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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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1. Gebiet der Erfindung
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Die
Erfindung betrifft ein Ventilsystem für einen v-förmigen Motor bzw. einen V-Motor, bei dem eine
in jeder Bank bzw. Zylinderbank des Motors bereitgestellte Nockenwelle
mit Ventilnocken ausgebildet ist, um Motorventile anzutreiben (d.h.,
zu öffnen und
zu schließen),
und einer Pumpennocke zum Antreiben einer Kraftstoffpumpe, die einer
Kraftstoffeinspritzvorrichtung unter Druck stehenden Kraftstoff zuführt.
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2. Beschreibung
des Standes der Technik
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Es
ist ein Ventilsystem bekannt, bei dem eine Kraftstoffpumpe, die
Kraftstoff unter Druck zu einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung fördert, durch
eine Nockenwelle angetrieben wird, auf der Ventilnocken zum Antreiben
(d.h., zum Öffnen
und zum Schließen) von
Motorventilen, wie beispielsweise Einlassventile oder Auslassventile,
ausgebildet sind. Bei dem bekannten Ventilsystem wird ein Kolben
der Kraftstoffpumpe durch eine Feder oder dergleichen in Kontakt mit
einer auf der Nockenwelle ausgebildeten Pumpennocke gedrückt, so
dass das Drehen bzw. Rotieren der Pumpennocke den Kolben veranlasst,
sich in der Kraftstoffpumpe hin und her zu bewegen, nämlich die
Pumpennocke den Kolben antreibt, wenn sie sich mit der Nockenwelle
dreht. Mit dem sich auf diese Weise hin und her bewegenden Kolben
wird der Kraftstoff vom Kraftstofftank in die Kraftstoffpumpe gesaugt
bzw. gezogen, und wird dann unter Druck gesetzt und der Kraftstoffeinspritzvorrichtung
zugeführt.
Währenddessen
unterliegt die Nockenwelle, auf der die Pumpennocke und auch die
Ventilnocken ausgebildet sind, zusätzlich zu Drehmomentschwankungen
beim Antreiben der Motorventile, Drehmo mentschwankungen beim Antreiben
der Kraftstoffpumpe. Falls die mit der Kraftstoffpumpe verbundenen
Antriebsdrehmomentschwankungen diejenigen der Motorventile überlagern
(are superimposed on), um die Amplitude der gesamten Drehmomentschwankung
zu erhöhen,
wird eine überhöhte Spannung
auf ein Antriebsbauteil, beispielsweise einen Zahnriemen oder eine
Steuerkette aufgebracht, um die Nockenwelle anzutreiben, was eine
Verminderung der Haltbarkeit bzw. Betriebsdauer des Antriebsbauteils
zur Folge haben kann. Im Hinblick auf diese Situation wurde, wie
beispielsweise in der JP-A-H10-176508 offenbart, ein Ventilsystem
vorgeschlagen, bei dem das Phasenverhältnis (d.h., das Verhältnis der
Winkelposition) zwischen den Ventilnocken und der Pumpennocke eingestellt
wird, um durch die Nockenwelle erfahrene Antriebsdrehmomentschwankungen
zu unterdrücken
oder zu reduzieren. Diese Druckschrift offenbart auch ein Beispiel eines
v-förmigen
Sechs-Zylinder Motors, bei dem das soeben vorstehend beschriebene
Ventilsystem an einer in jeder Zylinderbank bereitgestellten Nockenwelle
zum Einsatz kommt.
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Bei
dem v-förmigen
Sechs-Zylinder Motor, wie er in der vorstehend gekennzeichneten
Druckschrift offenbart ist, sind Kurbelwinkelphasenunterschiede
zwischen den in jeder Zylinderbank bereitgestellten Zylindern auf
gleiche Abstände
eingestellt, und zwar bewegen sich die Kolben der Zylinder in jeder
Zylinderbank beim Betrieb des Motors mit gleichen Phasenverschiebungen
bezüglich
des Kurbelwinkels. Daher treten Drehmomentschwankungen beim Antreiben
der Motorventile in regelmäßigen Abständen in
im Wesentlichen gleicher Form auf, während die Nockenwelle eine
Umdrehung macht oder während
die Kurbelwelle zwei Umdrehungen macht. Daher ist es relativ einfach,
die Phase (Winkelposition) der Pumpennocke bezüglich der Ventilnocken einzustellen,
um die in der Nockenwelle auftretenden Antriebsdrehmomentschwankungen
zu unterdrücken.
Bei manchen Formen von v-förmigen
Motoren, beispielsweise einem v-förmigen Acht-Zylinder
Motor, können
Kurbelwinkelphasenunterschiede zwischen den Zylindern in jeder Zylinderbank
jedoch nicht auf gleiche Abstände
eingestellt werden. In solchen Fällen
unterliegt die Nockenwelle jeder Zylinderbank beim Antreiben der
Motorventile komplizierten Drehmomentschwankungen, die es erschweren, die
Steuerzeit und die Frequenz zum Antreiben der Kraftstoffpumpe einzustellen.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Die
Erfindung stellt ein Ventilsystem für einen V-Motor bzw. v-förmigen Motor
bereit, bei dem eine Nockenwelle zum Antreiben einer Kraftstoffpumpe sowie
von Motorventilen reduzierten Antriebsdrehmomentschwankungen unterliegt.
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Gemäß einem
Aspekt der Erfindung, wird ein Ventilsystem für einen v-förmigen Motor, bei dem eine
in jeder Zylinderbank des Motors bereitgestellte Nockenwelle mit
Ventilnocken ausgebildet ist, die Motorenventile öffnen und
schließen,
und einer Pumpennocke, die eine Kraftstoffpumpe antreibt, die eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung
mit unter Druck stehendem Kraftstoff speist, vorgeschlagen. Zusätzlich sind die
Kurbelwinkelphasenunterschiede zwischen den Zylindern in jeder Zylinderbank
des v-förmigen
Motors auf ungleiche Abstände
eingestellt. In dem Ventilsystem hat die Pumpennocke eine Mehrzahl
an Nockennasen, und die Phase der Pumpennocke relativ zu den Ventilnocken
wird derart bestimmt, dass ein Kurbelwinkel, bei dem ein Antriebsdrehmoment
der Pumpennocke maximiert wird, nicht mit einem Kurbelwinkel zusammenfällt, bei
dem das Antriebsdrehmoment von jeder der Ventilnocken maximiert
wird.
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Mit
der vorstehenden Anordnung wird der Maximalwert des Antriebsmoments,
das auf die Nockenwelle aufgebracht wird, reduziert, und Antriebsdrehmomentschwankungen
der Nockenwelle werden unterdrückt,
selbst wenn der Kurbelwinkelphasenunterschied zwischen den Zylindern
in jeder Zylinderbank auf ungleiche Abstände eingestellt wird und die
Nockenwelle von jeder Zylinderbank beim Antreiben der Motorventile
einer komplizierten Drehmomentschwankung unterliegt. Dies ermöglicht es, die
maximale Spannung sowie die Spannungsschwankungen, die an einem
Antriebsbauteil, wie zum Beispiel einem Zahnriemen, das die Nockenwelle
antreibt, anliegen, zu reduzieren, und somit eine sonst mögliche Reduzierung
der Betriebsdauer des Antriebbauteils zu vermeiden.
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Bei
dem wie vorstehend beschriebenen Ventilsystem treibt die Pumpennocke,
die eine Mehrzahl von Nockennasen besitzt, die Kraftstoffpumpe zumindest
zweimal während
einer Umdrehung der Nockenwelle an. Diese Anordnung reduziert die
Größe des Antriebsdrehmoments,
das jedes mal zum Antreiben der Kraftstoffpumpe benötigt wird,
und reduziert somit ferner die Antriebsdrehmomentschwankungen der
Nockenwelle.
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Bei
einer ersten Ausführungsform
des vorstehenden Aspekts der Erfindung besitzt der v-förmige Motor
vier Zylinder in jeder Zylinderbank, und Kurbelwinkelphasenunterschiede
zwischen den Zylindern des Motors werden auf gleiche Abstände von 90°CA eingestellt,
während
Kurbelwinkelphasenunterschiede zwischen den Zylindern in jeder Zylinderbank
auf ungleiche Abstände,
einschließlich
90°CA und
270°CA,
eingestellt werden. Bei diesem Ventilsystem besitzt die Pumpennocke
jeder Zylinderbank zwei Nockennasen, die über den gesamten Umfang der
Pumpennocke in gleichen Abständen
und in gleicher Form ausgebildet sind, wobei die Pumpennocken der
zwei Zylinderbänke
angeordnet sind, um die entsprechende Kraftstoffpumpe in Phase zueinander anzutreiben.
Die Phase der Pumpennocke relativ zu den Ventilnocken wird bezüglich des
Kurbelwinkels derart bestimmt, dass die Phase, bei der eine Oberseite
einer der Nockennasen der Pumpennocke auf die Kraftstoffpumpe einwirkt,
um einen Winkel in einem Bereich von 120°CA bis 180°CA, von der Phase vorgesetzt
ist, bei der eine Oberseite einer Nockennase einer der Ventilnocken
zum Antreiben des entsprechenden Motorventils eines bestimmten Zylinders
des Motors auf einen Aktuator einwirkt, der mit dem Motorventil
verbunden ist, wobei der bestimmte Zylinder in der Zylinderbank
angeordnet ist, in der die Pumpennocke bereitgestellt wird und einen
Kurbelwinkelphasenunterschied von 270°CA bezüglich des vorhergehenden Zylinders
in der gleichen Zylinderbank bereitstellt.
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Gemäß der ersten
Ausführungsform
der Erfindung, ist der v-förmige
Motor ein Acht-Zylinder Motor mit vier Zylindern in jeder Zylinderbank,
und die Kurbelwellenphasenunterschiede zwischen den Zylindern des
Motors sind auf gleiche Abstände
von 90°CA
eingestellt, während
die Kurbelwinkelphasenunterschiede zwischen den Zylindern in jeder
Zylinderbank auf ungleiche Abstände
eingestellt sind, einschließlich 90°CA und 270°CA. Angenommen
dass, zum einfacheren Verständnis,
die in der linken Zylinderbank angeordneten Zylinder sequentiell
bzw. aufeinanderfolgend als „Zylinder
#1", „Zylinder
#3", Zylinder #5" und Zylinder #7" bezeichnet werden,
und die in der rechten Zylinderbank angeordneten Zylinder sequentiell
als „Zylinder
#2", „Zylinder
#4", Zylinder #6" und Zylinder #8" bezeichnet werden,
arbeiten diese Zylinder #1–#8
in 4-Takt Zyklen mit einer Kurbelwinkelphasenverschiebung von 90°CA, zum Beispiel
in der Sequenz #1 → #8 → #7 → #3 → #6 → #5 → #4 → #2 → #1. In
diesem Fall sind die Kurbelwellenphasenunterschiede zwischen den
Zylindern in der linken Zylinderbank derart eingestellt, dass die
Kurbelwellenphase von Zylinder #1 um 180°CA von der von Zylinder #7 verschoben
ist, die Phase von Zylinder #7 um 90°CA von der von Zylinder #3 verschoben ist,
die Phase von Zylinder #3 um 180°CA
von der von Zylinder #5 verschoben ist, und die Phase von Zylinder
#5 um 270°CA
von der von Zylinder #1 verschoben ist. Andererseits sind die Kurbelwellenphasenunterschiede
zwischen den Zylindern in der rechten Zylinderbank derart eingestellt,
dass die Kurbelwellenphase von Zylinder #8 um 270°CA von der
von Zylinder #6 verschoben ist, die Phase von Zylinder #6 um 180°CA von der
von Zylinder #4 verschoben ist, die Phase von Zylinder #4 um 90°CA von der
von Zylinder #2 verschoben ist, und die Phase von Zylinder #2 um
180°CA von
der von Zylinder #8 verschoben ist. Um die Größe des v-förmigen Motors in Axialrichtung
der Kurbelwelle zu reduzieren, werden beispielsweise die Kurbelwellenphasenunterschiede zwischen
den Zylindern in jeder Zylinderbank üblicherweise auf ungleiche
Abstände
eingestellt, wie vorstehend beschrieben.
