Schließen der ersten und zweiten Auslassventile EV1, EV2 vorgesehen ist, einen Nockenprofil-Umschaltmechanismus 13 (Umschaltmechanismus) zum Umschalten zwischen den jeweiligen Nockenprofilen der Einlassnocken 11, auf die im folgenden Bezug genommen wird, des Nockentyp-Ventilbetätigungsmechanismus 5, und eine ECU 2 (Umschaltmechanismus-Steuermittel) zum Steuern der Operation des Nockenprofil-Umschaltmechanismus 13.
Der Nockentyp-Ventilbetätigungsmechanismus 5 auf der Einlassseite umfasst eine Nockenwelle 10, die Einlassnocken 11, die integral auf der Nockenwelle 10 vorgesehen sind, und Kipphebel 12, die jeweils durch die Einlassnocken 11 angetrieben werden und schwenkbar sind, um die Drehbewegung der Nockenwelle 10 in Hubbewegungen der Einlassventile IV1, IV2 umzusetzen. Die Nockenwelle 10 ist mit einer nicht gezeigten Kurbelwelle der Maschine 3 über ein Abtriebsritzel und eine Steuerkette (die beide nicht gezeigt sind) verbunden und wird durch die Kurbelwelle angetrieben und in Drehung versetzt, so dass sie eine Umdrehung für jeweils zwei Umdrehungen der Kurbelwelle ausführt.
Wie in 1 gezeigt ist, umfassen die Einlassnocken 11 einen Niedrigdrehzahl-Nocken 11a als normalen Nocken, einen Leerlaufnocken 11b mit einem sehr niedrigen Nockenprofil, einen verzögert schließenden Nocken 11c, der zwischen den zwei Nocken 11a, 11b eingesetzt ist, und einen Hochdrehzahl-Nocken 11d mit einem höheren Nockenprofil als der Niedrigdrehzahl-Nocken 11a, der als normaler Nocken auf einer Seite des Leerlaufnockens 11b entfernt vom verzögert schließenden Nocken 11c angeordnet ist. Diese Nocken 11a bis 11d sind integral auf der Nockenwelle 10 ausgebildet. Unter den Nocken 11a bis 11d ist der Leerlaufnocken 11b in Richtung der Achse der Nockenwelle 10 am schmalsten, während der Hochdrehzahl-Nocken 11d in dieser Richtung am breitesten ist. Es ist zu beachten, dass der Leerlaufnocken 11b von einem Nocken gebildet werden kann, der ein Nockenprofil aufweist, das einen Ventilhub von Null bewirkt.
Wie in 4 gezeigt ist, steigt eine Hubkurve ((b) in 4), die durch den verzögert schließenden Nocken 11c erzeugt wird, in derselben Weise an wie eine Hubkurve ((a) in 4), die vom Niedrigdrehzahl-Nocken 11a erzeugt wird, bis der maximale Ventilhub erreicht ist. Der Ventilschließzeitpunkt des verzögert schließenden Nockens 11c ist jedoch so gesetzt, dass er hinter dem Ventilschließzeitpunkt des Niedrigdrehzahl-Nockens 11a nacheilt. Genauer ist der Ventilschließzeitpunkt des Niedrigdrehzahl-Nockens 11a so gesetzt, dass die Antriebskraft der Maschine maximiert wird, weshalb das Schließen des Ventils durch den Niedrigdrehzahl-Nocken 11a ohne Verzögerung begonnen wird, nachdem der maximale Ventilhub durch den Niedrigdrehzahl-Nocken 11a erreicht ist, und endet, kurz nachdem der Kurbelwinkel der Kurbelwelle eine BDC-Position (unterer Totpunkt) am Ende des Einlasshubes eines nicht gezeigten Kolbens erreicht. Andererseits beginnt das Schließen des Ventils durch den verzögert schließenden Nocken 11c erst, nachdem der erreichte maximale Ventilhub aufrecht erhalten bleibt, bis kurz nachdem der Kurbelwinkel die BDC-Position am Ende des Einlasshubes des Kolbens passiert hat. Kurz, der verzögert schließende Nocken 11c ist so konfiguriert, dass der hierdurch gesetzte Ventilschließzeitpunkt später liegt, als der durch den Niedrigdrehzahl-Nocken 11a gesetzte Zeitpunkt, wie oben beschrieben worden ist, wodurch die Maschine 3 veranlasst wird, im sogenannten Miller-Zyklus zu arbeiten.
Die Kipphebel 12 umfassen einen Niedrigdrehzahl-Kipphebel 12a als dritten Kipphebel, einen Leerlaufkipphebel 12b als ersten Kipphebel, einen verzögert schließenden Kipphebel 12c als zweiten Kipphebel und einen Hochdrehzahl-Kipphebel 12d als vierten Kipphebel, die jeweils den Niedrigdrehzahl-, Leerlauf-, Schließverzögerungs- und Hochdrehzahl-Nocken 11a bis 11d zugeordnet sind. Die Niedrigdrehzahl-, Leerlauf-, und Hochdrehzahl-Kipphebel 12a, 12b, 12d weisen jeweils einen Mittelabschnitt auf, der schwenkbar auf einer Kipphebelachse 14 montiert ist. Der verzögert schließende Kipphebel 12c ist kürzer ausgebildet als die anderen Kipphebel 12a, 12b, 12d und weist einen Endabschnitt auf, der schwenkbar auf der Kipphe belachse 14 montiert ist. Die Einlassnocken 11, d. h. die Niedrigdrehzahl-, Leerlauf-, Schließverzögerungs- und Hochdrehzahl-Nocken 11a bis 11d, sind über entsprechende Rollen 15a bis 15d in gleitendem Kontakt mit den jeweiligen Kipphebeln 12a bis 12d. Ferner liegen der Leerlaufkipphebel 12d und der Niedrigdrehzahl-Kipphebel 12a an den oberen Enden des ersten Einlassventils IV1 bzw. zweiten Einlassventils IV2 an. Die Kipphebelachse 14 ist mit ersten bis dritten Öldurchlässen 16a bis 16c für einen später beschriebenen Nockenprofil-Umschaltmechanismus 13 versehen.
Der Nockenprofil-Umschaltmechanismus 13 umfasst eine erste Umschaltvorrichtung 7 zum Umschalten zwischen der Verbindung und der Trennung der Niedrigdrehzahl- und Schließverzögerungs-Kipphebel 12a, 12c, eine zweite Umschaltvorrichtung 8 zum Umschalten zwischen der Verbindung und Trennung der Niedrigdrehzahl- und Leerlaufkipphebel 12a, 12b, und eine dritte Umschaltvorrichtung 9 zum Umschalten zwischen der Verbindung und Trennung der Niedrigdrehzahl-, Leerlauf- und Hochdrehzahl-Kipphebel 12a, 12b, 12d.
Die erste Umschaltvorrichtung 7 umfasst ein erstes Umschaltventil 17a zum hydraulischen Umschalten zwischen der Verbindung und Trennung der Niedrigdrehzahl- und Schließverzögerungs-Kipphebel 12a, 12c, und einen ersten Öldruckumschaltmechanismus 18a zum Umschalten zwischen dem Zuführen und Abschalten des Öldrucks zum ersten Umschaltventil 17a.
Wie in 5 gezeigt ist, wird das erste Umschaltventil 17a von einem Kolbenventil gebildet und weist Zylinder 19a, 19c auf, die jeweils in den entsprechenden Endabschnitten der Niedrigdrehzahl- und Schließverzögerungs-Kipphebel 12a, 12c ausgebildet sind, so dass sie über einen Spalt zwischen den Kipphebeln 12a, 12c in Verbindung stehen, wobei die jeweiligen Kolben 20a, 20c gleitend innerhalb der Zylinder 19a, 19c für einen gegenseitigen axialen Stumpfstoß gleitend angeordnet sind. Eine Ölkammer 21 ist im Kolben 20c auf einer Seite desselben in Richtung zum Leerlaufkipphebel 12b ausgebildet, wobei eine Schraubenfeder 22 zwischen dem Kolben 20a und dem Zylinder 19a angeordnet ist, um den Kolben 20a in Richtung zum verzögert schließenden Kipphebel 12c zu drücken.
