DE10063997A1 - Variable Ventilbetätigungsvorrichtung für Motoren mit innerer Verbrennung - Google Patents

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine variable Ventilbetätigungsvorrichtung mit einem Betätigungsmechanismus, welcher einen Ventilhubbetrag ändert, und einer mikrocomputerbasierten Steuereinrichtung (30), welche den Betätigungsmechanismus steuert, um den Ventilhubbetrag in Abhängigkeit von Motorbetriebsbedingungen zu ändern. Ein erster Bereich des Ventilhubbetrages zwischen einem hohen Hub (L2) und einem geringen Hub (L1) wird kontinuierlich geändert und ein zweiter Bereich des Ventilhubbetrages zwischen einem geringen Hub (L1) und einem Null-Hub wird derart geändert, dass entweder der geringe Hub oder der Null-Hub ausgewählt wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine variable Ventilbe­ tätigungsvorrichtung (variable-valve-actuation (VVA) apparatus) für Motoren mit innerer Verbrennung, welche insbesondere den Hubbetrag der Ventile wie z. B. eines Einlassventils und eines Auslassventils in Abhängigkeit von Motorbetriebsbedingungen variieren kann.

Wie im am 29. Februar 2000 veröffentlichten US-Patent Nr. 6 029 618 von Hara et al. umfasst eine variable Ventil­ betätigungsvorrichtung einen Kurbelnocken, welcher an einem äußeren Umfang einer Antriebswelle angeordnet ist, die sich synchron mit einer Kurbelwelle dreht, und eine zu einer Achse der Antriebswelle exzentrische Achse aufweist, und einen Ventilbetätigungsnocken (valve operating (VO) cam), welchem Drehmoment des Kurbelnockens durch einen Übertragungs­ mechanismus übertragen wird, so dass eine Nockenfläche in Gleitkontakt mit der Oberfläche einer Ventilhebevorrichtung kommt, welche am oberen Ende eines Einlassventils für dessen Öffnungs- und Schließbetätigung angeordnet ist.

Der Übertragungsmechanismus umfasst einen Kipphebel, welcher über dem Ventilbetätigungsnocken angeordnet ist und schwenkbar an einer Steuerwelle abgestützt ist, einen Kurbelarm mit einer ringförmigen Basis, welche sich mit der äußeren Umfangsfläche des Kurbelnockens im Eingriff befindet, und eine Verlängerung, welche drehbar mit einem ersten Arm des Kipphebels mittels eines Stiftes verbunden ist, sowie eine Verbindungsstange, deren erstes Ende drehbar mit einem zweiten Arm des Kipphebels mittels eines Stiftes verbunden ist und deren zweites Ende drehbar mit einem Ende des Ventilbetätigungsnockens mittels eines Stiftes verbunden ist.

An der äußeren Umfangsfläche der Steuerwelle ist desweiteren ein Steuernocken befestigt, der eine Achse exzentrisch um einen vorbestimmten Betrag zu einer Achse der Steuerwelle aufweist und drehbar in einer Abstützöffnung eingefügt ist, welche im Wesentlichen in der Mitte des Kipphebels gebildet ist. Der Steuernocken ändert einen hin- und herbewegten Drehpunkt des Kipphebels entsprechend der Drehposition, um die Position des Kontaktes der Nockenfläche der Ventilbetätigungsnocke bezüglich der Oberfläche der Ventilhebevorrichtung zu ändern, wobei eine variable Steuerung des Hubbetrages des Einlassventils ausgeführt wird.

Insbesondere wenn sich die Motorbetriebsbedingungen bei geringen Umdrehungen oder einem Teillastbereich (kleinem Lastbereich) befinden, wird, um beispielsweise eine Betätigungsvorrichtung dazu zu bringen, die Steuerwelle im Uhrzeigersinn zu drehen, um den Steuernocken in der gleichen Richtung zu drehen, der hin- und herbewegte Drehpunkt des Kipphebels in eine bestimmte Position bewegt. Dann werden Schwenkpunkte des Kipphebels mit dem Kurbelarm und der Verbindungsstange nach links bewegt, um ein Ende oder einen Nockenvorsprung des Ventilbetätigungsnockens nach oben zu ziehen, wobei die Kontaktposition des Ventilbetätigungsnockens bezüglich der Oberfläche der Ventilhebevorrichtung zu einem Basisbereich des Ventilbetätigungsnockens bewegt wird. Somit wird das Einlassventil derart gesteuert, dass es einen Null- Hub in der Ventilhubcharakteristik aufweist, wodurch ein so genannter Ventilabschaltungszustand erreicht wird.

Wenn sich andererseits die Motorbetriebsbedingungen in einem hohen Drehbereich und einem Volllastbereich befinden, dreht die Betätigungsvorrichtung den Steuernocken von der bestimmten Position durch die Steuerwelle im Gegenuhrzeigersinn, wobei der hin- und herbewegte Drehpunkt des Kipphebels nach unten bewegt wird. Dann wird der Nockenvorsprung des Ventilbetätigungsnockens durch die Verbindungsstange usw. nach unten gedrückt, um die Kontaktposition des Ventil­ betätigungsnockens bezüglich der Oberfläche der Ventil­ hebevorrichtung zu einem oberen Hubbereich des Ventil­ betätigungsnockens zu bewegen. Somit wird das Einlassventil derart gesteuert, dass es einen größeren Hub in der Ventilhubcharakteristik aufweist.

Deshalb können hervorragende Motorleistungen, z. B. eine Verbesserung des Kraftstoffverbrauches durch den Ventilstopp im kleinen Drehbereich und im Teillastbereich des Motors und eine verbesserte Motorleistung usw. durch eine verbesserte Ansaugluft-Beladungsleistung im hohen Drehzahlbereich und bei Volllast des Motors erhalten werden. Es sei angemerkt, dass ein verbesserter Kraftstoffverbrauch durch den Ventilstop durch Anhalten der Betätigung der Einlass- und Auslassventile von bestimmten Zylindern erreicht wird, d. h. dem Ausführen des so genannten verringerten Zylinderbetriebes, oder der Betätigung von nur einem von zwei Einlassventilen, um Wirbel in einer Verbrennungskammer zu erzeugen.

Die variable Ventilbetätigungsvorrichtung weist jedoch dimensionsbedingte Fehler von Komponenten infolge ihrer Herstellung auf, welche naturgemäß in den jeweiligen Zylindern vorhanden sind, welche mit der Vorrichtung ausgestattet sind und unterschiedliche Größenordnungen aufweisen. Der Hubbetrag der Ventile, welcher durch die variable Ventil­ betätigungsvorrichtung variabel gesteuert wird, ist bei einem Dimensionsfehler der Komponenten im Bereich eines mittleren Hubes bis zu einem hohen Hub nicht ernsthaft betroffen, da sich der Motor dabei im hohen Drehzahlbereich befinden kann. Bei einem Dimensionsfehler der Komponenten im Bereich eines kleinen Hubes, insbesondere eines sehr kleinen Hubes ist er jedoch in großem Umfang betroffen, da sich der Motor dabei im niederen Drehzahlbereich befinden kann, in welchem die Motordrehzahl zum Schwanken neigt.

Des Weiteren führt die Herstellungsgenauigkeit der Komponenten der variablen Ventilbetätigungsvorrichtung zu Änderungen des Hubbetrages der Ventile, welche am größten im Bereich von sehr kleinen Hüben bezüglich der Bereiche von mittleren bis hohen Hüben ist. Somit können während des Motorbetriebes im sehr kleinen Hubbereich die Mischungsbeladungsleistung und die Gasströmungsbedingungen in der Verbrennungskammer dazu neigen, zwischen den Zylindern zu variieren, woraus instabile Motorumdrehungen und eine verringerte Motorleistung resultiert.

Deshalb ist eine Notwendigkeit einer verbesserten Her­ stellungsgenauigkeit der Komponenten von variablen Ventilbetätigungsvorrichtungen gegeben, welche zu einem zwangsläufigen Ansteigen der Herstellungskosten führt.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine variable Ventilbetätigungsvorrichtung für einen Motor mit innerer Verbrennung bereitzustellen, welche zu einer Verbesserung der Motorleistung beiträgt, ohne dass sich die Herstellungskosten erhöhen.

Diese Aufgabe wird durch eine variable Ventilbe­ tätigungsvorrichtung bzw. variable Ventilsteuerungsvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 bzw. 13 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der jeweiligen Unteransprüche.

