DE69714200T2

DE69714200T2 - Ventiltriebanordnung für Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE69714200T2
Application number: DE69714200T
Authority: DE
Inventors: Naoki Kurata; Masanori Sugiyama; Daichi Yamazaki
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1996-12-19
Filing date: 1997-12-19
Publication date: 2003-03-27
Anticipated expiration: 2017-12-20
Also published as: DE69714200D1; EP0849438B1; US5899181A; KR19980064207A; JP3488585B2; KR100286514B1; EP0849438A1; JPH10176508A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Ventilanordnung bzw. einen Ventiltrieb mit einer Nockenwelle zum Betätigen von Einlaß- oder Auslaßventilen in einem Verbrennungsmotor bzw. in einer Brennkraftmaschine. Die vorliegende Erfindung bezieht sich insbesondere auf einen Ventiltrieb, der eine Kraftstoffpumpe durch die Rotation einer Nockenwelle betätigt.

In Beziehung stehender Stand der Technik

Bei einem typischen Verbrennungsmotor wird Rotationskraft einer Kurbelwelle zu den Nockenwelle beispielsweise über einen Steuerriemen übertragen. Die Nockenwellen werden dementsprechend in Rotation versetzt. Ventilnocken an den Nockenwellen öffnen und schließen auswählend Einlaß- und Auslaßventile entsprechend. Von Kraftstoffeinspritzventilen eingespritzter Kraftstoff wird mit Luft gemischt. Wenn die Einlaßventile geöffnet sind, wird das Luft-Kraftstoff-Gemisch in die Brennkammern des Verbrennungsmotor eingeführt. Das Luft-Kraftstoffgemisch füllt dann die Brennkammern und wird verbrannt. Die Verbrennung des Gemischs erzeugt Energie des Verbrennungsmotors. Nach der Verbrennung wird Auslaßgas aus den Brennkammern ausgegeben, wenn die Auslaßventile geöffnet sind.
Beim vorstehend beschriebenen Verbrennungsmotor wird Kraftstoff unter Druck gesetzt und über eine Kraftstoffeinspritzpumpe dem Kraftstoffeinspritzventil zugeführt. Es wurden zahlreichen Arten von Mechanismen zum Betätigen der Kraftstoffeinspritzpumpe vorgeschlagen (siehe "Krafstoffpumpen-Betätigungsmechanismus im Verbrennungsmotor", offenbart in der ungeprüften japanischen Gebrauchsmusterveröffentlichung Nr. 7-22062). Bei einem Mechanismus von diesem Typ ist der Pumpennocken an einer Nockenwelle zum Betätigen einer Kraftstoffeinspritzpumpe vorgesehen. Der Pumpennocken berührt einen Kolben der Einspritzpumpe, wodurch eine Rotation der Nockenwelle in eine hin- und hergehende Bewegung des Kolbens umgewandelt wird. Die hin- und hergehende Bewegung des Kolbens führt Kraftstoff von einem Kraftstofftank in eine Druckbeaufschlagungskammer der Pumpe. Der Kolben setzt dann den Kraftstoff unter Druck und führt diesen den Kraftstoffeinspritzventilen zu.
Das Drehmoment einer Nockenwelle schwankt, wenn diese Einlaßventile und Auslaßventil auswählend öffnet und schließt. Die Einlaßventile und die Auslaßventile werden durch Ventilfedern konstant in eine Schließrichtung gedrückt. Wenn die Ventile gegen die Kraft der Federn geöffnet werden, wirkt ein zur Rotationsrichtung der Kurbelwelle entgegengesetztes Drehmoment auf die Nockenwelle. Im Gegensatz dazu wirkt bei geschlossenen Ventilen ein Drehmoment in Rotationsrichtung der Nockenwelle auf die Nockenwelle. Diese Drehmomente bewirken ein Schwanken des Drehmoments der Nockenwelle. Auch ist die Trägheit von jedem Ventile eine weitere Ursache für das Drehmomentschwanken bei der Nockenwelle.
Eine Kraftstoffeinspritzpumpe, die durch eine Nockenwelle betätigt wird, bringt eine Reaktionskraft auf die Nockenwelle auf. Die Größe der Reaktionskraft bei ihrem Ansaugtakt unterscheidet sich von der Größe bei ihrem Verdichtungstakt. Anders ausgedrückt schwankt die Größe der Reaktionskraft. Daher schwankt das Drehmoment der Nockenwelle nicht nur durch Betätigung der Einlaß- und Auslaßventile, sondern auch durch die Betätigung der Kraftstoffeinspritzpumpe. Wenn die Drehmomentschwankung, die durch die Einlaß- und Auslaßventile verursacht wird, und die Drehmomentschwankung, die durch die Kraftstoffeinspritzpumpe verursacht wird, sich überlagern und sich addieren, ergibt sich aus der sich ergebenden Drehmomentschwankung bei der Nockenwelle eine übermäßige Spannung des Steuerriemens. Das verkürzt die Lebensdauer des Riemens.
Eine starke Drehmomentschwankung der Nockenwelle bewirkt, daß die Spannung des Steuerriemens ebenfalls stark schwankt. Eine starke Spannungsschwankung des Riemens bewirkt ein Vibrieren des Riemens und verursacht eine Resonanz des Riemens. Die Resonanz des Riemens erhöht ferner die Spannung des Riemens. Dieses verkürzt weiter die Lebensdauer des Riemens.
Das Dokument US 5,603,303 bezieht sich auf eine Hochdruckkraftstoff-Förderpumpe, die an einem Mehrzylinder- Verbrennungsmotor montiert werden kann. Die durch die Einlaß- und Auslaßventil bewirkten Schwankungen und die Drehmomentschwankungen, die durch die Kraftstoffeinspritzpumpe verursacht werden, können sich addieren.
Bei einigen Verbrennungsmotoren wird ein Steuerriemen oder werden Zahnräder verwendet, um die Rotationskraft einer Kurbelwelle zu den Nockenwellen zu übertragen. Bei diesen Typen von Verbrennungsmotor erhöht die Drehmomentschwankung der Nockenwellen die Spannung der Kette und die Beanspruchung an den Zähnen der Zahnräder. Dieses verkürzt die Lebensdauer der Kette oder der Zahnräder.
Das Ersetzen der Ventilfedern durch Federn mit geringerer Kraft oder das Ändern des Nockenprofils der Einlaß- oder Auslaßnocken verringert die Drehmomentschwankung der Nockenwelle, die durch die Betätigung der Einlaß- oder Auslaßventile verursacht wird. Im Ergebnis verringert sich die Spannung des Steuerriemens und wird eine Resonanz des Riemens verhindert. Jedoch bewirken schwächere Ventilfedern und abgewandelte Nockenprofile die Leistung (z. B. die Energie) des Verbrennungsmotors.