Die Ölkammer 21 steht mit dem ersten Öldruckumschaltmechanismus 18a über einen Öldurchlass 23, der durch den verzögert schließenden Kipphebel 12c ausgebildet ist, und über den ersten Öldurchlass 16a in Verbindung, der durch die Kipphebelachse 14 ausgebildet ist. Der erste Öldruckumschaltmechanismus 18a umfasst ein Elektromagnetventil und einen Schieber (die beide nicht gezeigt sind) und ist mit einer (nicht gezeigten) Ölpumpe verbunden. Der Mechanismus 18a wird durch ein Steuersignal von der ECU 2 angesteuert, um zwischen der Zuführung und Abschaltung des Öldrucks zum ersten Umschaltventil 17a über den ersten Öldurchlass 16a und dergleichen umzuschalten.
Wenn gemäß der obigen Konfiguration die Zuführung des Öldrucks von dem ersten Öldruckumschaltmechanismus 18a zum ersten Umschaltventil 17a abgeschaltet ist, werden die Kolben 20a, 20c des ersten Umschaltventils 17a in den jeweiligen in 5 gezeigten Positionen durch die Druckkraft der Schraubenfeder 22 gehalten und sind nur mit den Zylindern 19a bzw. 19c in Eingriff. Somit sind die Niedrigdrehzahl- und Schließverzögerungs-Kipphebel 12a, 12c voneinander getrennt und werden somit unabhängig voneinander geschwenkt. Als Ergebnis wird der Leerlaufkipphebel 12b durch den Leerlaufnocken 11b angetrieben, wodurch das erste Einlassventil IV1 in der Leerlaufventilsteuerung geöffnet und geschlossen wird, die dem Nockenprofil des Leerlaufnockens 11b entspricht (im folgenden als "Leerlauf-Ventilsteuerung" bezeichnet). Andererseits wird der Niedrigdrehzahl-Kipphebel 12a durch den Niedrigdrehzahl-Nocken 11a angetrieben, wodurch das zweite Einlassventil IV2 in der Niedrigdrehzahl-Ventilsteuerung geöffnet und geschlossen wird, die dem Nockenprofil des Niedrigdrehzahl-Nockens 11a entspricht (im folgenden als "Niedrigdrehzahl-Ventilsteuerung" bezeichnet).
Obwohl nicht gezeigt, gleiten andererseits dann, wenn der Öldruck vom ersten Öldruckumschaltmechanismus 18a der Ölkammer 21 des ersten Umschaltventils 17a zugeführt wird, die Kolben 20a, 20c des ersten Umschaltventils 17a in Richtung zur Schraubenfeder 22 gegen die Druckkraft derselben, wodurch der Kolben 20c mit sowohl dem Zylinder 19a als auch dem Zylinder 19b in Eingriff gelangt. Dies versetzt die Niedrigdrehzahl- und Schließverzögerungs-Kipphebel 12a, 12c in einen (nicht gezeigten) verbun denen Zustand, um im Gleichklang geschwenkt zu werden. Als Ergebnis arbeiten mit der Rotation der Nockenwelle 10 die Niedrigdrehzahl- und Schließverzögerungs-Kipphebel 12a, 12c in einer Weise, die von der obenbeschriebenen Beziehung zwischen dem Niedrigdrehzahl-Nocken 11a und dem verzögert schließenden Nocken 11c abhängt, d. h. sie werden durch den Niedrigdrehzahl-Nocken 11a (= den verzögert schließenden Nocken 11c) angetrieben, bis der maximale Ventilhub erreicht ist, und anschließend durch den verzögert schließenden Nocken 11c gehalten, wodurch das zweite Einlassventil IV2 in der verzögert schließenden Ventilsteuerung geöffnet und geschlossen wird, die dem Nockenprofil des verzögert schließenden Nockens 11c entspricht (im folgenden als "Schließverzögerungs-Ventilsteuerung" bezeichnet).
Die zweite Umschaltvorrichtung 8 ist grundsätzlich in der Konstruktion der ersten Umschaltvorrichtung 7 ähnlich. Die zweite Umschaltvorrichtung 8 umfasst ein zweites Umschaltventil 17b zum hydraulischen Umschalten zwischen der Verbindung und der Trennung der Niedrigdrehzahl- und Leerlaufkipphebel 12a, 12b, und einen zweiten Öldruckumschaltmechanismus 18b zum Umschalten zwischen der Zuführung und Abschaltung des Öldrucks zum zweiten Umschaltventil 17b. Das zweite Umschaltventil 17b enthält Kolben 26a, 26b, die gleitend in den jeweiligen Zylindern 126a, 126b angeordnet sind, welche in den Niedrigdrehzahl- und Leerlaufkipphebeln 12a, 12b ausgebildet sind, eine im Kolben 26b ausgebildete Ölkammer 27, und eine Schraubenfeder 28, um den Kolben 26a in Richtung zum Leerlaufkipphebel 12b zu drängen. Die Ölkammer 28 steht mit dem zweiten Öldruckumschaltmechanismus 18b über einen Öldurchlass 29, der durch den Leerlaufkipphebel 12b ausgebildet ist, und über den zweiten Öldurchlass 16b in Verbindung, der durch die Kipphebelachse 14 ausgebildet ist. Der zweite Öldruckumschaltmechanismus 18b wird von der ECU 2 gesteuert, um zwischen der Zuführung und Abschaltung des Öldrucks zum zweiten Umschaltventil 17b umzuschalten.
Wenn gemäß der obigen Konfiguration die Zuführung des Öldrucks zum zweiten Umschaltventils 17b abgeschaltet wird, werden die Kolben 26a, 26b durch die Druckkraft der Schraubenfeder 28 nur mit den jeweiligen Niedrigdrehzahl- und Leerlaufkipphebeln 12a, 12b in Eingriff gedrückt, wodurch die zwei Kipphebel 12a, 12b voneinander getrennt werden und somit unabhängig voneinander geschwenkt werden. Als Ergebnis wird mit der Rotation der Nockenwelle 10 der Leerlaufkipphebel 12b vom Leerlaufnocken 11b angetrieben, wodurch das erste Einlassventil IV1 in der Leerlauf-Ventilsteuerung geöffnet und geschlossen wird, die dem Nockenprofil des Leerlaufnockens 11b entspricht. Andererseits wird das zweite Einlassventil IV2 durch den Niedrigdrehzahl-Nocken 11a in der Niedrigdrehzahl-Ventilsteuerung geöffnet und geschlossen.
Obwohl nicht gezeigt, gleiten andererseits dann, wenn der Öldruck vom zweiten Öldruckumschaltmechanismus 18b der Ölkammer 27 des zweiten Umschaltventils 17b zugeführt wird, die Kolben 26a, 26b des zweiten Umschaltventils 17b in Richtung zur Schraubenfeder 28 gegen die Druckkraft derselben, wodurch der Kolben 26b sowohl mit den Niedrigdrehzahl- als auch den Leerlauf-Ventilhebeln 12a, 12b in Eingriff gelangt. Dies versetzt die zwei Kipphebel 12a, 12b in einen (nicht gezeigten) verbundenen Zustand, um im Gleichklang geschwenkt zu werden, wodurch sowohl die ersten als auch die zweiten Einlassventile IV1, IV2 durch den Niedrigdrehzahl-Nocken 11a in der Niedrigdrehzahl-Ventilsteuerung geöffnet und geschlossen werden.