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Gemäß der ersten
Ausführungsform
der Erfindung, besitzt die Pumpennocke jeder Zylinderbank zwei Nockennasen,
die über
den gesamten Umfang der Pumpennocke in gleichen Abständen und
in gleicher Form ausgebildet sind, und die Pumpennocken der zwei
Zylinderbänke
sind angeordnet, um die Kraftstoffpumpe oder die Pumpen in Phase
zueinander anzutreiben. Die Phase der Pumpennocke relativ zu den
Ventilnocken ist derart bestimmt, dass die Phase, bei der die Oberseite
einer der Nockennasen der Pumpennocke auf die Kraftstoffpumpe einwirkt, um
einen Winkel in einem Bereich von 120°CA bis 180°CA, von der Phase vorgesetzt
ist, bei der die Oberseite der Nockennase von einer der Ventilnocken
zum Antreiben des entsprechenden Motorventils eines be stimmten Zylinders
des Motors auf einen Aktuator einwirkt, der mit dem Motorventil
verbunden ist. Der bestimmte Zylinder ist in der Zylinderbank angeordnet,
in der die Pumpennocke bereitgestellt ist, und stellt einen Kurbelwinkelphasenunterschied
von 270°CA
bezüglich
des vorhergehenden Zylinders in der gleichen Zylinderbank bereit.
Genauer gesagt ist die Phase, bei der die Oberseite einer der Nockennasen
der Pumpennocke in der linken Zylinderbank auf die Kraftstoffpumpe
einwirkt, um einen Winkel in einem Bereich von 120°CA bis 180°CA von der
Phase vorgesetzt, bei der die Oberseite der Nockennase der Ventilnocke,
die das Motorventil von Zylinder #1 in der linken Zylinderbank antreibt,
auf einen Aktuator einwirkt, der mit dem Motorventil verbunden ist.
Alternativ dazu ist die Phase, bei der die Oberseite einer der Nockennasen
der Pumpennocke in der rechten Zylinderbank auf die Kraftstoffpumpe
einwirkt, um einen Winkel in einem Bereich von 120°CA bis 180°CA von der
Phase vorgesetzt, bei der die Oberseite der Nockennase der Ventilnocke,
die das Motorventil von Zylinder #6 in der rechten Zylinderbank
antreibt, auf einen Aktuator einwirkt, der mit dem Motorventil verbunden
ist. In dieser Ausführungsform,
bei der die zwei Nockennasen der Pumpennocke in gleichen Abständen in
gleicher Form ausgebildet sind, ist die Oberseite der anderen Nockennase
auf der um 360°CA
vorgesetzten Seite platziert, gemessen von der Oberseite der vorstehend
aufgezeigten Nockennase. Auch die Pumpennocken der rechten und linken
Zylinderbänke
sind angeordnet, um sich in Phase zueinander zu drehen.
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Falls
die Phase der Pumpennocke relativ zu den Ventilnocken auf die vorstehend
beschriebene Art und Weise eingestellt wird, kann der Maximalwert eines
zusammengesetzten Drehmoments als Summe des Drehmoments zum Antreiben
der Motorventile und des Drehmoments zum Antreiben der Kraftstoffpumpe
in der linken und der rechten Zylinderbank reduziert werden. Somit
kann der Maximalwert des Antriebsdrehmoments der Nockenwelle reduziert werden
und Drehmomentschwankungen der Nockenwelle können unterdrückt werden.
Die vorstehend beschriebene Art und Weise der Einstellens der Phase
der Pumpennocke relativ zu den Ventilnocken der Nockenwelle kann
bei einer beliebigen Nockenwelle angewandt werden, die mit einer
Pumpennocke ausgebildet ist, um Antriebsdrehmomentschwankungen der
Nockenwelle vorteilhaft zu unterdrücken, unabhängig davon, ob die Nockenwelle
eine Einlassnockenwelle zum Antreiben von Einlassventilen oder eine
Auslassnockenwelle zum Antreiben von Auslassventilen ist.
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Gemäß einer
zweiten Ausführungsform
des vorstehenden Aspekts der Erfindung besitzt der v-förmige Motor
in jeder der zwei Zylinderbänke
vier Zylinder, und Kurbelwinkelphasenunterschiede zwischen den Zylindern
des Motors sind auf gleiche Abstände
von 90°CA
eingestellt, während
Kurbelwinkelphasenunterschiede zwischen den Zylindern in jeder Zylinderbank
auf ungleiche Abstände,
einschließlich 90°CA und 270°CA, eingestellt
sind. Bei diesem Ventilsystem besitzt die Pumpennocke jeder Zylinderbank
zwei Nockennasen, die über
den gesamten Umfang der Pumpennocke in gleichen Abständen und
in gleicher Form ausgebildet sind, und die Pumpennocken der zwei
Zylinderbänke
sind derart angeordnet, um die entsprechende Kraftstoffpumpe in
zueinander entgegengesetzter Phase anzutreiben. Die Phase der Pumpennocke
relativ zu den Ventilnocken ist bezüglich des Kurbelwinkels derart
bestimmt, dass die Phase, bei der die Oberseite einer der Nockennasen
der Pumpennocke auf die Kraftstoffpumpe einwirkt, um einen Winkel
in einem Bereich von 240°CA
bis 300°CA,
von der Phase vorgesetzt ist, bei der die Oberseite einer Nockennase
einer der Ventilnocken, die das entsprechende Motorventil eines
bestimmten Zylinders des Motors antreibt, auf einen Aktuator einwirkt,
der mit dem Motorventil verbunden ist. Der bestimmte Zylinder ist
in der Zylinderbank angeordnet bzw. platziert, in der die Pumpennocke
bereitgestellt ist, und stellt einen Kurbelwinkelphasenunterschied
von 270°CA
bezüglich
des vorhergehenden Zylinders in der gleichen Zylinderbank bereit.
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Genauer
gesagt ist die Phase, bei der die Oberseite einer der Nockennasen
der Pumpennocke in der linken Zylinderbank auf die Kraftstoffpumpe einwirkt,
um einen Winkel in einem Bereich von 240°CA bis 300°CA von der Phase vorgesetzt,
bei der die Oberseite der Nockennase der Ventilnocke, die das Motorventil
von Zylinder #1 in der linken Zylinderbank antreibt, auf einen Aktuator
einwirkt, der mit dem Motorventil verbunden ist. Alternativ dazu
ist die Phase, bei der die Oberseite einer der Nockennasen der Pumpennocke
in der rechten Zylinderbank auf die Kraftstoffpumpe einwirkt, um
einen Winkel in einem Bereich von 240°CA bis 300°CA von der Phase vorgesetzt,
bei der die Oberseite der Nockennase der Ventilnocke, die das Motorventil
von Zylinder #6 in der linken Zylinderbank antreibt, auf einen Aktuator einwirkt,
der mit dem Motorventil verbunden ist. In dieser Ausführungsform,
bei der die zwei Nockennasen der Pumpennocke in gleichen Abständen und
in gleicher Form ausgebildet sind, ist die Oberseite der anderen
Nockennase auf der um 360°CA
vorgesetzten Seite angeordnet, gemessen von der Oberseite der vorstehend
gezeigten Nockennase. Auch die Pumpennocken der rechten und linken
Zylinderbänke
sind angeordnet, um sich mit einem Phasenunterschied von 180°CA zu drehen.
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Falls
die Phase der Pumpennocke relativ zu den Ventilnocken auf die vorstehend
beschriebene Art und Weise eingestellt wird, kann der Maximalwert eines
zusammengesetzten Drehmoments als Summe des Drehmoments zum Antreiben
der Motorventile und des Drehmoments zum Antreiben der Kraftstoffpumpe
reduziert werden, während
es zwischen der linken und der rechten Zylinderbank gleichmäßig verteilt
wird. Somit kann der Maximalwert des Antriebsdrehmoments, das auf
der Nockenwelle aufgebracht wird, reduziert werden, und Drehmomentschwankungen
der Nockenwelle können
unterdrückt werden.
Die vorstehend beschriebene Art und Weise des Einstellens der Phase
der Pumpennocke relativ zu den Ventilnocken auf der Nockenwelle
kann bei einer beliebigen Nockenwelle angewandt werden, die mit
einer Pumpennocke ausgebildet ist, um Antriebsdrehmomentschwankungen
der Nockenwelle vorteilhaft zu unterdrücken, unabhängig davon, ob die Nockenwelle
eine Einlassnockenwelle zum Antreiben von Einlassventilen, oder
eine Auslassnockenwelle zum Antreiben von Auslassventilen ist.
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Bei
dem Ventilsystem des v-förmigen
Motors gemäß des vorstehenden
Aspekts der Erfindung, kann eine Kraftstoffpumpe in jeder der Zylinderbänke angeordnet
sein und von der Nockenwelle jeder Zylinderbank angetrieben werden.
Diese Anordnung erlaubt die Verwendung von Kraftstoffpumpen, die
eine kleine Pumpenleistung besitzen, selbst wenn von den Kraftstoffpumpen
eine große
Kraftstoffmenge gefördert
werden muss.
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Das
Ventilsystem des v-förmigen
Motors gemäß des vorstehenden
Aspekts der Erfindung kann ferner einen veränderbaren bzw. variablen Ventilsteuermechanismus
enthalten, der die Ventilsteuerzeit der Motorventile durch Verändern der
Phase der Ventilnocken relativ zu der Kurbelwelle des Motors ändert. In
diesem Fall wird die Phase der Pumpennocke relativ zu der Kurbelwelle
gleichzeitig mit der Phasenänderung
der Ventilnocken relativ zu der Kurbelwelle verändert.
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Bei
dem Ventilsystem wie gerade vorstehend beschrieben, wird, wenn die
Phase der Ventilnocken relativ zu der Kurbelwelle durch den variablen
Ventilsteuermechanismus verändert
wird, die Phase der Pumpennocke relativ zu der Nockenwelle gleichzeitig mit
der Veränderung
der Phase der Ventilnocken verändert.
Daher kann das Verhältnis
der Phasen oder Winkelposition zwischen den Ventilnocken und der Pumpennocke
beibehalten oder unverändert
bleiben, wenn die Ventilsteuerzeit durch den variablen Ventilsteuermechanismus
verändert
wird. Somit kann der Maximalwert des Antriebsdrehmoments der Nockenwelle
reduziert und Antriebsdrehmomentschwankungen der Nockenwelle unterdrückt werden,
selbst wenn die Ventilsteuerzeit verändert wird.
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KURZE
BESCHREIBUNG DER FIGUREN
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Die
Vorstehende und/oder weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der
Erfindung werden anhand der nachfolgenden Beschreibung von bevorzugten
Ausführungsformen
unter Bezugnahme auf die beigefügten
Zeichnungen deutlicher ersichtlich, wobei gleiche Bezugszeichen
genutzt werden, um gleiche bzw. ähnliche
Elemente darzustellen; dabei zeigt:
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1 eine
schematische Darstellung eines v-förmigen Motors, bei dem ein
Ventilsystem gemäß einer
ersten Ausführungsform
der Erfindung installiert ist;
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2 eine
schematische Darstellung, die ein Kraftstoffzuführsystem des v-förmigen Motors aus 1 darstellt;
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3 eine
Darstellung, die Einlass- und Auslassnockenwellen des Ventilsystems
aus 1 darstellt;
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4A eine
erläuternde
Darstellung, welche die Phase einer Pumpennocke relativ zu einer
Ventilnocke auf der Einlassnockenwelle der linken Zylinderbank gemäß der ersten
Ausführungsform
darstellt;
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4B eine
erläuternde
Darstellung, welche die Phase einer Pumpennocke relativ zu einer
Ventilnocke auf einer Einlassnockenwelle der rechten Zylinderbank
gemäß der ersten
Ausführungsform
darstellt;
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5A einen
Graph, der die Drehmomentschwankungen der Einlassnockenwelle der
linken Zylinderbank anzeigt;
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5B einen
Graph, der die Drehmomentschwankungen der Einlassnockenwelle der
rechten Zylinderbank anzeigt;
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6 einen
Graph, der Veränderungen
des maximalen Drehmoments und des minimalen Drehmoments in Bezug
auf den vorgesetzten Winkel anzeigt;
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7A eine
erläuternde
Darstellung, welche die Phase der Pumpennocke relativ zu der Ventilnocke
auf einer Einlassnockenwelle der linken Zylinderbank gemäß einer
zweiten Ausführungsform
der Erfindung darstellt;
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7B eine
erläuternde
Darstellung, welche die Phase der Pumpennocke relativ zu der Ventilnocke
auf einer Einlassnockenwelle der rechten Zylinderbank in der zweiten
Ausführungsform
darstellt;
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8A einen
Graph, der Drehmomentschwankungen der Einlassnockenwelle der linken Zylinderbank
darstellt;
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8B einen
Graph, der Drehmomentschwankungen der Einlassnockenwelle der rechten Zylinderbank
darstellt;
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9A einen
Graph, der Veränderungen des
maximalen Drehmoments und des minimalen Drehmoments in der linken
Zylinderbank mit Bezug auf den Vorstellwinkel bzw. vorgesetzten
Winkel anzeigt; und
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9B einen
Graph, der Veränderungen des
maximalen Drehmoments und des minimalen Drehmoments in der rechten
Zylinderbank mit Bezug auf den Vorstellwinkel bzw. vorgesetzten
Winkel anzeigt.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG BEISPIELHAFTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Bezug
nehmend auf die 1 bis 6 wird ein
Ventilsystem eines v-förmigen
Motors, der gemäß einer
ersten Ausführungsform
der Erfindung aufgebaut ist, detailliert beschrieben.
