DE112006002863T5

DE112006002863T5 - Variabler Ventilmechanismus für eine Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE112006002863T5
Application number: DE112006002863T
Authority: DE
Inventors: Manabu Toyota-shi TATENO
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2005-11-14
Filing date: 2006-10-31
Publication date: 2008-10-16
Anticipated expiration: 2026-11-01
Also published as: JP2007132325A; CN101300409B; US7721691B2; WO2007058092A1; CN101300409A; DE112006002863B4; JP4259512B2; US20090255494A1

Abstract

Variabler Ventilmechanismus für eine Brennkraftmaschine, mit:
einem variablen Mechanismus zum Variieren eines maximalen Hubbetrags eines Ventils gemäß einer Winkelstellung einer Steuerwelle; und
einem Stellglied, das über einen Schneckengetriebemechanismus an der Steuerwelle angeschlossen ist, wobei der variable Ventilmechanismus den maximalen Hubbetrag des Ventils durch drehendes Antreiben der Steuerwelle über den Schneckengetriebemechanismus unter Verwendung des Stellglieds variiert;
wobei der Schneckengetriebemechanismus eine an dem Stellglied angeschlossene Schnecke und ein an der Steuerwelle angeschlossenes Schneckenrad aufweist; und
wobei das Schneckenrad Zähne hat, die mit der Schnecke über einen vorbestimmten Winkelbereich in Zahneingriff sind, welcher einen erforderlichen Drehbereich der Steuerwelle beinhaltet, und das so ausgebildet ist, dass es außerhalb des vorbestimmten Winkelbreichs von der Schnecke aus dem Zahneingriff gebracht ist.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen variablen Ventilmechanismus, der unter Verwendung eines variablen Mechanismus ermöglicht, einen maximalen Hubbetrag eines Ventils variieren zu lassen. Genauer gesagt bezieht sich die vorliegende Erfindung auf einen variablen Ventilmechanismus, der eine Steuerwelle hat, die einen variablen Mechanismus betätigt, der über einen Schneckengetriebemechanismus an einem die Steuerwelle drehbar antreibenden Stellglied angeschlossen ist.
Hintergrund des Stands der Technik
Ein bekannter variabler Ventilmechanismus, wie er beispielsweise in der Japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. 2000-234507 offenbart ist, variiert einen maximalen Hubbetrag und eine Öffnungs-/Schließsteuerzeit eines Ventils gemäß einem Kraftmaschinenbetriebszustand. Der in der Japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. 2000-234507 offenbarte variable Ventilmechanismus hat einen variablen Mechanismus und ein Stellglied. Der variable Mechanismus variiert den maximalen Hubbetrag und die Öffnungs-/Schließsteuerzeit eines Ventil gemäß einer Winkelstellung einer Steuerwelle. Das Stellglied steuert die Winkelstellung der Steuerwelle. Das Stellglied ist an der Seite einer Schnecke eines Schneckengetriebemechanismus angeschlossen. Die Steuerwelle ist an der Seite eines Schneckenrads des Schneckengetriebemechanismus angeschlossen. Dementsprechend wird die Drehung des Stellglieds in die Steuerwelle eingegeben, wobei deren Drehzahl durch den Schneckengetriebemechanismus verringert wird.
Der vorstehend zitierte bekannte variable Ventilmechanismus hat einen Begrenzungsmechanismus, der die maximalen Winkelstellungen der Steuerwelle in der Vorwärts- und der Rückwärtsdrehung begrenzt. Der Begrenzungsmechanismus hat einen Begrenzungsstift, der sich einstückig mit dem Schneckenrad dreht, sowie ein Beschränkungselement, das an einer Aufnahmeabdeckung des Schneckengetriebemechanismus befestigt ist. Der Begrenzungsstift liegt an dem Beschränkungselement an, sodass das Schneckenrad daran gehindert wird, sich weiter zu drehen. Die maximale Winkelstellung der Steuerwelle wird dadurch begrenzt. Außerdem ist an dem Beschränkungselement ein elastischer Körper einstückig befestigt, um einen Schlag zu absorbieren, der sonst aufgenommen würde, wenn der Begrenzungsstift mit dem Beschränkungselement in Kontakt kommt.
Einschließlich der vorstehend erwähnten Druckschrift kennt der Anmelder die folgenden Druckschriften als zu der vorliegenden Erfindung zugehörigen Stand der Technik.

Japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 2000-234507
Japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 2002-349215

Offenbarung der Erfindung
In dem vorstehend erwähnten bekannten variablen Ventilmechanismus kann das Stellglied jedoch wegen eines Systemfehlers oder dergleichen so gedreht werden, dass es einen Grenzbetrag überschreitet. Auch wenn die Winkelstellung des Schneckenrads durch den Begrenzungsmechanismus direkt begrenzt ist, kann in solchen Fällen die maximale Winkelstellung der Schnecke nur indirekt durch das Schneckenrad begrenzt werden. Folglich führte eine Einschraubwirkung der Schnecke dazu, dass die Schnecke mit dem Schneckenrad in übermäßigen Zahneingriff gelangte, was manchmal zu einem festgefressenen oder beschädigten Schneckengetriebemechanismus führte.
Die vorliegende Erfindung ist an diese vorstehend erörterten Probleme gerichtet und es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, für einen variablen Ventilmechanismus, der eine Steuerwelle hat, die einen variablen Mechanismus betätigt, der über einen Schneckengetriebemechanismus an einem Stellglied angeschlossen ist, das die Steuerwelle drehbar antreibt, einen Aufbau bereitzustellen, der verhindern kann, dass der Schneckengetriebemechanismus durch eine übermäßige Drehung des Stellglieds gesperrt oder beschädigt wird und dass der variable Ventilmechanismus durch eine übermäßige Drehung der Steuerwelle beschädigt wird.
Beim Lösen der vorliegenden Aufgabe ist gemäß einem Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung ein variabler Ventilmechanismus für eine Brennkraftmaschine vorgesehen, der Folgendes aufweist: einen variablen Mechanismus zum Variieren eines maximalen Hubbetrags eines Ventils gemäß einer Winkelstellung einer Steuerwelle; und ein über einen Schneckengetriebemechanismus an der Steuerwelle angeschlossenes Stellglied, wobei der variable Ventilmechanismus den maximalen Hubbetrag des Ventils durch drehbares Antreiben der Steuerwelle über den das Stellglied verwendenden Schneckengetriebemechanismus variiert; wobei der Schneckengetriebemechanismus eine an dem Stellglied angeschlossene Schnecke und ein an der Steuerwelle angeschlossenes Schneckenrad aufweist; und wobei das Schneckenrad Zähne hat, die mit der Schnecke über einen vorbestimmten Winkelbereich einschließlich eines erforderlichen Drehbereichs der Steuerwelle in Zahneingriff sind, und es so ausgebildet ist, dass es außerhalb des vorbestimmten Winkelbereichs von der Schnecke aus dem Zahneingriff gebracht wird.
Gemäß dem ersten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung hat das Schneckenrad die Zähne, die über dessen vorbestimmten Winkelbereich mit der Schnecke in Zahneingriff sind. Falls sich das Stellglied als Ergebnis eines Systemfehlers oder dergleichen derart dreht, dass es einen Grenzbetrag überschreitet, dann überschreitet ein Kontaktpunkt zwischen dem Schneckenrad und der Schnecke den vorbestimmten Winkelbereich, was das Schneckenrad und die Schnecke aus dem Zahneingriff voneinander bringt. Dies unterbricht einen Eingang der Drehung der Schnecke auf das Schneckenrad. Ein blockierter oder beschädigter Schneckengetriebemechanismus als Ergebnis einer Einschraubbetätigung der Schnecke oder ein beschädigter variabler Ventilmechanismus als Ergebnis einer übermäßigen Drehung der Steuerwelle können verhindert werden.
Gemäß einem zweiten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung ist ein variabler Ventilmechanismus vorgesehen, wie er in dem ersten Gesichtspunkt beschrieben ist, wobei der erforderliche Drehbereich der Steuerwelle einen Winkelbereich der Steuerwelle aufweist, der im Bereich von einer Winkelstellung, die einem minimalen Festlegungswert des maximalen Hubbetrags des Ventils entspricht, bis zu einer Winkelstellung liegt, die einem maximalen Festlegungswert davon entspricht; und wobei der vorbestimmte Winkelbereich derart festgelegt ist, dass dann, wenn sich die Steuerwelle in der Richtung eines kleinen Hubs dreht, sodass sie die zu dem minimalen Festlegungswert zugehörige Winkelstellung überschreitet, das Schneckenrad und die Schnecke voneinander aus dem Zahneingriff gebracht werden, bevor der maximale Hubbetrag des Ventils einen minimalen Grenzwert erreicht, der dafür erforderlich ist, eine geringe Menge der Einlassluft zu erreichen, die es ermöglicht, einen optimalen Betriebszustand der Brennkraftmaschine beizubehalten.
Gemäß dem zweiten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung werden das Schneckenrad und die Schnecke selbst dann voneinander aus dem Zahneingriff gebracht, bevor der maximale Hubbetrag des Ventils den minimalen Grenzwert erreicht, falls die Steuerwelle sich in der Richtung des kleinen Hubs dreht, sodass die zu dem minimalen Festlegungswert des maximalen Hubbetrags des Ventils zugehörige Winkelstellung als ein Ergebnis der Stellglieddrehung überschritten wird, sodass der Grenzbetrag wegen eines Systemfehlers oder dergleichen überschritten wird. Dies verhindert, dass sich die Steuerwelle weiter dreht. Dementsprechend kann verhindert werden, dass der maximale Hubbetrag des Ventils kleiner als der minimale Grenzwert wird, wodurch die geringe Einlassluftmenge erreicht wird, die es ermöglicht, dass ein optimaler Betriebszustand der Brennkraftmaschine beibehalten werden kann.