Die dritte Umschaltvorrichtung 9 umfasst ein drittes Umschaltventil 17c zum hydraulischen Umschalten zwischen der Verbindung und der Trennung der Niedrigdrehzahl-, Leerlauf- und Hochdrehzahl-Kipphebel 12a, 12b und 12d, und einen dritten Öldruckumschaltmechanismus 18c zum Umschalten zwischen dem Zuführen und Abschalten des Öldrucks zum dritten Umschaltventil 17c. Das dritte Umschaltventil 17c enthält Kolben 30a, 30b und 30d, die gleitend in den jeweiligen Zylindern 130a, 130b und 130d angeordnet sind, welche in den Niedrigdrehzahl-, Leerlauf- und Hochdrehzahl-Kipphebeln 12a, 12b und 12d ausgebildet sind, eine im Kolben 30d ausgebildete Ölkammer 31 und eine Schraubenfeder 32 zum Drängen des Kolbens 30a in Richtung zum Leerlaufkipphebel 12b. Die Ölkammer 31 steht mit dem dritten Öldruckumschaltmechanismus 18c über einen Öldurchlass 33, der durch den Hochdrehzahl-Kipphebel 12d ausgebildet ist, und den dritten Öldurchlass 16c, der durch die Kipphebelachse 14 ausgebildet ist, in Verbindung. Der dritte Öldruckumschaltmechanismus 18c wird von der ECU 2 gesteuert, um zwischen der Zuführung und der Abschaltung des Öldrucks zum dritten Umschaltventil 17c umzuschalten.
Wenn gemäß der obigen Konfiguration die Zufuhr des Öldrucks zum dritten Umschaltventil 17c abgeschaltet ist, werden die Kolben 30a, 30b und 30d durch die Druckkraft der Schraubenfeder 32 nur mit den jeweiligen Niedrigdrehzahl-, Leerlauf- und Hochdrehzahl-Kipphebeln 12a, 12b, 12d in Eingriff gedrängt, wodurch die Niedrigdrehzahl-, Leerlauf- und Hochdrehzahl-Kipphebel 12a, 12b, 12d voneinander getrennt werden und somit unabhängig voneinander geschwenkt werden. Als Ergebnis wird mit der Rotation der Nockenwelle 10 das erste Einlassventil IV1 durch den Leerlaufnocken 11b in der Leerlauf-Ventilsteuerung geöffnet und geschlossen. Andererseits wird das zweite Einlassventil IV2 durch den Niedrigdrehzahl-Nocken 11a in der Niedrigdrehzahl-Ventilsteuerung geöffnet und geschlossen.
Obwohl nicht gezeigt, gleiten andererseits dann, wenn der Öldruck vom dritten Öldruckumschaltmechanismus 18c der Ölkammer 31 des dritten Umschaltventils 17c zugeführt wird, die Kolben 30a, 30b und 30d des dritten Umschaltventils 17c in Richtung zur Schraubenfeder 32 gegen die Druckkraft derselben, wodurch der Kolben 30b mit sowohl dem Niedrigdrehzahl- als auch dem Leerlaufkipphebel 12a, 12b in Eingriff gelangt, wobei gleichzeitig der Kolben 30d mit sowohl dem Leerlauf- als auch dem Hochdrehzahl-Kipphebel 12b, 12d in Eingriff gelangt. Dies versetzt die Niedrigdrehzahl- und Leerlaufkipphebel 12a, 12b in einen (nicht gezeigten) Zustand, in welchem sie mit dem Hochdrehzahl-Kipphebel 12d verbunden sind, um im Gleichklang geschwenkt zu werden. Als Ergebnis werden mit der Rotation der Nockenwelle 10 der Niedrigdrehzahl- und der Leerlaufkipphebel 12a, 12b beide vom Hochdrehzahl-Nocken 11d mit dem größten Nockenprofil über den Hochdrehzahl-Kipphebel 12d angetrieben, wodurch die beiden ersten und zweiten Einlassventile IV1, IV2 in der Hochdrehzahl-Ventilsteuerung geöffnet und geschlossen werden, die dem Nockenprofil des Hochdrehzahl-Nockens 11d entspricht (im folgenden als "Hochdrehzahl-Ventilsteuerung" bezeichnet).
Wie oben beschrieben worden ist, werden die ersten bis dritten Umschaltvorrichtungen 7 bis 9 zwischen der Verbindung der jeweiligen zugehörigen Kipphebel 12a bis 12d und der Trennung der zugehörigen Kipphebel umge schaltet. Ferner werden die ersten bis dritten Umschaltvorrichtungen 7 bis 9 unabhängig voneinander von der ECU 2 gesteuert, so dass es möglich ist, nicht nur eine von diesen anzusteuern, sondern auch zwei oder alle gleichzeitig anzusteuern. Dies ermöglicht, die Einlassnocken 11a bis 11d selektiv zum Öffnen und Schließen des ersten Einlassventils IV1 und zweiten Einlassventils IV2 zu verwenden.
Andererseits umfasst der Nockentyp-Ventilbetätigungsmechanismus 6 zum Betätigen der ersten und zweiten Auslassventile EV1, EV2 eine Auslassnockenwelle 24, Auslassnocken 25a, 25b, die auf der Auslassnockenwelle 24 vorgesehen sind, (nicht gezeigte) Auslasskipphebel und so weiter, wie in 1 gezeigt ist. Die Auslassventile EV1, EV2 werden mittels Ventilhüben und zu Öffnungs- und Schließzeiten geöffnet und geschlossen, die den Nockenprofilen der Auslassnocken 25a, 25b entsprechen. Es ist zu beachten, dass der Nockentyp-Ventilbetätigungsmechanismus 6 ebenfalls so konfiguriert sein kann, dass er mit einem Nockenprofil-Umschaltmechanismus versehen ist, um die ersten und zweiten Auslassventile EV1, EV2 zwischen einer Niedrigdrehzahl-Ventilsteuerung und einer Hochdrehzahl-Ventilsteuerung umzuschalten.
Ein Kurbelwellenwinkelsensor 42 (Betriebszustand-Erfassungsmittel) ist um die Kurbelwelle angeordnet. Mit der Rotation der Kurbelwelle erzeugt der Kurbelwellenwinkelsensor 42 ein CYL-Signal, ein TDC-Signal und ein CRK-Signal als Impulssignale bei jeweils vorgegebenen Kurbelwinkelpositionen, um die Signale der ECU 2 zuzuführen. Das CYL-Signal wird bei einer vorgegebenen Kurbelwinkelposition eines bestimmten Zylinders 4 erzeugt. Das TDC-Signal zeigt an, dass der (nicht gezeigte) Kolben jedes Zylinders 4 sich in einer vorgegebenen Kurbelwellenposition in der Nähe der TDC-Position (oberer Totpunkt) am Beginn des Einlasshubes des Kolbens befindet, wobei im Fall einer Vierzylindermaschine der vorliegenden Ausführungsform ein Impuls des TDC-Signals immer dann geliefert wird, wenn sich die Kurbelwelle um 180° dreht. Ferner wird das CRK-Signal mit einem kürzeren Zyklus als das TDC-Signal erzeugt, z. B. immer dann, wenn sich die Kurbelwelle um z. B. 30° dreht. Die ECU 2 ermittelt die jeweiligen Kurbelwinkelpositionen der Zylinder 4 auf einer zylinderweisen Basis beruhend auf diesen Signalen CYL, TDC und CRK, und berechnet die Drehzahl Ne der Maschine 3 (im folgenden als "die Maschinendrehzahl" bezeichnet) auf der Grundlage des CRK-Signals. Ferner wird in die ECU 2 ein Signal eingegeben, das eine Beschleunigeröffnung ACC anzeigt, welche ein Niederdrückungsmaß eines (nicht gezeigten) Fahrpedals von einem Beschleunigeröffnungssensor 43 (Lastparameter-Erfassungsmittel) ist.