Somit stellt die vorliegende Erfindung im Allgemeinen eine variable Ventilbetätigungsvorrichtung für einen Motor mit innerer Verbrennung bereit, welche einen Betätigungsmechanismus, der einen Hubbetrag der Ventile ändert und eine mikrocomputerbasierte bzw. rechnerbasierte Steuerungsvorrichtung umfasst. Die mikrocomputerbasierte Steuerungsvorrichtung steuert bzw. regelt den Betätigungs­ mechanismus, um den Hubbetrag entsprechend den Betriebs­ bedingungen des Motors zu ändern. Dabei wird ein erster Bereich des Hubbetrages zwischen einem vorbestimmten Höchstwert und einem vorbestimmten Niedrigstwert kontinuierlich geändert und ein zweiter Bereich des Hubbetrages zwischen dem vorbestimmten Niedrigstwert und Null geändert, wobei entweder der vorbestimmte Niedrigstwert oder Null ausgewählt wird.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine variable Ventilbetätigungsvorrichtung für einen Motor mit innerer Verbrennung mit Ventilen bereitgestellt, welcher einen Betätigungsmechanismus umfasst, welcher einen Hubbetrag der Ventile ändert. Der Betätigungsmechanismus umfasst eine Antriebswelle, welche durch eine Kurbelwelle des Motors angetrieben wird, und einen Kurbelnocken an ihrem äußeren Umfang aufweist. Ein Ventilbetätigungsnocken kommt mit einer Oberfläche einer Ventilhebevorrichtung in Gleitkontakt, welche an einem oberen Ende jedes Ventils angeordnet ist, um dieses zu öffnen und zu schließen. Ein Übertragungsmechanismus ist zwischen dem Kurbelnocken und dem Ventilbetätigungsnocken angeordnet. Weiterhin ist ein Änderungsmechanismus zum variablen Steuern einer Betriebsposition des Übertragungsmechanismus vorgesehen, um eine Kontaktposition des Ventilbetätigungsnockens bezüglich der Oberfläche der Ventilhebevorrichtung zu ändern. Weiterhin umfasst die variable Ventilbetätigungsvorrichtung eine mikrocomputer­ basierte Steuerung, welche den Betätigungsmechanismus steuert bzw. regelt, um den Hubbetrag entsprechend den Betriebsbedingungen des Motors zu ändern. Dabei wird ein erster Bereich des Hubbetrages zwischen einem vorbestimmten Höchstwert und einem vorbestimmten Niedrigstwert kontinuierlich geändert und ein zweiter Bereich des Hubbetrages zwischen dem vorbestimmten Niedrigstwert und Null wird geändert, wobei entweder der vorbestimmte Niedrigstwert oder Null ausgewählt ist.

Weitere Ziele und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden aus der nachfolgenden Beschreibung sowie den beigefügten Zeichnungen verständlich. In der Zeichnung ist:

Fig. 1 eine Schnittansicht, welche ein erstes Ausführungsbeispiel einer variablen Ventilbetätigungsvorrichtung für einen Motor mit innerer Verbrennung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht der variablen Ventilbetätigungsvorrichtung;

Fig. 3 eine zu Fig. 2 ähnliche Ansicht, welche einen Kurbelnocken zeigt;

Fig. 4 ein teilweiser Längsschnitt, welcher die variable Ventilbetätigungsvorrichtung zeigt;

Fig. 5 eine graphische Darstellung, welche die Profilcharakteristiken einer Nockenfläche eines Ventilbetätigungsnocken zeigt;

Fig. 6 eine teilweise perspektivische Ansicht eines Nadellagers;

Fig. 7a und 7b schematische Zeichnungen, welche den Betrieb des Ventilbetätigungsnocken und eines Einlassventils zeigen, wenn das Ventil keinen Hub (Null-Hub) aufweist;

Fig. 8a eine zu den Fig. 7a und 7b ähnliche Ansicht, welche das geöffnete Einlassventil zeigt, wenn das Ventil einen geringen Hub aufweist;

Fig. 8b eine zu Fig. 8a ähnliche Ansicht, welche das Einlassventil im geschlossenen Zustand zeigt;

Fig. 9a eine zu Fig. 8b ähnliche Ansicht, welche das geöffnete Einlassventil zeigt, wenn das Ventil einen großen Hub aufweist;

Fig. 9b eine zu Fig. 9a ähnliche Ansicht, welche das geschlossene Einlassventil zeigt;

Fig. 10 eine zu Fig. 5 ähnliche Ansicht, welche die Ventilhub-Charakteristiken darstellt;

Fig. 11 ein Hub-Steuerungs-Diagramm, welches den Bereich von einer Fläche mit Null-Hub darstellt, welche an einer kontinuierlich variablen Fläche eines niederen Hubes bis zu einem hohen Hub angeordnet ist;

Fig. 12 eine zu Fig. 10 ähnliche Ansicht, welche die Beziehung zwischen einem Ventilhubbetrag und dem Hubänderungsverhältnis der Vorrichtung zeigt;

Fig. 13 eine zu Fig. 12 ähnliche Ansicht, welche ein zweites Ausführungsbeispiel gemäß der vor­ liegenden Erfindung zeigt;

Fig. 14 eine zu Fig. 13 ähnliche Ansicht, welche ein drittes Ausführungsbeispiel gemäß der vor­ liegenden Erfindung zeigt;

Fig. 15 eine zu Fig. 14 ähnliche Ansicht, welche ein viertes Ausführungsbeispiel gemäß der vor­ liegenden Erfindung zeigt;

Fig. 16 ein Flussdiagramm, welches ein fünftes Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;

Fig. 17 eine zu Fig. 16 ähnliche Ansicht, welche ein sechstes Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt; und

Fig. 18 eine zu Fig. 15 ähnliche Ansicht, welche ein siebtes Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt.

Nachfolgend werden verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung im Detail beschrieben.

Mit Bezug auf die Zeichnungen wird nachfolgend eine Beschreibung einer erfindungsgemäßen, variablen Ventil­ betätigungsvorrichtung für einen Motor mit innerer Verbrennung gegeben. In den Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung wird die variable Ventilbetätigungsvorrichtung bei einem Mehrzylindermotor mit zwei Einlassventilen und zwei Auslassventilen pro Zylinder angewandt und wird mit zwei Einlassventilen und zwei Auslassventilen für jeden einzelnen Zylinder betrieben. Die Beschreibung wird hauptsächlich bezüglich der Einlassventile gegeben, da der Aufbau der Einlass- und Auslassventile gleich ist.

Bezug nehmend auf die Fig. 1 bis 4 umfasst die variable Ventilbetätigungsvorrichtung einen Betätigungsmechanismus 10 zum Ändern des Hubbetrages eines Einlassventilpaars 12, welche gleitbar an einem Zylinderkopf 11 mittels nicht dargestellter Ventilführungen angeordnet ist. Der Betätigungsmechanismus 10 umfasst eine hohle Antriebswelle 13, welche drehbar an einem Lager 14 in einem oberen Bereich des Zylinderkopfes 11 gelagert ist, einen Kurbelnocken oder einen exzentrisch drehenden Nocken 15, welcher an der Antriebswelle 13 mittels eines Verbindungsstiftes 40 befestigt ist, ein Paar von Ventilbetätigungsnocken 17, welche schwenkbar an einer äußeren Umfangsfläche 13a der Antriebswelle 13 gelagert sind und mit Venteilhebevorrichtungen 16 in Gleitkontakt kommen, die an den oberen Enden der Einlassventile 12 angeordnet sind, um diese zu öffnen und zu schließen, und einer Übertragungsvorrichtung 18, welche zwischen dem Kurbelnocken 15 und den Ventilbetätigungsnocken 17 zur Übertragung von Drehmoment des Kurbelnocken 15 auf die Ventilbetätigungsnocken 17 als eine hin- und hergehende Kraft verbunden ist. Die Übertragungsvorrichtung 18 weist eine Betriebsposition auf, welche durch eine Änderungsvorrichtung 19 variabel gesteuert wird.

Die Antriebswelle 13 erstreckt sich in Längsrichtung des Motors und weist ein Ende auf, welches ein Stößelkettenrad, eine darum angeordnete Steuerkette usw. (nicht gezeigt) aufweist, durch welche Drehmoment von einer Kurbelwelle des Motors empfangen wird. Die Antriebswelle 13 dreht sich aus Sicht von Fig. 1 im Uhrzeigersinn. Die Antriebswelle 13 ist aus einem Material mit hoher Festigkeit gebildet.

Das Lager 14 umfasst einen Hauptlagerbock 14a, welcher an einem oberen Ende des Zylinderkopfes 11 zum Abstützen eines oberen Bereichs der Antriebswelle 13 angeordnet ist und einen Hilfslagerbock 14b, welcher am oberen Ende des Hauptlagersbocks 14a zum drehbaren Lagern einer Steuerwelle 32 angeordnet ist, was später beschrieben wird. Die Lagerböcke 14a, 14b sind miteinander von oben mittels einem Paar von Bolzen 14c befestigt.