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1 zeigt
schematisch einen v-förmigen Motor 1,
bei dem das Ventilsystem gemäß der ersten Ausführungsform
installiert ist. Der v-förmige
Motor 1 besitzt eine linke Zylinderbank 11 und
eine rechte Zylinderbank 12, welche in Form des Buschstaben
V mit einem Winkelabstand von 90° zwischen
den Zylinderbänken
angeordnet sind. Der v-förmige
Motor 1 ist ein Acht-Zylinder Motor, bei dem die linke
und die rechte Zylinderbank 11, 12 jeweils vier
Zylinder besitzen. Der V-Motor bzw. v-förmige Motor 1 enthält einen
Zylinderblock 14, der die jeweiligen Zylinder 13 definiert,
und ein Kolben 15 ist in jedem der Zylinder 13 derart
aufgenommen, dass sich der Kolben 15 in dem dazugehörigen Zylinder 13 hin
und her bewegt. Der Kolben 15 wird über eine Pleuelstange 16 mit
einer im unteren Teil des v-förmigen
Motors l bereitgestellten Kur belwelle 17 verbunden. Die
hin und her Bewegung des Kolbens 15 wird unter Verwendung der
Pleuelstange 16 in die Rotationsbewegung der Kurbelwelle 17 umgewandelt.
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Ein
Zylinderkopf 18 ist auf der Oberseite des Zylinderblocks 14 jeweils
für die
linke Zylinderbank 11 und die rechte Zylinderbank 12 bereitgestellt.
Eine Brennkammer bzw. Verbrennungskammer 19 ist in jedem
Zylinder 13, zwischen der Unterseite des Zylinderkopfes 18 und
dem oberen Ende des dazugehörigen
Kolbens 15, ausgebildet. Im Zylinderkopf 18 sind
ein Paar Ansaugkanäle 20 und
ein Paar Auslasskanäle 21 ausgebildet,
die mit jeder der Verbrennungskammern 19 in Verbindung
stehen. Beim Betrieb wird Luft von der Außenseite des v-förmigen Motors 1 in
die Verbrennungskammer 19 durch die Ansaugkanäle 20 gesaugt,
und Abgas, das in der Verbrennungskammer 19 erzeugt wird,
wird durch die Auslasskanäle 21 an
die Außenseite
des v-förmigen
Motors 1 abgelassen.
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Einlassventile 22 und
Auslassventile 23 zum Öffnen
und Schließen
der jeweiligen Ansaugkanäle 20 und
Auslasskanäle 21 sind
im Zylinderkopf 18 derart bereitgestellt, dass sich die
Ventile 22, 23 im Zylinderkopf 18 hin
und her bewegen. Jedes der Einlassventile 22 und Auslassventile 23 wird
von einer Ventilfeder 24 derart in eine Richtung gedrückt, um den
entsprechenden Ansaug- oder Auslasskanal 20, 21 zu
schließen.
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Die
erste Einlassnockenwelle 26 und die erste Auslassnockenwelle 27 zum
Antreiben (d.h., zum Öffnen
und Schließen)
der jeweiligen Einlassventile 22 und Auslassventile 23 der
linken Zylinderbank 11 sind drehbar im oberen Teil des
Zylinderkopfes 18 der linken Zylinderbank 11 gelagert.
Auch die zweite Einlassnockenwelle 28 und die zweite Auslassnockenwelle 29 zum
Antreiben (d.h., zum Öffnen
und Schließen)
der jeweiligen Einlassventile 22 und Auslassventile 23 der
rechten Zylinderbank 12 sind drehbar im oberen Teil des
Zylinderkopfes 18 der rechten Zylinderbank 12 gelagert.
Die erste Einlassnockenwelle 26 und die zweite Einlassnockenwelle 28 sind näher an dem
Raum platziert, der sich zwischen der linken Zylinderbank 11 und
der rechten Zylinderbank 12 befindet.
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Die
Nockenwellen 26 bis 29 sind mit der Kurbelwelle 17 durch
einen Zahnriemen (nicht gezeigt) derart verbunden, dass die Kurbelwelle 17 die
Nockenwellen 26 bis 29 antreiben kann. Mit den
Nockenwellen 26 bis 29, die durch die Kurbelwelle 17 angetrieben
oder gedreht werden, stoßen
bzw. schieben oder drücken
Ventilnocken 30, 31, 32, 33,
die auf den jeweiligen Nockenwellen 26 bis 29 ausgebildet sind,
entsprechende Einlasskipphebelarme 34 und Auslasskipphebelarme 35,
um dabei die Einlassventile 22 und Auslassventile 23 gegen
die Spannkraft der Ventilfedern 24 anzutreiben (d.h., zu öffnen).
Da die Einlassventile 22 und die Auslassventile 23 angetrieben
werden, um auf diese Art und Weise geöffnet und geschlossen zu werden,
werden die Ansaugkanäle 20 und
die Auslasskanäle 21 miteinander
in Verbindung gebracht und von den entsprechenden Verbrennungskammern 19 isoliert
bzw. getrennt. In einem Arbeitszyklus (zusammengesetzt aus dem Ansaug-Takt,
dem Verdichtungs-Takt, dem Verbrennungs- bzw. Zündungs-Takt bzw. Arbeits-Takt
und dem Auslass-Takt) des v-förmigen
Motors 1, macht die Kurbelwelle 17 zwei Umdrehungen
(d.h., dreht sich um 720°CA),
und jede Nockenwelle 26 bis 29 macht eine Umdrehung.
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Nachfolgend
wird ein Kraftstoffzuführsystem zum
Zuführen
von Kraftstoff an bzw. in die Verbrennungskammer 19 unter
Verwendung der Rotation der Nockenwellen beschrieben. 2 zeigt
schematisch das Kraftstoffzuführsystem
des V-Motors bzw. v-förmigen Motors 1.
Das Kraftstoffzuführsystem
enthält einen
Kraftstofftank 41 in dem der Kraftstoff gespeichert ist,
Kraftstoffeinspritzvorrichtungen 42, 43 der jeweiligen
Zylinderbank 11, 12 zum Zuführen des Kraftstoffs durch
Einspritzung, und Kraftstoffpumpen 44, 45, die
den Kraftstoff unter Druck setzen und die jeweiligen Kraftstoffeinspritzvorrichtungen 42, 43 der Zylinderbänke 11, 12 mit
dem Kraftstoff speisen.
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Jede
der Kraftstoffeinspritzvorrichtungen 42, 43 besteht
aus einer Zufuhrleitung 46 und einer Einspritzdüse 47,
die im Zylinderkopf 18 bereitgestellt sind. Die Zufuhrleitung 46 ist
eingerichtet, um unter Hochdruck stehenden Kraftstoff, der von der
Kraftstoffpumpe 44, 45 aufgenommen wird, den Einspritzdüsen 47 zuzuführen. Wenn
jede der Einspritzdüsen 47 aktiviert
bzw. betätigt
wird, wird deren Kraftstoffeinspritzventil geöffnet, dass der unter Hochdruck
stehende Kraftstoff in die entsprechende Brenn kammer bzw. Verbrennungskammer 19 eingespritzt
wird. Der von der Einspritzdüse 47 eingespritzte
Kraftstoff wird mit in die Verbrennungskammer 19 eingeführte Luft gemischt,
um somit ein Luft-Kraftstoffgemisch in der Kammer 19 auszubilden.
Außerdem
ist der Zylinderkopf 18 mit Anlasszündkerzen oder Zündkerzen 48 zum
Zünden
des Luft-Kraftstoffgemisches in der jeweiligen Verbrennungskammer 19 bereitgestellt.
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Die
in der linken Zylinderbank 11 bereitgestellte Kraftstoffpumpe 44 speist
die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 42 der linken Zylinderbank
mit dem unter Druck stehenden Kraftstoff, und die in der rechten
Zylinderbank 12 bereitgestellte Kraftstoffpumpe 45 speist
die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 43 der rechten Zylinderbank 12 mit
dem unter Druck stehenden Kraftstoff. Die Kraftstoffpumpe 44 und
die Kraftstoffpumpe 45, welche die gleiche Bauform besitzen, werden
jeweils durch die erste Einlassnockenwelle 26 und die zweite
Einlassnockenwelle 28 angetrieben, wenn sich die Nockenwellen 26, 28 drehen. Jede
der Kraftstoffpumpen 44, 45 besitzt einen Zylinder 50,
und eine Kolbenstange 51, die im Zylinder 50 derart
aufgenommen ist, dass sich die Kolbenstange 51 im Zylinder 50 hin
und her bewegen kann. Die erste Einlassnockenwelle 26 ist
mit einer Pumpennocke 36 ausgebildet, die in Kontakt mit
dem unteren Endabschnitt 51a der Kolbenstange 51 der
Kraftstoffpumpe 44 ist, und die zweite Einlassnockenwelle 28 ist
mit einer Pumpennocke 37 ausgebildet, die in Kontakt mit
dem unteren Endabschnitt 51a der Kolbenstange 51 der
Kraftstoffpumpe 45 ist. Die Kolbenstange 51 wird
durch eine Feder 52 derart gegen die entsprechende Pumpennocke 36, 37 gedrückt, dass die
Pumpennocke 36, 37 ständig mit der Kolbenstange 51 in
Kontakt gehalten wird.
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Jede
der Kraftstoffpumpen 44, 45 hat eine Druckkammer 53,
die durch die Innenwände
des Zylinders 50 und die obere Stirnfläche der Kolbenstange 51 definiert
wird. Wenn sich die Pumpennocke 36, 37 dreht,
durchläuft
die Kolbenstange 51 der dazugehörigen Kraftstoffpumpe 44, 45 wiederholt
einen Ansaug-Takt, bei dem sich die Kolbenstange 51 in
eine Richtung bewegt, um das Volumen der Druckkammer 53 zu
erhöhen,
und einen Druckeinspeisungs-Takt, bei dem sich die Kolbenstange 51 in
eine Richtung bewegt, um das Volumen der Druckkammer 53 zu
reduzieren. Wenn sich die Kolbenstange 51 im Ansaug-Takt
befindet, wird der Kraftstoff im Kraftstofftank 41 über einen
Ansaugport bzw. -anschluß 54 in
die Druckkammer 51 eingeführt. Wenn sich die Kolbenstange
im Druckeinspeisungs-Takt befindet, wird der Kraftstoff in der Druckkammer 53 unter
Druck gesetzt und durch einen Zufuhr- bzw. Förderport bzw. -anschluß 55 gefördert. Jede
der Pumpennocken 36, 37 hat die Form einer Ellipse, und
zwei Nockennasen, welche die gleiche Form besitzen, sind über den
gesamten Umfang der Pumpennocke in gleichen Abständen ausgebildet. Bei dieser Anordnung
pumpt die Kraftstoffpumpe 44, 45 den Kraftstoff
zwei mal in gleichen Zeitabständen
(Einspeisen unter Druck), während
die Kurbelwelle 17 zwei Umdrehungen macht bzw. sich um
720°CA dreht.
Um ein Pulsieren des Kraftstoffs zu unterdrücken, drehen sich die Pumpennocken 36, 37 in
Phase zueinander, um die Kraftstoffpumpen 44, 45 in Phase
zueinander anzutreiben.
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Jede
der Kraftstoffpumpen 44, 45 besitzt ein elektromagnetisches Überlauf-
bzw. Überströmventil 56,
das öffnet
und schließt,
um einen Flüssigkeitsaustausch
zwischen dem Ansauganschluß 54 und der
Druckkammer 53 zu gewährleisten
bzw. zu verhindern, und ein elektromagnetisches Solenoid 57, um
das Überströmventil 56 anzutreiben.