Offenbarung der Erfindung

Dementsprechend besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, die Lebensdauer eines Getriebemechanismus zu verlängern, der die Rotationskraft einer Kurbelwelle zu den Nockenwellen überträgt.
Diese Aufgabe wird durch einen Ventiltrieb nach Anspruch 1 gelöst. Weitere Ausführungsbeispiele sind Gegenstand der Unteransprüche.
Die vorliegende Erfindung sieht zum Lösen der vorstehenden Aufgabe einen Ventiltrieb zum Antreiben eines Verbrennungsmotorventils vor, das an einer Nockenwelle in einem Verbrennungsmotors vorgesehen ist, wobei der Ventiltrieb aufweist: eine Kurbelwelle, eine Pumpe zum Fördern von Kraftstoff in einen Speicher zum Verbrennungsmotor, wobei die Pumpe eine Druckkammer zum Verdichten von Kraftstoff aufweist, einen Ventilnocken, der an der Nockenwelle vorgesehen ist, zum auswählenden Öffnen und Schließen des Verbrennungsmotorventils, wobei die Nockenwelle einen ersten Drehmoment-Schwankungszyklus hat, der der Rotation der Kurbelwelle als ein Ergebnis des Antriebs des Verbrennungsmotorventils entspricht, einen Pumpennocken, der an der Nockenwelle vorgesehen ist, zum Antreiben der Pumpe, wobei die Nockenwelle einen zweiten Drehmomentschwankungszyklus, der der Rotation der Kurbelwelle als ein Ergebnis des Verdichtens des Kraftstoffs durch die Pumpe entspricht, und einen Getriebemechanismus zum Übertragen des Drehmoments der Kurbelwelle zur Nockenwelle, wobei der Pumpennocken eine Phase bezüglich der Nockenwelle zum Verringern eines Verbundes der ersten und zweiten Drehmomentschwankung hat.
Weitere Aspekte und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung deutlich, die in Zusammenhang mit den beiliegenden Zeichnungen betrachtet wird, wobei die Zeichnung beispielhaft die Prinzipien der Erfindung darstellen.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Die Erfindung kann zusammen mit den Aufgaben und Vorteilen von dieser unter Bezugnahme auf die folgende Beschreibung der zur Zeit bevorzugten Ausführungsbeispiele zusammen mit den beiliegenden Zeichnungen besser verstanden werden.
Fig. 1 ist eine perspektivische Teilansicht, die einen Verbrennungsmotor entsprechend einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt,
Fig. 2 ist eine graphische Darstellung, die ein System zum Zuführen von Kraftstoff zum Verbrennungsmotor von Fig. 1 darstellt,
Fig. 3 ist eine graphische Darstellung, die die Beziehung zwischen den Drehmomentschwankungen und dem Kurbelwinkel im ersten Ausführungsbeispiel zeigt,
Fig. 4 ist eine graphische Darstellung, die die Beziehung zwischen den Drehmomentschwankungen und dem Kurbelwinkel in einem Vergleichsbeispiel zeigt,
Fig. 5 ist eine Seitenansicht, die einen Verbrennungsmotor entsprechend einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt,
Fig. 6 ist eine Schnittansicht, die das Profil eines Pumpennockens zeigt,
Fig. 7 ist eine graphische Darstellung, die einen Ventiltrieb entsprechen dem zweiten Ausführungsbeispiel darstellt,
die Fig. 8(a), 8(b), 8(c) sind graphische Darstellungen, die die Beziehung zwischen den Drehmomentschwankungen und dem Kurbelwinkel im zweiten Ausführungsbeispiel zeigen,
Fig. 9 ist eine graphische Darstellung, die einen Ventiltrieb entsprechend einem dritten Ausführungsbeispiel zeigt,
Fig. 10 ist ein Fließbild, das eine Routine zum Steuern eines Überströmventils zeigt,
Fig. 11 ist eine graphische Darstellung, die die Beziehung zwischen den Drehmomentschwankungen und dem Kurbelwinkel im dritten Ausführungsbeispiel zeigt,
Fig. 12 ist eine perspektivische Teilansicht, die einen Verbrennungsmotor entsprechend einem vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt,
die Fig. 13(a), 13(b) und 13(c) sind graphische Darstellungen, die die Beziehung zwischen den Drehmomentschwankungen bei der Einlaßnockenwelle und dem Kurbelwinkel im vierten Ausführungsbeispiel zeigen,
die Fig. 14(a) und 14(b) sind graphische Darstellungen, die die Beziehung zwischen den Drehmomentschwankungen bei der Auslaßnockenwelle und dem Kurbelwinkel zeigen,
die Fig. 15(a), 15(b) und 15(c) sind graphische Darstellungen, die die Beziehung zwischen den Drehmomentschwankungen und dem Kurbelwinkel zeigen, wenn die Rotationsphase der Einlaßnockenwelle durch einen Mechanismus zur Änderung der Ventilsteuerzeiten verändert wird,
die Fig. 16(a), 16(b) und 16(c) sind graphische Darstellungen, die die Beziehung zwischen Drehmomentschwankungen bei der Einlaßnockenwelle und dem Kurbelwinkel in einem Vergleichsbeispiel zeigen, wenn die Rotationsphase der Einlaßnockenwelle geändert wird, und
Fig. 17 ist eine graphische Darstellung, die einen Ventiltrieb entsprechend einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt.