Wie in Fig. 3 gezeigt, ist der Kurbelnocken 15, welcher einen einstöckigen Aufbau aus einem verschleißresistenten Material aufweist, im Wesentlichen wie ein Ring gebildet und umfasst einen ringförmigen Hauptkörper 15a und einen Zylinder 15b, welcher mit seiner äußeren Endfläche daran integral gebildet ist. Eine Durchgangsöffnung 15c ist in Axialrichtung durch den Kurbelnocken 15 gebildet, um die Antriebswelle 13 aufzunehmen. Eine Achse Y des Hauptkörpers 15a ist in Radialrichtung um einen vorbestimmten Betrag bezüglich einer Achse X der Antriebswelle 13 versetzt. Der Kurbelnocken 15 befindet sich mit der Antriebswelle 13 über die Durchgangsöffnung 15c im Eingriff, welche durch den Verbindungsstift 40 miteinander verbunden sind. Eine halbmondförmige, flache Fläche ist an einer Seitenfläche des Zylinders 13b an der Seite des Nockenhauptkörpers 15a gebildet. Der Kurbelnocken 15 ist ausgelegt, um sich im Uhrzeigersinn oder in Richtung des Pfeils, wie in Fig. 1 gezeigt, mit der Drehung der Antriebswelle zu drehen.

Die Ventilhebevorrichtungen 16 sind wie ein abgedeckter Zylinder gebildet, wobei jede gleitbar in einer Öffnung des Zylinderkopfes 11 gehalten wird und eine flache Oberfläche 16a aufweist, mit welcher die Ventilbetätigungsnocke 17 in Gleitkontakt kommt. Wie in Fig. 8 gezeigt, wenn die Ventilhebevorrichtung 16 gegen den Ventilbetätigungsnocken 17 in einem Null-Hub-Bereich gedrückt wird, wird ein kleiner Ventilabstand mit einem eingestellten Wert δ zwischen einer unteren Fläche 16b der Ventilhebevorrichtung 16 und dem Einlassventil in Anbetracht eines thermischen Expansions­ unterschieds zwischen den Komponenten beim Motorstart, einer Abnutzung der Komponenten über die Zeit usw. gehalten.

Wie in den Fig. 1 und 7a bis 8b gezeigt, ist der Ventilbetätigungsnocken 17 ungefähr wie ein Regentropfen gebildet und weist eine Lageröffnung 20a an einem ungefähr ringförmigen Basisende 20 auf, durch welche die Antriebswelle 13 für eine drehbare Lagerung angeordnet ist. Der Ventilbetätigungsnocken 17 weist ebenfalls eine Stiftöffnung 21a an der Seite eines Nockenvorsprungs 21 auf. Eine untere Fläche des Ventilbetätigungsnockens 17 ist mit einer Nockenfläche 22 gebildet, welche eine Basiskreisfläche 22a an der Seite des Basisendes 20, eine Schrägfläche bzw. Rampenfläche 22b, welche sich kreisförmig von der Basiskreisfläche 22 zu dem Nockenvorsprung 21 erstreckt, und eine Hubfläche 22c aufweist, welche sich von der Schrägfläche 22b zu einer oberen Fläche 22d erstreckt, wobei der maximale Hub an dem Ende des Nockenvorsprungs 21 angeordnet ist. Die Basiskreisfläche 22a, die Schrägfläche 22b, die Hubfläche 22c und die obere Fläche 22d kommen entsprechend der hin- und herbewegten Position der Ventilbetätigungsnocke 17 mit vorbestimmten Punkten der Oberfläche 16a der Ventilhebevorrichtung 16 in Kontakt.

Wie insbesondere in Fig. 5 gezeigt, aus Sicht der Ventilhub- Charakteristik, entspricht ein vorbestimmter Winkelbereich Θ₁ der Basiskreisfläche 22a einem Basiskreisbereich und ein vorbestimmter Winkelbereich Θ₂ der Schrägfläche 22b, welche dem Basiskreisbereich Θ₁ folgt, entspricht einem Schrägbereich und ein vorbestimmter Winkelbereich Θ₃ der Schrägfläche 22b von dem Schrägbereich Θ₂ zur oberen Fläche 22d entspricht einem Hubbereich. Wie später beschrieben wird, ist der Betrag eines geringen Hubes L₁ des Einlassventils 12, welcher durch die Ventilbetätigungsnocke 17 erzeugt wird, während der Ventilhubsteuerung auf einen vorbestimmten Wert mehr als doppelt so groß wie der eingestellte Wert δ des Ventilabstands eingestellt.

Ein ringförmiges Halteelement 42 ist zwischen einer in Fläche des Basisendes 20 der Ventilbetätigungsnocke 17 und dem Kurbelnocken 15 angeordnet. Das Halteelement 42 weist einen Außendurchmesser auf, welcher ungefähr gleich dem des Zylinders 15b des Kurbelnockens 15 ist und weist eine Mittel­ öffnung 42a für einen Eingriff mit der Antriebswelle 13 auf.

Die Übertragungsvorrichtung 18 umfasst einen Hebelarm 23, welcher über der Antriebswelle 13 angeordnet ist, einen Kurbelhebel 24, um einen ersten Hebel 23a des Kipphebels 23 mit dem Kurbenocken 15 zu verbinden und eine Verbindungsstange 25 zum Verbinden eines zweiten Hebels 23b des Kipphebels 23 mit dem Ventilbetätigungsnocken 17.

Wie in Fig. 1 gezeigt, weist der Kipphebel 23 in seiner Mitte eine zylindrische Basis auf, welche drehbar an einem Steuernocken 33 durch eine Lageröffnung 23c gelagert ist, wie später beschrieben wird. Der erste Hebel 23a, welcher von einem äußeren Ende der zylindrischen Basis vorsteht, weist eine Stiftöffnung zum Aufnehmen eines Stifts 26 auf, wohingegen der zweite Hebel 23b, welcher von einem inneren Ende der zylindrischen Basis vorsteht, eine Stiftöffnung zum Aufnehmen eines Stifts 27 zum Verbinden des zweiten Hebels 23b und einem ersten Ende 25a der Verbindungsstange 25 aufweist.

Der Kurbelhebel 24 umfasst ein Ende oder ein einen relativ großen Durchmesser aufweisendes ringförmiges Basisende 24a sowie ein anderes Ende oder eine Verlängerung 24b, welche in einer vorbestimmten Position der äußeren Umfangsfläche des Basisendes 24a angeordnet ist. Das Basisende 24a weist in der Mitte eine Eingriffsöffnung 24c auf, welche sich mit der äußeren Umfangsfläche des Hauptkörpers 15a des Kurbelnockens 15 über ein Nadellager 43 im Eingriff befindet. Die Verlängerung 24b weist eine Stiftöffnung zum drehbaren Aufnehmen des Stifts 26 auf. Eine Achse 26a des Stifts 26 bildet einen Schwenkpunkt für die Verlängerung 24b des Kurbelhebels 24 mit dem ersten Hebel 23a des Kipphebels 23.

Wie am besten in Fig. 1 gezeigt, ist die Verbindungsstange 25 im Wesentlichen wie der Buchstabe L gebildet, welcher eine Konkavität (konkav gebildete Seite) an der Seite des Hebelarms 23 aufweist und erste und zweite Ende 25a, 25b aufweist, welche mit Stiftöffnungen 25c und 25d gebildet sind, durch welche Enden der Stifte 27 und 28, welche in den jeweiligen Stiftöffnungen des zweiten Hebels 23b des Kipphebels 23 und des Nockenvorsprungs 21 der Ventilbetätigungsnocke 17 mittels einer Presspassung eingepasst sind, drehbar angeordnet sind.

An einem Ende der Stifte 26, 27, 28 sind Sprengringe zur Beschränkung einer axialen Bewegung des Kurbelhebels 24 und der Verbindungsstange 25 angeordnet.

Das Nadellager oder ein Kugellagerelement 43 ist zwischen dem Hauptkörper 15a des Kurbelnockens 15 und der inneren Umfangsfläche 24c des Basisendes 24a des Kurbelhebels 24 angeordnet, wobei es sich mit einer äußeren Umfangsfläche 15d des Nockenhauptkörpers 15a im Eingriff befindet. Wie in Fig. 6 gezeigt, umfasst das Nadellager 43 eine ringförmige Halterung 44 und eine Vielzahl von Nadelrollkörpern 45, welche drehbar durch die Halterung 44 gehalten werden. Obwohl in Fig. 6 nur eine Hälfte des Nadellagers 43 aus Vereinfachungsgründen dargestellt ist, ist das tatsächliche Nadellager 43 ringförmig ausgebildet.

Die Halterung 44 ist wie ein kreisförmiger Ring mit einer Vielzahl von rechteckigen Öffnungen 44a gebildet, welche in Umfangsrichtung gleich von einander beabstandet sind. Andererseits sind die Nadelrollkörper 45 drehbar in den jeweiligen Öffnungen 44 gebildet, um einen inneren Umfang aufzuweisen, welcher direkt drehbar die äußere Umfangsfläche 15d des Nockenhauptkörpers 15a kontaktiert und einen äußeren Umfang aufzuweisen, welcher direkt drehbar die innere Umfangsfläche 24c des Basisendes 24a des Kurbelhebels 24 kontaktiert.

