DE102007007831B4

DE102007007831B4 - Ventilsystem für einen V-Motor

Info

Publication number: DE102007007831B4
Application number: DE102007007831.7A
Authority: DE
Inventors: Toshio Imamura
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2006-02-21
Filing date: 2007-02-16
Publication date: 2017-08-31
Anticipated expiration: 2027-02-17
Also published as: DE102007007831A1; US20070193541A1; JP4148268B2; JP2007224743A; US7316221B2

Abstract

Ventilsystem für einen V-Motor, in dem eine in jeder Zylinderbank (11, 12) des Motors bereitgestellte Nockenwelle (26, 28) mit Ventilnocken (30, 32) ausgebildet ist, die Motorventile (22) öffnen und schließen, und mit einer Pumpennocke (71, 72), die eine Kraftstoffpumpe (44, 45) antreibt, die eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung (42, 43) mit unter Druck stehendem Kraftstoff speist, dadurch gekennzeichnet, dass: der Kurbelversatz zwischen Zylindern in jeder Zylinderbank des V-Motors auf ungleiche Abstände eingestellt ist; und die Pumpennocke (71, 72) eine Mehrzahl von Nockennasen besitzt, und die Phase der Pumpennocke (71, 72) relativ zu den Ventilnocken (30, 32) derart bestimmt ist, dass der Kurbelwinkel, bei dem das Antriebsdrehmoment (TP3, TP4) der Pumpennocke maximal ist, nicht mit dem Kurbelwinkel zusammenfällt, bei dem das zusammengesetzte Antriebsdrehmoment von jeder der Ventilnocken maximal ist, wobei: der V-Motor vier Zylinder in jeder Zylinderbank besitzt, und der Kurbelversatz zwischen allen acht Zylindern des Motors jeweils auf gleiche Abstände von 90°KW eingestellt ist, während der Kurbelversatz zwischen den Zylindern in der jeweiligen Zylinderbank auf ungleiche Abstände, zwischen einschließlich 90°KW und einschließlich 270°KW, eingestellt ist; die Pumpennocke (71, 72) jeder Zylinderbank zwei Nockennasen besitzt, die über den gesamten Umfang der Pumpennocke in gleichen Abständen in gleicher Form ausgebildet sind, und die Pumpennocken der zwei Zylinderbänke angeordnet sind, um die entsprechende Kraftstoffpumpe in zueinander entgegengesetzter Phase anzutreiben; und die Phase der Pumpennocke (71) relativ zu den Ventilnocken bezüglich des Kurbelwinkels derart bestimmt ist, dass die Phase (θ5), bei der die Oberseite (E) von einer der Nockennasen der Pumpennocke auf die Kraftstoffpumpe einwirkt, um einen Winkel in einem Bereich von 240°KW bis 300°KW, von der Phase (θ6), bei der die Oberseite (X) der Nockennase von einer der Ventilnocken zum Antreiben des entsprechenden Motorventils eines bestimmte Zylinders des Motors auf einen Aktuator (34) einwirkt, der mit dem Motorventil verbunden ist, vorgestellt ist, wobei der bestimmte Zylinder in der Zylinderbank angeordnet ist, in der die Pumpennocke bereitgestellt ist und einen Kurbelversatz von 270°KW bezüglich des in der Zündfolge vorhergehenden Zylinders in der selben Zylinderbank aufweist.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Ventilsystem für 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.
2. Beschreibung des Standes der Technik
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, Drehmomentschwankungen beim Antreiben der Kraftstoffpumpe. Falls die mit der Kraftstoffpumpe verbundenen Antriebsdrehmomentschwankungen diejenigen der Motorventile überlagern, 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 EP 849 438 B1 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 V6-Motors, bei dem das soeben vorstehend beschriebene Ventilsystem an einer in jeder Zylinderbank bereitgestellten Nockenwelle zum Einsatz kommt.