Gemäß einem dritten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung ist ein variabler Ventilmechanismus vorgesehen, wie er gemäß dem ersten Gesichtspunkt beschrieben wurde, wobei der erforderliche Drehbereich der Steuerwelle einen Winkelbereich der Steuerwelle aufweist, der im Bereich von einer Winkelstellung, die einem minimalen Festlegungswert des maximalen Hubbetrags des Ventils entspricht, zu einer Winkelstellung liegt, die dessen maximalem Festlegungswert entspricht, und wobei der vorbestimmte Winkelbereich derart festgelegt ist, dass dann, wenn sich die Steuerwelle in einer Richtung des großen Hubs dreht, sodass die zu dem maximalen Festlegungswert zugehörige Winkelstellung überschritten wird, das Schneckenrad und die Schnecke voneinander aus dem Zahneingriff gebracht werden, bevor der maximale Hubbetrag des Ventils einen maximalen Grenzwert erreicht, der eine Kollision zwischen dem Ventil und einem Kolben verhindern kann.
Gemäß dem dritten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung werden das Schneckenrad und die Schnecke selbst dann voneinander aus dem Eingriff gebracht, bevor der maximale Hubbetrag des Ventils dem maximalen Grenzwert erreicht, wenn sich die Steuerwelle in der Richtung des großen Hubs dreht, sodass die den maximalen Festlegungswert des maximalen Hubbetrags des Ventils entsprechende Winkelstellung als Ergebnis der Stellglieddrehung überschritten wird, sodass der Grenzbetrag wegen eines Systemfehlers oder dergleichen überschritten wird. Dies verhindert, dass sich die Steuerwelle weiter dreht. Dementsprechend kann verhindert werden, dass der maximale Hubbetrag des Ventils größer als der maximale Grenzwert wird, wodurch eine Kollision zwischen dem Ventil und dem Kolben vermieden wird.
Gemäß einem vierten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung ist der variable Ventilmechanismus vorgesehen, wie er gemäß dem ersten Gesichtspunkt beschrieben ist, wobei der variable Mechanismus Folgendes aufweist: ein Kippelement, das um eine parallel zu einer Nockenwelle angeordnete Achse kippt; eine an dem Kippelement ausgebildete, Kippnockenfläche, wobei die Kippnockenfläche mit einem das Ventil stützenden Ventilstützelement in Kontakt kommt, um das Ventil in einer Hubrichtung zu drücken; eine an dem Kippelement ausgebildete Gleitfläche, die einem Nocken gegenüberliegt; ein Zwischenelement, das zwischen dem Nocken und der Gleitfläche zwischengeordnet ist; und einen Wirkkopplungsmechanismus, der eine Stellung des Zwischenelements an der Gleitfläche durch Wirkkopplung mit der Drehung der Steuerwelle variiert, wobei der vorbestimmte Winkelbereich derart festgelegt ist, dass das Schneckenrad und die Schnecke voneinander aus dem Zahneingriff gebracht werden, bevor die Stellung des Zwischenelements an der Gleitfläche ein äußerstes Ende der Gleitfläche erreicht, wenn sich die Steuerwelle derart dreht, dass sie den erforderlichen Drehbereich überschreitet.
Gemäß dem vierten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung werden das Schneckenrad und die Schnecke selbst dann voneinander aus dem Eingriff gebracht, bevor die Stellung des Zwischenelements an der Gleitfläche das äußerste Ende der Gleitfläche erreicht, wenn die Steuerwelle sich so dreht, dass sie als Ergebnis der Stellglieddrehung den erforderlichen Drehbereich überschreitet, sodass sie den Grenzbetrag wegen eines Systemfehlers oder dergleichen überschreitet. Dies verhindert, dass sich die Steuerwelle weiter dreht. Dies verhindert, dass das Zwischenelement das äußerste Ende der Gleitfläche überschreitet, sodass das Zwischenelement nicht von dem Raum zwischen dem Nocken und der Gleitfläche fällt.
Gemäß einem fünften Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung ist ein variabler Ventilmechanismus vorgesehen, wie er gemäß einem der ersten bis vierten Gesichtspunkte beschrieben ist, der ferner Folgendes aufweist: eine Drängeinrichtung zum Drängen des Schneckenrads in Richtung einer Seite, in der die Zähne des Schneckenrads mit der Schnecke in Eingriff sind, falls das Schneckenrad und die Schnecke als ein Ergebnis einer übermäßigen Drehung des Schneckenrads voneinander außer Zahneingriff gebracht sind.
Gemäß dem fünften Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung hat das Schneckenrad Zähne, die selbst dann mit der Schnecke in Eingriff, wenn das Schneckenrad und die Schnecke voneinander aus dem Zahneingriff gebracht sind. Das Schneckenrad kann daher durch Drehen der Schnecke in einer Rückwärtsrichtung mit der Schnecke in Zahneingriff gebracht werden. Dies ermöglicht es, dass die Steuerwelle wieder über den Schneckengetriebemechanismus gedreht wird, wodurch es möglich wird, den Betrieb des variablen Ventilmechanismus schnell wieder aufzunehmen.
Gemäß einem sechsten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung ist ein variabler Ventilmechanismus vorgesehen, wie er gemäß dem fünften Gesichtspunkt beschrieben ist, wobei die Drängeinrichtung Folgendes aufweist: eine erste Feder, die das Schneckenrad in der Richtung mit kleinem Hub mit einer Federkraft gemäß einem Betrag drängt, bei dem das Schneckenrad in der Richtung mit großem Hub gedreht ist; und eine zweite Feder, die das Schneckenrad in der Richtung des großen Hubs mit einer Federkraft gemäß einem Betrag drängt, mit dem das Schneckenrad in der Richtung des kleinen Hubs gedreht ist.
Gemäß dem sechsten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung kann unter Verwendung einer Feder als Mittel zum Drängen des Schneckenrads das Schneckenrad mit einer Vorspannkraft entsprechend des Betrags der Drehung des Schneckenrads in der Richtung vorgespannt werden, die der Drehrichtung entgegengesetzt ist. Dies verhindert, dass zwischen dem Schneckenrad und der Schnecke eine übermäßige Kraft wirkt, während beide miteinander in Zahneingriff sind. Das Schneckenrad und die Schnecke können zudem zuverlässig miteinander in Zahneingriff gebracht werden, sollten die beiden voneinander aus dem Zahneingriff gebracht worden sein.
Gemäß einem siebten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung ist ein variabler Ventilmechanismus vorgesehen, wie er in einem aus den ersten bis sechsten Gesichtspunkten beschrieben ist, der ferner Folgendes aufweist: einen Winkelstellungssensor zum Erzeugen einer Signalausgabe in Antwort auf eine Winkelstellung der Steuerwelle; eine Steuereinrichtung zum Steuern des Stellglieds derart, dass die Winkelstellung der Steuerwelle mit der Sollwinkelstellung auf Grundlage des Signals des Winkelstellungssensors in Übereinstimmung gebracht wird; einen Schalter, dessen Signal vor und nach einer vorbestimmten Bezugswinkelstellung geändert wird, wenn sich die Steuerwelle dreht; und eine Korrektureinrichtung zum Korrigieren des Signals des Winkelstellungssensors auf Grundlage einer Abweichung zwischen einem Signal, das von dem Winkelstellungssensor ausgegeben werden soll, wenn sich die Steuerwelle an der Bezugswinkelstellung befindet, und einem Signal, das tatsächlich von dem Winkelstellungssensor ausgegeben wird, wenn sich das Signal des Schalters ändert.
Gemäß dem siebten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung wird unter Bezugnahme auf eine Änderung des Schaltsignals eine Signalkorrektur durchgeführt, wenn das Stellglied auf Grundlage des Signals des Winkelstellungssensors gesteuert werden soll. Dies kann verhindern, dass die Winkelstellung der Steuerwelle infolge der Abweichung des Signals des Winkelstellungssensors abweicht. Folglich kann verhindert werden, dass die Steuerwelle über den erforderlichen Drehbereich hinaus gedreht wird, wenn sie durch die Abweichung in dem Signal des Winkelstellungssensors infolge eines Spannungsabfalls oder dergleichen beeinträchtigt wird.
Gemäß einem achten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung ist ein variabler Ventilmechanismus vorgesehen, wie er gemäß einem aus den ersten bis sechsten Gesichtspunkten beschrieben ist, der ferner Folgendes aufweist: einen Winkelstellungssensor zum Erzeugen einer Signalausgabe in Antwort auf eine Winkelstellung der Steuerwelle; eine Steuereinrichtung zum Steuern des Stellglieds derart, dass die Winkelstellung der Steuerwelle auf Grundlage des Signals des Winkelstellungssensors mit einer Sollwinkelstellung übereinstimmend gemacht wird; und eine Korrektureinrichtung zum Korrigieren des Signals des Winkelstellungssensors auf Grundlage der Beziehung zwischen der Größe einer zu dem Stellglied zugeführten Leistung und dem Signal des Winkelstellungssensors.
Gemäß dem achten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung wird unter Bezugnahme auf die Größe der zu dem Stellglied zugeführten Leistung eine Signalkorrektur durchgeführt, wenn das Stellglied auf Grundlage des Signals des Winkelstellungssensors gesteuert werden soll. Dies kann verhindern, dass die Winkelstellung der Steuerwelle infolge der Abweichung des Signals abweicht. Folglich kann verhindert werden, dass die Steuerwelle über den erforderlichen Drehbereich hinaus gedreht wird, wenn sie durch die Abweichung in dem Signal des Winkelstellungssensors infolge eines Spannungsabfalls oder dergleichen beeinträchtigt wird.
Beim Lösen der vorstehend genannten Aufgabe ist gemäß einem neunten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung ein Antriebssystem bereitgestellt, das einen eine Drehzahl eines Stellglieds reduzierenden Schneckengetriebemechanismus und eine Antriebswelle aufweist, die die Drehung mit reduzierter Drehzahl abgibt, wobei der Schneckengetriebemechanismus eine an dem Stellglied angeschlossene Schnecke und ein an der Antriebswelle angeschlossenes Schneckenrad aufweist; und wobei das Schneckenrad Zähne hat, die daran lediglich an einem vorbestimmten Winkelbereich einschließlich eines erforderlichen Drehbereichs der Antriebswelle ausgebildet sind, mit denen die Schnecke im Zahneingriff ist, und das Schneckenrad wird über jegliche Bereiche außerhalb des vorbestimmten Winkelbereichs von der Schnecke aus dem Zahneingriff gebracht.