Wie am besten in Fig. 4 gezeigt, ist das Nadellager 43 in seiner Gesamtheit an der äußeren Umfangsfläche des Nockenhauptkörpers 15a derart gehalten, dass beide Kanten der Halterung 44 durch eine Seitenfläche 41a des Kurbelnockens 15 und eine Seitenfläche 42a des Halteelements 42 in Richtung der Antriebswelle 13 gehalten sind. Da sie aus einem verschleißfesten Material hergestellt sind, erreichen sowohl der Kurbelnocken 15 als auch das Halteelement 42 eine Einschränkung des durch Gleitbewegung mit der Halterung 44 verursachten Verschleißes.

Das Änderungsmittel 19 umfasst die Steuerwelle 32, welche über der Antriebswelle 13 angeordnet ist und drehbar am Lager 14 gelagert ist und den Steuernocken 33, welcher am äußeren Umfang der Steuerwelle 32 befestigt ist, um einen hin- und hergehenden Drehpunkt des Kipphebels 23 zu bilden.

Wie am besten in Fig. 2 gezeigt, ist die Steuerwelle 32 parallel zur Antriebswelle 13 derart angeordnet, dass sie sich in Längsrichtung des Motors erstreckt und ist derart ausgebildet, dass sie innerhalb eines vorbestimmten Winkelbereichs mittels eines elektromagnetischen Aktuators 29, der an einem Ende der Steuerwelle 32 angeordnet ist, und einem Schneckenantriebsmechanismus 34 drehbar ist.

Der Steuernocken 33 ist wie ein Zylinder ausgebildet und weist eine Achse P1 auf, welche bezüglich einer Achse P2 der Steuerwelle 32 um einen Betrag α entsprechend einem Dicken­ bereich 33a versetzt ist.

Der Aktuator 29 zum einstellbaren Rotieren der Steuerwelle 32 wird entsprechend einem Steuersignal angetrieben, welches von einer Steuer- bzw. Regeleinrichtung 30 zur Erfassung von Motorbetriebsbedingungen erhalten wird. Die Steuereinrichtung 30, welche einen Rechner bzw. Mikrocomputer umfasst, ist dazu vorgesehen, die tatsächlichen Motorbetriebsbedingungen ent­ sprechend einem Signal einer Motordrehzahl, welche durch einen Kurbelwinkelsensor erfasst wird, und Ermittlungssignalen von verschiedenen Sensoren wie beispielsweise einem Gaspedal­ öffnungswinkelsensor, einem Ansauglufttemperatursensor, einem Fahrzeug-G-Sensor (vehicle G sensor), Getriebezahnrad­ positionssensor usw. zu erfassen. Überdies stellt die Steuereinrichtung 30 ein Steuersignal für den Aktuator 29 entsprechend einem Ermittlungssignal aus einem Potentiometer 31 zum Erfassen der gedrehten Position der Steuerwelle 32 bereit, welches einem tatsächlichen Ventilhub entspricht.

Nachfolgend die Betriebsweise des ersten Ausführungsbeispiels beschrieben. Wenn der Motor bei einer geringen Geschwindigkeit und Teillast betrieben wird, wird die Steuerwelle 32 durch den Aktuator 29 im Uhrzeigersinn entsprechend einem Steuersignal der Steuereinrichtung 30 gedreht. Somit wird die Achse P1 des Steuernockens 33 in einer Rotations-Winkelposition gehalten, welche in der oberen linken Richtung der Achse P2 der Steuerwelle 32 angeordnet ist, wie in Fig. 7a gezeigt, so dass der Dickenbereich 33a des Steuernockens 33 bezüglich der Antriebswelle 13 nach oben bewegt wird. Somit wird der Hebelarm 23 in seiner Gesamtheit bezüglich der Antriebswelle 13 nach oben bewegt, so dass der Ventilbetätigungsnocken 17, welcher durch die Verbindungsstange 25 den Nockenvorsprung 21 zwanghaft leicht nach oben gezogen aufweist, in seiner Gesamtheit im Gegenuhrzeigersinn gedreht wird.

Deshalb, wie in den Fig. 7a und 7b gezeigt, wenn die Drehung des Kurbelnockens 15 den ersten Hebel 23a des Kipphebels 23 durch den Kurbelhebel 24 nach oben drückt, wird der entsprechende Hubbetrag, welcher der Ventilbetätigungsnocke 17 und der Ventilhebevorrichtung 16 durch die Verbindungsstange 25 übertragen wird, auf Null gehalten.

Bei einer derartigen niederen Geschwindigkeit und Teillastbereich werden, wie in Fig. 10 gezeigt, die beiden Einlassventile 12 auf einem Null-Hub gehalten, d. h. im ventilgeschlossenen Zustand. Dies ermöglicht eine Verringerung der Reibung usw., was zu einem im großen Umfang verbesserten Kraftstoffverbrauch führt. Überdies wird im ersten Ausführungsbeispiel der so genannte verringerte Zylinder­ betrieb ausgeführt, wobei die beiden Einlassventile 12 jedes speziellen Zylinders bei einem Null-Hub oder im Ventil- Abschaltungs-Zustand (valve stop state) gehalten werden, und die beiden Auslassventile des gleichen Zylinders ebenfalls im Null-Hub oder im Ventil-Abschaltungs-Zustand gehalten werden, aber die Einlass- und Auslassventile der anderen Zylinder sich nicht im Ventil-Abschaltungs-Zustand befinden. Dies verringert Pumpverluste, was zu einer weiteren Verbesserung des Kraftstoffverbrauchs führt.

Wenn ein Gaspedal betätigt wird, um die Motorbetriebs­ bedingungen von den geringen Umdrehungen und dem Teillastbereich (kleinem Lastbereich) (wie in den Fig. 7a und 7b gezeigt) zu mittleren Umdrehungen und zum Mittellastbereich oder zu mittleren Umdrehungen und zum Teillastbereich zu überführen, wird die Steuerwelle 32 entsprechend einem Steuersignal der Steuereinrichtung 30 sofort durch den Aktuator 29 leicht im Gegenuhrzeigersinn gedreht. Somit, wie in den Fig. 8a bis 8b gezeigt, wird dadurch der Steuernocken 33 sofort von der in den Fig. 7a und 7b gezeigten Position leicht im Gegenuhrzeigersinn gedreht, um die Achse P1 des Steuernockens 33 sofort leicht zu bewegen. Als Ergebnis wird der Ventilhubbetrag sofort von Null auf L1 überführt.

Wie in Fig. 11 gezeigt, wird die Tatsache, dass der Ventilhubbetrag sofort von Null auf L1 überführt wird, genauer entsprechend einem Hubsteuerdiagramm beschrieben. In Fig. 11 bezeichnet die X-Achse eine Motordrehzahl NE (rpm) und eine Y- Achse bezeichnet einen Beschleunigungsöffnungsgrad Aa (deg) entsprechend einer Motorlast. Die Motordrehzahl NE ist von einer Kurbeldrehzahl N₀ bis zu einer möglichen Maximaldrehzahl N_max vorgegeben und der Gaspedalöffnungswinkel Aa ist von einem vollständigen Schließen bis zu einem vollständigen Öffnen des Gaspedals vorgegeben. Es sei angemerkt, dass die Y-Achse entsprechend der Motorlast einen Drosselklappenöffnungsgrad, einen Luftansaugbetrag oder einen internen Ansaugrohrdruck an Stelle des Gaspedal-Öffnungsgrades angeben kann.

Es gibt eine Grenze von geringen Umdrehungen und vom Mittellastbereich zu mittleren Umdrehungen und zum Teillast­ bereich, bei der der Ventilhubbetrag von Null auf den geringen Hub L1 übergeht. Die geringe Umdrehungen und die Teillastseite der Grenze liegt im Bereich A, in welchem der Ventilhubbetrag auf Null-Hub festgelegt ist. Die großen Umdrehungen und die Volllastseite der Grenze ist ein Bereich B, in welchem der Ventilhubbetrag mit einem Ansteigen der Motordrehzahl oder der Last kontinuierlich geändert wird. Somit zeigt die Grenze ein Limit zwischen dem Bereich A oder einem Bereich mit festgelegtem Null-Hub und dem Bereich B oder einem Bereich mit einem kontinuierlich variablen Hub.