Die EP 0849438 B1 zeigt eine Ventiltriebanordnung für eine Brennkraftmaschine mit einer Pumpe, die eine Druckkammer aufweist und Kraftstoff komprimiert und dem Motor zuführt. Eine Einlassnockenwelle enthält Ventilnocken zum selektiven Öffnen oder Schließen der Einlassventile und einen Pumpennocken, um eine Pumpe anzutreiben. Aufgrund der Kraft die zum Öffnen und Schließen auf die Einlassventile ausgeübt wird, und wegen des Komprimierens des Kraftstoffs durch die Pumpe weist die Einlassnockenwelle Drehmomentschwankungen auf. Ein Zahnriemen verbindet die Kurbelwelle mit der Einlassnockenwelle. Der Pumpennocken weist im Bezug auf die Einlassnockenwelle eine Phasenbeziehung auf, um die Gesamtdrehmomentschwankung (Nettodrehmomentschwankung), die durch die Einlassventile und die Pumpe an der Einlassnockenwelle erzeugt wird zu reduzieren. Hierdurch kann die Lebensdauer des Zahnriemens erhöht werden.
Bei dem V6-Motor, wie er in der vorstehend gekennzeichneten Druckschrift offenbart ist, sind Kurbelwinkelphasenunterschiede (= Kurbelversatz) 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-Motoren, beispielsweise einem V8-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.
Die JP 2001-227425 A zeigt eine Kraftstoffpumpenantriebsvorrichtung für einen Motor um Drehmomentspitzenwerte einer rotierenden Last in dem Fall zu reduzieren, wenn eine Kraftstoffpumpe durch eine Nockenwelle eines Motors angetrieben wird. Rotiert die Nockenwelle, so wird periodisch ein Drehmoment erzeugt wenn ein Ventilnocken das Ein- und Auslassventil betätigt. Auch wenn der Pumpenkolben der Kraftstoffpumpe durch die Nockenwelle betätigt wird, entsteht ein periodisches Drehmoment. Wenn die Phasenbeziehung zum Verbinden der Nockenwelle und des Pumpenkolbens so aufeinander abgestimmt werden, dass das resultierende Gesamtdrehmoment des Pumpenkolbens und der Nockenwelle minimal werden, kann der Drehmomentspitzenwert gegenüber einer bekannten Ausführung verbessert werden.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die Erfindung stellt ein Ventilsystem für einen V-Motor bereit, bei dem eine Nockenwelle zum Antreiben einer Kraftstoffpumpe sowie von Motorventilen reduzierten Antriebsdrehmomentschwankungen unterliegt.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird ein Ventilsystem für einen V-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-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.
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.
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.
Der V-Motor ist 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, zwischen einschließlich 90°CA und einschließlich 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-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.
Der V-Motor besitzt 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, zwischen einschließlich 90°CA und einschließlich 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 vorgestellt 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.
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 vorgestellt, 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 vorgestellt, 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 vorgestellten 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.
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.
Bei dem Ventilsystem des V-Motors gemäß des vorstehenden Aspekts, 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.
Das Ventilsystem des V-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.
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.
KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
Die Vorstehende und/oder weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden anhand der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen deutlicher ersichtlich, wobei gleiche Bezugszeichen genutzt werden, um gleiche bzw. ähnliche Elemente darzustellen; dabei zeigt:
1 eine schematische Darstellung eines V-Motors, bei dem ein Ventilsystem gemäß einer Ausführungsform der Erfindung installiert ist;
2 eine schematische Darstellung, die ein Kraftstoffzuführsystem des V-Motors aus 1 darstellt;
3 eine Darstellung, die Einlass- und Auslassnockenwellen des Ventilsystems aus 1 darstellt;
4A eine erläuternde Darstellung, welche die Phase einer Pumpennocke relativ zu einer Ventilnocke auf der Einlassnockenwelle der linken Zylinderbank gemäß der ersten Ausführungsform darstellt;
4B eine erläuternde Darstellung, welche die Phase einer Pumpennocke relativ zu einer Ventilnocke auf einer Einlassnockenwelle der rechten Zylinderbank gemäß der ersten Ausführungsform darstellt;
5A einen Graph, der die Drehmomentschwankungen der Einlassnockenwelle der linken Zylinderbank anzeigt;
5B einen Graph, der die Drehmomentschwankungen der Einlassnockenwelle der rechten Zylinderbank anzeigt;
6 einen Graph, der Veränderungen des maximalen Drehmoments und des minimalen Drehmoments in Bezug auf den Vorstellwinkel anzeigt;
7A eine erläuternde Darstellung, welche die Phase der Pumpennocke relativ zu der Ventilnocke auf einer Einlassnockenwelle der linken Zylinderbank gemäß einer beanspruchten Ausführungsform der Erfindung darstellt;
7B eine erläuternde Darstellung, welche die Phase der Pumpennocke relativ zu der Ventilnocke auf einer Einlassnockenwelle der rechten Zylinderbank in der zweiten Ausführungsform darstellt;
8A einen Graph, der Drehmomentschwankungen der Einlassnockenwelle der linken Zylinderbank darstellt;
8B einen Graph, der Drehmomentschwankungen der Einlassnockenwelle der rechten Zylinderbank darstellt;
9A einen Graph, der Veränderungen des maximalen Drehmoments und des minimalen Drehmoments in der linken Zylinderbank mit Bezug auf den Vorstellwinkel anzeigt; und
9B einen Graph, der Veränderungen des maximalen Drehmoments und des minimalen Drehmoments in der rechten Zylinderbank mit Bezug auf den Vorstellwinkel anzeigt.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Bezug nehmend auf die 1 bis 6 wird ein Ventilsystem eines V-Motors, der gemäß einer Ausführungsform der Erfindung aufgebaut ist, detailliert beschrieben.
1 zeigt schematisch einen V-Motor 1, bei dem das Ventilsystem gemäß der ersten Ausführungsform installiert ist. Der V-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-Motor 1 ist ein Acht-Zylinder Motor, bei dem die linke und die rechte Zylinderbank 11, 12 jeweils vier Zylinder besitzen. Der V-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-Motors 1 bereitgestellten Kurbelwelle 17 verbunden. Die hin und her Bewegung des Kolbens 15 wird unter Verwendung der Pleuelstange 16 in die Rotationsbewegung der Kurbelwelle 17 umgewandelt.
Ein Zylinderkopf 18 ist auf der Oberseite des Zylinderblocks 14 jeweils für die linke Zylinderbank 11 und die rechte Zylinderbank 12 bereitgestellt. Eine 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-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-Motors 1 abgelassen.
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.
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.
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 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-Motors 1, macht die Kurbelwelle 17 zwei Umdrehungen (d. h., dreht sich um 720°CA), und jede Nockenwelle 26 bis 29 macht eine Umdrehung.
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 1. Das Kraftstoffzuführsystem enthält einen Kraftstofftank 41 in dem der Kraftstoffgespeichert 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.
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 wurde, 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 Brennkammer 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.
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.
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 aus dem Kraftstofftank 41 über einen Ansauganschluß 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 Förderanschluß 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. Die Pumpennocken 36, 37 drehen sich in Phase zueinander, um die Kraftstoffpumpen 44, 45 in Phase zueinander anzutreiben.
Jede der Kraftstoffpumpen 44, 45 besitzt ein elektromagnetisches 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.
Nachfolgend wird der Betrieb des Kraftstoffzuführungssystems des V-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).
Eine ECU (Elektronische Steuereinheit) 61 führt verschiedene Steuerungen des Kraftstoffzuführungssystems des V-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.
Als nächstes wird die Bauform jeder Nockenwelle 26 bis 29 beschrieben. 3 stellt die Nockenwellen 26 bis 29 als Draufsicht auf den V-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.
Die erste Einlassnockenwelle 26 und die zweite Einlassnockenwelle 28 sind an ihren Endabschnitten mit jeweils einem 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 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.
Nachfolgend wird die Ventilöffnungsdauer und Ventilverschlussdauer des V-Motors 1 erklärt. Bei dem V-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 zwischen einschließlich 90°CA und einschließlich 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.
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.