Die ECU 2 in der vorliegenden Ausführungsform bildet ein Umschaltmechanismus-Steuermittel und ist mittels eines Mikrocomputers implementiert, der eine CPU, einen RAM, einen ROM und eine Eingabe/Ausgabe-Schnittstelle umfasst (die alle nicht gezeigt sind). Die obenerwähnten Signale, die die Messungen mittels der Sensoren 42, 43 anzeigen, werden nach einer A/D-Umsetzung und Umformung durch die Eingabe/Ausgabe-Schnittstelle in die CPU eingegeben. Die CPU führt Steuerprogramme aus, die im ROM gespeichert sind, um somit die Betriebszustände des Fahrzeugs auf der Grundlage dieser Eingangssignale zu ermitteln und die Operationen des Nockenprofil-Umschaltmechanismus 13 in folgender Weise zu steuern:
6 zeigt einen Ventilbetätigungs-Steuerprozess, der immer dann ausgeführt wird, wenn der TDC-Signalimpuls erzeugt wird. In diesem Prozess wird zuerst in einem Schritt S1 ermittelt, ob die Maschine 3 angelassen wird. Diese Ermittlung wird z. B. auf der Grundlage der Maschinendrehzahl Ne ausgeführt, wobei dann, wenn die Maschinendrehzahl Ne gleich oder kleiner als eine vorgegebene Drehzahl (z. B. 500 min^–1) ist, festgestellt wird, dass die Maschine 3 angelassen wird. Wenn die Antwort auf die Frage positiv ist (ja), d. h. wenn die Maschine 3 angelassen wird, werden die ersten und die zweiten Einlassventile IV1 und IV2 auf die Niedrigdrehzahl-Ventilsteuerung eingestellt (Schritt S2). Anschließend werden die ersten bis dritten Umschaltvorrichtungen 7 bis 9 auf der Grundlage der im Schritt S2 eingestellten Ventilsteuerung gesteuert. Genauer wird die zweite Umschaltvorrichtung 8 für eine Verbindung angesteuert, während die ersten und dritten Umschaltvorrichtungen 7, 9 für eine Trennung angesteuert werden (Schritt S3), woraufhin der vorliegende Prozess endet.
Wenn andererseits die Antwort auf die Frage des Schritts S1 negativ ist (nein), d. h. wenn die Maschine 3 nicht angelassen wird, wird ermittelt, ob sich das Fahrzeug in einem Betriebsbereich A befindet (Schritt S4). 7 zeigt ein Beispiel eines Kennfeldes, das die Betriebsbereiche der Maschine definiert. Der Betriebsbereich A definiert einen Leerlaufbetriebsbereich, in welchem die Maschinendrehzahl Ne niedriger ist als ein vorgegebener Wert Na (z. B. 750 min^–1) und die Beschleunigeröffnung ACC niedriger ist als ein vorgegebener Wert ACa (z. B. 15 %). Ein Betriebsbereich B1 definiert einen Niedrigdrehzahl/Niedriglast-Bereich (im folgenden als "Niedriglastmodus-Bereich" bezeichnet) innerhalb eines Niedriglast-Betriebsbereiches der Maschine, ausschließlich des Betriebsbereiches A in welchem der Wert Ne niedriger ist als ein vorgegebener Wert Nb (z. B. 2.500 min^–1) als erster vorgegebener Wert und der ACC-Wert niedriger ist als ein vorgegebener Wert ACb (z. B. 40 %) als ein zweiter vorgegebener Wert, während ein Betriebsbereich B2 einen Niedrigdrehzahl/Mittellast-Bereich (im folgenden als "Mittellastmodus-Bereich" bezeichnet) innerhalb des Niedriglast-Betriebsbereiches der Maschine definiert, in welchem der Wert Ne niedriger ist als der vorgegebene Wert Nb als erster vorgegebener Wert, und der ACC-Wert niedriger ist als ein vorgegebener Wert ACc (z. B. 70 %) als ein erster vorgegebener Wert. Es ist zu beachten, dass jeder der Betriebsbereiche B1, B2 ein Bereich (Fahrmodus-Bereich) ist, der dem gleichmäßigen Fahren des Fahrzeugs entspricht, d. h. einem Niedriglast-Betriebsbereich. Ferner definiert ein Betriebsbereich C einen Niedrigdrehzahl/Hochlast-Bereich, in welchem der Wert Ne niedriger ist als der vorgegebene Wert Nb und der ACC-Wert höher ist als der vorgegebene Wert ACc, während ein Betriebsbereich D einen Hochdrehzahl-Bereich definiert, in welchem der Wert Ne höher als der vorgegebene Wert Nb ist.
8 zeigte Beispiele von Ventilsteuerungen, die für die ersten und zweiten Einlassventile IV1, IV2 gemäß dem Kennfeld gesetzt sind, um somit die Maschinenbetriebsbereiche zu definieren, und im ROM der ECU 2 gespeichert sind.
Wenn wie in 6 gezeigt die Antwort auf die Frage des Schritts S2 positiv ist (ja), d. h. wenn sich die Maschine 3 im Betriebsbereich A (Leerlaufbetriebsbereich) befindet, werden die ersten und zweiten Einlassventile IV1, IV2 auf der Grundlage des Kennfeldes der 8 auf die Niedrigdrehzahl-Ventilsteuerung gesetzt (Schritt S4). Ähnlich dem Schritt S3 wird anschließend die zweite Umschaltvorrichtung 8 für die Verbindung angesteuert, während die ersten und dritten Umschaltvorrichtungen 7, 9 für die Trennung angesteuert werden (Schritt S5), woraufhin der vorliegende Prozess endet. Genauer, wenn die Maschine 30 im Leerlauf/Betriebsbereich befindet, wird die Ventil-Öffnung/Schließ-Operation in der verzögert schließenden Ventilsteuerung durch den verzögert schließenden Nocken 12c nicht ausgeführt, wodurch es möglich wird, eine Verschlechterung der Verbrennung zu unterdrücken und somit eine stabile Verbrennung sicherzustellen.
Wenn die Antwort auf die Frage des Schritts S4 negativ ist (nein), wird ermittelt, ob sich die Maschine 3 im Betriebsbereich B1 (Niedriglastmodus-Bereich) befindet (Schritt S6). Wenn die Antwort auf die Frage positiv ist (ja), werden die ersten und die zweiten Einlassventile IV1, IV2 auf der Grundlage des Kennfeldes der 8 die Leerlauf-Ventilsteuerung bzw. die Niedrigdrehzahl-Ventilsteuerung eingestellt (Schritt S7). Anschließend rückt der Prozess zum Schritt S3 vor, wobei die erste Umschaltvorrichtung 7 für eine Verbindung angesteuert wird und die zweiten und dritten Umschaltvorrichtungen 8, 9 für eine Trennung angesteuert werden, woraufhin der vorliegende Prozess endet. Wenn sich, wie oben beschrieben, die Maschine 3 im Betriebsbereich B1 befindet, d. h. wenn das Fahrzeug gleichmäßig fährt und gleichzeitig die Maschine sich im Niedrigdrehzahl/Niedriglast-Bereich befindet, ist es möglich, eine Verschlechterung der Verbrennung zu unterdrücken und eine stabile Verbrennung sicherzustellen, indem veranlasst wird, dass ein Großteil des Gemisches über das zweite Einlassventil IV2 in die Brennkammer strömt, um somit einen Wirbel in der Brennkammer zu erzeugen.