Es sei beispielsweise angenommen, dass die tatsächlichen Motorbetriebsbedingungen einem Punkt Q1 im Bereich des festgelegten Null-Hubes oder dem Bereich A entsprechen. Wenn hierbei das Gaspedal niedergedrückt wird, erreichen die Motorbetriebsbedingungen Q2 an der Grenze, an welchem die Hubsteuerdiagramm sofort von Null auf L1 geändert wird. Als Ergebnis bewirkt die Steuerungseinrichtung 30, dass sich die Steuerwelle 32 sofort leicht im Gegenuhrzeigersinn dreht, wie oben beschrieben, um den Ventilhubbetrag auf den geringen Hub L1 einzustellen. Die Hubsteuerung geht unmittelbar bloß durch einen sehr geringen Hubbereich zwischen dem Null-Hub und dem geringen Hub L1 über und ändert selektiv den Ventilhubbetrag im Wesentlichen zwischen Null und dem geringen Hub L1.

Da die Hubsteuerung nicht in dem sehr kleinen Hubbereich ausgeführt wird, kann eine Variation des Ventilhubbetrags zwischen Zylindern verhindert werden, welche während des sehr geringen Hubes infolge von Variation in der Herstellungsgenauigkeit von Komponenten auftreten.

Unter Bezugnahme auf Fig. 12 wird eine Wirkung beschrieben, welche durch die Steuerung erzeugt wird, in der der Ventilhubbetrag selektiv zwischen Null und dem geringen Hub L1 geändert wird, im Vergleich mit einer Hubsteuerung, in der der Ventilhubbetrag kontinuierlich geändert wird.

Fig. 12 zeigt die Beziehung zwischen dem Ventilhubbetrag L und dem Hubvariationsverhältnis ΔL/L, wenn die Bearbeitungs­ genauigkeit der Komponenten variiert. Das Hubvariations­ verhältnis ΔL/L ist beispielsweise durch einen Wert gegeben, wenn der Abstand (pitch length) zwischen den Stiftöffnungen 25c an beiden Enden der Verbindungsstange 25 jeder Vorrichtung um einen vorbestimmten Betrag variiert.

Wie in Fig. 12 gezeigt, selbst bei einer Verringerung des Ventilhubbetrags L, verringert eine Variation von ΔL des Ventilhubbetrags L nicht im Verhältnis zum verringerten Ventilhubbetrag L, so dass das Hubänderungsverhältnis ΔL/L sich mit einer Verringerung im Ventilhubbetrag L vergrößert. Es weist einen größeren Wert auf, insbesondere im sehr kleinen Hubbereich, in welchem der Ventilhubbetrag L kleiner als der kleine Hub L1 ist und größer als Null ist, was ein Beispiel dafür ist, wenn die Länge der Verbindungsstangen 25 variiert. Das Hubänderungsverhältnis ΔL/L wird ebenfalls ein größerer Wert im sehr kleinen Hubbereich, wenn die Bearbeitungs- oder Positionsgenauigkeit von anderen Bereichen variiert, wie beispielsweise dem Kipphebel 23, der Antriebswelle 13 usw. Dies verursacht eine größere Änderung beim Ansaugluft- Beladungsgrad und den Kraftstoffströmungsbedingungen zwischen den Zylindern einer speziellen Zylindergruppe, was zu einer unstabilen Motorleistung führt.

Das Auftreten einer Änderung des Ventilhubbetrags L kann jedoch mit dem Festlegen des Ventilhubbetrags auf Null-Hub und nicht auf einen sehr kleinen Hub verhindert werden. Dies folgt aufgrund der Tatsache, dass ein Ventilabstand zwischen der unteren Fläche 16b der Ventilhebevorrichtung 16 und der oberen Endfläche des Ventils aufrecht erhalten wird, welcher die Erhaltung des Null-Hubes sicherstellt.

Da im ersten Ausführungsbeispiel keine Hubsteuerung im sehr kleinen Hubbereich ausgeführt wird, in welchem das Hubänderungsverhältnis ΔL/L größer ist, wird eine Änderung des Ansaugluft-Beladungswirkungsgrads und der Kraftstoffströmungs­ bedingungen zwischen den Zylindern einer bestimmten Zylindergruppe unterdrückt.

Weiter kann im ersten Ausführungsbeispiel das Umschalten von Null-Hub zum geringen Hub L1 und umgekehrt sanft durch den Betriebsmechanismus 10 ausgeführt werden. Insbesondere passiert die Steuerwelle 32 kurzzeitig bzw. vorübergehend an der Zwischenrotationsposition des sehr kleinen Hubes während der Rotation von der Rotationsposition von Null-Hub bis zu der von einem geringen Hub L1, wodurch ein vollständiges Einschränken des Auftretens eines Drehmomentstoßes ermöglicht wird.

Des Weiteren ist im ersten Ausführungsbeispiel der Betrag des geringen Hubes L1 mehr als doppelt so groß als der eingestellte Wert δ des Ventilabstandes, wie in den Fig. 8a und 8b gezeigt.

Das Hubänderungsverhältnis ΔL/L ist unter Ausschluss einer Änderung des Ventilabstandes, einer Änderung über die Zeit usw. berechnet. Tatsächlich umfasst der Ventilabstand nicht nur derartige Fehler, sondern erfährt auch eine andere Änderung über die Zeit infolge von Verschleiß eines Ventilwellenendes oder einer Bildung von Ablagerungen. Diese Fehler erzeugen eine Änderung Δδ im Ventilabstand, welcher ΔL zu ΔL ± Δδ ändert, woraus eine Änderung des Hubänderungsver­ hältnisses ΔL/L resultiert (siehe Fig. 12).

Der Ventilabstand weist den eingestellten Wert δ auf, welcher verhindern kann, dass der Ventilabstand Null wird (das Auftreten von Ventilstößen (valve thrusting)) oder übermäßig wird (Auftreten von Geräuschen) selbst wenn die obigen Fehler vorliegen.

Insbesondere ist die Änderung Δδ des Ventilabstandes kleiner als der eingestellte Wert δ. Durch Einstellen des geringen Hubes L1 auf 2δ oder größer, kann somit der tatsächliche Hubbetrag δ oder größer sein und den Minimalhub sicherstellen, selbst bei einer Änderung des Ventilabstandes, einer Änderung über die Zeit usw., wodurch eine Einschränkung von instabilen Motorleistungen möglich wird. Es sei angemerkt, dass wenn der eingestellte Wert δ des Ventilabstandes 0,4 mm ist, der geringe Hub L1 auf 0,8 mm oder größer eingestellt ist.

Wenn andererseits das Gaspedal weiter niedergedrückt wird, um die Motorbetriebsbedingungen auf hohe Umdrehungen und einen Volllastbereich zu überführen, wird die Steuerwelle 32 durch den Aktuator 29 entsprechend einem Steuersignal der Steuereinrichtung 30 im Gegenuhrzeigersinn gedreht. Wie in den Fig. 9a und 9b gezeigt, wird dadurch der Steuernocken 33 weiter im Gegenuhrzeigersinn von der in den Fig. 8a und 8b gezeigten Position gedreht, um die Achse P1 (Dickenbereich 33a) des Steuernockens 33 nach unten zu bewegen. Im Ergebnis wird der Kipphebel 23 in seiner Gesamtheit in Richtung der Antriebswelle 13 bzw. nach unten bewegt, so dass der erste Hebel 23b den Nockenvorsprung 21 des Ventilbetätigungsnockens 17 über die Verbindungsstange 25 nach unten drückt, wobei der Ventilbetätigungsnocken 17 in seiner Gesamtheit im Uhrzeigersinn um einen vorbestimmten Betrag gedreht wird.

Deshalb wird die Kontaktposition der Nockenfläche 22 des Ventilbetätigungsnockens 17 bezüglich der Oberfläche 16a der Ventilhebevorrichtung 16 nach rechts oder in Richtung des Hubbereichs 22d bewegt, wie in Fig. 9a gezeigt. Dadurch wird der Kurbelnocken 15 wie in Fig. 9a gezeigt gedreht, um den ersten Hebel 23a des Kipphebels 23 durch den Nockenhebel 24 zu drücken, wodurch ein größerer Hub L2 bezüglich der Ventilhebevorrichtung 16 erhalten wird.

Somit ist die Ventilhubcharakteristik bei hohen Umdrehungen und im Volllastbereich größer als bei wenigen Umdrehungen und im Teillastbereich, so dass der Ventilhubbetrag L einen größeren Wert L2 aufweist, wie in Fig. 10 gezeigt. Dies führt zu einer verbesserten Öffnungszeitsteuerung und einer späteren Schließsteuerung jedes Einlassventils 12, wodurch ein verbesserter Ansaugluft-Beladungswirkungsgrad erhalten wird, wodurch eine ausreichende Motorleistung erreicht wird.