Beim Betrieb wird auf das elektromagnetische Solenoid 57 aufgebrachte
Spannung gesteuert, um das elektromagnetische Überströmventil 56 gesteuert
anzutreiben. Während
dem vorstehend erwähnten
Ansaug-Takt wird das elektromagnetische Überströmventil 56 geöffnet, um
ein Fließen
des Kraftstoffs vom Ansaugkanal bzw. -anschluß 54 in die Druckkammer 53 zu
ermöglichen
bzw. zuzulassen. Während
dem Druckeinspeisungs-Takt
wird das elektromagnetische Überströmventil 56 für eine bestimmte
Zeitspanne geschlossen. Wenn sich die Kolbenstange 51 im
Druckeinspeisungs-Takt befindet, fließt der Kraftstoff in der Druckkammer 53 in
den Ansaugkanal 54 über,
während
das elektromagnetische Überströmventil 56 geöffnet ist,
und der Kraftstoff in der Druckkammer 53 wird unter Druck
in den Förderkanal 55 gespeist,
während
das Überströmventil 56 geschlossen
ist. Somit wird die Zeitspanne, in der das elektromagnetische Überströmventil 56 während des Druckeinspeisungs-Taktes
geschlossen ist, gesteuert, um die Menge an Kraftstoff einzustellen
bzw. anzupassen, die in den Ansauganschluß 54 fließt, und um
dabei die Menge des Kraftstoffs anzupassen, die von der Kraftstoffpumpe 44, 45 gefördert wird.
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Nachfolgend
wird der Betrieb des Kraftstoffzuführungssystems des v-förmigen Motors 1 beschrieben.
Zunächst
wird der Kraftstoff, der im Kraftstofftank 41 gespeichert
ist, durch eine Speisepumpe 58 angesaugt, und durch einen
mit einem Filter 59 bereitgestellten Zuführkanal 60 eingespeist,
um auf die für
jede Zylinderbank bereitgestellte Kraftstoffpumpe 44, 45 verteilt
zu werden. Der Kraftstoff, der in die Kraftstoffpumpen 44, 45 gespeist
wird, wird in den Druckkammern 53 durch die Pumpennocken 36, 37 unter
Druck gesetzt, und wird von den Kraftstoffpumpen 44, 45 mit
der Fördermenge,
die durch das elektromagnetische Überstromventil 56 gesteuert
wird, gefördert,
so dass der Kraftstoff unter Druck in die Kraftstoffeinspritzvorrichtungen 42, 43 der
jeweiligen Zylinderbänke
eingespeist wird. Der Kraftstoff wird dann von den Einspritzdüsen 47 der
Kraftstoffeinspritzvorrichtungen 42, 43 den entsprechenden
Verbrennungskammern 19 zugeführt (eingespritzt).
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Eine
ECU (Elektronische Steuereinheit) 61 führt verschiedene Steuerungen
des Kraftstoffzuführungssystems
des v-förmigen
Motors 1 aus. Genauer gesagt steuert die ECU 61,
basierend auf Erfassungssignalen, die von verschiedenen Sensoren (nicht
gezeigt) empfangen werden, die Einspritzdüsen 47, die elektromagnetischen Überstromventile 56 und
die Zündkerzen 48,
um die Motorbetriebsbedingungen zu erfassen und jede Verbrennungskammer 19 mit
Kraftstoff zu beliefern. Die Menge an zugeführtem Kraftstoff hängt von
den Motorbetriebsbedingungen ab, und steuert zudem die Verbrennungszeit.
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Als
nächstes
wird die Bauform jeder Nockenwelle 26 bis 29 beschrieben. 3 stellt
die Nockenwellen 26 bis 29 als Draufsicht auf
den v-förmigen Motor 1 dar.
Wie in 3 gezeigt, sind die erste Einlassnockenwelle 26 und
die erste Auslassnockenwelle 27 in der linken Zylinderbank 11 parallel
zueinander angeordnet, und die zweite Einlassnockenwelle 28 und
die zweite Auslassnockenwelle 29 sind in der rechten Zylinderbank 12 parallel
zueinander angeordnet. Eine Umlenkrolle 63, 64, 65, 66 ist
an einem Ende jeder der Nockenwellen 26 bis 29 derart
befestigt, dass die Umlenkrolle 63, 64, 65, 66 sich
als Einheit mit der entsprechenden Nockenwelle 26, 27, 28, 29 dreht.
Wenn sich die Kurbelwelle 17 dreht, wird die Rotation einer
Umlenkrolle 67, die an der Kurbelwelle 17 befestigt
ist, auf die Umlenkrolle 63, 64, 65, 66 über den
Zahnriemen 68 übertragen.
-
Ventilnocken 30 bis 33,
welche die Einlassventile 22 und Auslassventile 23 antreiben,
sind in gleichen Abständen
auf den jeweiligen Nockenwellen 26 bis 29 ausgebildet.
In dieser Ausführung
werden die Zylinder der linken Zylinderbank 11 aufeinanderfolgend
bzw. sequentiell als „Zylinder
#1", „Zylinder #3", Zylinder #5" und Zylinder #7" bezeichnet, in Richtung
von den Enden der Nockenwellen 26 bis 29, an denen
die Umlenkrollen 63 bis 66 befestigt sind (d. h.,
von links nach rechts in 3), und die Zylinder der rechten
Zylinderbank 12 werden, in gleicher Richtung, sequentiell
als „Zylinder
#2", „Zylinder
#4", Zylinder #6" und Zylinder #8" bezeichnet. Die
erste Einlassnockenwelle 26 ist mit vier Paaren Ventilnocken 30a, 30b, 30c, 30d bereitgestellt,
von denen jedes Paar ein Paar Einlassventile 22 des entsprechenden Zylinders
#1, #3, #5, oder #7 antreibt. Die zweite Einlassnockenwelle 28 ist
mit vier Paaren Ventilnocken 32a, 32b, 32c, 32d bereitgestellt,
von denen jedes Paar ein Paar Einlassventile 22 des entsprechenden Zylinders
#2, #4, #6, oder #8 antreibt. Pumpennocken 36, 37 sind
jeweils auf der ersten Einlassnockenwelle 26 und der zweiten
Einlassnockenwelle 28 ausgebildet, um auf den den Umlenkrollen 63, 65 entgegengesetzten
Seiten (rechte Seiten in 3) platziert bzw. angeordnet
zu sein.
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Die
erste Einlassnockenwelle 26 und die zweite Einlassnockenwelle 28 sind
an ihren Endabschnitten mit jeweils veränderbaren bzw. variablen Ventilsteuermechanismus
(die „VVT-Mechanismen" genannt werden) 38, 39 mit
den Umlenkrollen 63, 65 bereitgestellt. Die VVT-Mechanismen 38, 39 stellen
die jeweiligen Rotationsphasen der ersten Einlassnockenwelle 26 und
der zweiten Einlassnockenwelle 28 relativ zu der Rotationsphase
der Kurbelwelle 17 ein, um die Ventilsteuerzeit variabel
bzw. veränderbar
zu machen. Genauer gesagt arbeiten die VVT-Mechanismen 38, 39,
um die Zeit zum Öffnen
und Schließen
der Einlassventile 22 vorzusetzen bzw. vorzustellen oder
zurückzusetzen
bzw. zurückzusetzen,
während
die Ventilöffnungsdauer
(oder der Betätigungswinkel)
der Einlassventile 22 konstant gehalten wird. Um die VVT-Mechanismen 38, 39 anzutreiben,
werden auf die VVT-Mechanismen 38, 39 durch Hydraulikaktuatoren
(nicht gezeigt) angemessen gesteuerte Hydraulikdrücke aufgebracht.
Währendessen
drehen sich die Ventilnocken 30, 32 und die Pumpennocken 36, 37 als
eine Einheit mit jeweils der ersten Einlassnockenwelle 26 und
der zweiten Einlassnockenwelle 28. Daher wird die Phase
der Ventilnocken 30, 32, relativ zu den Pumpennocken 36, 37 (d.h.,
das Verhältnis
der Winkelposition zwischen den Ventilnocken 30, 32 und
den Pumpennocken 36, 37) beibehalten, nämlich davon
abgehalten, mit der Ventilsteuerung verändert zu werden, selbst wenn
die Ventilsteuerzeit durch die VVT-Mechanismen 38, 39 verändert wird.
Anders gesagt wird die Phase der Pumpennocke 36, 37 auf
der ersten oder zweiten Einlassnockenwelle 26, 28 gleichzeitig
mit einer Phasenveränderung
der Ventilnocken 30, 32 bei bzw. nach einer Veränderung
der Ventilsteuerzeit verändert.
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Nachfolgend
wird die Ventilöffnungsdauer und
Ventilverschlussdauer des v-förmigen Motors 1 erklärt. Bei
dem v-förmigen
Motor 1 sind Kurbelwinkelphasenunterschiede (d.h. Phasenunterschiede wie
im Kurbelwinkel gemessen) zwischen den acht Zylindern auf gleiche
Abstände
von 90°CA
eingestellt, und die Phase des Kolbens, wie durch den Kurbelwinkel
(der als „Kurbelwinkelphase" bezeichnet wird)
wiedergegeben, wird in der Folge bzw. Sequenz Zylinder #1, Zylinder
#8, Zylinder #7, Zylinder #3, Zylinder #6, Zylinder #5, Zylinder
#4 und Zylinder #2 geschalten. Wenn der Verbrennungs-Takt zum Beispiel bei
0°CA in
Zylinder #1 beginnt, beginnt der Verbrennungstakt in Zylinder #8
bei 90°CA
und in Zylinder #7 bei 180°CA,
und so weiter. Bezüglich
der Zylinder in der linken Zylinderbank 11 sind die Kurbelwinkelphasenunterschiede
insbesondere so eingestellt, dass die Kurbelwinkelphase von Zylinder
# 1 von der von Zylinder #7 um 180°CA versetzt ist, die Kurbelwinkelphase
von Zylinder #7 von der von Zylinder #3 um 90°CA versetzt ist, die Kurbelwinkelphase
von Zylinder #3 von der von Zylinder #5 um 180°CA versetzt ist, und die Kurbelwinkelphase
von Zylinder #5 von der von Zylinder #1 um 270°CA versetzt ist. Bezüglich der
Zylinder in der rechten Zylinderbank 12 sind die Kurbelwinkelphasenunterschiede
dagegen derart eingestellt, dass die Kurbelwinkelphase von Zylinder #8
von der von Zylinder #6 um 270°CA
versetzt ist, die Kurbelwinkelphase von Zylinder #6 von der von Zylinder
#4 um 180°CA
versetzt ist, die Kurbelwinkelphase von Zylinder #4 von der von
Zylinder #2 um 90°CA versetzt
ist, und die Kurbelwinkelphase von Zylinder #2 von der von Zylinder
#8 um 180°CA
versetzt ist. Somit werden die Kurbelwinkelphasenunterschiede zwischen
den Zylindern in jeder der Zylinderbänke 11, 12 auf
ungleiche Abstände,
einschließlich 90°CA und 270°CA, eingestellt.
Die Öffnungs-
und Verschlusszeitpunkte der Einlassventile 22 und der Auslassventile 23,
die in den jeweiligen Zylinderbänken
bereitgestellt sind, werden eingestellt, um die vorstehend gezeigten
Kurbelwinkelphasenunterschiede bereitzustellen.
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Als
nächstes
werden die Pumpennocken 36, 37 zum Antreiben der
Kraftstoffpumpen 44, 45 erklärt. Während die Phase (oder Winkelposition)
von jedem Paar der Ventilnocken 30, 32 auf den
Einlassnockenwellen 26, 28 abhängig von der Dauer des Öffnens und
des Schließens
der dazugehörigen
Einlassventile eingestellt wird, kann die Phase von jeder Pumpennocke 36, 37 wie
gewünscht
eingestellt werden. Wie nachstehend erklärt, wird die Phase der Pumpennocke 36, 37 eingestellt,
um Schwankungen im Drehmoment zu unterdrücken oder zu reduzieren, das
auf jede der Einlassnockenwellen 26, 28 aufgebracht
wird. Die 4A und 4B zeigen
jeweils die Konfigurationen der Pumpennocken 36, 37 auf den
Einlassnockenwellen 26, 28. In 4A und 4B drehen
sich die Einlassnockenwellen 26, 28 in Pfeilrichtung
R. 4A stellt einen Zustand dar, bei dem die Oberseite
A einer der Nockennasen der Pumpennocke 36 auf die Kolbenstange 51 einwirkt, während 4B einen
Zustand darstellt, bei dem die Oberseite C einer der Nockennasen
der Pumpennocke 37 auf die Kolbenstange 51 einwirkt.