Wenn die Antwort auf die Frage des Schritts S6 negativ ist (nein), wird ermittelt, ob sich die Maschine 3 im Betriebsbereich B2 (Mittellastmodus-Bereich) befindet (Schritt S8). Wenn die Antwort auf die Frage positiv ist (ja), werden die ersten und zweiten Einlassventile IV1, IV2 beide auf die Schließverzögerungs-Ventilsteuerung gesetzt (Schritt S9). Anschließend rückt der Prozess zum Schritt S3 vor, wobei auf der Grundlage der im Schritt S9 gesetzten Ventilsteuerung die ersten und zweiten Umschaltvorrichtungen 7, 8 für eine Verbindung angesteuert werden und die dritte Umschaltvorrichtung 9 für eine Trennung angesteuert wird, woraufhin der vorliegende Prozess endet. Wenn sich wie oben beschrieben die Maschine 3 im Betriebsbereich B2 befindet, d. h. wenn das Fahrzeug gleichmäßig fährt und sich die Maschi ne gleichzeitig im Niedrigdrehzahl/Mittellast-Bereich befindet, ist es möglich, den Pumpverlust zu reduzieren und die Kraftstoffwirtschaftlichkeit zu verbessern, indem der Ventilschließzeitpunkt der ersten und zweiten Einlassventile IV1, IV2 verzögert wird.
Wenn die Antwort auf die Frage des Schritts S8 negativ ist (nein), wird ermittelt, ob sich die Maschine 3 im Betriebsbereich C (Niedrigdrehzahl/Hochlast-Bereich) befindet (Schritt S10). Wenn die Antwort auf die Frage positiv ist (ja), werden die ersten und zweiten Einlassventile IV1, IV2 beide auf die Niedrigdrehzahl-Ventilsteuerung gesetzt (Schritt S11). Anschließend rückt der Prozess zum Schritt S3 vor, wobei auf der Grundlage der im Schritt S11 gesetzten Ventilsteuerung die zweite Umschaltvorrichtung 8 für eine Verbindung angesteuert wird und die ersten und dritten Umschaltvorrichtungen 7, 9 für eine Trennung angesteuert werden, woraufhin der vorliegende Prozess endet. Wenn sich wie oben beschrieben die Maschine 3 im Betriebsbereich C befindet, d. h. im Niedrigdrehzahl/Hochlast-Bereich, ist es möglich, sicher eine hohe Ausgangsleistung der Maschine 3 zu erhalten, indem die ersten und zweiten Einlassventile IV1, IV2 in die Niedrigdrehzahl-Ventilsteuerung versetzt werden.
Wenn die Antwort auf die Frage des Schritts S10 negativ ist (nein), d. h. wenn sich die Maschine 3 im Betriebsbereich D (Hochdrehzahl-Bereich) befindet, werden die ersten und zweiten Einlassventile IV1, IV2 beide auf die Hochdrehzahl-Ventilsteuerung gesetzt (Schritt S12). Auf der Grundlage der im Schritt S12 gesetzten Ventilsteuerung wird anschließend die dritte Umschaltvorrichtung 9 für eine Verbindung angesteuert, während die ersten und zweiten Umschaltvorrichtungen 7, 8 für eine Trennung angesteuert werden, woraufhin der vorliegende Prozess endet. Wenn sich wie oben beschrieben die Maschine 3 im Betriebsbereich D befindet, d. h. im Hochdrehzahl-Bereich, ist es möglich, eine größere Ausgangsleistung der Maschine 3 zu erhalten, indem die Einlassluftmenge durch erhöhte Ventilhübe erhöht wird, indem die ersten und zweiten Einlassventile IV1, IV2 in der Hochdrehzahl-Ventilsteuerung geöffnet und geschlossen werden.
Wie oben beschrieben worden ist, ist es gemäß der Ventilbetätigungsvorrichtung der vorliegenden Ausführungsform nicht nur möglich, die ersten und zweiten Einlassventile IV1, IV2 durch den Nockentyp-Ventilbetätigungsmechanismus 5 anzusteuern, sondern auch zwischen den Einlassnocken 11 für das Öffnen und Schließen der ersten und zweiten Einlassventile IV1, IV2 unter Verwendung der ersten bis dritten Umschaltvorrichtungen 7 bis 9 auszuwählen, um somit eine optimale Kraftstoffwirtschaftlichkeit und Leistungsabgabe der Maschine 3 auf einer Basis von Betriebsbereich zu Betriebsbereich zu erhalten.
Genauer, wie im folgenden beschrieben wird, werden dann, wenn die Maschine 3 gestartet wird oder im Leerlauf ist, die ersten und zweiten Einlassventile IV1, IV2 beide Mittels des Niedrigdrehzahl-Nockens 11a geöffnet und geschlossen. Dies verhindert eine Verschlechterung der Verbrennung, die durch die Verwendung des verzögert schließenden Nockens 11c hervorgerufen würde, wodurch sicher eine stabile Verbrennung erhalten werden kann. Wenn sich die Maschine 3 während des gleichmäßigen Fahrens des Fahrzeugs im Niedriglastmodus-Bereich befindet, wird das erste Einlassventil IV1 durch den Leerlaufnocken 11b betätigt, während das zweite Einlassventil IV2 durch den verzögert schließenden Nocken 11c betätigt wird. Dies bewirkt, dass in der Brennkammer 3b ein Wirbel erzeugt wird, um eine Verschlechterung der Verbrennung zu unterdrücken, wodurch sicher eine stabile Verbrennung erhalten werden kann. Wenn sich die Maschine 3 während des gleichmäßigen Fahrens des Fahrzeugs im Mittellastmodus-Bereich befindet, werden die ersten und zweiten Einlassventile IV1, IV2 beide von dem verzögert schließenden Nocken 11c betätigt. Dies bewirkt, dass der Ventilschließzeitpunkt verzögert wird, wodurch der Pumpverlust reduziert werden kann, was zu einer verbesserten Kraftstoffwirtschaftlichkeit beiträgt. Somit wird der Einlassnocken zwischen dem verzögert schließenden Nocken 11c und dem Niedrigdrehzahl-Nocken 11a entsprechend einem Betriebszustand der Maschine 3 umgeschaltet, wodurch gleichzeitig eine stabile Verbrennung und eine verbesserte Kraftstoffwirtschaftlichkeit sowohl im Niedriglast- als auch im Mittellast-Betriebsbereich der Maschine erhalten werden können.
Wenn sich ferner die Maschine 3 im Hochdrehzahlbereich befindet, werden die ersten und zweiten Einlassventile IV1, IV2 in der Hochdrehzahl-Ventilsteuerung betrieben. Dies erhöht die Einlassluftmenge, wodurch eine größere Ausgangsleistung der Maschine 3 erhalten werden kann.
Da außerdem gemäß der vorliegenden Erfindung die Kipphebel 12 den Hochdrehzahl-, den Leerlaufzahl-, den Schließverzögerungs- und den Niedrigdrehzahl-Kipphebel 12d, 12b, 12c, 12a umfassen, die in der obenerwähnten Reihenfolge angeordnet sind, und der Leerlaufkipphebel 12b eine kleinere Breite aufweist als der Niedrigdrehzahl-Kipphebel 12a, kann der Abstand zwischen der Mitte der Brennkammer 3b und dem Ende des Hochdrehzahl-Kipphebels 12b längs der Achse der Nockenwelle 10 betrachtet kürzer gemacht werden als in dem Fall, in dem der Hochdrehzahl-Kipphebel 12d an einem Ort axial außerhalb des Niedrigdrehzahl-Kipphebels 12a angeordnet ist, was ermöglicht, die gesamten Kipphebel 12 in einer gut ausgeglichenen Weise bezüglich der Brennkammer 3b anzuordnen.