Beschreibung eines speziellen Ausführungsbeispiels

Nun wird ein Ventiltrieb entsprechend einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beschrieben. Der Ventiltrieb ist in einem Verbrennungsmotor 11 mit vier Zylindern in Reihe montiert.
Wie es in Fig. 1 gezeigt ist, weist der Verbrennungsmotor 11 einen Zylinderblock 12 und einen am oberen Endabschnitt des Zylinderblocks 12 befestigten Zylinderkopf 13 auf. Vier in Reihe angeordnete Zylinder 14 sind im Zylinderblock 12 definiert (nur einer ist gezeigt). Ein Kolben 15 ist für eine Hin- und Herbewegung in jedem Zylinder 14 untergebracht. Jeder Kolben 15 ist durch einen Verbindungsstab 16 mit einer Kurbelwelle 17 gekoppelt.
In jedem Zylinder 14 definieren der Kolben 15 und der Zylinderkopf 13 eine Brennkammer 18. Der Zylinderkopf 13 hat Zündkerzen (nicht gezeigt), von denen jede einem der Zylinder 14 entspricht. Die Zündkerzen sind mit einem Verteiler (nicht gezeigt) verbunden. Durch einen Zünder (nicht gezeigt) wird über den Verteiler eine Hochspannung an die Zündkerzen angelegt.
Der Zylinderkopf 13 weist Paare von Einlaßventilen 20 und Paaren von Auslaßventilen 21 auf. Ein Paar von Einlaßventilen 20 und ein Paar von Auslaßventilen 21 entspricht jeweils einem der Zylinder 14. Jede Brennkammer 18 steht mit einem Paar an Einlaßanschlüssen und einem Paar an Auslaßanschlüssen (von denen keiner gezeigt ist) in Verbindung. Die Einlaßventile 20 und die Auslaßventile 21 öffnen und schließen die Einlaßanschlüsse bzw. die Auslaßanschlüsse auswählend. Der Zylinderkopf 13 ist ebenfalls mit einer Kraftstoffverteilleitung 22 verbunden (siehe Fig. 2). Die Verteilleitung 22 ist mit vier Kraftstoffeinspritzventilen 23 (siehe Fig. 2) verbunden, wobei jeder von diesen einem der Zylinder 14 entspricht. Der Kraftstoff in der Verteilleitung 22 wird über die Kraftstoffeinspritzventile 23 in die Brennkammern 18 direkt eingespritzt.
Eine Einlaßnockenwelle 24 und eine Auslaßnockenwelle 25 werden im Zylinderkopf 13 drehbar gelagert. Paare von Ventilnocken 26 befinden sich an der Einlaßnockenwelle 24, wobei sich ein vorbestimmter Intervall zwischen benachbarten Paaren befindet. In ähnlicher Weise befinden sich Paare von Ventilnocken 27 an der Auslaßnockenwelle 25, wobei sich ein vorbestimmter Intervall zwischen benachbarten Paaren befindet. Die Ventilnocken 26 berühren Ventilheber 20a der Einlaßventile 20, wobei die Ventilnocken 27 die Ventilheber 21a der Auslaßventile 21 berühren. In jedem der Ventilheber 20a, 21a ist eine Ventilfeder (nicht gezeigt). Die Ventilheber 20a, 21a werden durch die Ventilfedern zu den Ventilnocken 26, 27 gedrückt.
Die Nockenscheiben 30, 31 sind an einem Endabschnitt (dem linken Endabschnitt bei Betrachtung in der Zeichnung) der Nockenwellen 24 bzw. 25 befestigt. Eine Kurbelscheibe 32 ist an einem Endabschnitt der Kurbelwelle 17 befestigt. Die Scheiben 30-32 drehen sich einstückig mit den zugeordneten Wellen 24, 25, 17. Ein Steuerriemen 33 ist um die Nockenscheiben 30, 31 und die Kurbelscheibe 32 gewickelt. Der Riemen 33, die Kurbelscheibe 32 und die Nockenscheiben 30, 31 übertragen eine Rotationskraft der Kurbelwelle 17 zu den Nockenwellen 24, 25. Ein Zyklus des Verbrennungsmotors 11 oder vier Takte (Ansaug-, Verdichtungs-, Verbrennungs- und Auslaßtakt) von jedem Kolben 151 dreht die Kurbelwelle 17 zwei Mal (720º Kurbelwellenwinkel). Bei zwei Umdrehungen der Kurbelwelle 17 drehen sich die Nockenwellen 24, 25 einmal.
Ein Kurbelwinkelsensor 35 befindet sich an der Kurbelwelle 17. Der Sensor 35 weist einen Rotor 36, der aus magnetischem Material gefertigt ist, und eine elektromagnetischen Meßwandler 37 auf. Der Rotor 36 ist an der Kurbelwelle 17 befestigt und hat Zähne an seinem Umfang. Die Zähne sind mit gleichen Winkelintervallen voneinander entfernt. Jedesmal, wenn einer der Zähne am Meßwandler 37 vorbeiläuft, erzeugt der Meßwandler 37 ein Impulssignal, das den Kurbelwinkel anzeigt.
Der elektromagnetische Meßwandler 37 des Verbrennungsmotors 11 ist mit einer elektronischen Steuereinheit (ECU) 38 verbunden. Der Meßwandler 37 gibt die Kurbelwinkelsignale zur ECU 38 aus. Der Verteiler hat einen Zylinderkennzeichnungssensor (nicht gezeigt), der eine Referenzposition an der Kurbelwelle 17 erfaßt. Der Kennzeichnungssensor gibt ein Referenzpositionssignal zur ECU 38 ab. Die ECU 38 beginnt mit dem Zählen der Anzahl der Kurbelwinkelsignale vom Kurbelwinkelsensor 35 nach dem Aufnehmen eines Referenzpositionssignals und berechnet den Rotationswinkel (Kurbelwinkel θ) der Kurbelwelle 17.
Die ECU 38 weist einen Direktzugriffspeicher (RAM), einen Festwertspeicher (ROM), der unterschiedliche Steuerprogramme speichert, und eine Zentrale Verarbeitungseinheit (CPU), die unterschiedliche Berechnungen ausführt, (keine von diesen ist gezeigt) auf. Der RAM, der ROM und die CPU sind durch einen bidirektionalen Bus (nicht gezeigt) miteinander verbunden.
Der Zylinderkopf 13 ist mit einer Kraftstoffeinspritzpumpe 40 versehen, die der Kraftstoffverteilleitung 22 Hochdruckkraftstoff zuführt. Ein elliptischer Pumpennocken 41 ist an einem Endabschnitt (rechter Endabschnitt bei Betrachtung in Fig. 1) der Auslaßnockenwelle 25 befestigt. Die Kraftstoffeinspritzpumpe 40 weist einen Pumpenheber 42 (siehe Fig. 2) auf. Der Pumpenheber 42 berührt den Pumpennocken 41.
Wie es in Fig. 2 gezeigt ist, weist die Kraftstoffeinspritzpumpe 40 einen Zylinder 43 auf. Ein Plungerkolben 44 ist hin- und hergehenden im Zylinder 43 untergebracht. Der Pumpenheber 42 ist am unteren Endabschnitt des Plungerkolbens 44 befestigt und wird durch eine Feder (nicht gezeigt) zum Pumpennocken 41 hin gedrückt.
Die Wand des Zylinders 43 und die Fläche am oberen Ende des Plungerkolbens 44 definieren eine Druckbeaufschlagungskammer 45. Ein Hochdruckanschluß 46 steht mit der Druckbeaufschlagungskammer 45 in Verbindung. Der Anschluß 46 steht durch einen Hochdruckkraftstoffkanal 47 mit der Kraftstoffverteilleitung 22 in Verbindung. Ein Rückschlagventil 48 befindet sich auf halben Wege im Kanal 47. Das Rückschlagventil 48 verhindert, daß Kraftstoff von der Leitung 22 zur Druckbeaufschlagungskammer 45 zurückströmt.
Der Zylinder 43 hat ferner einen Zuführanschluß 49 und einen Überströmanschluß 50, die mit der Druckbeaufschlagungskammer 45 in Verbindung stehen. Der Zuführanschluß 49 steht über eine Kraftstoffzuführleitung 51 mit einem Kraftstofftank 52 in Verbindung. Ein Kraftstoffilter 53 und eine Zuführpumpe 54 befinden sich in der Zuführleitung 51. Im Kraftstofftank 52 gespeicherter Kraftstoff wird durch die Förderpumpe 54 über den Filter 53 abgezogen und wird über die Kraftstoffzuführleitung 51 der Druckbeaufschlagungskammer 45 zugeführt. Ein Rückschlagventil 55 befindet sich in der Leitung 51 zwischen der Förderpumpe 54 und der Kammer 45. Das Rückschlagventil 55 verhindert, daß Kraftstoff in der Druckbeaufschlagungskammer 45 zur Förderpumpe 54 zurückfließt.
Der Überströmanschluß 50 ist über eine Kraftstoffüberströmleitung 56 mit dem Kraftstofftank 52 verbunden. Ein Überströmventil 57 befindet sich auf halbem Wege in der Überströmleitung 56. Das Überströmventil 57 ist ein normalerweise geöffnetes elektromagnetisches Ventil und öffnet und schließt sich auf der Grundlage von Erregungssignalen von der ECU 38. Das Ventil 57 schließt sich, wenn ein EIN-Signal von der ECU 38 eingegeben wird, und öffnet sich, wenn ein Strom von der ECU 38 gestoppt wird.
Wenn der Verbrennungsmotor 11 läuft, wird Luft durch den Einlaßanschluß in die Brennkammer 18 eingezogen, wenn das Einlaßventil 20 ist. Gleichzeitig spritzt das Kraftstoffeinspritzventil 23 Kraftstoff in die Brennkammer 18 ein. Das Luft-Kraftstoff-Gemisch wird durch die Zündkerze entzündet und verbrannt. Dadurch dreht sich die Kurbelwelle 17. Nach dem Verbrennen wird das Auslaßgas nach außen durch den Auslaßanschluß ausgegeben, wenn das Auslaßventil 21 geöffnet ist.
Die Rotation der Kurbelwelle 17 wird zu den Nockenwellen 24, 25 über den Steuerriemen 33 übertragen, wodurch die Nockenwellen 24, 25 und die Ventilnocken 26, 27 in Rotation versetzt werden. Die Rotation der Ventilnocken 26, 27 betätigt die Ventile 20, 21.