Gemäß dem neunten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung hat das Schneckenrad Zähne, die daran lediglich über einen vorbestimmten Winkelbereich ausgebildet sind. Falls sich das Stellglied derart dreht, dass es den Grenzbetrag als ein Ergebnis eines Systemfehlers oder dergleichen überschreitet, dann überschreitet der Kontaktpunkt zwischen dem Schneckenrad und der Schnecke den vorbestimmten Winkelbereich, wodurch das Schneckenrad und die Schnecke voneinander aus dem Zahneingriff gebracht werden. Dies unterbricht eine Eingabe der Drehung von der Schnecke auf das Schneckenrad. Ein blockierter oder beschädigter Schneckengetriebemechanismus als ein Ergebnis einer Einschraubwirkung der Schnecke oder eines beschädigten Elements, das als ein Ergebnis einer übermäßigen Drehung der Antriebswelle angetrieben wird, kann verhindert werden. Es ist anzumerken, dass das Antriebssystem gemäß dem neunten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung nicht nur auf den variablen Ventilmechanismus für die Brennkraftmaschine anwendbar ist, sondern auf jeden anzutreibenden Mechanismus oder jedes anzutreibende System, das einen begrenzten Winkelbereich einer Eingangswelle hat (Antriebswelle).
Gemäß einem zehnten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung ist das Antriebssystem vorgesehen, wie es gemäß dem neunten Gesichtspunkt beschrieben ist, und welches ferner Folgendes aufweist: eine Drängeinrichtung zum Drängen des Schneckenrads auf eine Seite, an der die Zähne des Schneckenrads mit der Schnecke im Eingriff sind, wenn das Schneckenrad und die Schnecke als ein Ergebnis einer übermäßigen Drehung des Schneckenrads voneinander aus dem Zahneingriff gebracht worden sind.
Gemäß dem zehnten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung verbleiben die Zähne des Schneckenrads mit der Schnecke selbst dann im Eingriff, wenn das Schneckenrad und die Schnecke aus dem Zahneingriff voneinander gebracht sind. Durch Drehung der Schnecke in der entgegengesetzten Richtung können daher das Schneckenrad und die Schnecke nochmals miteinander in Zahneingriff gebracht werden. Dies macht es möglich, dass die Steuerwelle wieder über den Schneckengetriebemechanismus gedreht wird, wodurch es ermöglicht wird, den Betrieb des anzutreibenden Elements schnell aufzunehmen.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 ist eine Perspektivansicht zum Darstellen eines allgemeinen Aufbaus eines variablen Ventilmechanismus gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
2 ist eine Ansicht, die den variablen Ventilmechanismus gesehen in der Richtung von Pfeil A aus 1 zeigt.
3A und 3B sind Ansichten, die Hubbetätigungen des variablen Ventilmechanismus zeigen, wobei 3A einen Zustand des variablen Ventilmechanismus zeigt, in dem ein Ventil geschlossen ist, und 3B einen Zustand des variablen Ventilmechanismus zeigt, in dem das Ventil offen ist.
4A und 4B sind Ansichten, die Betriebe zum Ändern eines maximalen Hubbetrags des variablen Ventilmechanismus zeigen, wobei 4A einen Zustand eines großen Hubs und 4B einen Zustand eines kleinen Hubs zeigt.
5 ist eine Ansicht, die einen Schneckengetriebemechanismus gesehen in der Richtung von Pfeil B aus 1 zeigt.
6A ist eine Ansicht, die einen Zustand zeigt, in dem sich eine Steuerwelle in einer Richtung des großen Hubs dreht, sodass ein korrekter Betätigungsbereich in der in 5 gezeigten Anordnung überschritten wird.
6B ist eine Ansicht, die einen Zustand zeigt, in dem sich die Steuerwelle in einer Richtung des kleinen Hubs dreht, sodass sie den korrekten Betriebsbereich in der in 5 gezeigten Anordnung überschreitet.
7A ist eine Ansicht, die einen Schneckengetriebemechanismus gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung gesehen aus der Richtung des Pfeils B aus 1 zeigt.
7B ist eine Ansicht, die einen Zustand zeigt, in dem sich die Steuerwelle in der Richtung des kleinen Hubs dreht, sodass sie den korrekten Betriebsbereich in der in 7A gezeigten Anordnung überschreitet.
8 ist ein Schaubild, das Änderungen in einem Signal von einem Referenzschalter und Änderungen in einem Signal von einem Hubsensor mit Bezug auf eine Winkelstellung eines Schneckenrads zeigt.
9 ist ein Schaubild, das Änderungen in der Größe eines zu einem Motor zugeführten Versorgungsstroms und Änderungen in dem Signal von dem Hubsensor bezüglich der Winkelstellung des Schneckenrads zeigt.
Beste Art zum Ausführen der Erfindung
Erstes Ausführungsbeispiel
Nachstehend wird unter Bezugnahme auf 1 bis 7B ein erstes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Allgemeiner Aufbau des variablen Ventilmechanismus gemäß diesem Ausführungsbeispiel
1 ist eine Perspektivansicht, die einen allgemeinen Aufbau eines variablen Ventilmechanismus gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt. Unter Bezugnahme auf 1 ist ein variabler Ventilmechanismus 100 gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zwischen einer Nockenwelle 120 und Einlassventilen 104 zwischengeordnet. Der variable Ventilmechanismus 100 koppelt eine Drehbewegung eines Nockens 122 wirkend mit einer Vertikalbewegung der Einlassventile 104. Der variable Ventilmechanismus 100 hat eine Steuerwelle 132, die parallel zu der Nockenwelle 120 angeordnet ist. Ein Variieren einer Winkelstellung der Steuerwelle 132 ermöglicht es, dass ein Wirkkopplungszustand zwischen der Drehbewegung des Nockens 122 und der Vertikalbewegung der Einlassventile 104 geändert wird, was wiederum einen Arbeitswinkel und einen maximalen Hubbetrag der Einlassventile 104 variiert.
Eine Brennkraftmaschine hat den variablen Ventilmechanismus 100 für jeden Zylinder, auch wenn diese in 1 ausgelassen sind. Beispielsweise sind für eine vierzylindrige Kraftmaschine der Reihenbauweise vier variable Ventilmechanismen 100 in Reihe mit der Nockenwelle 120 angeordnet. Lediglich eine Steuerwelle 132 ist parallel zu der Nockenwelle 120 angeordnet und der variable Ventilmechanismus 100 eines jeden Zylinders nutzt diese Steuerwelle 132 gemeinsam. Dementsprechend werden die variablen Ventilmechanismen 100 für alle vier Zylinder gleichzeitig durch Steuern der Winkelstellung dieser einzelnen Steuerwelle 132 gesteuert, sodass die Arbeitswinkel und die maximalen Hubbeträge aller Einlassventile 104 gleichzeitig variiert werden können.
Die Steuerwelle 132 ist durch einen Motor 10, der als ein Stellglied dient, drehbar angetrieben. Ein Schneckenrad 30 ist an einem Endabschnitt der Steuerwelle 132 gesichert. Ein an einer Abgabewelle 12 des Motors 10 befestigte Schnecke 20 ist mit dem Schneckenrad 30 in Zahneingriff. Das Schneckenrad 30 und die Schnecke 20 bilden einen Getriebemechanismus (einen Schneckengetriebemechanismus). Die Drehung des Motors 10 wird über die Schnecke 20 auf das Schneckenrad 30 eingegeben. Dies variiert die Winkelstellung der Steuerwelle 132, wodurch gleichzeitig eine Änderung der Arbeitswinkel und der maximalen Hubbeträge aller Einlassventile 102 erreicht wird. Der variable Ventilmechanismus 100 gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist durch Anordnungen des Schneckenrads 30 gekennzeichnet, was später ausführlich beschrieben wird.
Die Drehung des Motors 10 wird durch eine ECU (Elektronische Steuereinheit) 60 gesteuert, die eine Gesamtsteuerung der Brennkraftmaschine bereitstellt. Die ECU 60 steuert eine Drehbewegung des Motors 10 unter Verwendung eines von einem Hubsensor 50 als Referenzsignal ausgegebenen Signals. Der Hubsensor 50 ist ein Winkelstellungssensor, der an einem Ende der Steuerwelle 132 montiert ist. Der Hubsensor 50 erzeugt eine Signalausgabe gemäß der Winkelstellung der Steuerwelle 132.
Ausführliche Anordnung des variablen Ventilmechanismus
Die Anordnung des variablen Ventilmechanismus 100 wird nachstehend ausführlich beschrieben.
2 ist eine Ansicht, die den variablen Ventilmechanismus 100 gesehen in der Richtung von Pfeil A zeigt, der sich parallel zu einer Achse der Steuerwelle 132 in 1 erstreckt. Wie in 2 gezeigt ist, ist das Einlassventil 104 durch einen Kipphebel 110 in dem variablen Ventilmechanismus 100 gestützt. Ein variabler Mechanismus 130 ist zwischen dem Nocken 122 und dem Kipphebel 110 zwischengeordnet. Der variable Mechanismus 130 koppelt eine Kippbewegung des Kipparms 110 operativ mit einer Drehbewegung des Nockens 122. Der variable Mechanismus 130 ist in der Lage, einen operativen Kopplungszustand zwischen der Drehbewegung des Nockens 122 und der Kippbewegung des Kipphebels 110 kontinuierlich zu ändern. Der variable Ventilmechanismus 100 ist dazu angepasst, den variablen Mechanismus 130 derart variabel zu steuern, dass eine Kippbewegung und eine Kippsteuerzeit des Kipphebels 110 geändert werden, wodurch eine Ventilöffnungscharakteristik des Einlassventils 104 einschließlich des maximalen Hubbetrags, des Arbeitswinkels und der Ventilsteuerzeit kontinuierlich geändert wird.