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4A zeigt
die Phase der Pumpennocke 36, die die Kraftstoffpumpe 44 der
linken Zylinderbank 11 antreibt, relativ zu der Kolbenstange 51 der Kraftstoffpumpe 44,
einer der Ventilnocken 30a, und dem entsprechenden Einlasskipphebelarm 34.
Die Pumpennocke 36 ist auf der ersten Einlassnockenwelle 26 derart
ausgebildet, dass die Phase θ1,
bei der die Oberseite A einer der Nockennasen der Pumpennocke 36 auf
die Kolbenstange 51 einwirkt, um 150°CA von der Phase θ2 vorgesetzt
ist, bei der die Oberseite X der Nockennase der Ventilnocke 30a auf den
Einlasskipphebelarm 34 von Zylinder #1 einwirkt. Der Phasenunterschied
(θ2 – θ1) ist nämlich gleich 150°CA. Bei dieser
Anordnung wirkt die Oberseite X der Ventilnocke 30a auf
den Einlasskipphebel arm 34 ein, wenn sich, nachdem die
Oberseite A der Pumpennocke 36 auf die Kolbenstange 51 einwirkt,
die erste Einlassnockenwelle 26 um 150°CA dreht. Da die Kolbenstange 51 und
der Einlasskipphebelarm 34 relativ zueinander positioniert
sind, um einen Unterschied von 360°CA zwischen dem Zeitpunkt der Betätigung der
Pumpennocke 36 und dem Zeitpunkt der Betätigung der
Ventilnocke 30a in Rotationsrichtung der Einlassnockenwelle 26 zu
vermeiden, ist, wie in 4A gezeigt, ein Phasenunterschied
zwischen der Oberseite A der Pumpennocke 36 und der Oberseite
X der Ventilnocke 30a gleich 210°CA. Die Oberseite B der anderen
Nockennase der Pumpennocke 36 ist auf der entgegengesetzten
Seite der Oberfläche
A derart ausgebildet, dass die Oberseite B der Oberseite A um 360°CA vorgesetzt
ist.
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4B zeigt
die Phase der Pumpennocke 37, die die Kraftstoffpumpe 45 der
rechten Zylinderbank 12 antreibt, relativ zu der Kolbenstange 51 der Kraftstoffpumpe 45,
einer der Ventilnocken 32d, und dem entsprechenden Einlasskipphebelarm 34.
Da sich die Pumpennocke 37 in Phase mit der Pumpennocke 36 dreht,
wirkt die Oberseite C einer der Nockennasen der Pumpennocke 37 auf
die Kolbenstange 51 ein, wenn die Oberseite A der Pumpennocke 36 auf
die Kolbenstange 51 einwirkt. Die Pumpennocke 37 ist
auf der zweiten Einlassnockenwelle 28 derart ausgebildet,
dass die Phase θ3,
bei der die Oberseite C einer der Nockennasen der Pumpennocke 37 auf
die Kolbenstange 51 einwirkt, um 240°CA von der Phase θ3 vorgesetzt
ist, bei der die Oberseite Y der Nockennase der Ventilnocke 32d auf
den Einlasskipphebelarm 34 von Zylinder #8 einwirkt. Der
Phasenunterschied (θ4 – θ3) ist nämlich gleich
240°CA. Bei
dieser Anordnung wirkt die Oberseite Y der Ventilnocke 32d auf
den Einlasskipphebelarm 34 ein, wenn sich, nachdem die
Oberseite C der Pumpennocke 37 auf die Kolbenstange 51 einwirkt,
die erste Einlassnockenwelle 28 um 240°CA dreht. Da die Kolbenstange 51 und
der Einlasskipphebelarm 34 relativ zueinander positioniert
sind, um einen Unterschied von 360°CA zwischen dem Zeitpunkt der
Betätigung der
Pumpennocke 37 und dem Zeitpunkt der Betätigung der
Ventilnocke 32d in Rotationsrichtung der Einlassnockenwelle 28 zu
vermeiden, ist, wie in 4B gezeigt, ein Phasenunterschied
zwischen der Oberseite C der Pumpennocke 37 und der Oberseite
Y der Ventilnocke 32d gleich 120°CA. Die Oberseite D der anderen
Nockennase der Pumpennocke 37 ist auf der ent gegengesetzten
Seite der Oberfläche
C derart ausgebildet, dass die Oberseite D von der Oberseite C um
360°CA vorgesetzt
is.
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Als
nächstes
werden Schwankungen im Drehmoment beschrieben, die bei der ersten
Einlassnockenwelle 26 und der zweiten Einlassnockenwelle 28 auftreten. 5A und 5B zeigen
Graphen, die Drehmomentschwankungen (Nm) darstellen, die, mit Bezug
auf den Kurbelwinkel (CA), jeweils in der ersten Einlassnockenwelle 26 und
der zweiten Einlassnockenwelle 28 auftreten. In 5A und 5B ist
der Kurbelwinkel gleich 0°CA,
wenn sich der Kolben von Zylinder #1 am oberen Todpunkt, bei dem der
Verbrennungs-Takt beginnt, befindet.
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5A zeigt
Drehmomentschwankungen der ersten Einlassnockenwelle 26.
Die erste Einlassnockenwelle 26 unterliegt Drehmomentschwankungen
beim Antreiben der Einlassventile 22 der jeweiligen Zylinder
in der linken Zylinderbank 11 und Drehmomentschwankungen
beim Antreiben der Kraftstoffpumpe 44. Der untere Teil
von 5A zeigt die Takte von jedem der Zylinder der
linken Zylinderbank 11.
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In 5A,
stellen TB1, TB3, TB5 und TB7 jeweils Drehmomentschwankungen beim
Antreiben der Einlassventile 22 von Zylinder #1, Zylinder
#3, Zylinder #5 und Zylinder #7 dar. Die folgende Erklärung befasst
sich mit Drehmomentschwankungen beim Antreiben der Einlassventile 22,
zum Beispiel Antriebsdrehmomentveränderungen TB1 von Zylinder
#1. Die Einlassventile 22 von Zylinder #1 sind bei 360°CA, bei dem
der Ansaugtakt beginnt, offen, und bei 600°CA, am Anfangszeitpunkt des
Verdichtungs-Taktes geschlossen. Da jede Ventilnocke 30a der
ersten Einlassnockenwelle 26 das entsprechende Einlassventil 22 von
Zylinder #1 gegen die Ventilfeder 24 antreibt (d. h., öffnet und
schließt),
verändert sich
das Antriebsdrehmoment auf die positive Seite (d. h. steigt durch
Verändern
der Winkel an) in der Spanne zwischen 360°CA, wo das Ventil 22 öffnet, und
480°CA,
wo die Oberseite X der Ventilnocke 30a auf den Einlasskipphebelarm 34 einwirkt,
und auf die negative Seite (d. h. nimmt durch Verändern des
Winkels ab) in der Spanne zwischen 480°CA und 600°CA, in welcher das Ventil 22 schließt. Die
Antriebsdrehmomentschwankungen, die mit dem Nockenprofil der Ventil nocken 30 zusammenhängen, nehmen
die Form einer gewöhnlichen
bzw. allgemeinen sinusförmigen
Welle bzw. Sinusschwingung an. Die Antriebsdrehmomentschwankungen
werden zum Zeitpunkt des Schließens
des Einlassventils 22 gleich Null. Ebenso treten, wie in 5A gezeigt,
Antriebsdrehmomentschwankungen gleich denen von Zylinder #1, zeitversetzt
von Zylinder #1 durch verschiedene Kurbelwinkel, in Zylinder #3,
Zylinder #5 und Zylinder #7 auf.
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In 5A,
stellt TP1 Drehmomentschwankungen beim Antreiben der Kraftstoffpumpe 44 dar. Die
vorstehend aufgeführte
Phase θ2,
bei der die Oberseite X der Nockennase der Ventilnocke 30a von
Zylinder #1 auf den Einlasskipphebel 34 einwirkt, ist,
im Beispiel von 5A, 480°CA, und daher ist die Phase θ1, bei der
die Oberseite A einer der Nockennasen der Pumpennocke 36 auf
die Kolbenstange 51 einwirkt ist 330°CA, was von der Phase θ2 um 150°CA vorgesetzt
ist. Somit beginnen die Nockennasen der Pumpennocke 36 auf
die Kolbenstange 51 bei 150°CA und 510°CA einzuwirken, und die Oberseiten
der Nockennasen wirken auf die Kolbenstange 51 bei 330°CA und 690°CA ein. Die
Spannen, die dem Druckeinspeisungs-Takt der Kraftstoffpumpe 44 zum
Einspeisen des Kraftstoffs unter Druck zur Zuführung entsprechen liegen nämlich zwischen 150°CA und 330°CA und zwischen
510°CA und 690°CA, und die übrigen Spannen
entsprechen dem Ansaug-Takt der Kraftstoffpumpe 44, bei
dem der Kraftstoff in die Kraftstoffpumpe 44 gesaugt wird.
Das Antriebsdrehmoment für
die Kraftstoffpumpe 44 verändert sich auf die positive
Seite (d. h. steigt durch Verändern
der Winkel an) in der Spanne von 150°CA bis 330°CA und der Spanne von 510°CA bis 690°CA, wobei
die Drehmomentschwankung TP1 in den übrigen Spannen im Wesentlichen
gleich Null ist. Bei dem Beispiel von 5A ist
der Maximalwert der Antriebsdrehmomentschwankungen TP1 ca. 60% des Maximalwerts
der Antriebsdrehmomentschwankungen TB1, TB3, TB5 und TB7.
-
In 5A,
stellt TA1 eine Zusammensetzung der Antriebsdrehmomentschwankungen
TB1, TB3, TB5, TB7 der zugehörigen
Einlassventile 22 und der Antriebsdrehmomentschwankungen
TP1 der zugehörigen
Kraftstoffpumpe 44 dar. Während zweier Umdrehungen (720°CA Drehung)
der Kurbelwelle treten die Drehmomentschwankun gen TA1 in der ersten
Nockenwelle 26 auf, während
die Zylinder in der linken Zylinderbank 11 die vier Takte
auf die in 5A gezeigte Art und Weise durchlaufen.
Das maximale Drehmoment TAmax1 der Drehmomentschwankungen TA1 tritt
bei 600°CA
auf, und das minimale Drehmoment TAmin1 bei 90°CA. Aus 5A ist
ersichtlich, dass die Phase der Pumpennocke 36, relativ
zu den Ventilnocken 30 derart eingestellt ist, dass die
Kurbelwinkel, bei denen das Antriebsdrehmoment für die Kraftstoffpumpe 44 in
der Wellenform der Antriebsdrehmomentschwankungen TP1 maximiert
wird, nicht mit den Kurbelwinkeln zusammenfällt, bei denen die Antriebsdrehmomente
für die
Einlassventile 22 in den Wellenformen der Antriebsdrehmomentschwankungen
TB1, TB3, TB5, TB7 maximiert werden. Diese Anordnung reduziert das
maximale Drehmoment TAmax1 bei den Drehmomentschwankungen TA1, und
reduziert dabei die Amplitude TD1 der Drehmomentschwankungen TA1,
welche den Unterschied zwischen dem maximalen Drehmoment TAmax1
und dem minimalen Drehmoment TAmin1 darstellt.
-
5B zeigt
Schwankungen im Drehmoment, das auf die zweite Einlassnockenwelle 28 aufgebracht
wird. Die zweite Einlassnockenwelle 28 unterliegt Drehmomentschwankungen
beim Antreiben der Einlassventile 22 der jeweiligen Zylinder
in der rechten Zylinderbank 12 und Drehmomentschwankungen
beim Antreiben der Kraftstoffpumpe 45. Der untere Teil
von 5B zeigt die Hübe
bzw. Takte von jedem der Zylinder der linken Zylinderbank 12 auf.
-
In 5B,
stellen TB2, TB4, TB6 und TB8 jeweils Drehmomentschwankungen beim
Antreiben der Einlassventile 22 von Zylinder #2, Zylinder
#4, Zylinder #6 und Zylinder #8 dar. Die Antriebsdrehmomentschwankungen
TB2, TB4, TB6 und TB8 treten, wie vorstehend beschrieben, bei den
Antriebsdrehmomentveränderungen
TB1 von Zylinder #1 in gleicher Form auf. In 5B stellt
TP2 Drehmomentschwankungen beim Antreiben der Kraftstoffpumpe 45 dar.