Die 9A bis 9E sind schematische Ansichten, die die wesentlichen Komponenten einer Variation der obenbeschriebenen ersten Ausführungsform zeigen. Diese Variation ist identisch zur ersten Ausführungsform in der Anordnung der Einlassnocken 11, der Kipphebel 12 und der anderen Komponenten, unterscheidet sich jedoch hiervon nur in der Anordnung der dritten Umschaltvorrichtung 9. Genauer wird in der ersten Ausführungsform die dritte Umschaltvorrichtung 9 für das Umschalten zwischen der Verbindung und Trennung der Niedrigzahl-, Leerlauf-, und Hochdrehzahl-Kipphebel 12a, 12b, 12d verwendet, während in dieser Variation eine Umschaltvorrichtung 36 die dritte Umschaltvorrichtung 9 ersetzt, um zwischen der Verbindung und Trennung der Leerlauf- und Hochdrehzahl-Kipphebel 12a, 12d umzuschalten. Im Betriebsbereich D, wie in 9E gezeigt ist, werden die Umschaltvorrichtung 36 und die zweite Umschaltvorrichtung 8 gleichzeitig für eine Verbindung angesteuert, wodurch die Niedrigdrehzahl-, Leerlauf- und Hochdrehzahl-Kipphebel 12a, 12b, 12d miteinander verbunden werden, was die ersten und zweiten Einlassventile IV2, IV2 veranlasst, in der Hochdrehzahl-Ventilsteuerung sowohl geöffnet als auch geschlossen zu werden. In den anderen Betriebsbereichen werden die ersten und zweiten Umschaltvorrichtungen 7, 8 in der gleichen Weise wie in der ersten Ausführungsform gesteuert, wodurch die ersten und zweiten Einlassventile IV1, IV2 in der gleichen Ventilsteuerung wie in der ersten Ausführungsform geöffnet und geschlossen werden. Somit ist es möglich, die gleichen vorteilhaften Wirkun gen zu erhalten, wie sie durch die erste Ausführungsform geschaffen werden.
Die 10A bis 10C sind schematische Ansichten, die wesentliche Komponenten einer Ventilbetätigungsvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigen. In der zweiten Ausführungsform umfassen die Einlassnocken 11 einen verzögert schließenden Nocken 11c und einen Hochdrehzahlnocken 11d, während die Kipphebel 12 einen verzögert schließenden Kipphebel 12d und einen Hochdrehzahl-Kipphebel 12d umfassen, die jeweils dem Nocken 11c, 11d zugeordnet sind. Der Hochdrehzahl-Kipphebel 12d ist so ausgebildet, dass er eine L-Form aufweist, wobei ein Abschnitt sich längs der Achse der Nockenwelle 10 erstreckt, um sowohl mit dem ersten Einlassventil IV1 als dem zweiten Einlassventil IV2 in Kontakt zu sein.
In der bevorzugten Ausführungsform gemäß dieser Konfiguration wird eine Umschaltvorrichtung 37 für die Trennung im Betriebsbereich A angesteuert, wodurch die ersten und zweiten Einlassventile IV1, IV2 in der Hochdrehzahl-Ventilsteuerung geöffnet und geschlossen werden (10A). Dies ermöglicht, eine Verschlechterung der Verbrennung zu verhindern und sicher eine stabile Verbrennung zu erhalten. In den Betriebsbereichen B1, B2 wird die Umschaltvorrichtung 37 für eine Verbindung angesteuert, wodurch der verzögert schließende Kipphebel 12c und der Hochdrehzahl-Kipphebel 12d miteinander verbunden werden, was die ersten und zweiten Einlassventile IV1, IV2 veranlasst, in der verzögert schließenden Ventilsteuerung geöffnet und geschlossen zu werden (10B). Dies ermöglicht, die Kraftstoffwirtschaftlichkeit durch Reduzieren des Pumpverlustes zu verbessern. In den Betriebsbereichen C, D wird die Umschaltvorrichtung 37 für eine Trennung angesteuert, wodurch die ersten und zweiten Einlassventile IV1, IV2 in der Hochdrehzahl-Ventilsteuerung sowohl geöffnet als auch geschlossen werden (10C), wie im Fall des Betriebsbereiches A. Dies ermöglicht, sicher eine hohe Ausgangsleistung der Maschine 3 zu erhalten.
Die 11A bis 11C sind schematische Ansichten, die wesentliche Komponenten einer Ventilbetätigungsvorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigen. Die dritte Ausführungsform unter scheidet sich von der zweiten Ausführungsform nur dadurch, dass ein einziges Einlassventil IV durch die Einlassnocken 11 geöffnet und geschlossen wird. Der Betrieb der Umschaltvorrichtung 37 in jedem der Betriebsbereiche A bis D ist ähnlich demjenigen in der zweiten Ausführungsform, wodurch ermöglicht wird, die gleichen vorteilhaften Wirkungen zu erhalten, wie sie durch die zweite Ausführungsform geschaffen werden.
Die 12A bis 12B sind schematische Ansichten, die wesentliche Komponenten einer Ventilbetätigungsvorrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigen. In der vierten Ausführungsform umfassen die Einlassnocken 11 den Leerlauf-, den Schließverzögerungs- und den Hochdrehzahl-Nocken 11b bis 11d, während die Kipphebel 12 den Leerlauf-, den Schließverzögerungs- und den Hochdrehzahl-Kipphebel 12b bis 12d umfassen, die jeweils den Nocken 11b bis 11d zugeordnet sind. Ferner sind eine Umschaltvorrichtung 38 zum Umschalten zwischen Verbindung und der Trennung des verzögert schließenden Kipphebels 12c und des Hochdrehzahl-Kipphebels 12d, eine Umschaltvorrichtung 39 zum Umschalten zwischen der Verbindung und der Trennung der Leerlauf-, Schließverzögerungs- und Hochdrehzahl-Kipphebel 12b bis 12d, und eine Umschaltvorrichtung 40 zum Umschalten zwischen der Verbindung und der Trennung des Leerlaufkipphebels 12b und des Hochdrehzahl-Kipphebels 12d vorgesehen. Die ersten und zweiten Einlassventile IV1 und IV2 sind mit jeweils den Hochdrehzahl- und Leerlaufkipphebeln 12d, 12b in Kontakt.
Mit dieser Anordnung der vorliegenden Ausführungsform wird im Betriebsbereich A die Umschaltvorrichtung 38 für eine Verbindung angesteuert, wobei die Umschaltvorrichtungen 39, 40 für eine Trennung angesteuert werden, wodurch das erste Einlassventil IV1 in der Hochdrehzahl-Ventilsteuerung geöffnet und geschlossen wird, und das zweite Einlassventil IV2 in der Leerlauf-Ventilsteuerung geöffnet und geschlossen wird (12A). Dies ermöglicht, eine Verschlechterung der Verbrennung zu verhindern und sicher eine stabile Verbrennung zu erhalten. In den Betriebsbereichen B1, B2 wird die Umschaltvorrichtung 39 für eine Verbindung angesteuert, während die Umschaltvorrichtungen 38, 40 für eine Trennung angesteuert werden, wodurch die ersten und zweiten Einlassventile IV1, IV2 in der verzögert schließenden Ventilsteuerung geöffnet und geschlossen werden (12B).
Dies ermöglicht, die Kraftstoffwirtschaftlichkeit durch Reduzieren des Pumpverlustes zu verbessern. In den Betriebsbereichen C, D wird die Umschaltvorrichtung 40 für eine Verbindung angesteuert, während die Umschaltvorrichtungen 38, 39 für eine Trennung angesteuert werden, wodurch die zwei Einlassventile IV1, IV2 in der Hochdrehzahl-Ventilsteuerung geöffnet und geschlossen werden (12C). Dies ermöglicht, eine größere Ausgangsleistung der Maschine 3 zu erhalten.