Der variable Mechanismus 130 hat die vorstehend erwähnte Steuerwelle 132. Ein Steuerhebel 162 ist an der Steuerwelle 132 gesichert. Der Steuerhebel 162 ragt in einer Radialrichtung der Steuerwelle 132 vor. An den Vorsprung ist ein bogenförmiger Verbindungshebel 164 gepasst. Der Verbindungshebel 164 hat einen proximalen Endabschnitt, der mittels eines Stifts 166 drehbar an dem Steuerhebel 162 angeschlossen ist. Der Stift 166 ist bezüglich einer Mitte der Steuerwelle 132 exzentrisch, wodurch er als ein Drehpunkt der Kippbewegung des Verbindungshebels 164 dient.
Außerdem ist ein Kippnockenhebel 150 kippbar an der Steuerwelle 132 gestützt. Der Kippnockenhebel 150 ist paarweise angeordnet, sodass er den Steuerarm 162 zwischen sich nimmt. Die Brennkraftmaschine gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung hat zwei Einlassventile 104 für jeden Zylinder, auch wenn diese in 2 ausgelassen sind. Dementsprechend ist der variable Ventilmechanismus 100 so angeordnet, dass er zwei Einlassventile 104 antreibt. Der Kippnockenhebel 150 ist in Zuordnung zu dem jeweiligen der Einlassventile 102 angeordnet.
Der Kippnockenhebel 150 ist derart angeordnet, dass sein vorderes Ende zu einer stromaufwärtigen Seite in der Drehrichtung des Nockens 122 gerichtet ist. In Übereinstimmung mit dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung dreht sich die Nockenwelle 120 in einer Uhrzeigersinnrichtung, wie dies durch einen Pfeil in 2 gezeigt ist. Der Kippnockenhebel 150 hat eine Gleitfläche 156, die an dessen dem Nocken gegenüberliegender Seite ausgebildet ist. Die Gleitfläche 156 ist mit einer zweiten Walze 174 in Kontakt, die später beschrieben wird. Die Gleitfläche 156 ist sanft in Richtung der Seite des Nockens 122 gekrümmt und ist derart ausgebildet, dass der Abstand von einer Mitte des Nockens 122 an entfernteren Abständen von einer Mitte der Steuerwelle 132 als Kippmitte größer wird.
Eine Kippnockenfläche 152 (152a, 152b) ist an einer Seite des Kippnockenhebels 150 ausgebildet, die der Gleitfläche 156 gegenüberliegt. Die Kippnockenfläche 152 hat eine nicht-wirkende Flanke 152a und eine wirkende Flanke 152b. Die nicht-wirkende Flanke 152a ist eine Randfläche eines Nockenbasiskreises und ist mit einem konstanten Abstand von der Mitte der Steuerwelle 132 ausgebildet. Die wirkende Flanke 152 ist an einer vorderen Endseite des Kippnockenhebels 150 ausgebildet, sodass sie mit der nicht-wirkenden Flanke 152a in sanfter Fortführung verbunden ist. Die wirkende Flanke 152b ist derart ausgebildet, dass der Abstand von der Mitte der Steuerwelle 132 (d. h., eine Nockenhöhe) in Richtung des vorderen Endes des Kippnockenhebels 150 größer wird. Wenn die nicht-wirkende Flanke 152a von der wirkenden Flanke 152b in dieser Beschreibung nicht unterschieden wird, dann wird die Flanke einfach als die Kippnockenfläche 152 bezeichnet.
Eine erste Walze 172 und die zweite Walze 174 sind zwischen der Gleitfläche 156 des Kippnockenhebels 150 und einer Fläche des Nockens 122 angeordnet. Sowohl die erste Walze 172 als auch die zweite Walze 174 sind drehbar an einer Koppelwelle 176 gestützt, die an einem vorderen Endabschnitt des vorstehend erwähnten Verbindungshebels 164 gesichert ist. Die zweite Walze 174 ist für jeden der Kippnockenhebel 150 vorgesehen. Die erste Walze 172 ist zwischen dem Paar zweiter Walzen 174 angeordnet. Die erste Walze 172 ist mit dem Nocken 122 in Kontakt, während die zweite Walze 174 mit der Gleitfläche 156 des entsprechenden Kippnockenhebels 150 in Kontakt ist. Der Verbindungshebel 164 kann um den Stift 166 herum geschwenkt werden. Dementsprechend können die ersten und zweiten Walzen 172, 174 entlang der Gleitfläche 156 bzw. der Fläche des Nockens 122 kippen, während ein vorbestimmter Abstand von dem Stift 166 beibehalten wird. In Übereinstimmung mit dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung bilden der Steuerhebel 162 und der Verbindungshebel 164 einen Wirkkopplungsmechanismus, der die Stellung der zweiten Walze 174 an der Gleitfläche 156 durch Wirkkoppeln mit der Drehung der Steuerwelle 132 variiert.
Der Kippnockenhebel 150 hat einen Federsitz 158, der daran ausgebildet ist. Eine Lost-Motion-Feder 168 mit einem an einem stationären Abschnitt der Brennkraftmaschine befestigten distalen Ende ist in den Federsitz 158 eingehakt. Die Lost-Motion-Feder 168 gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist eine Kompressionsfeder. Eine Vorspannkraft der Lost-Motion-Feder 168 wirkt als eine Vorspannkraft, die die Gleitfläche 156 nach oben gegen die zweite Walze 174 drückt. Die Vorspannkraft wirkt zudem als eine Vorspannkraft, die die erste Walze 172 in koaxial integrierter Weise mit der zweiten Walze 174 nach oben gegen den Nocken 122 drückt. Im Ergebnis sind die erste Walze 172 und die zweite Walze 174 korrekt positioniert, indem sie von beiden Seiten zwischen der Gleitfläche 156 und dem Nocken 122 zwischengelegt sind.
Der vorstehend bezeichnete Kipphebel 110 befindet sich unterhalb des Kippnockenhebels 150. Der Kipphebel 110 hat eine Kippwalze 112, die so angeordnet ist, dass sie der Kippnockenfläche 152 gegenüberliegt. Die Kippwalze 112 ist an einem mittleren Abschnitt des Kipphebels 110 drehbar montiert. Der Kipphebel 110 hat ein erstes Ende, an dem eine Ventilwelle 102 montiert ist, die das Einlassventil 104 stützt. Der Kipphebel 110 hat zudem ein zweites Ende, das durch einen hydraulischen Stößel 106 drehbar gestützt ist. Die Ventilwelle 102 ist in einer Schließrichtung, d. h., in einer Richtung vorgespannt, in der der Kipphebel 110 durch eine nicht gezeigte Ventilfeder nach oben gedrückt wird. Ferner wird die Kippwalze 112 gegen die Kippnockenfläche 152 des Kippnockenhebels 150 durch diese Vorspannkraft und den hydraulischen Stößel 106 gedrückt.
Betrieb des variablen Ventilmechanismus
(1) Hubbetrieb des variablen Ventilmechanismus
Der Hubbetrieb des variablen Ventilmechanismus 100 wird unter Bezugnahme auf 3A und 3B beschrieben. 3A ist eine Ansicht, die einen Zustand des variablen Ventilmechanismus zeigt, in dem das Einlassventil 104 im Vorgang eines Hubbetriebs geschlossen ist. 3B ist eine Ansicht, die einen Zustand des variablen Ventilmechanismus zeigt, in dem das Einlassventil 104 in dem Vorgang des Hubbetriebs vollständig geöffnet ist.
In dem variablen Ventilmechanismus 100 wird die Drehbewegung des Nockens 122 zunächst in die erste Walze 172 eingegeben, die damit in Kontakt ist. Die erste Walze 172 kippt zusammen mit der zweiten Walze 174, die koaxial darin integriert ist, um den Stift 166. Diese Kippbewegung wird auf die Gleitfläche 156 des Kippnockenhebels 150 eingegeben, die die zweite Walze 174 stützt. Die Gleitfläche 156 wird zu jeder Zeit durch die Vorspannkraft der Lost-Motion-Feder nach oben gegen die zweite Walze 174 gedrückt. Dementsprechend kippt der Kippnockenhebel 150 gemäß der Drehung des Nockens 122, die darauf über die zweite Walze 174 übertragen wird, um die Steuerwelle 132.
Genauer gesagt nähert ein Kontaktpunkt der ersten Walze 172 an dem Nocken 122 einen Scheitelabschnitt des Nockens 122 an, wenn sich die Nockenwelle 120 von dem in 3A gezeigten Zustand dreht, wie dies in 3B gezeigt ist. Die erste Walze 172 wird dann durch den Nocken 122 relativ nach unten gedrückt, und die Gleitfläche 156 des Kippnockenhebels 150 wird durch die mit der ersten Walze 172 integrierten zweiten Walze 174 nach unten gedrückt. Im Ergebnis wird der Kippnockenhebel 150 in der Uhrzeigersinnrichtung in 3B um die Steuerwelle 132 gedreht.
Eine Drehung der Kippnockenhebel 150 verschiebt eine Kontaktstelle der Kippwalze 112 an der Kippnockenfläche 152 von der nicht-wirkenden Flanke 152a zu der wirkenden Flanke 152b. Dies drückt den Kipphebel 110 entsprechend dem Abstand der wirkenden Flanke 152b von der Mitte der Steuerwelle 132 nach unten, was dazu führt, dass der Kipphebel 110 in der Uhrzeigersinnrichtung um den Punkt der Stützung durch den hydraulischen Stößel 106 kippt. Im Ergebnis wird das Einlassventil 104 durch den Kipphebel 110 nach unten gedrückt und es wird geöffnet. Unter Bezugnahme auf 3B wird ein Drehbetrag des Kippnockenhebels 150 am größten, wenn die Kontaktstelle der ersten Walze 172 an dem Nocken 122 den Scheitelabschnitt des Nockens 122 erreicht. Zum selben Zeitpunkt wird der Hubbetrag des Einlassventils 104 in diesem Fall am größten.