Der Pumpennocken 41 dreht sich einstückig mit der Auslaßnockenwelle 25. Die Rotation des Nockens 41 bewegt den Plungerkolben 44 durch den Pumpenheber 42 hin und her. Das Hin- und Hergehen des Plungerkolbens 44 führt Hochdruckkraftstoff in der Druckbeaufschlagungskammer 45 zur Verteilleitung 22, wenn das Überströmventil 57 geschlossen ist. Genauer gesagt wird, wenn der Plungerkolben 44 abgesenkt wird, Kraftstoff in der Förderpumpe 54 über die Zuführleitung 51 in die Kammer 45 gezogen. Wenn das Überströmventil 57 geschlossen ist, setzt die Hubbewegung des Plungerkolbens 44 den Kraftstoff in der Kammer 45 stark unter Druck und führt den Kraftstoff in der Kammer 45 zur Verteilleitung 22 über den Kanal 47. Wenn das Überströmventil 57 geöffnet ist, setzt andererseits die Hubbewegung des Plungerkolbens 44 den Kraftstoff in der Kammer 45 nicht stark unter Druck. Statt dessen wird der Kraftstoff in der Kammer 45 über die Überströmleitung 56 zum Kraftstofftank 52 zurückgeführt.
Die ECU 38 ändert die Zeiten, bei denen das Überströmventil 57 geschlossen ist, wodurch die Menge an der Verteilleitung 22 zugeführtem Kraftstoff gesteuert wird. Dementsprechend wird der Kraftstoffdruck in der Leitung 22 oder der Kraftstoffeinspritzdruck des Einspritzventils 23 gesteuert. In diesem Ausführungsbeispiel hat der Pumpennocken 41 ein elliptisches Profil und weist somit zwei Nockenansätze auf. Daher kann die Einspritzpumpe 40 während zweier Drehungen der Kurbelwelle 17 Kraftstoff unter Druck setzen und den unter Druck gesetzten Kraftstoff der Leitung 22 zwei Mal zuführen.
In diesem Ausführungsbeispiel ist die Phase des Pumpennockens 41 optimal zur Verringerung der Spannung des Steuerriemens 33. Die Phase des Pumpennockens 41 wird nun beschrieben.
Gemäß Vorbeschreibung wird ein Drehmomentschwanken in der Einlaßnockenwelle 24 erzeugt, wenn die Welle 24 die Einlaßventile 20 betätigt. In gleicher Weise wird ein Drehmomentschwanken in den Nockenwellen 25 erzeugt, wenn die Welle 25 die Auslaßventile 21 betätigt. Auf diese Drehmomentschwankungen wird sich nachfolgend als Ventilbetätigungs-Drehmomentschwankungen bezogen. Auch hat die Auslaßnockenwelle 25 eine Drehmomentschwankung, die erzeugt wird, wenn die Einspritzpumpe 40 betätigt wird. Auf die Drehmomentschwankung wird sich nachfolgend als Pumpenantriebs-Drehmomentschwankung bezogen. Die Pumpenantriebs-Drehmomentschwankung wird nur dann erzeugt, wenn die Überströmventil 57 geschlossen ist und der Kraftstoff unter Druck steht. Die Größe der Pumpenantriebs-Drehmomentschwankung ändert sich entsprechend dem Anheben des Pumpenhebers 42.
Die Ventilbetätigungs-Drehmomentschwankungen und die Pumpenantriebs-Drehmomentschwankungen ändern sich in Bezug auf den Kurbelwinkel θ. In der graphischen Darstellung von Fig. 3 stellt die gleichmäßig unterbrochene Linie eine Resultierende der Ventilbetätigungs-Drehmomentschwankung der Einlaßnockenwelle 24 und der Ventilbetätigungs-Drehmomentschwankung der Auslaßnockenwelle 25 dar. Auf diese resultierende Schwankung wird sich nachfolgend als Ventiltrieb-Drehmomentschwankung bezogen. Die gestrichelte Linie mit langen und kurzen Segmenten stellt eine Pumpenantriebs-Drehmomentschwankung dar, die in der Auslaßnockenwelle 25 erzeugt wird. Die Vollinie stellt die Resultierende der Ventiltrieb-Drehmomentschwankung und der Pumpenantriebs-Drehmomentschwankung dar. Auf die Schwankung, die durch die Vollinie dargestellt wird, wird sich nachfolgend als Drehmomentgesamtschwankung bezogen.
Wie es in Fig. 3 gezeigt ist, wiederholt sich die gleiche Wellenform zwei Mal bei der Ventiltrieb-Drehmomentschwankung bei zwei Umdrehungen der Kurbelwelle 17. Da auch der Pumpennocken 41 zwei Nockenansätze hat, wiederholt sich die gleiche Wellenform zwei Mal bei der Pumpenantriebs-Drehmomentschwankung während zwei Umdrehungen der Kurbelwelle 17. In der in Fig. 3 dargestellten Periode ist das Überströmventil 57 geschlossen und setzt die Kraftstoffeinspritzpumpe 40 den Kraftstoff wiederholt unter Druck.
Fig. 4 zeigt eine graphische Vergleichsdarstellung der gleichen Kennlinien von einem Verbrennungsmotor nach dem Stand der Technik, bei dem die Spitzenwerte der Ventiltrieb-Drehmomentschwankung und der Pumpenantriebs- Drehmomentschwankung bei dem gleichen Kurbelwinkel θ auftreten. Wie in Fig. 3 stellen die gleichmäßig unterbrochene Linie, die Strich-Punkt-Linie und die Vollinie in Fig. 4 die Ventiltrieb-Drehmomentschwankung, die Pumpenantriebs-Drehmomentschwankung bzw. die Gesamtdrehmomentschwankung dar. In diesem Fall haben die Spitzenwerte der Gesamtdrehmomentschwankung im Vergleich zu den Spitzenwerten der Gesamtdrehmomentschwankung von Fig. 3 größere Werte. Die Amplitude der Gesamtdrehmomentschwankung des Verbrennungsmotors nach dem Stand der Technik von Fig. 4 ist größer. Die erhöhten Spitzenwerte der Gesamtdrehmomentschwankung erhöhen die Maximalspannung des Steuerriemens 33. Dieses verkürzt die Lebensdauer des Riemens 33.
Ferner ergibt sich aus der größeren Amplitude der Gesamtdrehmomentschwankung eine erhöhte Spannungsschwankung des Steuerriemens 33. Die erhöhte Spannungsschwankung des Riemens 33 läßt den Riemen 33 vibrieren und bewirkt eine Resonanz. Die Resonanz erhöht weiter die maximale Spannung des Steuerriemens 33. Dieses verkürzt weiter die Lebensdauer des Riemens 33.
Im Gegensatz dazu ist die Phase des Pumpennockens 41 oder die Relativlage bei den Nockenansätzen im durch die graphische Darstellung von Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel in einer solchen Weise vorgesehen, daß die Maximalwerte der Pumpenantriebs-Drehmomentschwankung (die Strich-Punkt-Linie) im wesentlichen die Minimalwerte der Ventiltriebdrehmomentschwankung (die gleichmäßig unterbrochene Linie) überdeckt. Daher wirkt die Pumpenantriebs-Drehmomentschwankung der Ventiltriebdrehmomentsschwankung in gewissem Maße entgegen. Somit hat die Gesamtdrehmomentschwankung in diesem Ausführungsbeispiel, wie es durch Fig. 3 gezeigt ist, geringere Maximalwerte und eine geringere Amplitude als das Vergleichsbeispiel aus dem Stand der Technik von Fig. 4. Durch Versuche wurde bestätigt, daß dieses Ausführungsbeispiel die Maximalspannung des Riemens 33 im Vergleich zum Vergleichsbeispiel nach dem Stand der Technik um ungefähr 20% verringert. Im Ergebnis wird die Maximalspannung des Steuerriemens 33 verringert. Dieses erhöht die Lebensdauer des Riemens 33. Da bei diesem Ausführungsbeispiel die Amplitude der Spannungsschwankung des Riemens 33 verringert wird, wird ferner Resonanz beim Riemen 33 verringert. Daher erhöht sich die Spannung des Riemens 33 nicht durch die Resonanz. Im Ergebnis wird die Lebensdauer des Steuerriemens 33 weiter erhöht.
Bei diesem Ausführungsbeispiel sind keine Änderungen bei der Kraft der Ventilfedern und beim Nockenprofil der Ventilnocken 26, 27 erforderlich. Daher erhöht sich die Lebensdauer des Steuerriemens 33, ohne daß die Energiekennlinien des Verbrennungsmotors 11 gesenkt werden.
Nun wird ein zweites Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beschrieben. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird die vorliegende Erfindung in einem Sechs- Zylinder-Verbrennungsmotor 11 vom V-Typ ausgeführt.
Wie es in Fig. 5 gezeigt ist, hat der Verbrennungsmotor 11 eine linke Reihe 60 und eine rechte Reihe 61, die in einem Winkel von 90º um einen Kurbelwelle 17 voneinander beabstandet sind. Jede der Reihen hat drei Zylinder (nicht gezeigt), die in dieser definiert sind.
Jeder der Reihen weist einen Zylinderkopf 13 auf. Wie es in Fig. 7 gezeigt ist, sind die Einlaßnockenwellen 62, 63 in den Zylinderköpfen 13 der Reihen 60, 61 drehbar gelagert. Nockenscheiben 64, 65 sind an den Endabschnitten (linken Endabschnitten bei Betrachtung in Fig. 7) der Einlaßnockenwellen 62, 63 befestigt. Wie es in den Fig. 5 und 7 gezeigt ist, ist ein Steuerriemen 33 um die Nockenscheiben 64, 65 und eine Kurbelscheibe 32 gewickelt, die an der Kurbelwelle 17 befestigt ist.
Die Reihen 60, 61 haben ebenfalls jeweilige Auslaßnockenwellen 66, 67. Die Auslaßnockenwellen 66, 67 verlaufen parallel zu den Einlaßnockenwellen 62, 63 und sind an den Zylinderköpfen 13 der Reihen 60, 61 drehbar gelagert. Drei Paare an Ventilnocken 68, 69 befinden sich in den Einlaßnockenwellen 62 bzw. 63, wobei zwischen benachbarten Paaren ein vorbestimmter Intervall vorliegt. In ähnlicher Weise sind drei Paare an Ventilnocken 70, 71 an der Auslaßnockenwelle 66 bzw. 67 angeordnet, wobei ein vorbestimmter Intervall zwischen benachbarten Paaren vorgesehen ist.