Die 13A bis 13C sind schematische Ansichten, die wesentliche Komponenten einer Ventilbetätigungsvorrichtung gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigen. Die vorliegende Ausführungsform unterscheidet sich von der obenbeschriebenen vierten Ausführungsform dadurch, dass ein Niedrigdrehzahl-Nocken 11a anstelle des Leerlaufnockens 11b verwendet wird, wobei die anderen Komponenten und Operationen der Umschaltvorrichtungen 38 bis 40 in den Betriebsbereichen A bis D denjenigen ähnlich sind, die für die vierte Ausführungsform beschrieben worden sind. Die zwei Einlassventile IV1, IV2 werden somit in derselben Ventilsteuerung wie in der vierten Ausführungsform geöffnet und geschlossen, mit der Ausnahme, dass das zweite Einlassventil IV2 im Betriebsbereich A in der Niedrigdrehzahl-Ventilsteuerung geöffnet und geschlossen wird, wodurch es möglich ist, die gleichen vorteilhaften Wirkungen zu erhalten, wie sie von der vierten Ausführungsform geschaffen werden.
14 ist eine Ansicht einer Tabelle, die kollektiv Kombinationen der in den obenbeschriebenen Ausführungsformen verwendeten Einlassnocken 11 zeigt. Die Kombinationen der Einlassnocken 11 sind nicht unbedingt auf diejenigen beschränkt, die oben als Ausführungsformen beschrieben und in der Tabelle nummeriert sind, vielmehr kann eine beliebige geeignete Kombination gesetzt werden. Zum Beispiel können mehr als zwei Einlassventile vorgesehen sein, wobei die Betriebsbereiche der Maschine 3 verschieden von denjenigen in den obigen Ausführungsformen gesetzt werden können, und wobei verschiedene geeignete Kombinationen von Einlassnocken 11 in Abhängigkeit von der Anzahl der Einlassventile und/oder der Einstellungen der Betriebsbereiche gesetzt werden. Ferner können die Anzahl und die Positionen der Umschaltvorrichtungen für die Änderung der Einlassnocken 11 zum Öffnen und Schließen der Einlassventile ebenfalls verschieden gesetzt werden, in Abhängigkeit von der gesetzten Kombination der Einlassnocken 11. Obwohl ferner in den obigen Ausführungsformen nur der Nockenprofil-Umschaltmechanismus 13 zum Umschalten zwischen den jeweiligen Nockenprofilen der Einlassnocken 11 verwendet wird, um die Ventilschließzeit der Einlassventile zu setzen, kann ein Mechanismus zum kontinuierlichen Verändern der Phasen der Einlassnocken 11 zusätzlich zu den Nockenprofil-Umschaltmechanismus 13 verwendet werden, um somit die Ventilschließzeiten der Einlassventile feiner einzustellen.
Obwohl in den obigen Ausführungsformen der Kurbelwinkel-Sensor 42 und der Beschleunigeröffnungs-Sensor 43 als Betriebszustand-Erfassungsmittel zum Erfassen des Betriebszustands der Maschine 3 verwendet werden, ist dies nicht einschränkend aufzufassen, wobei vielmehr die Parameter-Erfassungsmittel, die im Betriebsbedingungs-Erfassungsmittel enthalten sind, durch irgendeinen anderen geeigneten Sensor implementiert werden können, wie z. B. einen Einlassrohr-Absolutdruck-Sensor, der einen Lastparameter erfassen kann.
Obwohl in den obigen Ausführungsformen die Ventilbetätigungsvorrichtung gemäß der Erfindung auf eine Verbrennungskraftmaschine angewendet wird, die auf einem Kraftfahrzeug montiert ist, ist dies ferner nicht einschränkend aufzufassen, vielmehr kann die Erfindung auf Verbrennungskraftmaschinen für andere Industriemaschinen angewendet werden, wie z. B. solche, die auf Schiffen installiert sind, und solche zur Stromerzeugung.
Ferner ist für Fachleute klar, dass das Vorangehende bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung darstellt, und dass verschiedene Änderungen und Modifikationen vorgenommen werden können, ohne vom Erfindungsgedanken und Umfang der Erfindung abzuweichen.
Es wird eine Ventilbetätigungsvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine geschaffen, die wahlweise mit dem normalen Otto-Zyklus oder im Miller-Zyklus betrieben wird, was der Maschine ermöglicht, eine stabile Verbrennung und eine verbesserte Kraftstoffwirtschaftlichkeit während des gleichmäßigen Fahrens oder in einem Niedriglast-Maschinenbetriebsbereich zu erreichen. Ein verzögert schließender Nocken für den Miller-Zyklus-Betrieb und ein normaler Nocken mit einem Nockenprofil für einen früheren Ventilschließzeitpunkt des Einlassventils als bei einem Nockenprofil des verzögert schließenden Nockens sind auf der Nockenwelle vorgesehen. Ein Nockenprofil-Umschaltmechanismus schaltet zwischen dem verzögert schließenden Nocken und dem normalen Nocken zum Öffnen und Schließen des Einlassventils um. Eine ECU steuert den Umschaltmechanismus so, dass dann, wenn ein erfasster Betriebszustand der Maschine ein Anlassen oder einen Leerlauf anzeigt, das Einlassventil durch den normalen Nocken betätigt wird, während dann, wenn der erfasste Betriebszustand ein gleichmäßiges Fahren anzeigt, das Einlassventil durch den verzögert schließenden Nocken betätigt wird.

Claims

Ventilbetätigungsvorrichtung (1) für eine Verbrennungskraftmaschine, die ein Einlassventil (IV) der Maschine betätigt, um dieses zu öffnen und zu schließen, wobei die Ventilbetätigungsvorrichtung (1) umfasst: eine Nockenwelle (10), die angetrieben wird, um sich synchron mit der Rotation der Maschine zu drehen; einen verzögert schließenden Nocken (11c), der auf der Nockenwelle (10) vorgesehen ist, um die Maschine in einem Miller-Zyklus zu betreiben; einen normalen Nocken (11a), der auf der Nockenwelle (10) vorgesehen ist und ein Nockenprofil für einen früheren Ventilschließzeitpunkt des Einlassventils (IV) aufweist als ein Nockenprofil des verzögert schließenden Nockens (11c); einen Umschaltmechanismus (13), der den Einlassnocken zum Öffnen und Schließen des Einlassventils (IV) zwischen dem verzögert schließenden Nocken (11c) und dem normalen Nocken (11a) umschaltet; ein Betriebszustand-Erfassungsmittel (42, 43) zum Erfassen eines Betriebszustands der Maschine; und ein Umschaltmechanismus-Steuermittel zum Steuern des Umschaltmechanismus (13) so, dass dann, wenn der erfasste Betriebszustand der Maschine ein Anlassen oder Leerlaufen der Maschine anzeigt, das Einlassventil (IV) durch den normalen Nocken (11a) geöffnet und geschlossen wird, und dann, wenn der erfasste Betriebszustand der Maschine ein vorgegebener Betriebszustand ist, der kein Anlassen und Leerlaufen der Maschine anzeigt, das Einlassventil (IV) durch den verzögert schließenden Nocken (11c) geöffnet und geschlossen wird.
Ventilbetätigungsvorrichtung (1) nach Anspruch 1, bei der das Betriebszustand-Erfassungsmittel (42, 43) ein Lastparameter-Erfassungsmittel zum Erfassen eines Lastparameters enthält, der eine Last an der Maschine anzeigt, wobei der vorgegebene Betriebszustand der Maschine einen Zustand des vom Lastparameter-Erfassungsmittel erfaßten Lastparameters enthält, der kleiner ist als ein erster vorgegebener Wert.