Da sich die Pumpennocke 37 in Phase mit der Pumpennocke 36 dreht,
treten die Antriebsdrehmomentschwankungen TP2 in im Wesentlichen
gleicher Phase und Form wie die Antriebsdrehmomentschwankungen TP1
von 5A auf.
-
In 5B stellt
TA2 eine Zusammensetzung der Antriebsdrehmomentschwankungen TB2,
TB4, TB6, TB8 der zugehörigen
Einlassventile 22 und Antriebsdrehmomentschwankungen TP2
der zugehörigen
Kraftstoffpumpe 45 dar. Während zweier Umdrehungen (720°CA Drehung)
der Kurbelwelle treten die Drehmomentschwankungen TA2 in der zweiten
Nockenwelle 28 auf, während
die Zylinder in der rechten Zylinderbank 12 die vier Takte
auf die in 5B gezeigte Art und Weise durchlaufen.
Das maximale Drehmoment TAmax2 der Drehmomentschwankungen TA2 tritt
bei 240°CA
auf, und das minimale Drehmoment TAmin2 bei 450°CA. Aus 5B ist
ersichtlich, dass die Phase der Pumpennocke 37 relativ
zu den Ventilnocken 32 derart eingestellt ist, dass die Kurbelwinkel,
bei denen das Antriebsdrehmoment für die Kraftstoffpumpe 45 in
der Schwingung bzw. Wellenform der Antriebsdrehmomentschwankungen
TP2 maximiert wird, nicht mit den Kurbelwinkeln zusammenfällt, bei
denen die Antriebsdrehmomente für
die Einlassventile 22 in den Schwingungen bzw. Wellenformen
der Antriebsdrehmomentschwankungen TB2, TB4, TB6, TB8 maximiert
werden. Diese Anordnung ermöglicht
es, das maximale Drehmoment TAmax2 bei den Drehmomentschwankungen
TA2 zu reduzieren, und dabei die Amplitude TD2 der Drehmomentschwankungen
TA2 zu reduzieren, welche den Unterschied zwischen dem maximalen
Drehmoment TAmax2 und dem minimalen Drehmoment TAmin2 darstellt.
-
Die
folgende Erläuterung
befasst sich mit Drehmomentschwankungen die bei der ersten Einlassnockenwelle 26 und
der zweiten Einlassnockenwelle 28 auftreten, wenn die Phase
der Pumpennocke 36, 37 relativ zu den Ventilnocken 30, 32 im
Ventilsystem des v-förmigen
Motors 1 wie vorstehend beschrieben verändert wird. In der dargestellten
Ausführungsform
sind die Pumpennocke 36 und Ventilnocken 30 auf
der ersten Einlassnockenwelle 26 derart ausgebildet, dass
die vorstehend aufgeführte Phase θ1 von der
Phase θ2
um 150°CA
vorgesetzt ist. Der Graph von 6 zeigt
Veränderungen
des maximalen Drehmoments TAmax1, TAmax2 und des minimalen Drehmoments
TAmin1, TAmin2, dessen Veränderungen
beobachtet werden, wenn die Phase θ1 relativ zu der Phase θ2 verändert wird.
In 6 zeigt die horizontale Achse den vorgesetzten
Winkel θx
der Phase θ1
relativ zu der Phase θ2.
Wie aus 5A und 5B ersicht lich
ist, sind die Drehmomentschwankungen TA1 der ersten Einlassnockenwelle 26 von
den Drehmomentschwankungen TA2 der zweiten Einlassnockenwelle 28 um
360°CA Phasenverschoben,
und daher ist das maximale Drehmoment TAmax1 gleich dem maximalen
Drehmoment TAmax2, während
das minimale Drehmoment TAmin1 gleich dem minimalen Drehmoment TAmin2 ist.
Auch die Phase der Pumpennocke 36, 37 verändert sich
während
des Zyklus bzw. im Takt von 360°CA,
und daher zeigt 6 Veränderungen der maximalen und
minimalen Drehmomente, die beobachtet werden, wenn sich der vorgesetzte
Winkel θx innerhalb
eines Bereichs von 0°CA
bis 360°CA
verändert.
-
Wie
in 6 gezeigt, ist der maximale Drehmomentwert TAmax1,
TAmax2 klein, wenn sich der Vorstellwinkel bzw. vorgesetzte Winkel θx in einem Bereich
Z1 von 120°CA
bis 180°CA
befindet. Auf der anderen Seite gibt es fast keine Veränderung
bezüglich
des Vorstellwinkels θx
beim minimalen Drehmoment TAmin1 und TAmin2. Somit kann das maximale Drehmoment
TAmax1, TAmax2, das auf jede der Einlassnockenwellen 26, 28 aufgebracht
wird, reduziert werden, wenn die Phase θ1 von der Phase θ2 um 120°CA auf 180°CA vorgesetzt
wird, und die Amplitude TD1, TD2 der Drehmomentschwankungen TA1, TA2
kann reduziert werden. Obwohl sich das maximale Drehmoment TAmax1,
TAmax2 abhängig
von der Größe der Antriebsdrehmomentschwankungen TP1,
TP2 oder der Größe der Antriebsdrehmomentschwankungen
TB1–TB8
verändert,
verändert
(d. h. steigt an oder nimmt ab) sich das maximale Drehmoment bezüglich des
Vorstellwinkels bzw. vorgesetzten Winkels θx auf im Wesentlichen die gleiche
Methode oder die gleiche Art und Weise, es sei denn, der Betrag
der Antriebsdrehmomentschwankungen TP1, TP2 ist signifikant größer oder
kleiner als die der Antriebsdrehmomentschwankungen TB1 bis TB8.
-
Aus
der vorstehenden Beschreibung ist zu verstehen, dass bei der ersten
Ausführungsform,
bei der die Phase θ1
so eingestellt ist, dass sie von der Phase θ2 um 150°CA vorgesetzt ist, das maximale Drehmoment
und die Drehmomentschwankungen, die auf die erste Einlassnockenwelle 26 und
zweite Einlassnockenwelle 28 aufgebracht werden, vorteilhaft
reduziert werden.
-
Das
Ventilsystem des v-förmigen
Motors gemäß der ersten
Ausführungsform
der Erfindung stellt die folgenden vorteilhaften Effekte bereit.
- (1) Gemäß der ersten
Ausführungsform
ist das Ventilsystem des v-förmigen
Motors 1 derart ausgebildet, dass die Kurbelwinkel, bei
denen das Antriebsdrehmoment der Pumpennocke 36, 37 mit
zwei Nockennasen maximiert wird, nicht mit den Kurbelwinkeln, bei
denen das Antriebsdrehmoment der Ventilnocken 30, 32 maximiert
wird, zusammenfallen. Daher kann, falls Kurbelwinkelphasenunterschiede
zwischen den Zylindern in jeder der Zylinderbänke 11, 12 auf
ungleiche Abstände
eingestellt sind, und Drehmomentschwankungen beim Antreiben der
Einlassventile 22 eine komplizierte oder ungleichmäßige Formen
annehmen, das maximale Drehmoment TAmax1, TAmax2 bei den Drehmomentschwankungen TA1,
TA2 von jedem der Einlassventile 26, 28 reduziert
werden, und zudem kann die Amplitude (d.h. Unterschiede zwischen
dem maximalen Drehmoment und dem minimalen Drehmoment) TD1, TD2
der Drehmomentschwankungen TA1, TA2 reduziert werden. Somit verhindert
das Reduzieren der maximalen Spannung, die auf den Zahnriemen 68 aufgebracht
wird der die Einlassnockenwellen 26, 28 antreibt,
und das Reduzieren der Spannungsschwankungsamplitude, eine sonst
mögliche
Verkürzung
der Betriebsdauer des Zahnriemens 68.
- (2) In der ersten Ausführungsform
drehen sich die Pumpennocken 36, 37 in Phase zueinander,
und die Phase θ1,
bei der die Oberseite A einer der Nockennasen der Pumpennocke 36 auf
die Kolbenstange 51 einwirkt, ist von der Phase θ2, bei der
die Oberseite X der Nockennase jeder Ventilnocke 30a von
Zylinder #1 auf den Einlasskipphebelarm 34 einwirkt, um
150°CA vorgesetzt.
In jeder der Zylinderbänke 11, 12 ist
daher das maximale Drehmoment TAmax1, TAmax2 bei den Drehmomentschwankungen
TA1, TA2 von jeder der Einlassnockenwellen 26, 28 reduziert,
und auch die Amplitude TD1, TD2 der Drehmomentschwankungen TA1,
TA2 ist reduziert.
- (3) Bei der ersten Ausführungsform
sind zwei Nockennasen mit gleicher Form oder gleichem Profil in
gleichen Abständen über den
gesamte Umfang jeder der Pum pennocken 36, 37 ausgebildet,
und die Kraftstoffpumpe 44, 45 wird in gleichen
Zeitabständen
zweifach bzw. zweimal angetrieben, während die Kurbelwelle 17 zwei
Umdrehungen macht (d.h. sich um 720°CA dreht). Diese Anordnung reduziert
das Antriebsdrehmoment, das jedes Mal zum Antreiben der Kraftstoffpumpe 44, 45 benötigt wird,
verglichen zu dem Fall, bei dem die Kraftstoffpumpe 44, 45 nur
einfach bzw. einmal angetrieben wird, während die Kurbelwelle 17 zwei
Umdrehungen macht. Demzufolge werden die Drehmomentschwankungen
TA1, TA2, die auf jedes der Einlassventile 26, 28 aufgebracht
werden, unterdrückt
oder reduziert.
- (4) Bei der ersten Ausführungsform
ist die Kraftstoffpumpe 44, 45 für jede Zylinderbank 11, 12 bereitgestellt,
und wird durch die entsprechende Pumpe der ersten und zweiten Einlassnockenwellen 26, 28 der
Zylinderbänke 11, 12 angetrieben. Diese
Anordnung ermöglicht
die Verwendung von Kraftstoffpumpen mit einer geringen Pumpenleistung
sogar in einem Acht-Zylinder Motor, der eine verhältnismäßig große, von
den Kraftstoffpumpen 44, 45 zuzuführende Kraftstoffmenge
benötigt.
- (5) In der ersten Ausführungsform
drehen sich die Ventilnocken 30, 32 und die Pumpennocken 36, 37 als
Einheit mit jeweils der ersten Einlassnockenwelle 26 und
der zweiten Einlassnockenwelle 28. Daher werden die Verhältnisse
in der Winkelposition oder Phase zwischen den Ventilnocken 30, 32 und
den Pumpennocken 36, 37 beibehalten oder werden
vom Verändert
werden mit der Ventilsteuerzeit abgehalten, selbst wenn die Ventilsteuerzeit
durch die variablen Ventilsteuermechanismen 38, 39 verändert wird.
Somit wird, selbst bei einer Veränderung
der Ventilsteuerzeit, das maximale Drehmoment TAmax1, TAmax2 bei den
Drehmomentschwankungen TA1, TA2 von jeder der Einlassnockenwellen 26, 28 reduziert,
und ebenso wird die Amplitude TD1, TD2 der Drehmomentschwankungen
TA1, TA2 reduziert.
-
Bezug
nehmend auf 7 bis 9 wird
als nächstes
ein Ventilsystem für
einen v-förmigen
Motor gemäß einer
zweiten Ausführungsform
der Erfindung beschrieben. Die zweite Ausführungsform unterscheidet sich
von der ersten Ausführungsform
nur in den Phasen bzw. Winkelpositionen der Pumpennocken, die auf
der ersten Einlassno ckenwelle 26 und der zweiten Einlassnockenwelle 28 ausgebildet
sind. In der folgenden Beschreibung werden zum Kennzeichnen Gleicher
oder Entsprechender Elemente oder Komponenten, deren Erklärung nicht
wiederholt wird, die gleichen Bezugszeichen wie in der ersten Ausführungsform
verwendet.