Wenn sich die Nockenwelle 120 weiter dreht, dann bewegt sich die Kontaktstelle der ersten Walze 172 an der Nockenfläche 124 hinter den Scheitelabschnitt des Nockens 122. Dann wird der Kippnockenhebel 150 zu diesem Zeitpunkt in einer Gegenuhrzeigersinnrichtung in 3B um die Steuerwelle 132 durch die Vorspannkraft der Lost-Motion-Feder und der Ventilfeder gedreht. Die Drehung des Kippnockenhebels 150 in der Gegenuhrzeigersinnrichtung bewegt die Kontaktstelle der Kippwalze 112 an der Kippnockenfläche 152 zu der Seite der nicht-wirkenden Flanke 152a. Im Ergebnis nimmt der Hubbetrag des Einlassventils 104 ab. Wenn die Kontaktstelle der Kippwalze 112 an der Kippnockenfläche 152 schließlich von der wirkenden Flanke 152b auf die nicht-wirkende Flanke 152a wechselt, wie dies in 3A gezeigt ist, wird der Hubbetrag des Einlassventils 104 zu null. Genauer gesagt wird das Einlassventil 104 geschlossen.
(2) Hubbetragsänderungsbetrieb des variablen Ventilmechanismus
Der Hubbetragänderungsbetrieb des variablen Ventilmechanismus 100 wird unter Bezugnahme auf 4A und 4B beschrieben. 4A ist eine Ansicht, die einen Zustand des variablen Ventilmechanismus 100 mit dem maximalen Hubbetrag zeigt, in dem der variable Ventilmechanismus 100 so arbeitet, dass er dem Einlassventil 104 (in 4A ausgelassen) einen großen Hub gibt. 4B ist eine Ansicht, die einen Zustand des variablen Ventilmechanismus 100 mit dem maximalen Hubbetrag zeigt, in dem der variable Ventilmechanismus 100 so arbeitet, dass er dem Einlassventil 100 einen kleinen Hub gibt.
Wenn der maximale Hubbetrag von dem in 4A gezeigten Hubbetrag zu jenem in 4B gezeigtem Hubbetrag geändert wird, dann wird die Steuerwelle 132 in dem in 4A gezeigten Zustand so Drehangetrieben, dass sie sich in einer Richtung dreht, die der Drehrichtung der Nockenwelle 120 entgegengesetzt ist (d. h., in der Gegenuhrzeigersinnrichtung von 4A). Der Steuerhebel 162 wird dadurch auf eine in 4B gezeigte Winkelstellung gedreht. Wenn der Steuerhebel 162 gedreht wird, dann bewegt sich die zweite Walze 174 entlang der Gleitfläche 156 in einer Richtung von der Steuerwelle 132 weg. Zur gleichen Zeit bewegt sich die erste Walze 172 entlang des Nockens 122 zu der stromaufwärtigen Seite in der Richtung der Drehung des Nockens 122. Der Steuerhebel 162 und der Verbindungshebel 164 bilden einen Wirkkopplungsmechanismus, der die Stellung der zweiten Walze 174 an der Gleitoberfläche 156 durch Wirkkoppeln mit der Drehung der Steuerwelle 132 variiert.
Die zweite Walze 174 bewegt sich in der Richtung von der Steuerwelle 132 weg. Dies führt zu einem größeren Abstand zwischen einer Kippmitte des Kippnockenhebels 150 und einer Kontaktstelle P2 der zweiten Walze 174 auf der Gleitfläche 156 und somit zu einem reduzierten Kippwinkelbereich des Kippnockenhebels 150. Dies liegt daran, dass der Kippwinkelbereich des Kippnockenhebels 150 umgekehrt proportional zu dem Abstand zwischen der Kippmitte und der Kontaktstelle P2 ist, die ein Eingangspunkt einer Schwingung ist. Die Verringerung des Kippwinkelbereichs des Kippnockenhebels 150 führt zu einer entgültigen Kontaktstelle P3, zu der die Kippwalze 112 reichen kann, wobei an der wirkenden Flanke 152b zu der Seite der nicht-wirkenden Flanke 152a bewegt wird. Der maximale Hubbetrag des Einlassventils 104 ist dadurch reduziert. Ein Winkel, über den die Kippwalze 112 an der wirkenden Flanke 152b angeordnet verbleibt, dient als der wirkende Winkel des Einlassventils 104. Die Bewegung der endgültigen Kontaktstelle P3 auf die Seite der nicht-wirkenden Flanke 152a führt zu einem reduzierten Wirkungswinkel des Einlassventils 104.
Wenn der maximale Hubbetrag von dem in 4B gezeigten Hubbetrag zu jenem in 4A gezeigten Hubbetrag geändert wird, wird andererseits die Steuerwelle 132 in dem in 4B gezeigten Zustand derart drehbar angetrieben, dass sie sich in der gleichen Richtung wie die Drehrichtung der Nockenwelle 120 dreht (d. h., in der Uhrzeigersinnrichtung in 4B). Der Steuerhebel 162 wird dadurch auf eine in 4A gezeigte Winkelstellung gedreht. Die zweite Walze 174 bewegt sich dann in einer die Steuerwelle 132 annähernden Richtung. Im Ergebnis wird der Abstand zwischen der Kippmitte des Kippnockenhebels 150 und der Kontaktstelle P2 der zweiten Walze 174 an der Gleitoberfläche 156 verkürzt, wodurch der Kippwinkelbereich des Kippnockenhebels 150 vergrößert wird. Die Vergrößerung des Kippwinkelbereichs des Kippnockenhebels 150 führt zu der endgültigen Kontaktstelle P3, die die Kippwalze 112 erreichen kann, während sie sich zu der Seite eines vorderen Endes der wirkenden Flanke 152b bewegt. Der maximale Hubbetrag und der Wirkungswinkel des Einlassventils 104 sind dann vergrößert.
Ausführliche Anordnung des Schneckengetriebemechanismus
Der Getriebemechanismus (Schneckengetriebemechanismus), der eine Antriebskraft des Motors 10 auf die Steuerwelle 132 überträgt, wird nachstehend ausführlich beschrieben.
5 ist eine Ansicht, die den Schneckengetriebemechanismus gesehen in der Richtung des Pfeils B (in der Richtung, die jener in 2 bis 4B entgegengesetzt ist) zeigt, die sich parallel zu der Achse der Steuerwelle 132 in 1 erstreckt. Wie dies bereits beschrieben wurde, hat der Schneckengetriebemechanismus die an der Ausgabewelle 12 des Motors befestigte Schnecke 20 und das an der Steuerwelle 132 befestigte Schneckenrad 30. In 5 wird der maximale Hubbetrag des Einlassventils 104 um so weniger stark geändert, je mehr sich die Steuerwelle 132 in der Uhrzeigersinnrichtung dreht. Ferner wird der maximale Hubbetrag des Einlassventils 104 um so stärker geändert, je mehr sich die Steuerwelle 132 in der Gegenuhrzeigersinnrichtung dreht. Im Folgenden wird die Drehung der Steuerwelle 132 in der Uhrzeigersinnrichtung als Drehung in einer Richtung des kleinen Hubs bezeichnet und ihre Drehung in der Gegenuhrzeigersinnrichtung wird als Drehung in der Richtung des großen Hubs bezeichnet.
Das Schneckenrad 30 gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist in einer Sektorgestalt ausgebildet und nicht in einer kreisförmigen Gestalt, die gewöhnlich zu finden ist. Dementsprechend hat das Schneckenrad 30 lediglich an einem begrenzten Winkelbereich θ_WHEEL ausgebildete Zähne 32. Das Schneckenrad 30 ist mit Schraubgewinden 22 der Schnecke 20 lediglich innerhalb dieses begrenzten Winkelbereichs θ_WHEEL in Zahneingriff. Um es auf eine andere Weise zu sagen, das Schneckenrad 20 gelangt in jedem Bereich außerhalb dieses begrenzten Winkelbereichs θ_WHEEL aus dem Zahneingriff mit der Schnecke 20.
Der vorstehend erwähnte Winkelbereich θ_WHEEL beinhaltet einen erforderlichen Drehbereich θ_A der Steuerwelle 132, d. h., einen Winkelbereich der Steuerwelle 132 von einer Winkelstellung, die einem minimalen Festlegungswert des maximalen Hubbetrags des Einlassventils 104 entspricht, bis zu einer Winkelstellung, die einem maximalen Festlegungswert davon entspricht. Die Drehung des Schneckenrads 30 in der Richtung des kleinen Hubs lässt einen Kontaktpunkt (einen Kontaktpunkt an einer Linie, die sich in einer senkrechten Richtung bezüglich einer Achse der Schnecke 20 erstreckt und die Mitte des Schneckenrads 30 mit dem kürzesten Mittenabstand verbindet) P_WORM zwischen dem Schneckenrad 30 und der Schnecke 20 eine Grenze B_MIN auf der Seite des kleinen Hubs des erforderlichen Drehbereichs 8A erreichen. Zu diesem Zeitpunkt wird der maximale Hubbetrag des Einlassventils 104 zu dem minimalen Festlegungswert, wie in 4B gezeigt ist. Andererseits lässt die Drehung des Schneckenrads 30 in der Richtung des großen Hubs den vorstehend erwähnten Kontaktpunkt eine Grenze B_MAX auf der Seite des großen Hubs des erforderlichen Drehbereichs θ_A erreichen. Zu diesem Zeitpunkt wird der maximale Hubbetrag des Einlassventils 104 zu dem maximalen Festlegungswert, wie dies in 4A gezeigt ist.