Ventilbetätigungsvorrichtung (1) nach Anspruch 1, bei der das Einlassventil (IV) wenigstens ein erstes einlaßventil (IV1) und ein zweites Einlassventil (IV2) umfasst, wobei die Ventilbetätigungsvorrichtung (1) ferner einen Leerlaufnocken (11b) umfasst, der auf der Nockenwelle (10) vorgesehen ist und ein Nockenprofil aufweist, das das erste Einlassventil (IV1) im wesentlichen stilllegt, und wobei das Umschaltmechanismus-Steuermittel den Umschaltmechanismus (13) so steuert, dass dann, wenn der Lastparameter kleiner ist als ein zweiter vorgegebener Wert, der kleiner ist als der erste vorgegebene Wert, das erste Einlassventil (IV1) durch den Leerlaufnocken (11b) im wesentlichen stillgelegt wird, und das zweite Einlassventil (IV2) durch den verzögert schließenden Nocken (11c) geöffnet und geschlossen wird, und dann, wenn der Lastparameter gleich oder größer als der zweite vorgegebene Wert und kleiner als der erste vorgegebene Wert ist, das erste Einlassventil (IV1) und das zweite Einlassventil (IV2) durch den verzögert schließenden Nocken (11c) geöffnet und geschlossen werden.
Ventilbetätigungsvorrichtung (1) nach Anspruch 1, bei der die Maschine auf einem Fahrzeug installiert ist, wobei der vorgegebene Betriebszustand der Maschine dem gleichmäßigen Fahren des Fahrzeugs entspricht.
Ventilbetätigungsvorrichtung (1) nach Anspruch 4, bei der das Einlassventil (IV) wenigstens ein erstes Einlassventil (IV1) und ein zweites Einlassventil (IV2) umfasst, wobei die Ventilbetätigungsvorrichtung (1) ferner umfasst: einen Leerlaufnocken (11b), der auf der Nockenwelle (10) vorgesehen ist und ein Nockenprofil aufweist, das das erste Einlassventil (IV1) im wesentlichen stilllegt, wobei das Betriebszustand-Erfassungsmittel (42, 43) ein Lastparameter- Erfassungsmittel zum Erfassen eines Lastparameters umfasst, der eine Last an der Maschine anzeigt, und wobei das Umschaltmechanismus-Steuermittel den Umschaltmechanismus (13) so steuert, dass unter dem vorgegebenen Betriebszustand der Maschine, der dem gleichmäßigen Fahren des Fahrzeugs entspricht, dann, wenn der vom Lastparameter-Erfassungsmittel erfasste Lastparameter kleiner als ein vorgegebener Wert ist, das erste Einlassventil (IV1) durch den Leerlaufnocken (11b) im wesentlichen stillgelegt wird, wobei das zweite Einlassventil (IV2) durch den verzögert schließenden Nocken (11c) geöffnet und geschlossen wird, und dann, wenn der Lastparameter gleich oder größer als der vorgegebene Wert ist, das erste Einlassventil (IV1) und das zweite Einlassventil (IV2) durch den verzögert schließenden Nocken (11c) geöffnet und geschlossen werden.
Ventilbetätigungsvorrichtung (1) nach Anspruch 3, bei der der normale Nocken (11a) umfasst: einen Niedrigdrehzahl-Nocken (11a) mit einem Nockenprofil, das einen Ventilhub des Einlassnockens ergibt, der gleich oder kleiner ist als ein Ventilhub, der durch das Nockenprofil des verzögert schließenden Nockens (11c) erhalten wird, und einen Hochdrehzahl-Nocken (11d) mit einem Nockenprofil, das einen Ventilhub des Einlassventils (IV) ergibt, der größer ist als die Ventilhübe, die durch die jeweiligen Nockenprofile des verzögert schließenden Nockens (11c) und des Niedrigdrehzahl-Nockens (11a) erhalten werden, wobei die Ventilbetätigungsvorrichtung (1) ferner umfasst: einen ersten Kipphebel (12b) in Kontakt mit dem Leerlaufnocken (11b) und dem ersten Einlassventil (IV1), einen zweiten Kipphebel (12c) in Kontakt mit dem verzögert schließenden Nocken (11c), einen dritten Kipphebel (12a) in Kontakt mit dem Niedrigdrehzahl-Nocken (11a) und dem zweiten Einlassventil (IV2), und einen vierten Kipphebel (12d) in Kontakt mit dem Hochdrehzahl-Nocken (11d), wobei der Umschaltmechanismus (13) aufweist: eine erste Umschaltvorrichtung (7) zum Umschalten zwischen der Verbindung und der Trennung des zweiten Kipphebels (12c) und des dritten Kipphebels (12a), eine zweite Umschaltvorrichtung (8) zum Umschalten zwischen der Verbindung und der Trennung des ersten Kipphebels (12b) und des dritten Kipphebels (12a), und eine dritte Umschaltvorrichtung (9) zum Umschalten zwischen der Verbindung und der Trennung des ersten Kipphebels (12b), des dritten Kipphebels (12a) und des vierten Kipphebels (12d), wobei der erste Kipphebel (12b) in der Breite längs einer Richtung einer Achse der Kurbelwelle kleiner ist als der dritte Kipphebel (12a), wobei der zweite Kipphebel (12c) zwischen dem ersten Kipphebel (12b) und dem dritten Kipphebel (12a) angeordnet ist, und wobei der vierte Kipphebel (12d) auf einer vom zweiten Kipphebel (12c) entfernten Seite des ersten Kipphebels (12b) angeordnet ist.
Ventilbetätigungsvorrichtung (1) nach Anspruch 5, bei der der normale Nocken (11a) umfasst: einen Niedrigdrehzahl-Nocken (11a) mit einem Nockenprofil, das einen Ventilhub des Einlassnockens ergibt, der gleich oder kleiner ist als ein Ventilhub, der durch das Nockenprofil des verzögert schließenden Nockens (11c) erhalten wird, und einen Hochdrehzahl-Nocken (11d) mit einem Nockenprofil, das einen Ventilhub des Einlassventils (IV) ergibt, der größer ist als die Ventilhübe, die durch die jeweiligen Nockenprofile des verzögert schließenden Nockens (11c) und des Niedrigdrehzahl-Nockens (11a) erhalten werden, wobei die Ventilbetätigungsvorrichtung (1) ferner umfasst: einen ersten Kipphebel (12b) in Kontakt mit dem Leerlaufnocken (11b) und dem ersten Einlassventil (IV1), einen zweiten Kipphebel (12c) in Kontakt mit dem verzögert schließenden Nocken (11c), einen dritten Kipphebel (12a) in Kontakt mit dem Niedrigdrehzahl-Nocken (11a) und dem zweiten Einlassventil (IV2), und einen vierten Kipphebel (12d) in Kontakt mit dem Hochdrehzahl-Nocken (11d), wobei der Umschaltmechanismus (13) aufweist: eine erste Umschaltvorrichtung (7) zum Umschalten zwischen der Verbindung und der Trennung des zweiten Kipphebels (12c) und des dritten Kipphebels (12a), eine zweite Umschaltvorrichtung (8) zum Umschalten zwischen der Verbindung und der Trennung des ersten Kipphebels (12b) und des dritten Kipphebels (12a), und eine dritte Umschaltvorrichtung (9) zum Umschalten zwischen der Verbindung und der Trennung des ersten Kipphebels (12b), des dritten Kipphebels (12a) und des vierten Kipphebels (12d), wobei der erste Kipphebel (12b) in der Breite längs einer Richtung einer Achse der Kurbelwelle kleiner ist als der dritte Kipphebel (12a), wobei der zweite Kipphebel (12c) zwischen dem ersten Kipphebel (12b) und dem dritten Kipphebel (12a) angeordnet ist, und wobei der vierte Kipphebel (12d) auf einer vom zweiten Kipphebel (12c) entfernten Seite des ersten Kipphebels (12b) angeordnet ist.