Die Einlaßnockenwelle 62, 63 weist treibende Räder 72 bzw. 73 auf. Auch die Auslaßnockenwellen 66, 67 weisen getriebene Räder 74 bzw. 75 auf. Die getriebenen Räder 74, 75 sind Scherenräder und steht mit treibenden Rädern 72 bzw. 73 in Eingriff. Die treibenden Räder 72, 73 und die getriebenen Räder 74, 75 sind Schrägzahnstirnräder mit Zähnen, die zur Achse der Wellen nicht parallel, sondern um die Wellen spiralförmig verlaufen. Eine Rotationskraft der Kurbelwelle 17 wird zu den Einlaßnockenwellen 62, 63 durch den Steuerriemen 33 und die Nockenscheiben 64, 65 übertragen. Die Rotationskraft der Einlaßnockenwellen 62, 63 wird dann zu den Auslaßnockenwellen 66, 67 durch die treibenden Räder 72, 73 und die getriebenen Räder 74, 75 übertragen.
Jeder Zylinderkopf 13 weist eine Kraftstoffverteilleitung auf. Jede Verteilleitung ist mit Kraftstoffeinspritzventilen (nicht gezeigt) verbunden. Jeder Zylinderkopf 13 hat eine Kraftstoffeinspritzpumpe (nicht gezeigt), die die gleiche Konstruktion wie im ersten Ausführungsbeispiel hat. Der Verbrennungsmotor 11 weist ebenfalls ein Paar an Überströmventilen zum Steuern der Kraftstoffmenge, die von den Kraftstoffeinspritzpumpen eingespritzt wird, auf. Die Kraftstoffeinspritzpumpen und die Überströmventile haben die gleichen Aufbau wie beim ersten Ausführungsbeispiel.
Pumpennocken 76, 77 befinden sich an den Auslaßnockenwellen 66 bzw. 67 zum Betätigen der Einspritzpumpen. Wie es in Fig. 6 gezeigt ist, haben die Pumpennocken 76, 77 drei Nockenansätze. Die Nockenansätze sind um die Achse der Auslaßnockenwellen 66, 67 mit 120º im Winkel beabstandet. Daher können die Einspritzpumpen den Kraftstoff drei Mal unter Druck setzen, während sich die Kurbelwelle 17 zwei Mal dreht.
Fig. 8(a) ist eine graphische Darstellung, die Drehmomentschwankungen bei der rechten Reihe 61 bezüglich dem Kurbelwinkel θ zeigt. Die gleichmäßig unterbrochene Linie stellt die Ventiltrieb-Drehmomentschwankung dar (die Resultierende der Ventilbetätigungsdrehmomentschwankungen bei der Einlaßnockenwelle 62 und der Auslaßnockenwelle 67). Die Strich-Punkt-Linie stellt die Pumpenantriebsdrehmomentschwankung dar. Die Vollinie stellt die Gesamtdrehmomentschwankung bei der Reihe 61 dar. In ähnlicher Weise stellen in Fig. 8b) die gleichmäßig unterbrochene Linie, die Strich-Punkt-Linie und die Vollinie die Ventiltriebdrehmomentschwankung, die Pumpenantriebsdrehmomentschwankung bzw. die Gesamtdrehmomentschwankung bei der linken Reihe 60 dar.
Gemäß Vorbeschreibung hat jede der Einlaßnockenwellen 62, 63 und Auslaßnockenwellen 66, 67 drei Paare an Nocken. Bei diesem Verbrennungsmotor 11 wiederholt sich die gleiche Wellenform drei Mal bei der Ventiltriebdrehmomentschwankung während zweier Umdrehungen der Kurbelwelle 17, wie es in den Fig. 8(a) und 8(b) gezeigt ist. Da die Pumpennocken 76, 77 drei Nockenansätze haben, wiederholt sich auch die gleiche Wellenform drei Mal bei der Pumpenantriebs-Drehmomentschwankung bei zwei Umdrehungen der Kurbelwelle 17.
Wie es in den Fig. 8(a) und 8(b) dargestellt ist, werden die Phasen der Pumpennocken 76, 77 oder die Relativorte der Nockenansätze so bestimmt, daß größere Werte der Pumpenantriebs-Drehmomentschwankungen (die Strich- Punkt-Linien in den Fig. 8(a) und 8(b)) kleinere Werte der Ventiltriebdrehmomentschwankungen (die gleichmäßig unterbrochenen Linien in den Fig. 8(a) und 8(b)) im wesentlichen überdecken. Daher wirken die Pumpenantrieb- Drehmomentschwankungen den Ventiltrieb-Drehmomentschwankungen in einem Maße entgegen.
In der graphischen Darstellung von Fig. 8(c) wird die Resultierende der Ventiltrieb-Drehmomentschwankungen in den Reihen 60, 61 durch die gleichmäßig unterbrochene Linie wiedergegeben und die Resultierende der Gesamtdrehmomentschwankungen in den Reihen 60, 61 durch die Vollinie dargestellt.
Auch stellt in der graphischen Darstellung von Fig. 8(c) die gestrichelte Linie die Gesamtdrehmomentschwankung eines Verbrennungsmotors V-8 nach dem Stand der Technik dar, der als Vergleich verwendet wird. Im Beispiel der Fig. 5 bis 8 sind die Phasen der Pumpennocken 76, 77 so vorgesehen, daß größere Werte der Pumpenantriebsdrehmomentschwankungen in den Reihen 60, 61 größere Werte der Ventiltrieb-Drehmomentschwankungen in den Reihen 60, 61 im wesentlichen überdecken.
Wie es in Fig. 8(c) gezeigt ist, hat die Resultierende (die Vollinie) der Gesamtdrehmomentschwankungen in den Reihen 60, 61 (Vollinien in den Fig. 8(a) und 8(b)) entsprechend diesem Ausführungsbeispiel kleinere Maximalwerte und eine niedrigere Amplitude als das Vergleichsbeispiel (die Strich-Punkt-Linie in Fig. 8(c)). Daher verringert sich wie im ersten Ausführungsbeispiel die maximale Spannung des Steuerriemens 33. Ferner verringert dieses Ausführungsbeispiel die Amplitude der Spannungsschwankung des Riemens 33. Im Ergebnis verlängert sich die Lebensdauer des Riemens 33.
Ferner sind die Einlaßnockenwellen 62, 63 mit den Auslaßnockenwellen 66, 67 durch die treibenden Schrägzahnstirnräder 72, 73 und die getriebenen Schrägzahnstirnräder 74, 75 gekoppelt. Daher verursachen Drehmomentschwankungen bei den Nockenwellen 62, 63, 66, 67 Vibrationen in den Nockenwellen 62, 63, 66, 67 in ihrer Axialrichtung. Die Vibrationen der Nockenwellen 62, 63, 66, 67 bewirken einen Verschleiß der Lager, die die Wellen 62, 63, 66, 67 stützen.
Da jedoch dieses Ausführungsbeispiel die Drehmomentschwankung in den Nockenwellen 62, 63, 66, 67 unterdrückt, werden die Vibrationen der Nockenwellen 62, 63, 66, 67 in ihrer Axialrichtung dementsprechend unterdrückt. Dieses verhindert, daß das Lager durch die Vibrationen der Nockenwellen 62, 63, 66, 67 verschlissen wird.
Auch verringert ein Unterdrücken der Axialvibrationen der Nockenwellen 62, 63, 66, 67 die Geräusche, die durch die treibenden Zahnräder 72, 73 und das getriebene Zahnrad 74, 75 und die auf die Zähne der Zahnräder 72-75 wirkende Last verursacht werden.
Nun wird ein weiteres Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beschrieben. In diesem Ausführungsbeispiel ist die vorliegende Erfindung in einem Verbrennungsmotor 11 mit sechs Zylindern in Reihe ausgeführt.
Die Unterschiede zum ersten Ausführungsbeispiel werden im wesentlichen nachstehend diskutiert; Komponenten, die ähnlich oder gleich den entsprechenden Komponenten des ersten Ausführungsbeispiels sind, haben gleiche oder ähnliche Bezugszeichen.
Wie es in Fig. 9 gezeigt ist, befinden sich sechs Paare an Ventilnocken 26 an der Einlaßnockenwelle 24. In ähnlicher Weise sind sechs Paare an Ventilnocken 27 an der Auslaßnockenwelle 25 ausgebildet. Nockenscheiben 30, 31 sind an Endabschnitten der Einlaß- und Auslaßnockenwellen 24 bzw. 25 befestigt. Ein Steuerriemen 33 ist um die Nockenscheiben 30, 31 und eine Kurbelscheibe 32 gewickelt. Ein elliptischer Pumpennocken 41 ist am rechten Endabschnitt der Auslaßnockenwelle 25 befestigt. Wie im ersten Ausführungsbeispiel hat der Pumpennocken 41 zwei Nockenansätze. Die Rotation des Pumpennockens 41 betätigt eine Kraftstoffeinspritzpumpe 40 (siehe Fig. 2).
Teil (a) von Fig. 11 zeigt die Ventiltrieb-Drehmomentschwankung (Resultierende der Ventilbetätigungs- Drehmomentschwankungen bei der Einlaßnockenwelle 24 und der Auslaßnockenwelle 25) bezüglich dem Kurbelwinkel θ. Teil (b) zeigt die Pumpenantriebs-Drehmomentschwankung bezüglich dem Kurbelwinkel θ. Teil (c) zeigt die Erregungssignale, die von der ECU 38 zum Überströmventil 57 ausgegeben werde, in Beziehung zum Kurbelwinkel θ. Bei Teil (b) von Fig. 11 stellen die Vollinien zwischen den Kurbelwinkeln θ2 und θ3 und zwischen den Kurbelwinkeln θ6 und θ7 die Pumpenantriebs-Drehmomentschwankung dar, wenn eine Überströmventil-Steuerroutine, die später beschrieben wird, ausgeführt wird. Die gestrichelte Linie stellt die Pumpenantriebdrehmomentschwankung dar, wenn die Routine nicht ausgeführt wird.