Der vorstehen erwähnte Winkelbereich θ_WHEEL beinhaltet zudem Einstellungsränder θ_B1, θ_B2, die an entsprechenden Enden an der Außenseite an beiden Seiten des erforderlichen Drehbereichs θ_A festgelegt sind. Diese Festlegungsränder θ_B1, θ_B2 werden festgelegt, um jegliche Abweichung zwischen einem Entwurfswert und einem tatsächlichen Wert des erforderlichen Drehbereichs θ_A zu beseitigen, der als ein Ergebnis von Abmessungsfehlern in jedem Element auftritt. Die Randwerte werden auf Grundlage von Toleranzen eines jeden Elements berechnet. Ein Winkelbereich dieser Festlegungsbereiche θ_B1, θ_B2, die auf den erforderlichen Drehbereich θ_A addiert werden, geben einen korrekten Betriebsbereich der Steuerwelle 132 wieder. Die ECU 60 steuert die Drehung des Motors 10 derart, dass sich die Steuerwelle 132 durch diesen korrekten Betriebsbereich hindurch dreht.
Der Winkelbereich θ_WHEEL hat ferner zulässige Bereiche θ_C1, θ_C2, die außerhalb der Festlegungsränder θ_B1, θ_B2 festgelegt sind. Diese zulässigen Bereiche θ_C1, θ_C2 geben einen Winkelbereich wieder, bis sich das Schneckenrad 30 nicht mehr dreht, nachdem der Kontaktpunkt P_WORM außerhalb des korrekten Betriebsbereichs der Steuerwelle 132 fällt. Wenn sich die Steuerwelle 132 in der Richtung des großen Hubs dreht, sodass der korrekte Betriebsbereich überschritten wird, dann betritt der Kontaktpunkt P_WORM den zulässigen Bereich θ_C1. Wenn der Kontaktpunkt schließlich den zulässigen Bereich θ_C1 überschreitet, dann gelangt das Schneckenrad 30 aus dem Zahneingriff mit der Schnecke 20, was dazu führt, dass die Schnecke 20 leer läuft. Wenn sich andererseits die Steuerwelle 132 in der Richtung mit kleinem Hub dreht, sodass der korrekte Betriebsbereich überschritten wird, dann betritt der Kontaktpunkt P_WORM den zulässigen Bereich θ_C2. Wenn der Kontaktpunkt P_WORM schließlich den zulässigen Bereich θ_C2 überschreitet, dann ist das Schneckenrad 30 außerhalb des Zahneingriffs mit der Schnecke 20, wodurch verursacht wird, dass die Schnecke 20 leer läuft.
Jeder der vorstehend erwähnten, zulässigen Bereiche θ_C1, θ_C2 wird unter Berücksichtigung beispielsweise der Abweichung eines Signals von dem Hubsensor 50 festgelegt. Die ECU 60 bestimmt die Winkelstellung der Steuerwelle 132 auf Grundlage des Signals von dem Hubsensor 50. Dementsprechend könnte das folgende Ereignis eintreten, falls irgendeine Abweichung in dem Signal von dem Hubsensor 50 vorliegt. Insbesondere dann, wenn die Steuerwelle 132 auf eine Winkelstellung gedreht wird, die zu dem minimalen Festlegungswert oder dem maximalen Festlegungswert des maximalen Hubbetrags zugehörig ist, kann die Steuerwelle 132 so gedreht werden, dass sie den vorstehend erwähnten, korrekten Betriebsbereich geringfügig überschreitet. Falls die zulässigen Bereiche θ_C1, θ_C2 übermäßig groß festgelegt sind, könnte jedoch der variable Ventilmechanismus 100 durch eine übermäßig gedrehte Steuerwelle 132 beschädigt werden, sollte sich der Motor 10 wegen eines Systemfehlers oder dergleichen unstet drehen. In dem Schneckenrad 30 gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung sind daher zulässige Bereiche θ_C1, θ_C2 festgelegt, wie dies nachstehend ausgeführt ist.
Der zulässige Bereich θ_C1 auf der Seite des großen Hubs ist auf Grundlage eines maximalen Grenzwerts des maximalen Hubbetrags des Einlassventils 104 festgelegt. Je größer der maximale Hubbetrag des Einlassventils 104 ist, um so kleiner ist ein Abstand zwischen dem Einlassventil 104 und einem (nicht gezeigten) Kolben, wenn das Ventil offen ist. Der maximale Hubwert bezieht sich auf einen Grenzwert des maximalen Hubbetrags, bei dem eine Kollision zwischen dem Einlassventil 104 und dem Kolben vermieden werden kann. Der zulässige Bereich θ_C1 ist derart festgelegt, dass das Schneckenrad 30 und die Schnecke 20 voneinander aus dem Zahneingriff kommen, bevor der maximale Hubbetrag den vorstehend erwähnten maximalen Grenzwert erreicht, wenn sich die Steuerwelle 132 derart in der Richtung des großen Hubs bewegt, dass sie den korrekten Betriebsbereich überschreitet.
Der zulässige Bereich θ_C2 an der Seite des kleinen Hubs ist auf Grundlage eines minimalen Grenzwerts des maximalen Hubbetrags des Einlassventils 104 festgelegt. Je kleiner der maximale Hubbetrag des Einlassventils 104 ist, desto stärker wird der Betrag der in eine Brennkammer eingesogenen Luft verringert. Der minimale Grenzwert bezieht sich auf einen Grenzwert des maximalen Hubbetrags, der zum Erreichen einer geringen Einlassluftmenge erforderlich ist, die es erlaubt, einen optimalen Betriebszustand der Brennkraftmaschine beizubehalten. Der zulässige Bereich θ_C2 ist derart festgelegt, dass das Schneckenrad 30 und die Schnecke 20 voneinander aus dem Zahneingriff gelangen, bevor der maximale Hubbetrag den vorstehend erwähnten minimalen Grenzwert erreicht, wenn sich die Steuerwelle 132 derart in der Richtung des kleinen Hubs dreht, dass der korrekte Betriebsbereich überschritten wird.
Jeder der zulässigen Bereiche θ_C1, θ_C2 ist zudem unter Berücksichtigung der Stellung der zweiten Walze 174 an der Gleitfläche 156 festgelegt. Wenn sich die Steuerwelle 132 in der Richtung des großen Hubs dreht, dann bewegt sich die zweite Walze 174 an der Gleitfläche 156 zu deren vorderer Endstelle. Wenn sich die Steuerwelle 132 in der Richtung des großen Hubs bewegt, dann bewegt sich die zweite Walze 174 an der Gleitfläche 156 zu derer hinteren Endstelle. Falls die zweite Walze 174 ein äußerstes Ende der Gleitfläche 156 als ein Ergebnis einer übermäßigen Drehung der Steuerwelle 132 überschreitet, fallen die erste Walze 172 und die zweiten Walzen 174 aus einem Raum zwischen dem Nocken 122 und den Kippnockenhebeln 150 heraus. Dementsprechend ist jeder zulässige Bereich θ_C1, θ_C2 derart festgelegt, dass das Schneckenrad 30 und die Schnecke 20 voneinander aus dem Zahneingriff sind, bevor die Stellung der zweiten Walze 174 an der Gleitfläche 156 das äußerste Ende der Gleitfläche 156 erreicht, wenn sich die Steuerwelle 132 so dreht, dass sie den korrekten Betriebsbereich überschreitet.
Der Getriebemechanismus gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung hat einen Stoßdämpfer 40 zum Begrenzen der Drehung des Schneckenrads 30 in der Richtung des kleinen Hubs. Der Stoßdämpfer 40 ist relativ zu dem Schneckenrad 30 innerhalb einer Ebene der Drehung des Schneckenrads 30 in der Richtung des kleinen Hubs angeordnet. Der Stoßdämpfer 40 ist an einem stationären Abschnitt befestigt, den die Brennkraftmaschine hat. Wie durch eine gepunktete Linie in 5 gezeigt ist, ist das Schneckenrad 30 dazu angepasst, gegen einen Kopfabschnitt des Stoßdämpfers 30 zu stoßen, bevor und nachdem der Kontaktpunkt P_WORM den zulässigen Bereich θ_C2 an der Seite des kleinen Hubs erreicht, wenn sich das Schneckenrad 30 in der Richtung des kleinen Hubs dreht.
Betrieb und Wirkungen des Getriebemechanismus
Der Betrieb und die Wirkungen des Getriebemechanismus, der die vorstehend beschriebenen Anordnungen aufweist, wird unter Bezugnahme auf 6A und 6B beschrieben.
Zunächst wird ein Fall beschrieben, das sich die Steuerwelle 132 in der Richtung des großen Hubs dreht, sodass sie den korrekten Betriebsbereich wegen einer unstetigen Drehung des Motors 10 als Ergebnis eines Systemfehlers oder dergleichen überschreitet. Wie vorher beschrieben wurde, sind die Zähne 32 des Schneckenrads 30 lediglich in dem begrenzten Winkelbereich θ_WHEEL ausgebildet. Außerdem ist der zulässige Bereich θ_C1 an der Seite des großen Hubs, der in dem begrenzten Winkelbereich θ_WHEEL enthalten ist, derart festgelegt, dass das Schneckenrad 30 und die Schnecke 20 miteinander außer Zahneingriff gelangen, bevor der maximale Hubbetrag des Einlassventils 104 den maximalen Grenzwert erreicht. Falls sich dementsprechend die Steuerwelle 132 in der Richtung des großen Hubs dreht, sodass der korrekte Betriebsbereich überschritten wird, kommen das Schneckenrad 30 und die Schnecke 20 voneinander außer Zahneingriff, wie dies in 6A gezeigt ist, bevor der maximale Hubbetrag des Einlassventils 104 den maximalen Grenzwert erreicht, wodurch verhindert wird, dass sich die Steuerwelle 132 weiter dreht. Dies verhindert, dass der maximale Hubbetrag des Einlassventils 104 überschritten wird und größer als der maximale Grenzwert wird, wodurch eine Kollision zwischen dem Einlassventil 104 und dem Kolben vermieden wird.