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 vorgestellt 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 Einlasskipphebelarm 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 vorgestellt ist.
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 θ4 vorgestellt 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 entgegengesetzten Seite der Oberfläche C derart ausgebildet, dass die Oberseite D von der Oberseite C um 360°CA vorgestellt ist.
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.
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.
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 Ventilnocken 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.
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 vorgestellt ist. Es 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 somit 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 Drehmomentschwankungen 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 maximal wird, nicht mit den Kurbelwinkeln zusammenfällt, bei denen die Antriebsdrehmomente für die Einlassventile 22 in den Wellenformen der Antriebsdrehmomentschwankungen TB1, TB3, TB5, TB7 maximal 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-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 vorgestellt 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 Vorstellwinkel θx der Phase θ1 relativ zu der Phase θ2. Wie aus 5A und 5B ersichtlich 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 vorgestellte 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 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 bis 180°CA vorgestellt wird, und die Amplitude TD1, TD2 der Drehmomentschwankungen TA1, TA2 kann reduziert werden. Während 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 θx auf im Wesentlichen 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 vorgestellt 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-Motors gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung stellt die folgenden vorteilhaften Effekte bereit.

(1) Gemäß der ersten Ausführungsform ist das Ventilsystem des V-Motors 1 derart ausgebildet, dass die Kurbelwinkel, bei denen das Antriebsdrehmoment der Pumpennocke 36, 37 mit zwei Nockennasen maximal wird, nicht mit den Kurbelwinkeln, bei denen das Antriebsdrehmoment der Ventilnocken 30, 32 maximal 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 vorgestellt. 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 Pumpennocken 36, 37 ausgebildet, und die Kraftstoffpumpe 44, 45 wird in gleichen Zeitabständen 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 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 der zweiten Einlassnockenwelle 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, 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-Motor gemäß der beanspruchten Ausführungsform der Erfindung beschrieben. Diese Ausführungsform unterscheidet sich von der vorgenannten Ausführungsform nur in den Phasen bzw. Winkelpositionen der Pumpennocken, die auf der ersten Einlassnockenwelle 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 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 vorgestellt 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 vorgestellt 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 Oberseite 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 vorgestellt 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 Pumpennocke 72 ist auf der entgegengesetzten Seite der Oberfläche G derart ausgebildet, dass die Oberseite H von der Oberseite G um 360°CA vorgestellt 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. vorgestellt 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 positive 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 maximal wird, nicht mit den Kurbelwinkeln zusammenfällt, bei denen die Antriebsdrehmomente für die Einlassventile 22 in den Wellenformen der Antriebsdrehmomentschwankungen TB1, TB3, TB5, TB7 maximal 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 gegenphasig zur 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 TB4 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 Ventilsystem des V-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 vorgestellt 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 Vorstellwinkel 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 Vorstellwinkel θy innerhalb eines Bereichs von 0°CA bis 360°CA verändert.
Wenn sich der Vorstellwinkel 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 Vorstellwinkel 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 Vorstellwinkel 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 θy. Somit können, wenn die Phase θ5 eingestellt ist, um von der Phase θ6 um 240°CA bis 300°CA vorgestellt 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 vorgestellt 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-Motors gemäß der beanspruchten 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 vorgestellt 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 eingangs beschriebene und beanspruchte Ausführungsform kann wie nachfolgend beschrieben abgeändert werden.
Bei der ersten Ausführungsform wird der Vorstellwinkel 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, vorgestellt ist, auf 150°CA eingestellt. Der Vorstellwinkel bzw. Vorstellwinkel θx kann jedoch auf jeden Winkel im Bereich von Z1 von 120°CA bis 180°CA eingestellt werden. Falls der Vorstellwinkel θx auf einen bestimmten Winkel im Bereich von Z1 eingestellt ist, kann das maximale Drehmoment 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 Vorstellwinkel 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 beanspruchten Ausführungsform ist der Vorstellwinkel 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, vorgestellt ist, auf 270°CA eingestellt. Jedoch kann der Vorstellwinkel θy auf einen beliebigen Winkel innerhalb des Bereichs Z4 von 240°CA bis 300°CA eingestellt werden. Falls der Vorstellwinkel 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 der Auslassnockenwelle 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 angezeigten 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 Drehmomentschwankungen 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 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.