Wenn die Nockenwellen 24, 25 sechs Paare an Ventilnocken 26 bzw. 27 haben, wie in diesem Ausführungsbeispiel, hat die Ventiltrieb-Drehmomentschwankung eine relativ hohe Frequenz, wie es in Fig. 11 dargestellt ist. Während zwei Umdrehungen der Kurbelwelle 17 wird dieselbe Wellenform sechs Mal bei der Ventiltrieb-Drehmomentschwankung wiederholt. In diesem Fall überdecken größere Werte der Pumpenantriebsdrehmomentschwankung größere Werte der Ventiltrieb-Drehmomentschwankung (z. B. zwischen den Kurbelwinkeln θ2 und θ3). Dieses erhöht die Gesamtdrehmomentschwankung.
In diesem Ausführungsbeispiel wird das Überströmventil 57 gesteuert, um die Pumpenantriebs-Drehmomentschwankung zu unterdrücken. Dementsprechend verringert sich die Gesamtdrehmomentschwankung, die sich aus der Pumpenantriebs-Drehmomentschwankung und der Ventiltrieb-Drehmomentschwankung ergibt.
Die Überströmventil-Steuerroutine zum Steuern des Überströmventils 57 wird nun unter Bezugnahme auf ein Fließbild von Fig. 10 beschrieben. Wie es in Teil (c) von Fig. 11 gezeigt ist, beginnt die Stromzuführung zum Überströmventil 57 bei einem Kurbelwinkel θ1 und bei einem Kurbelwinkel von θ5 und endet bei Kurbelwinkeln θ4 und θ8. Diese Zeitpunkte, zu denen mit der Stromzuführung begonnen und diese beendet wird, werden in einer Routine zur Steuerung des Kraftstoffdrucks in der Kraftstoffverteilleitung 22 (siehe Fig. 2) bestimmt. Die Überströmventil-Steuerroutine ist ein Interrupt, der durch die ECU 38 bei jedem vorbestimmten Kurbelwinkel θ (z. B. bei 10 Grad) ausgeführt wird.
In Schritt 100 beurteilt die ECU 38, ob der momentane Kurbelwinkel θ eine der folgenden Bedingungen erfüllt.
Bedingung (1): θ2 ≤ θ ≤ θ3
Bedingung (2): θ6 ≤ θ ≤ θ7
(θ6 = θ2 +360º, θ7 = θ3 + 360º)
Bereiche der Kurbelwinkel θ, bei denen die Ventiltrieb-Drehmomentschwankung größere Werte hat, werden zuvor berechnet. Der minimale Kurbelwinkel und der maximale Kurbelwinkel im berechneten Bereich werden als ein Kurbelwinkel θ2 der ersten Bestimmung und ein Kurbelwinkel θ3 der zweiten Bestimmung definiert. Die Winkel θ2 und θ3 wurden zuvor in einem ROM der ECU 38 gespeichert.
Wenn eine der Bedingungen (1) und (2) in Schritt 100 erfüllt ist, geht die ECU 38 zu Schritt 110. In Schritt 110 beendet die ECU 38 die Stromzufuhr zum Überströmventil 57, wodurch das Überströmventil 57 geöffnet wird. Dann wird Kraftstoff in der Druckbeaufschlagungskammer 45 (siehe Fig. 2) durch die Überströmleitung 56 zum Kraftstofftank 52 (siehe Fig. 2) zurückgeführt. Da die Druckbeaufschlagung des Kraftstoffs in der Kammer 45 zeitweise gestoppt wird, verringert sich die Pumpenantriebs-Drehmomentschwankung in den Bereichen zwischen θ2 und θ3 und zwischen θ6 und θ7 im wesentlichen auf Null, wie es in Teil (b) von Fig. 11 dargestellt ist.
Wenn in Schritt 100 weder die Bedingung (1) noch die Bedingung (2) erfüllt ist, unterbricht die ECU 38 zeitweise die Routine. Die ECU 38 unterbricht ebenfalls die Routine, wenn Schritt 110 abgeschlossen wird.
Gemäß Vorbeschreibung wird der Strom zum Überströmventil 57 in den Bereichen des Kurbelwinkels θ gestoppt, in denen die Werte der Ventiltrieb-Drehmomentschwankung relativ groß sind (θ2 ≤ θ ≤ θ3, θ6 ≤ θ ≤ θ7). Diese verringert die Pumpenantriebs-Drehmomentschwankung, wie es durch die Vollinie in Teil (b) von Fig. 11 dargestellt ist. Daher erhöht sich die Ventiltrieb-Drehmomentschwankung nicht durch die Pumpenantriebs-Drehmomentschwankung. Dementsprechend verringern sich die Maximalspannung des Steuerriemens 33 und seine Spannungsschwankung. Im Ergebnis erhöht sich die Lebensdauer des Riemens 33.
Nun wird ein weiteres Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Fig. 12 bis 16 beschrieben. In diesem Ausführungsbeispiel ist die vorliegende Erfindung als ein Verbrennungsmotor 11 mit vier Zylindern in Reihe ausgeführt.
Wie es in Fig. 12 gezeigt ist, unterscheidet sich dieses Ausführungsbeispiel vom ersten Ausführungsbeispiel darin, daß sich ein Pumpennocken 41 zur Betätigung einer Kraftstoffeinspritzpumpe 40 an einer Einlaßnockenwelle 24 befindet und daß ein Mechanismus zur Änderung der Ventilsteuerzeiten (VVT-Mechanismus) 80 an der Einlaßnockenwelle 24 vorgesehen ist. Der VVT-Mechanismus 80 ändern die Rotationsphase der Welle 24.
Der VVT-Mechanismus 80 weist eine Nockenscheibe 81 und ein Hohlrad (nicht gezeigt) auf, das sich an einem Endabschnitt (linke Seite bei Betrachtung in Fig. 12) der Einlaßnockenwelle 24 befindet. Das Hohlrad befindet sich zwischen der Nockenwelle 24 und der Riemenscheibe 81 zum Ändern der Rotationsphase der Nockenwelle 24. Das Hohlrad hat Schrägzähne und steht mit der Nockenscheibe 91 und der Einlaßnockenwelle 24 in Eingriff. Das Hohlrad wird in Axialrichtung der Einlaßnockenwelle 24 hydraulisch bewegt. Die Axialbewegung des Hohlrads ändert die Rotationsphase der Nockenwelle 24 bezüglich der Nockenscheibe 81. Die ECU 38 steuert ein Ölsteuerventil (nicht gezeigt) zum Ändern des hydraulischen Drucks, der dem Hohlrad zugeführt wird, wodurch die Rotationsphase der Nockenwelle 24 geändert wird. Dementsprechend wird die Ventilsteuerzeit der Einlaßventile 20 gesteuert.
Die Rotationskraft der Kurbelwelle 17 wird durch den Steuerriemen 33 zu den Nockenwellen 24, 25 übertragen. In diesem Fall ist die Spannung des Riemens 33 in einem Teil näher an der Kurbelwelle 17 entlang des Pfades des Riemens 33 größer. Das heißt, daß die Spannung des Riemens 33 in einem ersten Teil 33A zwischen der Kurbelscheibe 32 und der Einlaßnockenwelle 24 am größten ist. Ein zweiter Teil 33B zwischen den Nockenscheiben 81 und 31 hat die zweitgrößte Spannung.
Fig. 13(a) ist eine graphische Darstellung, die die Drehmomentschwankungen bei der Einlaßnockenwelle 24 bezüglich dem Kurbelwinkel θ zeigt. Die gleichmäßig unterbrochene Linie stellt die Ventilbetätigungs-Drehmomentschwankung dar. Die Strich-Punkt-Linie stellt die Pumpenantriebs-Drehmomentschwankung dar. Die Vollinie stellt die Resultierende der Ventilbetätigungs-Drehmomentschwankung und der Pumpenantriebs-Drehmomentschwankung bei der Nockenwelle 24 dar. Die Vollinie in Fig. 13(b) stellt die Drehmomentschwankung bei der Kurbelwelle 17 dar, die durch die Verbrennung in den Verbrennungskammern 18 verursacht wird. In Fig. 13(c) stellt die Vollinie die Resultierende der resultierenden Drehmomentschwankung (die Vollinie in Fig. 13(a)) bei der Einlaßnockenwelle 24 und die Kurbelwellendrehmomentschwankung (die Vollinie in Fig. 13 (b)) dar. Die Resultierende (die Vollinie in Fig. 13(c)) bewirkt die Spannungschwankungen beim ersten Teil 33A des Steuerriemens 33. In Fig. 13(c) stellt die unterbrochene Linie die Resultierende der Ventilbetätigungs-Drehmomentschwankung (die gleichmäßig unterbrochene Linie in Fig. 13(a)) der Nockenwelle 24 und die Kurbelwellen-Drehmomentschwankung (die Vollinie in Fig. 13(b)) dar.
Die Vollinie von Fig. 14(a) stellt die Ventilbetätigungs-Drehmomentschwankung der Auslaß-Nockenwelle 25 dar. Die Vollinie von Fig. 14(b) stellt die Gesamtheit der resultierenden Drehmomentschwankung bei der Einlaßnockenwelle 24 (die Vollinie in Fig. 13(a)) und der Ventilbetätigungs-Drehmomentschwankung der Auslaßnockenwelle 25 (die Vollinie in Fig. 14(a)) dar. Diese Gesamtdrehmomentschwankung (die Vollinie in Fig. 14(b)) bewirkt die Spannungsschwankung beim zweiten Teil 33B des Steuerriemens 33. Die unterbrochene Linie in der graphischen Darstellung von Fig. 14(b) stellt die Resultierende der Ventilbetätigungs-Drehmomentschwankung bei der Einlaßnockenwelle 24 (die gleichmäßig unterbrochene Linie in Fig. 13(a)) und der Ventilbetätigungs-Drehmomentschwankung bei der Auslaßnockenwelle 25 (die Vollinie in Fig. 14(a)) dar. Diese Resultierende (die unterbrochene Linie in Fig. 14(b)) ist die Ventiltrieb-Drehmomentschwankung des Verbrennungsmotors 11.