Als Nächstes wird ein Fall beschrieben, dass sich die Steuerwelle 132 derart in der Richtung des kleinen Hubs dreht, dass sie den korrekten Betriebsbereich überschreitet. Wie dies vorher beschrieben wurde, ist der zulässige Bereich θ_C22 an der Seite des kleinen Hubs, der in dem Winkelbereich θ_WHEEL enthalten ist, über dem die Zähne 32 des Schneckenrads 30 ausgebildet sind, derart festgelegt, dass das Schneckenrad 30 und die Schnecke 20 voneinander aus dem Zahneingriff gelangen, bevor der maximale Hubbetrag des Einlassventils 104 den minimalen Grenzwert erreicht. Falls sich dementsprechend die Steuerwelle 132 derart in der Richtung des kleinen Hubs dreht, dass der korrekte Betriebsbereich überschritten wird, kommen das Schneckenrad 30 und die Schnecke 20 voneinander aus dem Zahneingriff, wie dies in 6B gezeigt ist, bevor der maximale Hubbetrag des Einlassventils 104 den minimalen Grenzwert erreicht, wodurch verhindert wird, dass sich die Steuerwelle 132 noch weiter dreht. Dies verhindert, dass der maximale Hubbetrag des Einlassventils 104 überschritten wird und kleiner als der minimale Grenzwert wird. Die geringe Einlassluftmenge, die ein optimales Beibehalten des Betriebszustands der Brennkraftmaschine ermöglicht, kann dadurch erreicht werden.
Die Anordnung, bei der das Schneckenrad 30 und die Schnecke 20 voneinander aus dem Zahneingriff sind, wie dies vorstehend beschrieben ist, kann tatsächlich verhindern, dass als ein Ergebnis einer übermäßigen Drehung der Steuerwelle 132 eine Fehlfunktion der selbigen auftritt. Es ist jedoch nicht möglich, die Winkelstellung der Steuerwelle 132 zu steuern, falls das Schneckenrad 30 und die Schnecke 20 außerhalb des Zahneingriffs gehalten werden. Um den Betrieb des variablen Ventilmechanismus 100 wieder aufzunehmen, indem dem Mechanismus 100 erlaubt wird, von dem fehlerhaften Zustand wiederhergestellt zu werden, ist es erforderlich, dem Schneckenrad 30 zu ermöglichen, mit der Schnecke 20 nochmals in Zahneingriff zu gelangen, sodass die Drehung der Steuerwelle 132 gesteuert werden kann. Diesbezüglich ermöglicht der Getriebemechanismus gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung dem Schneckenrad 30, einfach in einen Zustand zurückgebracht zu werden, in dem er mit der Schnecke 20 in Zahneingriff ist, wie dies nachstehend beschrieben ist.
Das durch die Reaktionskraft der Lost-Motion-Feder und der Ventilfeder erzeugte Drehmoment wirkt ständig an der Steuerwelle 132. Dieses Drehmoment wirkt in einer Richtung, in der das Einlassventil 104 geschlossen wird; insbesondere wirkt es in einer Richtung, in der die Steuerwelle 132 in der Richtung des kleinen Hubs gedreht wird. Je näher sich die Steuerwelle 132 an der Winkelstellung an der Seite des großen Hubs befindet, um so größer ist die Größe des Drehmoments. Dementsprechend wirkt in dem Zustand, in dem das Schneckenrad 30 und die Schnecke 20 wegen einer übermäßigen Drehung der Steuerwelle 132 in der Richtung des großen Hubs voneinander aus dem Zahneingriff sind, ein Drehmoment Ta in der Richtung des kleinen Hubs an dem Schneckenrad 30. Das Drehmoment Ta wirkt derart, dass es das Schneckenrad 30 ständig nach oben gegen das Schneckenrad 20 drückt, wie dies in 6A gezeigt ist, sodass ein Zustand beibehalten wird, in dem die Zähne 32 des Schneckenrads 30 mit den Schraubgewinden 22 der Schnecke 20 in Eingriff sind. Dementsprechend ermöglicht eine Drehung des Motors 20 in der Richtung des kleinen Hubs, dass die Schraubengewinde 22 der Schnecke 20 an den Zähnen 32 des Schneckenrads 30 zieht, wodurch das Schneckenrad 30 wieder mit der Schnecke 20 in Zahneingriff gebracht wird. Gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung entsprechen die Lost-Motion-Feder und die Ventilfeder einer „ersten Feder" gemäß einem Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung.
Wenn sich die Steuerwelle 132 andererseits in der Richtung des kleinen Hubs dreht, dann nimmt das aus der Reaktionskraft der Lost-Motion-Feder und der Ventilfeder erzeugte Drehmoment ab. Unterdessen stößt das Schneckenrad 30 an dem Stoßdämpfer 40 an, was dazu führt, dass das aus der Reaktionskraft des Stoßdämpfers 40 erzeugte Drehmoment an der Steuerwelle 132 wirkt. Die Größe des aus dem Stoßdämpfer 40 erzeugten Drehmoments ist direkt proportional zu einem Zusammendrückbetrag einer Feder 42. Die Größe des Drehmoments wird größer, wenn sich die Steuerwelle 132 an Winkelstellungen befindet, die näher an der Seite des kleinen Hubs liegen. Dementsprechend wirkt in dem Zustand, in dem das Schneckenrad 30 und die Schnecke 20 wegen einer übermäßigen Drehung der Steuerwelle 132 in der Richtung des kleinen Hubs voneinander aus dem Zahneingriff gebracht sind, ein Drehmoment Tb in der Richtung des großen Hubs an dem Schneckenrad 30. Das Drehmoment Tb wirkt derart, dass es das Schneckenrad 30 ständig nach oben gegen die Schnecke 20 drückt, wie dies in 6B gezeigt ist, sodass ein Zustand beibehalten wird, in dem die Zähne 32 des Schneckenrads 30 mit den Schraubgewinden 22 der Schnecke 20 in Eingriff sind. Dementsprechend ermöglicht die Drehung des Motors 10 in der Richtung des großen Hubs, dass die Schraubengewinde 22 der Schnecke 20 an den Zähnen 32 des Schneckenrads 30 zieht, wodurch das Schneckenrad 30 wieder mit der Schnecke 20 in Zahneingriff gebracht wird. In dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung entspricht die Feder 42 des Stoßdämpfers 40 einer „zweiten Feder" gemäß einem weiteren Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung.
Wie dies vorstehend beschrieben ist, kann gemäß dem Getriebemechanismus in Übereinstimmung mit dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung das Schneckenrad 30 in einer Richtung vorgespannt werden, die der Richtung der Drehung des Schneckenrads 30 entsprechend dem Betrag seiner Drehung entgegengesetzt ist, indem die Reaktionskraft der Lost-Motion-Feder oder der Ventilfeder während der Drehung der Steuerwelle 132 in der Richtung des großen Hubs verwendet wird und indem jene der Feder 42 während der Drehung der Steuerwelle 132 in der Richtung des kleinen Hubs verwendet wird. Dies verhindert, dass an dem Schneckenrad 30 und der Schnecke 20 eine übermäßige Kraft wirkt, wenn das Schneckenrad 30 und die Schnecke 20 miteinander in Zahneingriff sind. Ferner können das Schneckenrad 30 und die Schnecke 20 zuverlässig zurück in den Zahneingriff miteinander gebracht werden, wenn die beiden außerhalb des Zahneingriffs voneinander sind.
Zweites Ausführungsbeispiel
Ein zweites Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf 7A, 7B und 8 beschrieben.
Ein variabler Ventilmechanismus gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass eine Anordnung zum Korrigieren einer Abweichung eines Signals von einem Hubsensor 50 neu zu der Grundstruktur der Anordnungen gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung hinzugefügt wird. In jeder der 7A, 7B und 8 bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche Teile und deren doppelte Beschreibung wird ausgelassen oder vereinfacht.
7A ist eine Ansicht, die einen Schneckengetriebemechanismus gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung gesehen aus der Richtung von Pfeil B in 1 zeigt. 7A entspricht der 5 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Unter Bezugnahme auf 7A hat ein Stoßdämpfer 40 einen Hebel 44, der neu hinzugefügt wurde. Der Hebel 44 ist an dem Stoßdämpfer 40 befestigt. Wenn ein Schneckenrad 30 an dem Stoßdämpfer 40 anschlägt, wird daher der Hebel 44 einstückig mit dem Stoßdämpfer 40 gemäß dem Betrag der Drehung des Schneckenrads 30 verschoben.
Ein Referenzschalter 62 ist entlang einer Bewegungstrajektorie des Hebels 44 angeordnet. Der Referenzschalter 62 ist an einer ECU 60 angeschlossen. Ein Signal von dem Referenzschalter 62 wird ständig zu der ECU 60 ausgegeben. Das Signal von dem Referenzschalter 62 schaltet gemäß dem Anschlagen des Hebels 44 von einem ausgeschalteten Zustand ein. In 7A liegt das Schneckenrad 30 an dem Stoßdämpfer 40 an, wenn sich das Schneckenrad 30 in der Richtung des kleinen Hubs dreht. Die Winkelstellung des Schneckenrads 30 wird ständig als „A" bezeichnet. Wenn sich das Schneckenrad 30 an der Winkelstellung A befindet und sich der Stoßdämpfer 40 und der Hebel 44 an einer durch eine gepunktete Linie angezeigten Stellung befinden, dann ist das Signal des Referenzschalters 62 aus. Wenn sich das Schneckenrad 30 weiter in der Richtung des kleinen Hubs dreht, sodass es die Winkelstellung „B" in 7A erreicht und der Hebel 44 dann mit dem Referenzschalter 62 in Kontakt kommt, wie dies durch eine durchgezogene Linie in 7A gezeigt ist, dann wird das Signal des Referenzschalters 62 eingeschaltet. Die Winkelstellung B ist derart festgelegt, dass sie erreicht wird, wenn sich eine Steuerwelle 132 in dem korrekten Betriebsbereich befindet.