Da überdies die Änderung des Ventilhubbetrages L kontinuierlich von geringen Umdrehungen und vom Teillastbereich zu hohen Umdrehungen und zum Volllastbereich (L1 zu L2) ausgeführt wird, kann der Ventilhub kontinuierlich und genau entsprechend den Motorbetriebsbedingungen, d. h. der tatsächlichen Motordrehzahl und den Lastbedingungen, gesteuert werden. Dies ermöglicht es, dass eine maximale Motorleistung bzw. Motorperformance wie beispielsweise Motordrehmoment in jeder Motorbetriebsbedingung erhalten wird. Überdies tritt im Hubbereich von L1 zu L2 eine Änderung der Ansaugluftmenge oder dergleichen zwischen den Zylindern nicht auf, wie in Fig. 12 gezeigt.

Wenn der Ventilhubbetrag L von bestimmten Zylindern auf Null- Hub festgelegt ist, ist der Ventilhubbetrag der anderen Zylinder auf den geringen Hub L1 festgelegt, wohingegen wenn erstere im Bereich von L1 zu L2 gesteuert werden, letztere im gleichen Bereich gesteuert werden. Insbesondere wird der Minimalhub von bestimmten Zylindern mit Ausnahme des Null- Hubes gleich dem Minimalhub der anderen Zylinder festgelegt. Damit ist sofort nach Umschalten auf eine Betrieb aller Zylinder kein Hubunterschied zwischen den Zylindern vorhanden, wodurch kein Unterschied des Ansaugluft-Beladungswirkungsgrads zwischen den Zylindern erzeugt wird.

In Fig. 13 ist ein zweites Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung gezeigt, in welchem ein eingestellter Wert des geringen Hubes L1 geändert ist, so dass der geringe Hub L1 in einem Punkt mit der Motordrehzahl NE = N1 (rpm) und die Gaspedalöffnung Aa = Aa1 (deg) in der in Fig. 11 gezeigten Hubsteuerdiagramm auf einen derartigen Wert eingestellt ist, dass das abgegebene Drehmoment bei Null-Hub für Einlassventile von speziellen Zylindern und der geringe Hub L1 für Einlassventile anderer Zylinder ungefähr gleich dem abgegebenen Drehmoment beim geringen Hub L1 für Einlassventile aller Zylinder ist. Dies ermöglicht eine Einschränkung des Auftretens von Drehmomentstößen, wenn der Ventilhub von speziellen Zylindern vom Null-Hub auf den geringen Hub L1 umgeschaltet wird.

Insbesondere das abgegebene Drehmoment im Betriebsbereich bei Null-Hub für spezielle Zylinder mit vollständig offenem Gaspedal (bzw. Drosselklappe) ist selbstverständlich kleiner als das im Betriebsbereich mit geringem Hub L1 für alle Zylinder. Dies ist infolge der Tatsache, dass, da die Drosselklappe vollständig geöffnet ist, wenn das Gaspedal vollständig geöffnet ist, eine Kontraktion der Ansaugluft in diesem Bereich kaum auftritt, aber hauptsächlich an den Einlassventilen auftritt, was zu einer verringerten Ansaug­ luftmenge hinsichtlich der Gesamtheit des Mehrfachzylinder­ motors resultiert, wenn der Ventilhubbetrag von bestimmten Zylindern auf Null-Hub gesetzt ist. Der Unterschied zwischen den beiden Drehmomenten ist jedoch kleiner, wenn eine Motorlast kleiner ist oder der Gaspedalöffnungsgrad kleiner ist. Wenn der Gaspedalöffnungsgrad einen bestimmten Wert erreicht, sind die beiden Drehmomente gleich, und wenn der Gaspedalöffnungsgrad weiter kleiner wird, wird das abgegebene Drehmoment bei Null-Hub größer als das bei geringem Hub L1. Dies tritt infolge der Tatsache auf, dass wenn der Gaspedalöffnungsgrad kleiner ist, die durch die Drosselklappe durchgeführte Kontraktion der Ansaugluft dominant ist und die Wirkung des Ventilhubes kleiner ist. Bei Null-Hub wird der Verbrennungswirkungsgrad höher und eine Antriebsreibung eines Ventiltriebes wird kleiner, so dass eine größere Arbeit bezüglich der gleichen Ansaugluftmenge möglich ist, was zu einem höheren abgegebenen Drehmoment bei Null-Hub führt.

In Fig. 14 ist ein drittes Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt, wobei ein eingestellter Wert des geringen Hubes L1 weiter verändert ist. Insbesondere in dem in Fig. 11 dargestellten Hubsteuerdiagramm ist der geringe Hub L1 auf einen derartigen Wert eingestellt, dass das abgegebene Drehmoment beim geringen Hub L1 für alle Zylinder größer ist als das bei Null-Hub für bestimmte Zylinder und der geringe Hub L1 für andere Zylinder. Wenn somit der Ventil­ hubbetrag von Null-Hub auf geringen Hub L1 umgeschaltet wird, wird ein vergrößertes abgegebenes Drehmoment erhalten, wodurch das Fahrzeugbeschleunigungsverhalten verbessert wird. Dies führt zu einem verbesserten anwendbaren Bereich des Null- Hubes, d. h. einem möglichen Einstellen der Grenze an der Volllastseite, wodurch weiterhin ein verbesserter Kraftstoff­ verbrauch erreicht wird.

In Fig. 15 ist ein viertes Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung gezeigt, wobei die Grenze entsprechend den Motorbetriebsbedingungen, d. h. der Ansauglufttemperatur, geändert wird. Insbesondere, wenn die Ansauglufttemperatur höher als eine vorbestimmte Temperatur ist, wird die Grenze zur Seite des Null-Hubes oder zur Seite des Bereichs A geändert, wohingegen wenn die Ansauglufttemperatur kleiner als die vorbestimmte Temperatur ist, die Grenze zur Seite des hohen Hubes oder zur Seite des Bereichs B geändert wird.

Wie allseits bekannt ist, erhöht sich die Dichte des Einlassgemisches im Allgemeinen, wenn die Ansauglufttemperatur fällt, wodurch der Gemischbeladungswirkungsgrad verbessert wird, was zu einem verbesserten Motordrehmoment führt. Durch die Verschiebung der Grenze zur Seite des Bereichs B, wie in dem Ausführungsbeispiel dargestellt, kann daher der Betriebs­ bereich mit Null-Hub bei hohen Umdrehungen und in Voll­ lastrichtung vergrößert werden. Dies führt zu einem ver­ größerten Betriebsbereich mit Null-Hub, wodurch ein ver­ besserter Kraftstoffverbrauch bei Sicherung des notwendigen Drehmoments erhalten wird.

In Fig. 16 ist ein Flussbild gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung dargestellt, wobei die Steuereinrichtung 30 eine Lernsteuerung (learning control) des geringen Hubbereichs, welcher an der Grenze angeordnet ist, entsprechend den Änderungen der Motor­ betriebsbedingungen ausführt.

Wie in Fig. 16 gezeigt, wird zuerst in einem Schritt S1 ein tatsächlicher Ventilhub von dem Positionssensor gelesen und in einem Schritt S2 eine tatsächliche Getriebeposition von dem Getriebepositionssensor gelesen. Als Nächstes wird in einem Schritt S3 eine tatsächliche Beschleunigung G1 des Fahrzeugs vom G-Sensor gelesen. In einem nachfolgenden Schritt S4 wird die tatsächliche Beschleunigung G1 mit einer Zielbeschleunigung G, welche entsprechend einem geschätzten Motordrehmoment aus den Informationen wie beispielsweise dem tatsächlichen Ventilhub und dem Gaspedalöffnungsgrad und der Getriebeposition geschätzt wird, verglichen, um zu bestimmen, ob die tatsächliche Beschleunigung G1 die Zielbeschleunigung G erreicht oder nicht. Wenn bestimmt wird, dass die tatsächliche Beschleunigung die Zielbeschleunigung G erreicht, geht das Flussbild zu einem Schritt S5 weiter, in welchem der geringe Hub L1 aufgenommen (gelernt) wird und in einem Speicher in der Steuereinrichtung gespeichert wird.

Wenn andererseits bestimmt wird, dass die tatsächliche Beschleunigung G1 die Zielbeschleunigung G nicht erreicht, geht das Flussbild zu einem Schritt S6 weiter, in welchem der geringe Hub L1 vergrößert wird, welcher der Minimalhub ist, wenn der Null-Hub ausgeschlossen wird. Dies ermöglicht es, den Ventilhubbetrag L mit Ausnahme des Null-Hubes in einer relativen Weise zu erhöhen, wodurch die tatsächliche Beschleunigung G1 verbessert wird. Weiter ist der Ventilhubbetrag L bis zu einem gegebenen Wert des geringen Hubes L1 vergrößert, an dem die tatsächliche Beschleunigung G der Zielbeschleunigung G entspricht, welcher aufgenommen (gelernt) und im Speicher gespeichert wird.

Die Lernsteuerung ist immer in einer derartigen Weise bezüglich des geringen Hubes L1 ausgeführt, so dass eine Verschlechterung der Fahrzeugleistungen verhindert werden kann, selbst wenn sich die Reibung eines Fahrzeugs oder eines Ventiltriebs über die Zeit vergrößert.