-
Bei
dem Ventilsystem des V-Motors bzw. v-förmigen Motors 1 gemäß der zweiten
Ausführungsform
drehen sich eine Pumpennocke 71, die auf der ersten Einlassnockenwelle 26 ausgebildet
ist, und eine Pumpennocke 72, die auf der zweiten Einlassnockenwelle 28 ausgebildet
ist, in zueinander entgegengesetzter Phase (d.h. mit einem Phasenunterschied
von 180°CA),
um die Kraftstoffpumpen 44, 45 in zueinander entgegengesetzter
Phase anzutreiben, um das Pulsieren des Kraftstoffs zu unterdrücken. Wie
nachstehend beschrieben, ist die Phase der Pumpennocke 71, 72 so
eingestellt, um Schwankungen im Drehmoment zu unterdrücken oder
zu reduzieren, das auf jede der Einlassnockenwellen 26, 28 aufgebracht
wird. Die 7A und 7B zeigen jeweils
die Konfigurationen der Pumpennocken 71, 72 auf
den Einlassnockenwellen 26, 28. In 7A und 7B drehen
sich die Einlassnockenwellen 26, 28 in Pfeilrichtung
R. Jede der Pumpennocken 71, 72 besitzt die Form
einer Ellipse, und zwei Nockennasen mit gleicher Form sind in gleichen
Abständen über den
gesamten Umfang der Pumpennocke 71, 72 ausgebildet. 7A stellt
einen Zustand dar, bei dem die Oberseite E einer der Nockennasen
der Pumpennocke 71 auf die Kolbenstange 51 der
Kraftstoffpumpe 44 einwirkt.
-
7A zeigt
die Phase der Pumpennocke 71 zum Antreiben der Kraftstoffpumpe 44 der
linken Zylinderbank 11, relativ zu der Kolbenstange 51 der Kraftstoffpumpe 44,
einer der Ventilnocken 30a, und dem entsprechenden Einlasskipphebelarm 34.
Die Pumpennocke 71 ist auf der ersten Einlassnockenwelle 26 derart
ausgebildet, dass die Phase θ5,
bei der die Oberseite E einer der Nockennasen der Pumpennocke 71 auf
die Kolbenstange 51 einwirkt, um 270°CA von der Phase θ6 vorgesetzt
bzw. versetzt ist, bei der die Oberseite X der Nockennase der Ventilnocke 30a auf
den Einlasskipphebelarm 34 von Zylinder #1 einwirkt (d.h., θ6 – θ5 = 270°CA). Bei
dieser Anordnung wirkt die Oberseite X der Ventilnocke 30a auf
den Einlasskipphebelarm 34 ein, wenn sich, nachdem die
Oberseite A der Pumpennocke 71 auf die Kolbenstange 51 einwirkt,
die erste Einlassnockenwelle 26 um 270°CA dreht. Da die Kolbenstange 51 und
der Einlasskipphebelarm 34 relativ zueinander positioniert
sind, um einen Unterschied von 360°CA, zwischen dem Zeitpunkt der
Betätigung
der Pumpennocke 71 und dem Zeitpunkt der Betätigung der
Ventilnocke 30a in Rotationsrichtung der Einlassnockenwelle 26 bereitzustellen
bzw. einzustellen, ist, wie in 7A dargestellt,
ein Phasenunterschied zwischen der Oberseite E der Pumpennocke 71 und der
Oberseite X der Ventilnocke 30a gleich 90°CA. Die Oberseite
F der anderen Nockennase der Pumpennocke 71 ist auf der
entgegengesetzten Seite der Oberfläche E ausgebildet, so dass
die Oberseite F von der Oberseite E um 360°CA vorgesetzt ist.
-
7B zeigt
die Phase der Pumpennocke 72, die die Kraftstoffpumpe 45 der
rechten Zylinderbank 12 antreibt, relativ zu der Kolbenstange 51 der Kraftstoffpumpe 45,
einer der Ventilnocken 32d, und dem entsprechenden Einlasskipphebelarm 34.
Da sich die Pumpennocke 72 und die Pumpennocke 71 in
entgegengesetzter Phase drehen, nämlich mit einem Phasenunterschied
von 180°CA,
ist die Pumpennocke 72 bei einem Zustand wie in 7B gezeigt,
platziert, wenn die Spitze bzw. der Scheitelpunkt (apex) E der Pumpennocke 71 auf
die Kolbenstange 51 einwirkt. Die Pumpennocke 72 ist
auf der zweiten Einlassnockenwelle 28 derart ausgebildet, dass
die Phase θ7,
bei der die Oberseite G von einer der Nockennasen der Pumpennocke 72 auf
die Kolbenstange 51 einwirkt, um 180°CA von der Phase θ8 vorgesetzt
ist, bei der die Oberseite Y der Nockennase der Ventilnocke 32d auf
den Einlasskipphebelarm 34 von Zylinder #8 einwirkt (d.h., θ8 – θ7 = 180°CA). Somit
wirkt die Oberseite Y der Ventilnocke 32d auf den Einlasskipphebelarm 34 ein,
wenn sich die zweite Einlassnockenwelle 28 um 180°CA dreht,
nachdem die Oberseite G der Pumpennocke 72 auf die Kolbenstange 51 einwirkt.
Da die Kolbenstange 51 und der Einlasskipphebelarm 34 relativ
zueinander positioniert sind, um einen Unterschied von 360°CA zwischen
dem Zeitpunkt der Betätigung
der Pumpennocke 72 und dem Zeitpunkt der Betätigung der
Ventilnocke 32a in Rotationsrichtung der Einlassnockenwelle 28 bereitzustellen,
ist, wie in 7B gezeigt, ein Phasenunterschied
zwischen der Oberseite G der Pumpennocke 72 und der Oberseite
Y der Ventilnocke 32d gleich 180°CA. Die Oberseite H der anderen
Nockennase der Pumpen nocke 72 ist auf der entgegengesetzten
Seite der Oberfläche
G derart ausgebildet, dass die Oberseite H von der Oberseite G um
360°CA vorgesetzt
ist.
-
Als
nächstes
werden Drehmomentschwankungen beschrieben, die auf die erste Einlassnockenwelle 26 und
die zweite Einlassnockenwelle 28 aufgebracht werden. Die
Graphen von 8A und 8B zeigen
Drehmomentschwankungen (Nm) mit Bezug auf den Kurbelwinkel (CA)
auf, die jeweils in der ersten Einlassnockenwelle 26 und
der zweiten Einlassnockenwelle 28 auftreten. In 8A und 8B ist
der Kurbelwinkel gleich 0°CA,
wenn sich der Kolben von Zylinder #1 am oberen Todpunkt, auf dem
der Verbrennungs-Takt beginnt, befindet.
-
8A zeigt
Drehmomentschwankungen der ersten Einlassnockenwelle 26 auf.
In 8A, stellen TB1, TB3, TB5 und TB7 jeweils Drehmomentschwankungen
beim Antreiben der Einlassventile 22 von Zylinder #1, Zylinder
#3, Zylinder #5 und Zylinder #7 dar. Die Antriebsdrehmomentschwankungen
TB1, TB3, TB5, TB7 treten in den im Wesentlichen gleichen Formen
wie die bei der ersten Ausführungsform auf.
-
In 8A,
stellt TP3 Drehmomentschwankungen beim Antreiben der Kraftstoffpumpe 44 dar. Die
vorstehend aufgeführte
Phase θ6,
bei der die Oberseite X der Nockennase der Ventilnocke 30a von
Zylinder #1 auf den Einlasskipphebel 34 einwirkt, ist im
Beispiel von 8A 480°CA, und daher ist die Phase θ5, bei der
die Oberseite E von einer der Nockennasen der Pumpennocke 71 auf
die Kolbenstange 51 einwirkt 210°CA, was von der Phase θ6 270°CA versetzt
bzw. vorgesetzt ist. Somit beginnen die zwei Nockennasen der Pumpennocke 71 auf
die Kolbenstange 51 jeweils bei 30°CA und 390°CA einzuwirken, und die Oberseiten
E, F der Nockennasen wirken auf die Kolbenstange 51 jeweils
bei 210°CA und
570°CA ein.
Die Spannen, die dem Druckeinspeisungs-Takt der Kraftstoffpumpe 44 zum
Einspeisen des Kraftstoffs unter Druck zum Zuführen entsprechen sind nämlich zwischen
30°CA und
210°CA und
zwischen 390°CA
und 570°CA,
wobei die übrigen
Spannen dem Ansaug-Takt der Kraftstoffpumpe 44 entsprechen,
bei dem der Kraftstoff in die Kraftstoffpumpe 44 gesaugt
wird. Das Antriebsdrehmoment für
die Kraftstoffpumpe 44 verändert sich auf die posi tive
Seite (d. h. steigt durch Verändern
der Winkel an), während
dessen Schwankungen TP3 die Form eines Berges in der Spanne von
30°CA bis 210°CA und der
Spanne von 390°CA
bis 570°CA
annehmen, wobei die Drehmomentschwankung TP3 in den übrigen Spannen
im Wesentlichen gleich Null ist. Bei dem Beispiel von 8A ist
der Maximalwert der Antriebsdrehmomentschwankungen TP3 ca. 60% des
Maximalwertes der Antriebsdrehmomentschwankungen TB1, TB3, TB5 und
TB7.
-
In 8A,
stellt TA3 eine Zusammensetzung der Antriebsdrehmomentschwankungen
TB1, TB3, TB5, TB7 der zugehörigen
Einlassventile 22 und der Antriebsdrehmomentschwankungen
TP3 der zugehörigen
Kraftstoffpumpe 44 dar. Während zweier Umdrehungen (720°CA Drehung)
der Kurbelwelle treten die Drehmomentschwankungen TA3 in der ersten
Nockenwelle 26 auf, während
die Zylinder in der linken Zylinderbank 11 die vier Takte
auf die in 8A gezeigte Art und Weise durchlaufen.
Das maximale Drehmoment TAmax3 der Drehmomentschwankungen TA3 tritt
bei 430°CA
auf, und das minimale Drehmoment TAmin3 bei 280°CA. Aus dem Graph von 8A ist
ersichtlich, dass die Phase der Pumpennocke 71 relativ
zu den Ventilnocken 30 derart eingestellt ist, dass die
Kurbelwinkel, bei denen das Antriebsdrehmoment für die Kraftstoffpumpe 44 in
der Wellenform der Antriebsdrehmomentschwankungen TP3 maximiert
wird, nicht mit den Kurbelwinkeln zusammenfällt, bei denen die Antriebsdrehmomente
für die
Einlassventile 22 in den Wellenformen der Antriebsdrehmomentschwankungen
TB1, TB3, TB5, TB7 maximiert werden. Diese Anordnung reduziert das
maximale Drehmoment TAmax3 bei den Drehmomentschwankungen TA3, und
reduziert dabei die Amplitude TD3 der Drehmomentschwankungen TA3,
welche den Unterschied zwischen dem maximalen Drehmoment TAmax3
und dem minimalen Drehmoment TAmin3 darstellt.
-
8B zeigt
Drehmomentschwankungen der zweiten Einlassnockenwelle 28.
In 8B, stellen TB2, TB4, TB6 und TB8 jeweils Drehmomentschwankungen
zum Antreiben der Einlassventile 22 während der Ansaugtakte der Zylinder
#2, Zylinder #4, Zylinder #6 und Zylinder #8 dar. Die Antriebsdrehmomentschwankungen
TB2, TB4, TB6 und TB8 treten in im Wesentlichen gleicher Form wie
die der ersten Ausführungsform
auf.
-
In 8B stellt
TP4 Drehmomentschwankungen beim Antreiben der Kraftstoffpumpe 45 dar. Da
sich die Pumpennocke 72 in Phase mit der Pumpennocke 71 dreht,
wird die Wellenform der Antriebsdrehmomentschwankungen TP4 verschoben,
d.h., um 180°CA
von den in 8A gezeigten Antriebsdrehmomentschwankungen
TP3, vorgesetzt.
-
In 8B stellt
TB2 eine Zusammensetzung der Antriebsdrehmomentschwankungen TB2,
TB4, TB6, TB8 der zugehörigen
Einlassventilen 22 und der Antriebsdrehmomentschwankungen
TP4 der zugehörigen
Kraftstoffpumpe 45 dar. Während zweier Umdrehungen (720°CA Drehung)
der Kurbelwelle treten die Drehmomentschwankungen TA4 in der zweiten Nockenwelle 28 auf,
während
die Zylinder in der rechten Zylinderbank 12 die vier Takte
auf die in 8B gezeigte Art und Weise durchlaufen.