Wie es in Fig. 13(a) dargestellt ist, ist die Phase des Pumpennocken 41 oder sind die Relativorte der Nockenansätze so vorgesehen, daß größere Werte der Pumpenantriebs-Drehmomentschwankung (die Strich-Punkt-Linie in Fig. 13(a)) kleinere Werte der Ventilbetätigungs-Drehmomentschwankung (die gleichmäßig unterbrochene Linie in Fig. 13(a)) der Einlaßnockenwelle 24 im wesentlichen überdecken. Im Ergebnis wirkt die Pumpenantriebs-Drehmomentschwankung (die Strich-Punkt-Linie in Fig. 13(a)) der Einlaßnockenwelle 24 der Resultierenden (die gestrichelte Linie in Fig. 13(c)) der Ventilbetätigungs-Drehmomentschwankung in der Einlaßnockenwelle 24 (der gleichmäßig unterbrochenen Linie in Fig. 13(a)) und der Drehmomentschwankung in der Kurbelwelle 17 (die Vollinie in Fig. 13(b)) entgegen. Die Pumpenantriebs-Drehmomentschwankung (die Strich-Punkt-Linie in Fig. 13(a)) wirkt ebenfalls der Ventiltrieb-Drehmomentschwankung (die gestrichelte Linie in Fig. 14(b)) entgegen. Daher verringern sich die Amplituden der resultierenden Drehmomentschwankungen, die auf den ersten Teil 33A und den zweiten Teil 33B des Steuerriemens 33 wirken, wie es durch die Vollinien in den Fig. 13(c) und 14(b) dargestellt ist.
Daher ist die Amplitude der Drehmomentschwankung beim ersten Teil 33A und zweiten Teil 33B mit relativ hoher Spannung verringert. Dieses erhöht die Lebensdauer des Steuerriemens 33.
Die Rotationsphase der Einlaßnockenwelle 24 wird durch den VVT-Mechanismus 80 geändert. Änderungen bei der Rotationsphase der Einlaßnockenwelle 24 ändern die Phase der Ventiltrieb-Drehmomentschwankung bezüglich der Phase der Pumpenantriebs-Drehmomentschwankung. Dieses kann die Ventiltrieb-Drehmomentschwankung mit der Pumpenantriebs- Drehmomentschwankung erhöhen. Anders ausgedrückt kann die Größe der Kombination der Ventiltrieb-Drehmomentschwankung und der Pumpenantrieb-Drehmomentschwankung erhöht werden.
Fig. 15(a) ist eine graphische Darstellung, die die Ventiltrieb-Drehmomentschwankung (die Resultierende der Ventilbetätigungs-Drehmomentschwankungen in den Nockenwellen 24, 25), die Pumpenantriebs-Drehmomentschwankung und die Gesamtdrehmomentschwankung zeigt, die die Resultierende der Ventiltrieb-Drehmomentschwankung und der Pumpenantrieb-Drehmomentschwankung bezüglich dem Kurbelwinkel θ ist. Die gleichmäßig unterbrochene Linie stellt die Ventiltrieb-Drehmomentschwankung dar. Die Strich- Punkt-Linie stellt die Pumpenantrieb-Drehmomentschwankung dar. Die Vollinie stellt die Gesamtdrehmomentschwankung dar. Die Fig. 15(b) und 15(c) zeigen die Ventiltriebschwankung, die Pumpenantriebsschwankung und die Gesamtdrehmomentschwankung, wenn die Rotationsphase der Einlaßnockenwelle 24 durch den VVT-Mechanismus 80 vorbewegt wird. In Fig. 15(b) wird die Rotationsphase der Nockenwelle 24 um 10º vorbewegt. In Fig. 15(c) wird die Rotationsphase der Nockenwelle 24 um 20º vorbewegt.
Fig. 16(a) ist eine graphische Darstellung eines Vergleichsbeispiels. In diesem Beispiel befindet sich der Pumpennocken 41 auf der Auslaßnockenwelle 25, deren Rotationsphase sich nicht ändert. In Fig. 16(a) stellt die gleichmäßig unterbrochene Linie die Ventiltrieb- Drehmomentschwankung dar. Die Strich-Punkt-Linie stellt die Pumpenantriebs-Drehmomentschwankung dar. Die Vollinie stellt die Gesamtdrehmomentschwankung dar. Die Fig. 16(b) und 16(C) zeigen die Ventiltriebschwankungen, die Pumpenantriebsschwankung und die Gesamtdrehmomentschwankung des Vergleichsbeispiels, wenn die Rotationsphase der Einlaßnockenwelle 24 durch den VVT-Mechanismus 80 vorbewegt wird. In Fig. 16(b) wird die Rotationsphase der Nockenwelle 24 um 10º vorbewegt. In Fig. 16(c) wird die Rotationsphase der Nockenwelle 24 um 20º vorbewegt.
Im Vergleichsbeispiel der Fig. 16(a)-16(b) befindet sich der Pumpennocken 41 auf der Auslaßnockenwelle 25. In diesem Fall verursachen Änderungen bei der Rotationsphase der Einlaßnockenwelle 24 allmählich größere Werte der Ventiltrieb-Drehmomentschwankung, um den größeren Wert der Pumpenantrieb-Drehmomentschwankung zu überdecken. Im Ergebnis erhöhen sich der Maximalwert H2 und die Maximalamplitude A2 der Gesamtdrehmomentschwankung (die Vollinie in Fig. 16(c)).
Im Gegensatz dazu ändert sich im Ausführungsbeispiel der Fig. 15(a)-15(c) die Phase der Pumpenantriebs-Drehmomentschwankung bei der Änderung der Rotationsphase der Einlaßnockenwelle 24. Daher sind der Maximalwert H1 und die Maximalamplitude A1 der Gesamtdrehmomentschwankung (die Vollinie in Fig. 15(c)) kleiner als der Maximalwert H2 und die Maximalamplitude A2 der Vergleichsschwankung von Fig. 16(c).
Gemäß Vorbeschreibung verhindert dieses Ausführungsbeispiel, daß sich die Gesamtdrehmomentschwankung (die Vollinie in Fig. 15(c)) erhöht, wenn sich die Rotationsphase der Einlaßnockenwelle 24 durch den VVT-Mechanismus 80 ändert.
In diesem Ausführungsbeispiel kann der VVT-Mechanismus 80 an der Auslaßnockenwelle 25 zum Ändern der Ventilsteuerzeiten der Auslaßventile 21 vorgesehen sein. Alternativ dazu kann die Rotationsphase der Auslaßnockenwelle 25 durch den VVT-Mechanismus 80, der sich auf der Einlaßnockenwelle 24 befindet, zum Ändern der Ventilsteuerzeit der Auslaßventile 21 geändert werden. In diesem Fall befindet sich der Pumpennocken 41 auf der Auslaßnockenwelle 25.
In diesem Ausführungsbeispiel kann der VVT-Mechanismus 80 ein beliebiger VVT-Mechanismus sein, solange dieser die Rotationsphase der Einlaßnockenwelle 24 oder die Rotationsphase der Auslaßnockenwelle 25 ändert. Beispielsweise kann statt des VVT-Mechanismus 80 vom Ring-Typ ein Flügel-VVT-Mechanismus verwendet werden. In diesem Fall ist ein Flügelkörper mit Flügeln an der Einlaßnockenwelle 24 befestigt. Zwei Druckkammern sind an beiden Seiten von jedem Flügelkörper durch eine Nockenscheibe definiert. Der Flügelkörper wird durch das Ändern des Hydraulikdrucks, der mit den Druckkammern in Verbindung steht, in Rotation versetzt. Dementsprechend ändert sich die Rotationsphase der Einlaßnockenwelle 24 (die Rotationsphase der Auslaßnockenwelle 25).
Für den Fachmann sollte deutlich sein, daß die Erfindung in den folgenden Formen ausgeführt sein kann.
(1) Die Scheiben 30, 31, 32, 81 und der Steuerriemen 33 können durch Kettenräder und eine Steuerkette ersetzt werden. Alternativ dazu kann die Rotationskraft der Kurbelwelle 17 zu den Nockenwellen 24, 25 (62, 63, 66, 67) durch Zahnräder übertragen werden. In diesen Fällen verringert die vorliegende Erfindung die Spannung der Steuerkette oder die auf die Zahnräder wirkende Last, wodurch die Langlebigkeit der Kette und der Zahnräder verbessert wird.
(2) In den dargestellten Ausführungsbeispielen ist die vorliegende Erfindung in Verbrennungsmotoren 11 ausgeführt, die vom Typ mit vier Zylindern in Reihe, mit sechs Zylindern in V-Anordnung und mit sechs Zylindern in Reihe ausgeführt sind. Die vorliegende Erfindung kann jedoch in Verbrennungsmotoren mit mehr Zylindern ausgeführt werden.
(3) Beim dritten Ausführungsbeispiel kann sich der Pumpennocken 41 auf der Einlaßnockenwelle 24 befinden. In diesem Fall wird die Ventilantriebsschwankung der Einlaßnockenwelle 24 durch Steuern des Überströmventils 57 verringert. Diese Konstruktion verringert wie im vierten Ausführungsbeispiel die Spannungsschwankung im ersten Teil 33A und zweiten Teil 33B mit relativ hoher Spannung relativ.
(4) Die Nockenscheiben 30, 31, die an der Nockenwelle 24 bzw. 25 befestigt sind, sind im ersten Ausführungsbeispiel durch den Steuerriemen 33 mit der Kurbelscheibe 32 verbunden. Es kann jedoch eine in Fig. 17 dargestellte Konstruktion verwendet werden. Bei dieser Konstruktion ist die Nockenscheibe 30 am linken Endabschnitt der Einlaßnockenwelle 24 befestigt und durch den Steuerriemen 33 mit der Kurbelscheibe 32 verbunden. Ein treibendes Zahnrad 90 befindet sich auf der Einlaßnockenwelle 24. Das treibende Zahnrad 90 steht mit einem getriebenen Zahnrad 91 in Eingriff, das auf der Auslaßnockenwelle 25 vorgesehen ist. Da das treibende Zahnrad 90 und das getriebene Zahnrad 91 rattern können, befindet sich ein Pumpennocken 41 vorzugsweise auf dem rechten Endabschnitt der Einlaßnockenwelle 24 zur Verwendung der Pumpenantrieb-Drehmomentschwankung zum Verringern der Spannungsschwankung des Steuerriemens 33.
(5) Das Überströmventil 57 kann beim vierten Ausführungsbeispiel in der im dritten Ausführungsbeispiel dargestellten Weise gesteuert werden. In diesem Fall wird die Öffnungszeit des Überströmventils 57 bei der Änderung der Phase der Nockenwelle 24 geändert.
Daher sind die vorliegenden Beispiele und Ausführungsbeispiele als illustrierend und nicht als beschränkend anzusehen; die Erfindung ist nicht auf die hier gegebenen Einzelheiten beschränkt.