In Fig. 17 ist ein Flussdiagramm eines sechsten Ausführungsbeispiels gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt. Im fünften Ausführungsbeispiel wird der Lern­ vorgang bezüglich des geringen Hubes L1 ausgeführt, wohingegen im sechsten Ausführungsbeispiel die Grenze zwischen dem Bereich A und dem Bereich B gelernt bzw. aufgenommen wird, um die gleiche Wirkung zu erzielen.

Bezugnehmend auf Fig. 17 ist der Ablauf von einem Schritt S11 zu einem Schritt S14 ähnlich zu dem von dem Schritt S1 zu dem Schritt S4, wie in Fig. 16 gezeigt. Wenn im Schritt S14 bestimmt wird, dass die tatsächliche Beschleunigung die Zielbeschleunigung G erreicht, geht das Flussdiagramm zu einem Schritt S15 weiter, in welchem die Grenze gelernt bzw. aufgenommen wird und in dem Speicher der Steuereinrichtung 30 gespeichert wird. Wenn andererseits bestimmt wird, dass die tatsächliche Beschleunigung G1 nicht die Zielbeschleunigung G erreicht, geht das Flussdiagramm zu einem Schritt S16 weiter, in welchem die Grenze zur Seite des Null-Hubes verschoben wird. Dies ermöglicht es, den Ventilhubbetrag L bei geringen Umdrehungen und im Teillastbereich zu ändern, wodurch die tatsächliche Beschleunigung G1 verbessert wird. Weiter wird der Ventilhubbetrag L bis zu einem gegebenen Wert an der Grenze vergrößert, in welcher die tatsächliche Beschleunigung G1 der Zielbeschleunigung G entspricht, was aufgenommen bzw. gelernt wird und im Speicher gespeichert wird.

In Fig. 18 ist ein siebtes Ausführungsbeispiel der vor­ liegenden Erfindung gezeigt, wobei ein vorgegebener Wert des geringen Hubes L1 auf einen angemessenen kleinen Wert zwischen dem Null-Hub und dem höchsten Hub L2 eingestellt wird.

In den vorher beschriebenen Ausführungsbeispielen ist im Falle, dass der Aktuator 29 kein Drehmoment infolge z. B. seines Ausfalls aufgrund einer Abkoppelung, erzeugen kann, der Ventilhubbetrag L der Einlassventile 12 von speziellen Zylindern auf den Null-Hub durch eine Vorspannkraft einer Ventilfeder festgelegt, wohingegen der Ventilhubbetrag der Einlassventile der anderen Zylinder auf den geringen Hub L1 festgelegt ist. Dies kann zu einem Fehlen von Motordrehmoment führen, was zu einer im großen Umfang verschlechterten Betriebsperformance im gewöhnlichen geringen Drehzahlbereich führt.

Im siebten Ausführungsbeispiel wird andererseits der Ventilhubbetrag L der Einlassventile von speziellen Zylindern auf den Null-Hub eingestellt, wohingegen der Ventilhubbetrag der Einlassventile der anderen Zylinder auf einen vernünftig kleinen Hub L1' eingestellt wird, wodurch die Volllast- Drehmomentabgabecharakteristik erhalten wird, wie in Fig. 18 gezeigt. Insbesondere wenn das Gaspedal in großem Umfang niedergedrückt wird, um ein vollständiges Öffnen des Gaspedals zu erhalten und der Ventilhubbetrag L aller Zylinder einen vorbestimmten größeren Wert L2 aufweist, variiert das abgegebene Drehmoment entlang einer Kurve, wie in Fig. 18 durch die strichpunktierte Linie dargestellt ist, wodurch ein hohes abgegebenes Drehmoment im hohen Umdrehungsbereich infolge eines hohen Hubes und eines großen Betriebswinkels erreicht wird. Im geringen Umdrehungsbereich wird jedoch als Ergebnis des hohen Hubes und des großen Betriebswinkels das einmal in den Zylindern angesaugte Gemisch infolge des größeren Ventilhubes nach dem unteren Kolbentotpunkt dem verzögerten bzw. zurückbleibenden Schließ-Timing der Einlassventile in die Einlassleitung entladen, wodurch der Gemischbeladungswirkungsgrad verringert wird, was zu einer bestimmten Drehmomentverringerung führt.

Wenn andererseits der vorgegebene Wert des geringen Hubes L1 auf den angemessen kleinen Wert L1' eingestellt wird, ist ein Entladen des Gemisches während geringer Umdrehungen kleiner, selbst bei einer kleineren Anzahl von betriebenen Einlassventilen, so dass das Drehmoment bei geringen Umdrehungen und im Volllastbereich größer ist als das, wenn der Ventilhubbetrag L aller Einlassventile den maximalen Hub L2 aufweist, wie in Fig. 18 durch die durchgezogene Linie dargestellt.

Im siebten Ausführungsbeispiel ist ein vorgegebener Wert des geringen Hubes L1 auf den angemessen kleinen Wert L1' in einer derartigen Weise eingestellt, dass selbst wenn der Ventil­ hubbetrag L von besonderen Einlassventilen 12 auf den Null-Hub festgelegt ist, und der Ventilhubbetrag der anderen Einlass­ ventile auf den geringen Hub L1 infolge eines Ausfalls des Aktuators 29 festgelegt ist, Drehmoment bei geringen Um­ drehungen und im Volllastbereich größer sein kann als das, welches durch Festlegen des Ventilhubbetrages aller Einlass­ ventile auf den maximalen Hub L2 erhalten wird, wodurch eine in großem Umfang gestörte Betriebsperformance im gewöhnlich geringen Umdrehungsbereich infolge eines Fehlens von Motor­ drehmoment verhindert wird.

Obwohl die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf mehrere Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, sei angemerkt, dass die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt ist und verschiedene Änderungen und Modifikationen ausgeführt werden können, ohne den Umfang der vorliegenden Erfindung zu verlassen. Beispielsweise ist in den dargestellten Ausführungsbeispielen die vorliegende Erfindung bei einem so geannten Zweiventilabschaltungs-Motor (two-valve-stop engine) angewandt, wobei die Einlassventile für jeden Zylinder beide einen Null-Hub aufweisen. Vorliegende Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt und kann selbstverständlich auch bei einem so genannten Einventilabschaltungs-Motor (one-valve-stop engine) angewandt werden, bei dem eines der beiden Einlassventile einen Null-Hub aufweist, um die Verwirbelung im Zylinder für einen verbesserten Kraftstoffverbrauch zu erhöhen.

Somit betrifft die vorliegende Erfindung eine variable Ventilbetätigungsvorrichtung mit einem Betätigungsmechanismus, welcher einen Ventilhubbetrag ändert, und einer mikro­ computerbasierten Steuereinrichtung, welche den Betätigungs­ mechanismus steuert, um den Ventilhubbetrag in Abhängigkeit von Motorbetriebsbedingungen zu ändern. Ein erster Bereich des Ventilhubbetrages zwischen einem hohen Hub und einem geringen Hub wird kontinuierlich geändert und ein zweiter Bereich des Ventilhubbetrages zwischen einem geringen Hub und einem Null- Hub wird derart geändert, dass entweder der geringe Hub oder der Null-Hub ausgewählt wird.

Weiterhin ist der gesamte Inhalt der japanischen Patentanmeldung 11-362086 durch ausdrückliche Bezugnahme hierauf Inhalt der vorliegenden Anmeldung.