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 die zweiten Einlassnockenwellen 26, 28 angetrieben wird.
Während die Kurbelwinkelphase des V-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-Motor 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.
Während die Erfindung gemäß der beanspruchten Ausführungsform bei einem Acht-Zylinder V-Motor 1 angewandt wird, ist die Erfindung nicht auf den Acht-Zylinder V-Motor begrenzt, sondern kann auch in V-Motoren mit mehr Zylindern angewandt werden.

Claims

Ventilsystem für einen V-Motor, in dem eine in jeder Zylinderbank (11, 12) des Motors bereitgestellte Nockenwelle (26, 28) mit Ventilnocken (30, 32) ausgebildet ist, die Motorventile (22) öffnen und schließen, und mit einer Pumpennocke (71, 72), die eine Kraftstoffpumpe (44, 45) antreibt, die eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung (42, 43) mit unter Druck stehendem Kraftstoff speist, dadurch gekennzeichnet, dass: der Kurbelversatz zwischen Zylindern in jeder Zylinderbank des V-Motors auf ungleiche Abstände eingestellt ist; und die Pumpennocke (71, 72) eine Mehrzahl von Nockennasen besitzt, und die Phase der Pumpennocke (71, 72) relativ zu den Ventilnocken (30, 32) derart bestimmt ist, dass der Kurbelwinkel, bei dem das Antriebsdrehmoment (TP3, TP4) der Pumpennocke maximal ist, nicht mit dem Kurbelwinkel zusammenfällt, bei dem das zusammengesetzte Antriebsdrehmoment von jeder der Ventilnocken maximal ist, wobei: der V-Motor vier Zylinder in jeder Zylinderbank besitzt, und der Kurbelversatz zwischen allen acht Zylindern des Motors jeweils auf gleiche Abstände von 90°KW eingestellt ist, während der Kurbelversatz zwischen den Zylindern in der jeweiligen Zylinderbank auf ungleiche Abstände, zwischen einschließlich 90°KW und einschließlich 270°KW, eingestellt ist; die Pumpennocke (71, 72) jeder Zylinderbank zwei Nockennasen besitzt, die über den gesamten Umfang der Pumpennocke in gleichen Abständen in gleicher Form ausgebildet sind, und die Pumpennocken der zwei Zylinderbänke angeordnet sind, um die entsprechende Kraftstoffpumpe in zueinander entgegengesetzter Phase anzutreiben; und die Phase der Pumpennocke (71) relativ zu den Ventilnocken bezüglich des Kurbelwinkels derart bestimmt ist, dass die Phase (θ5), bei der die Oberseite (E) von einer der Nockennasen der Pumpennocke auf die Kraftstoffpumpe einwirkt, um einen Winkel in einem Bereich von 240°KW bis 300°KW, von der Phase (θ6), bei der die Oberseite (X) der Nockennase von einer der Ventilnocken zum Antreiben des entsprechenden Motorventils eines bestimmte Zylinders des Motors auf einen Aktuator (34) einwirkt, der mit dem Motorventil verbunden ist, vorgestellt ist, wobei der bestimmte Zylinder in der Zylinderbank angeordnet ist, in der die Pumpennocke bereitgestellt ist und einen Kurbelversatz von 270°KW bezüglich des in der Zündfolge vorhergehenden Zylinders in der selben Zylinderbank aufweist.
Ventilsystem nach Anspruch 1, ferner aufweisend einen variablen Ventilsteuermechanismus (38, 39) der den Ventiltakt der Motorventile durch Ändern der Phase der Ventilnocken relativ zu der Kurbelwelle des V-Motors ändert, wobei: die Phase der Pumpennocke relativ zu der Kurbelwelle im gleichen Maß wie die Veränderung der Phase der Ventilnocken relativ zu der Kurbelwelle verändert wird.