Claims

1. Ventiltrieb zum Antreiben eines Verbrennungsmotorventils (20, 21) eines Verbrennungsmotors (11), wobei der Ventiltrieb aufweist:

eine Nockenwelle (25; 66, 67),

eine Kurbelwelle (17),

eine Pumpe (40) zum Zuführen von Kraftstoff in einem Speicher (52) zum Verbrennungsmotor (11), wobei die Pumpe (40) eine Druckkammer (46) zum Komprimieren von Kraftstoff hat,

einen Ventilnocken (27; 70, 71), der sich an der Nockenwelle (25; 66, 67) befindet, zum auswählenden Öffnen und Schließen des Verbrennungsmotorventils (20, 21), wobei die Nockenwelle (25; 66, 67) einen ersten Drehmomentschwankungszyklus hat, der der Rotation der Kurbelwelle (17) als ein Ergebnis des Antriebs des Verbrennungsmotorventils (20, 21) entspricht,

einen Pumpennocken (41; 76, 77), der an der Nockenwelle (25; 66, 67) vorgesehen ist, zum Antreiben der Pumpe (40), wobei die Nockenwelle (25; 66, 67) einen zweiten Drehmomentschwankungszyklus hat, der der Rotation der Kurbelwelle (17) als ein Ergebnis des Komprimieren von Kraftstoff durch die Pumpe (40) entspricht, und

einen Getriebemechanismus (33) zum Übertragen des Drehmoments der Kurbelwelle (17) zur Nockenwelle (25; 66, 67),

wobei der Ventiltrieb dadurch gekennzeichnet ist, daß der Pumpennocken (41; 76, 77) eine Phase bezüglich der Nockenwelle (25; 66, 67) hat, so daß das durch die Pumpe (40) in der Nockenwelle (25; 66, 67) erzeugte Drehmoment relativ klein ist, wenn das durch das Verbrennungsmotorventil (20, 21) in der Nockenwelle (25; 66, 67) erzeugte Drehmoment relativ groß ist, um einen Verbund der ersten und zweiten Drehmomentschwankung zu verringern.

2. Ventiltrieb nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Überströmleitung (56), die mit der Druckkammer (45) verbunden ist, zum Zurückführen des Kraftstoffs zum Speicher (52), ein in der Überströmleitung (56) positioniertes Steuerventil und eine Steuereinrichtung zum auswählenden Öffnen und Schließen des Steuerventils zum Verringern des Verbundes aus erster und zweiter Drehmomentschwankung.

3. Ventiltrieb nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß im wesentlichen keine Drehmomentschwankung in der Nockenwelle (25; 66, 67) durch die Pumpe (40) erzeugt wird, wenn das Steuerventil (57) die Überströmleitung (56) öffnet, und daß die Steuereinrichtung das Steuerventil (57) öffnet, wenn das in der Nockenwelle (25; 66, 67) durch das Verbrennungsmotorventil (20, 21) erzeugte Drehmoment relativ groß ist.

4. Ventiltrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventiltrieb für einen Viertaktmotor (11) geeignet ist und wobei der Pumpennocken (41) zwei Pumpenansätze hat.

5. Ventiltrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Nockenwelle eine erste Nockenwelle (25) ist und wobei der Ventiltrieb ferner eine zweite Nockenwelle (66, 67) zum Antreiben eines Verbrennungsmotorventils (20, 21) aufweist, wobei der Getriebemechanismus ein flexibles Element (33) zum Verbinden der Kurbelwelle (17) mit der ersten und zweiten Nockenwelle (25; 66, 67) aufweist, wobei das flexible Element (33) durch das Drehmoment der Kurbelwelle (17) unter Spannung gesetzt wird, wobei das flexible Element (33) einem Pfad folgt, und ein Abschnitt des Pfades direkt zwischen der Kurbelwelle (17) und der Nockenwelle (25; 66, 67) liegt und wobei die Spannung im flexiblen Element (33) im Abschnitt höher als in den anderen Teilen des Pfades ist.

6. Ventiltrieb nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch eine Ventileinstelleinrichtung (80), die an einer der ersten und zweiten Nockenwelle (25; 66, 67) positioniert ist, zum Ändern der Phasenbeziehung zwischen der Kurbelwelle (17) und einer der ersten und zweiten Nockenwelle (25; 66, 67).

7. Ventiltrieb nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventileinstelleinrichtung (80) die Rotationsbeziehung zwischen der Kurbelwelle (17) und dem Pumpennocken (41; 76, 77) ändert.

8. Ventiltrieb nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventiltrieb für einen Verbrennungsmotor (11) vom V-Typ mit zwei Reihen geeignet ist, wobei die erste und die zweite Nockenwelle (25; 66, 67) geeignet sind, in einer Reihe untergebracht zu werden, und ein zusätzliches Paar an Nockenwellen (25; 66, 67) des Ventiltriebs geeignet ist, in der anderen Reihe untergebracht zu werden, wobei der Getriebemechanismus ein flexibles Element (33) zum Verbinden der Kurbelwelle (17) mit einer der Nockenwelle (25; 66, 67) in jeder Reihe aufweist.

9. Ventiltrieb nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventiltrieb für einen Viertaktmotor (11) mit drei Zylindern in jeder Reihe geeignet ist und wobei der Pumpennocken (76, 77) drei Nockenansätze hat.