Das maximale Drehmoment TAmax4 der Drehmomentschwankungen TA4 tritt
bei 250°CA
auf, und das minimale Drehmoment TAmin4 bei 180°CA. Aus dem Graph von 8B ist
ersichtlich, dass die Phase der Pumpennocke 72 relativ
zu den Ventilnocken 32 derart eingestellt ist, dass die
Kurbelwinkel, bei denen das Antriebsdrehmoment für die Kraftstoffpumpe 45 in
der Wellenform der Antriebsdrehmomentschwankungen TP4 maximiert
wird, nicht mit den Kurbelwinkeln zusammenfällt, bei denen die Antriebsdrehmomente
für die
Einlassventile 22 in den Wellenformen der Antriebsdrehmomentschwankungen
TB2, TB4, TB6, TB8 maximiert werden. Diese Anordnung reduziert das
maximale Drehmoment TAmax4 bei den Drehmomentschwankungen TA4, und
reduziert dabei die Amplitude TD4 der Drehmomentschwankungen TA4,
welche den Unterschied zwischen dem maximalen Drehmoment TAmax4
und dem minimalen Drehmoment TAmin4 darstellt.
-
Die
folgende Erläuterung
befasst sich mit Drehmomentschwankungen, die auf die erste Einlassnockenwelle 26 und
die zweite Einlassnockenwelle 28 aufgebracht werden, wenn
die Phase der Pumpennocke 71, 72 relativ zu den
Ventilnocken 30, 32 im Ventil system des v-förmigen Motors 1 wie
vorstehend beschrieben verändert
wird. In der dargestellten Ausführungsform
sind die Pumpennocke 71 und die Ventilnocken 30 auf
der ersten Einlassnockenwelle 26 derart ausgebildet, dass
die vorstehend aufgeführte
Phase θ5
von der Phase θ6
um 270°CA vorgesetzt
wird. Die Graphen von 9A und 9B zeigen
die jeweiligen Veränderungen
des maximalen Drehmoments TAmax3, TAmax4 und des minimalen Drehmoments
TAmin3, TAmin4, dessen Veränderungen
beobachtet werden, wenn die Phase θ5 relativ zu der Phase θ6 verändert wird.
In 9A und 9B zeigt
die horizontale Achse den vorgesetzten Winkel θy der Phase θ5 relativ
zu der Phase θ6.
Wie aus 8A und 8B ersichtlich
ist, verändert
sich die Phase der Pumpennocke 71, 72 im Zyklus
von 360°CA,
und daher zeigen 9A und 9B Veränderungen
der maximalen und minimalen Drehmomente, die beobachtet werden,
wenn sich der vorgesetzte Winkel θy innerhalb eines Bereichs von
0°CA bis
360°CA verändert.
-
Wenn
sich der Vorstellwinkel bzw. vorgesetzte Winkel θy in einem Bereich Z2 von 120°CA bis 180°CA befindet,
nimmt das maximale Moment TAmax3 geringe Werte an, wie in 9A dargestellt, jedoch
nimmt, wie in 9B dargestellt, das maximale
Moment TAmax4 große
Werte an. Wenn sich der der vorgesetzte Winkel θy andererseits in einem Bereich
Bereich Z3 von 300°CA
bis 360°CA
befindet, nimmt das maximale Moment TAmax4 geringe Werte an, aber
das maximale Moment TAmax3 nimmt große Werte an. Wenn sich der
vorgesetzte Winkel θy
in einem Bereich Z4 von 240°CA
bis 300°CA
befindet, sind TAmax3 und TAmax4 zueinander ausgeglichen, und nehmen
relativ kleine Werte an. Währendessen gibt
es fast keine Veränderung
bei den minimalen Drehmomenten TAmin3, TAmin4 bezüglich des
Vorstellwinkels bzw. vorgesetzten Winkels θy. Somit können, wenn die Phase θ5 eingestellt
ist, um von der Phase θ6
um 240°CA
bis 300°CA
vorgesetzt zu werden, sowohl die maximalen Drehmomente TAmax3, TAmax4,
die auf die ersten und zweiten Einlassnockenwellen 26, 28 aufgebracht
werden, verringert werden, und auch die Amplituden TD3, TD4 der Drehmomentveränderungen
TA3, TA4, können
verringert werden, während
sie aneinander angeglichen werden.
-
Aus
der vorstehenden Beschreibung ist zu verstehen, dass bei der zweiten
Ausführungsform, bei
der die Phase θ5
so eingestellt ist, dass sie von der Phase θ6 um 270°CA vorgesetzt ist, das maximale
Drehmoment und die Drehmomentschwankungen, die auf die erste Einlassnockenwelle 26 und
zweite Einlassnockenwelle 28 aufgebracht werden, vorteilhaft
reduziert werden.
-
Das
Ventilsystem des v-förmigen
Motors gemäß der zweiten
Ausführungsform
der Erfindung stellt, zusätzlich
zu den Effekten (1), (3), (4) und (5), die durch die erste Ausführungsform
bereitgestellt werden, die folgenden vorteilhaften Effekte bereit.
- (6) Gemäß der zweiten
Ausführungsform
drehen sich die Pumpennocken 71, 72 in entgegengesetzter
Phase zueinander, und die Pumpennocke 71 und die Ventilnocken 30a sind
auf der ersten Einlassnockenwelle 26 derart ausgebildet,
dass die Phase θ5,
bei der die Oberseite E einer der Nockennasen der Pumpennocke 71 auf
die Kolbenstange 51 der Kraftstoffpumpe einwirkt, um 270°CA von der
Phase θ6
vorgesetzt ist, bei der die Oberseite X der Nockennase jeder Ventilnocke 30a von
Zylinder #1 auf den Einlasskipphebelarm 34 einwirkt. In
jeder der Zylinderbänke 11, 12 kann
daher das maximale Drehmoment TAmax3, TAmax4 bei den Drehmomentschwankungen
TA3, TA4 von jeder der Einlassnockenwellen 26, 28 reduziert
werden, und zudem kann die Amplitude TD3, TD4 der Drehmomentschwankungen
TA3, TA4 reduziert werden.
-
Die
vorstehend beschriebenen ersten und zweiten Ausführungsformen können wie
nachfolgend beschrieben abgeändert
werden.
-
Bei
der ersten Ausführungsform
wird der Vorstellwinkel bzw. vorgesetzte Winkel θx, um den die Phase θ1, bei der
die Oberseite A der Pumpennocke 36 auf die Kolbenstange 51 einwirkt,
von der Phase θ2,
bei der die Oberseite X der Ventilnocke 30a auf den Einlasskipphebelarm 34 einwirkt,
vorgesetzt ist, auf 150°CA
eingestellt. Der Vorstellwinkel bzw. vorgesetzte Winkel θx kann jedoch
auf jeden Winkel m Bereich von Z1 von 120°CA bis 180°CA eingestellt werden. Falls
der vorgesetzte Winkel θx
auf einen bestimmten Winkel im Bereich von Z1 eingestellt ist, kann
das maximale Dreh moment TAmax1, TAmax2, das auf jede der Einlassnockenwellen 26, 28 aufgebracht
wird, verringert werden, und auch die Amplitude TD1, TD2 der Drehmomentschwankungen
TA1, TA2 kann reduziert werden. Auch ist der vorgesetzte Winkel θx nicht
auf den Bereich Z1 begrenzt, sondern kann auf einen beliebigen Winkel
eingestellt werden, bei dem das maximale Drehmoment TAmax1, TAmax2
relativ klein ist, um die Amplitude TD1, TD2 der Drehmomentschwankungen
TA1, TA2 zu reduzieren.
-
Gemäß der zweiten
Ausführungsform
ist der Vorstellwinkel bzw. vorgesetzte Winkel θy, um den die Phase θ5, bei der
die Oberseite E der Pumpennocke 71 auf die Kolbenstange 51 einwirkt,
von der Phase θ6,
bei der die Oberseite X der Ventilnocke 30a auf den Einlasskipphebelarm 34 einwirkt,
vorgesetzt ist, auf 270°CA
eingestellt. Jedoch kann der vorgesetzte Winkel θy auf einen beliebigen Winkel
innerhalb des Bereichs Z4 von 240°CA
bis 300°CA
eingestellt werden. Falls der vorgesetzte Winkel θy auf einen
bestimmten Winkel innerhalb des Bereichs von Z4 eingestellt wird,
kann sowohl das maximale Drehmoment TAmax3, TAmax4, das auf jede
der Einlassnockenwellen 26, 28 aufgebracht wird,
als auch die Amplitude TD3, TD4 der Drehmomentschwankungen TA3,
TA4, reduziert werden.
-
Während die
Pumpennocke 36, 71 und die Pumpennocke 37, 72 in
der ersten und zweiten Ausführungsform
jeweils auf den ersten und zweiten Einlassnockenwellen 26, 28 ausgebildet
sind, kann die Pumpennocke auch auf jeder der ersten und zweiten Auslassnockenwellen 27, 29 ausgebildet
sein. Drehmomentschwankungen beim Antreiben der Auslassventile 23,
die auf die Auslassnockenwellen 27, 29 aufgebracht
werden, finden in Formen statt, die vollständig phasenverschobenen von
den Drehmomentschwankungen TB1 bis TB8 sind, die mit den Einlassventilen 22 verbunden
sind. Somit werden Drehmomentschwankungen auf die Auslassnockenwellen 27, 29 aufgebracht,
die ähnlich
zu den vorstehend agezeigten Drehmomentschwankungen TA1 bis TA4 sind,
falls die Phase der Pumpennocke relativ zu den Ventilnocken der
Auslassventile 23 auf jeder der Auslassnockenwellen 27, 29 auf
die gleiche Art und Weise eingestellt wird, wie im Fall der Einlassnockenwellen 26, 28.
Es ist somit möglich,
die Drehmomentschwankun gen der Auslassnockenwellen 27, 29 vorteilhaft
zu unterdrücken,
selbst wenn die Pumpennocken auf den Auslassnockenwellen 27, 29 ausgebildet
sind.
-
Während die
Pumpennocken 36, 37, 71, 72 bei
der ersten und zweiten Ausführungsform
derart angeordnet sind, um die entsprechenden Kraftstoffpumpen 44, 45 in
gleichen Zeitabständen
doppelt bzw. zweimal anzutreiben, während die Kurbelwelle 17 zwei
Umdrehungen macht (d.h., sich um 720°CA dreht), können die Pumpennocken die entsprechenden
Kraftstoffpumpen 44, 45 während der zwei Umdrehungen
der Kurbelwelle 17 auch drei mal oder öfter antreiben. Es ist zudem
ebenfalls möglich,
die Pumpennocken 36, 37, 71, 72 die
Kraftstoffpumpen 44, 45 in gleichen Zeitabständen antreiben
zu lassen. Selbst wenn die Kraftstoffpumpen 44, 45 drei
mal oder öfter
während
der zwei Umdrehungen der Kurbelwelle 17 oder in ungleichen
Zeitabständen
angetrieben werden, ist es möglich,
die Drehmomentschwankungen TA1, TA2 der Einlassnockenwellen 26, 28 zu
unterdrücken
oder zu reduzieren, falls die Kurbelwinkel, bei denen das Antriebsdrehmoment der
Pumpennocken 36, 37, 71, 72 maximiert
wird, nicht mit den Kurbelwinkeln zusammenfallen, bei denen das
Antriebsdrehmoment der Ventilnocken 30, 32 maximiert
wird.
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Während die
Kraftstoffpumpen 44, 45 in den jeweiligen Bänken bzw.
Zylinderbänken 11, 12 in
der ersten und zweiten Ausführungsform
angeordnet sind, können
die Kraftstoffpumpen 44, 45 auch durch eine einzige
Kraftstoffpumpe ersetzt werden, die durch die ersten und zweiten
Einlassnockenwellen 26, 28 angetrieben wird.
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Während die
Kurbelwinkelphase des v-förmigen
Motors 1 in der ersten und zweiten Ausführungsform in der Sequenz bzw.
Abfolge Zylinder #1, Zylinder #8, Zylinder #7, Zylinder #3, Zylinder
#6, Zylinder #5, Zylinder #4 und Zylinder #2 verschoben ist (nämlich die
Vier-Takt-Zyklen der acht Zylinder in dem v-förmigen Motors 1 bezüglich des
Kurbelwinkels verschoben sind), kann sie auch in anderen Sequenzen
verschoben sein. Auch in diesem Fall kann die Phase der Pumpennocke 36, 37, 71, 72 relativ
zu den Ventilnocken 30, 32 gemäß dem Prinzip der vorliegenden
Erfindung eingestellt werden.
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Während die
Erfindung gemäß der ersten und
zweiten Ausführungsform
bei einem v-förmigen Acht-Zylinder
Motor 1 angewandt wird, ist die Erfindung nicht auf den
v-förmigen
Acht-Zylinder Motor begrenzt, sondern kann auch in v-förmigen Motoren mit
mehr Zylindern angewandt werden.