Claims (23)

1. Variable Ventilbetätigungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor mit Ventilen, umfassend:
einen Betätigungsmechanismus, welcher einen Hubbetrag (L) der Ventile ändert, und
eine rechnerbasierte Steuerungseinrichtung (30), welche den Betätigungsmechanismus steuert bzw. regelt, um den Hubbetrag (L) entsprechend Betriebsbedingungen des Motors zu ändern, wobei ein erster Bereich des Hubbetrags zwischen einem vorbestimmten hohen Wert (L2) und einem vorbestimmten niederen Wert (L1) kontinuierlich geändert wird und wobei ein zweiter Bereich des Hubbetrages zwischen dem vorbestimmten niederen Wert (L1) und Null derart geändert wird, dass entweder der vorbestimmte niedere Wert (L1) oder Null ausgewählt ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der vorbestimmte niedere Wert (L1) des Hubbetrages mehr als doppelt so groß wie ein Abstand (δ) der Ventile ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (30) ein Diagramm aufweist, welches zur Steuerung des Hubbetrages verwendet wird, wobei das Diagramm einen ersten und einen zweiten Bereich (A, B) und eine Grenze zwischen dem ersten und dem zweiten Bereich (A, B) umfasst.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Bereich (A) des Diagramms derart vorgegeben ist, dass der Hubbetrag der Ventile auf Null festgelegt ist und der zweite Bereich (B) des Diagramms derart vorgegeben ist, dass der Hubbetrag der Ventile kontinuierlich von dem vorbestimmten geringen Wert (L1) zu dem vorbestimmten hohen Wert (L2) geändert wird.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Bereich (A) des Diagramms derart vorgegeben ist, dass der Hubbetrag von bestimmten Ventilen auf den vorbestimmten geringen Wert (L1) festgelegt ist und der Hubbetrag der anderen Ventile auf den vorbestimmten geringen Wert (L1) festgelegt ist und der zweite Bereich (B) des Diagramms derart vorgegeben ist, dass der Hubbetrag aller Ventile kontinuierlich vom vorbestimmten geringen Wert (L1) zum vorbestimmten hohen Wert (L2) geändert wird.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass an der Grenze zwischen dem ersten und dem zweiten Bereich (A, B) ein abgegebenes Drehmoment des Motors, wenn der Hubbetrag aller Ventile auf den vorbestimmten geringen Wert (L1) festgelegt ist, ungefähr gleich dem des Motors ist, wenn der Hubbetrag der bestimmten Ventile auf Null festgelegt ist und der Hubbetrag der anderen Ventile auf den vorbestimmten geringen Wert (L1) festgelegt ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass an der Grenze zwischen dem ersten und dem zweiten Bereich (A, B) ein abgegebenes Drehmoment des Motors, wenn der Hubbetrag aller Ventile auf den vorbestimmten geringen Wert (L1) festgelegt ist, größer als das des Motors ist, wenn der Hubbetrag der bestimmten Ventile auf Null festgelegt ist und der Hubbetrag der anderen Ventile auf den vorbestimmten geringen Wert (L1) festgelegt ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass bei geringen Umdrehungen und im Volllastbereich des Motors das abgegebene Drehmoment des Motors, wenn der Hubbetrag der bestimmten Ventile auf Null festgelegt ist und der Hubbetrag der anderen Ventile auf den vorbestimmten geringen Wert (L1) festgelegt ist, größer ist als das des Motors, wenn der Hubbetrag aller Ventile auf den vorbestimmten hohen Wert (L2) festgelegt ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Grenze zwischen dem ersten und dem zweiten Bereich (A, B) entsprechend den Betriebsbedingungen des Motors verschoben wird.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Grenze zwischen dem ersten und dem zweiten Bereich (A, B) auf eine Seite des vorbestimmten hohen Werts (L2) verschoben wird, wenn eine Temperatur der in die Verbrennungskammer angesaugten Luft kleiner als ein vorbestimmter Wert ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (30) die Grenze zwischen dem ersten und dem zweiten Bereich (A, B) und dem vorbestimmten geringen Wert (L1) an der Grenze entsprechend einem Lernresultat steuert bzw. regelt.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Betriebsmechanismus eine Antriebswelle (13), welche durch eine Kurbelwelle des Motors angetrieben wird und einen Kurbelnocken (15) an ihrem äußeren Umfang aufweist, einen Ventilbetätigungs­ nocken (17), welcher mit einer Oberfläche (16a) einer an einem oberen Ende jedes Ventils für dessen Öffnen und Schließen angeordneten Ventilhebevorrichtung (16) in Gleitkontakt kommt, einen Übertragungsmechanismus (18), welcher zwischen dem Kurbelnocken (15) und dem Ventilbetätigungsnocken (17) angeordnet ist und einen Änderungsmechanismus (19) umfasst, um eine Betriebs­ position des Übertragungsmechanismus (18) variabel zu steuern bzw. zu regeln, um eine Kontaktposition des Ventilbetätigungsnockens (17) bezüglich der Oberfläche (16a) der Ventilhebevorrichtung (16) zu ändern.

13. Variable Ventilbetätigungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor mit Ventilen, umfassend:
einen Betätigungsmechanismus, welcher einen Hubbetrag der Ventile ändert, wobei der Betätigungsmechanismus eine Antriebswelle (13), welche durch eine Kurbelwelle des Motors angetrieben wird und einen Kurbelnocken (15) an ihrem äußeren Umfang aufweist, einen Ventilbe­ tätigungsnocken (17), welcher mit einer Oberfläche (16a) einer an einem oberen Ende jedes Ventils für dessen Öffnen und Schließen angeordneten Ventilhebevorrichtung (16) in Gleitkontakt kommt, einen Übertragungsmechanismus (18), welcher zwischen dem Kurbelnocken (15) und dem Ventilbetätigungsnocken (17) angeordnet ist und einen Änderungsmechanismus (19) umfasst, um eine Betriebs­ position des Übertragungsmechanismus (18) variabel zu steuern bzw. zu regeln, um eine Kontaktposition des Ventilbetätigungsnockens (17) bezüglich der Oberfläche (16a) der Ventilhebevorrichtung (16) zu ändern, und
eine rechnerbasierte Steuereinrichtung (30), welche den Betätigungsmechanismus regelt bzw. steuert, um den Hubbetrag (L) entsprechend den Betriebsbedingungen des Motors zu ändern, wobei ein erster Bereich des Hubbetrages zwischen einem vorbestimmten hohen Wert (L2) und einem vorbestimmten niederen Wert (L1) kontinuierlich geändert wird, und wobei ein zweiter Bereich des Hubbetrages zwischen dem vorbestimmten niederen Wert (L1) und Null derart geändert wird, dass entweder der vorbestimmte niedere Wert (L1) oder Null ausgewählt wird.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der vorbestimmte niedere Wert (L1) des Hubbetrages mehr als doppelt so groß wie ein Abstand (δ) der Ventile ist.

15. Vorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (30) ein Diagramm aufweist, welches zur Steuerung des Hubbetrages verwendet wird, wobei das Diagramm einen ersten und einen zweiten Bereich (A, B) und eine Grenze zwischen dem ersten und dem zweiten Bereich (A, B) umfasst.

16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Bereich (A) des Diagramms derart vorgegeben ist, dass der Hubbetrag der Ventile auf Null festgelegt ist und der zweite Bereich (B) des Diagramms derart vorgegeben ist, dass der Hubbetrag der Ventile kontinuierlich von dem vorbestimmten geringen Wert (L1) zu dem vorbestimmten hohen Wert (L2) geändert wird.

17. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Wert (A) des Diagramms derart vorgegeben ist, dass der Hubbetrag von bestimmten Ventilen auf den vorbestimmten geringen Wert (L1) festgelegt ist und der Hubbetrag der anderen Ventile auf den vorbestimmten geringen Wert (L1) festgelegt ist und der zweite Bereich (B) des Diagramms derart vorgegeben ist, dass der Hubbetrag aller Ventile kontinuierlich vom vorbestimmten geringen Wert (L1) zum vorbestimmten hohen Wert (L2) geändert wird.

18. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass an der Grenze zwischen dem ersten und dem zweiten Bereich (A, B) ein abgegebenes Drehmoment des Motors, wenn der Hubbetrag aller Ventile auf den vorbestimmten geringen Wert (L1) festgelegt ist, ungefähr gleich dem des Motors ist, wenn der Hubbetrag der bestimmten Ventile auf Null festgelegt ist und der Hubbetrag der anderen Ventile auf den vorbestimmten geringen Wert (L1) festgelegt ist.

19. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass an der Grenze zwischen dem ersten und dem zweiten Bereich (A, B) ein abgegebenes Drehmoment des Motors, wenn der Hubbetrag aller Ventile auf den vorbestimmten geringen Wert (L1) festgelegt ist, größer als das des Motors ist, wenn der Hubbetrag der bestimmten Ventile auf Null festgelegt ist und der Hubbetrag der anderen Ventile auf den vorbestimmten geringen Wert (L1) festgelegt ist.

20. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass bei geringen Umdrehungen und im Volllastbereich des Motors das abgegebene Drehmoment des Motors, wenn der Hubbetrag der bestimmten Ventile auf Null festgelegt ist und der Hubbetrag der anderen Ventile auf den vorbestimmten geringen Wert (L1) festgelegt ist, größer ist als das des Motors, wenn der Hubbetrag aller Ventile auf den vorbestimmten hohen Wert (L2) festgelegt ist.

21. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Grenze zwischen dem ersten und dem zweiten Bereich (A, B) entsprechend den Betriebsbedingungen des Motors verschoben wird.

22. Vorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Grenze zwischen dem ersten und dem zweiten Bereich (A, B) auf eine Seite des vorbestimmten hohen Werts (L2) verschoben wird, wenn eine Temperatur der in die Verbrennungskammer angesaugten Luft kleiner als ein vorbestimmter Wert ist.

23. Vorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (30) die Grenze zwischen dem ersten und dem zweiten Bereich (A, B) und dem vorbestimmten geringen Wert (L1) an der Grenze entsprechend einem Lernresultat steuert bzw. regelt.