7B ist eine Ansicht, die einen Zustand zeigt, in dem sich das Schneckenrad 30 weiter in der Richtung des kleinen Hubs dreht, sodass das Schneckenrad 30 und die Schnecke 20 voneinander aus dem Zahneingriff sind. In diesem Zustand ist die Winkelstellung des Schneckenrads 30 in 7B „C". Die in 7B gezeigte Winkelstellung „B" des Schneckenrads 30 entspricht der Stellung B in 7A. Mit dem Schneckenrad 30 an der Winkelstellung B befinden sich der Stoßdämpfer 40 und der Hebel 44 an Stellungen, die durch eine gepunktete Linie in 7B angedeutet sind. Während sich das Schneckenrad 30 von der Winkelstellung B auf die Winkelstellung C dreht, wird der Referenzschalter 62 durch den Hebel 44 gedrückt gehalten. Das Signal von dem Referenzschalter 62 wird daher eingeschaltet gehalten.
8 ist ein Diagramm, das Änderungen in dem Signal von dem Referenzschalter 62 und Änderungen in dem Signal von dem Hubsensor 50 bezüglich der Winkelstellung eines Schneckenrads 30 zeigt. Die Winkelstellung des Schneckenrads 30 hat eine eins-zu-eins Entsprechung mit einem maximalen Hubbetrag eines Einlassventils 104. Wie dies vorstehend beschrieben ist, ist das Signal des Referenzschalters 62 ausgeschaltet, wenn sich die Winkelstellung des Schneckenrads 30 an einer Stellung an der Seite des großen Hubs bezüglich der Stellung B befindet. Ferner ist das Signal eingeschaltet, wenn sich die Winkelstellung des Schneckenrads 30 an einer Stellung an der Seite des kleinen Hubs bezüglich der Stellung B befindet. Das Signal des Hubsensors 50 ändert sich andererseits direkt proportional zu der Winkelstellung des Schneckenrads 30. Das Signal wird größer, wenn die Winkelstellung näher an der Seite des großen Hubs liegt. Die ECU 60 bestimmt die gegenwärtige Winkelstellung des Schneckenrads 30 (Winkelstellung der Steuerwelle 132) unter Verwendung des Signals von dem Hubsensor 50. Die ECU 60 steuert dann eine Drehung eines Motors 10 derart, dass die Winkelstellung des Schneckenrads 30 mit einer Sollwinkelstellung übereinstimmt, die von einem Betriebszustand einer Brennkraftmaschine und dergleichen bestimmt wird.
Der Referenzschalter 62 hat einen einfachen Aufbau, bei dem sein Signal ein- oder ausgeschaltet wird. Falls der Referenzschalter 62 richtig installiert ist, besteht keine Wahrscheinlichkeit, dass in dem sich auf die Winkelstellung des Schneckenrads 30 beziehenden Signal eine Abweichung eintritt. Jedoch kann mit dem Hubsensor 50 ein Spannungsabfall oder eine andere Wirkung einer Abweichung in dem Signal hervorgerufen werden. Beispielsweise kann unter Bezugnahme auf 8 ein tatsächliches Signal, das durch eine durchgezogene Linie angezeigt ist, in Richtung der Seite des kleinen Hubs bezüglich eines Vorgabesignals abweichen, das durch eine Strich-Punkt-Punkt-Linie angezeigt ist. Falls in dem Signal von dem Hubsensor 50 eine Abweichung vorhanden ist, wie dies vorstehend gezeigt ist, führt dies zu einem Fehler in dem maximalen Hubbetrag des Einlassventils 104, das auf Grundlage dieses Signals gesteuert wird.
Daher korrigiert die ECU 60 das Signal des Hubsensors 50 mit Bezug auf das Signal des Referenzschalters 62. Genauer gesagt wird das Signal des Hubsensors 50 zu einer Zeit gemessen, zu der das Signal des Referenzschalters 62 von dem ausgeschalteten Zustand eingeschaltet wird. Jegliche Abweichung des auf diese Weise gemessenen Signals von dem Vorgabesignal (in 8 gezeigte „Signalabweichung") wird als ein Korrektursignal festgelegt, um das Signal des Hubsensors 50 zu korrigieren. Dies lässt das Signal des Hubsensors 50, das der Korrektur unterzogen wurde, mit dem Vorgabesignal übereinstimmen. Daher wird es möglich, die Winkelstellung der Steuerwelle 132 auf Grundlage einer präzisen Stellungsinformation zu steuern.
Wie dies vorstehend beschrieben ist, wird gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung das Signal des Hubsensors 50 unter Bezugnahme auf die Änderung in dem Signal des Referenzschalters 62 korrigiert, wenn die Drehung des Motors 10 auf Grundlage des Signals des Hubsensors 50 gesteuert wird. Die Abweichung der Winkelstellung der Steuerwelle 132, die durch die Abweichung in dem Signal des Hubsensors 50 beeinträchtigt wird, kann daher verhindert werden. Sollte in dem Signal des Hubsensors 50, der durch einen Spannungsabfall oder dergleichen beeinträchtigt wird, eine Abweichung erzeugt werden, kann dementsprechend verhindert werden, dass beim Steuern des maximalen Hubbetrags des Einlassventils 104 ein Fehler auftritt, der andererseits als ein Ergebnis der Abweichung hervorgerufen würde. Außerdem ist es zudem möglich, zu verhindern, dass die Steuerwelle 132 sich derart dreht, dass der korrekte Betriebsbereich überschritten wird, was andererseits als ein Ergebnis der Abweichung in dem Signal des Hubsensors 50 hervorgerufen würde.
Drittes Ausführungsbeispiel
Nun wird unter Bezugnahme auf 9 ein drittes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Ein variabler Ventilmechanismus gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass es der Mechanismus zulässt, dass eine Abweichung eines Signals eines Hubsensors 50 korrigiert wird, ohne dass irgendwelche neuen Anordnungen zu dem Aufbau der Anordnungen gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung hinzugefügt werden.
9 ist ein Schaubild, das Änderungen in der Größe eines zu einem Motor 10 zugeführten Versorgungsstroms und Änderungen in dem Signal von dem Hubsensor 50 bezüglich der Winkelstellung eines Schneckenrads 30 zeigt. Winkelstellungen A, B und C, die an der Abszisse von 9 angegeben sind, entsprechen jeweils den Winkelstellungen A, B und C des Schneckenrads 30, das in dem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung veranschaulicht ist. Unter Bezugnahme auf 9 nimmt der Motorversorgungsstrom allmählich ab, wenn die Winkelstellung des Schneckenrads 30 sich in Richtung der Seite des kleinen Hubs ändert. Dies liegt an folgendem Grund. Insbesondere nimmt mit abnehmenden Reaktionskräften einer Lost-Motion-Feder und einer Ventilfeder eine von dem Motor 10 benötigte Antriebskraft ab. Falls die Winkelstellung des Schneckenrads 30 näher an der Seite des kleinen Hubs liegt als die Winkelstellung A, nimmt jedoch der Motorversorgungsstrom allmählich zu. Dies ist der Grund, warum dann, wenn sich das Schneckenrad 30 an der Winkelstellung befindet, die näher an der Seite des kleinen Hubs als an der Winkelstellung A liegt, die Reaktionskraft eines Stoßdämpfers 40 an dem Schneckenrad 30 wirkt.
Der Motorversorgungsstrom ist direkt proportional zu der für den Motor 10 erforderlichen Antriebskraft. Die für den Motor 10 erforderliche Antriebskraft ist durch die Winkelstellung einer Steuerwelle 10 definiert. Unter der Annahme, dass die Beziehung zwischen dem Motorversorgungsstrom und der Antriebskraft und jene zwischen der erforderlichen Antriebskraft und der Winkelstellung der Steuerwelle 10 konstant sind, kann die Annahme sicher sein, dass die Beziehung zwischen dem Motorversorgungsstrom und der Winkelstellung der Steuerwelle 10 (der Winkelstellung des Schneckenrads 30) konstant ist. Gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird der Motorversorgungsstrom als ein Referenzsignal zum Korrigieren der Abweichung des Signals von dem Hubsensor 50 verwendet. Ein Verfahren zum Korrigieren der Abweichung des Signals von dem Hubsensor 50 gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird nachstehend beschrieben.
Der Motorversorgungsstrom wird zu dem Minimalwert, wenn sich das Schneckenrad an der Winkelstellung A befindet, das heißt, wenn das Schneckenrad 30 an dem Stoßdämpfer 40 anschlägt. Wenn sich das Schneckenrad 30 weiter in der Richtung des kleinen Hubs dreht, sodass es sich an der Winkelstellung B befindet, dann nimmt der Motorversorgungsstrom um ΔA von dem Minimalwert zu. Eine ECU 60 verwendet diese Stromdifferenz ΔA zum Korrigieren des Signals des Hubsensors 50. Genauer gesagt wird das Signal des Hubsensors 50 dann, wenn der Motorversorgungsstrom von dem Minimalwert auf die Stromdifferenz ΔA zunimmt, gemessen, und das Signal des Hubsensors 50 wird unter Verwendung der Abweichung zwischen dem gemessenen Signal und dem Vorgabesignal (in 9 gezeigte „Signalabweichung") als ein Korrektursignal korrigiert. Dies lässt das Signal des Hubsensors 50 nach der Korrektur mit dem Vorgabesignal übereinstimmen. Die Winkelstellung der Steuerwelle 132 kann dadurch auf Grundlage einer genauen Positionsinformation gesteuert werden.
Wie vorstehend beschrieben ist, wird gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung das Signal des Hubsensors 50 unter Bezugnahme auf Änderungen in dem Motorversorgungsstrom korrigiert, wenn die Drehung des Motors 10 auf Grundlage des Signals des Hubsensors 50 gesteuert wird. Wie in dem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung kann daher eine Abweichung der Winkelstellung der Steuerwelle 132, die durch eine Abweichung des Signals des Hubsensors 50 beeinträchtigt wird, verhindert werden. Überdies bietet das dritte Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung den Vorteil, die gleiche Wirkung zu erreichen, wie jene, die von dem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung abgeleitet wird, ohne dass irgendwelche neuen Referenzschalter in dem Mechanismus enthalten sind.
Verschiedenes
Die vorliegende Erfindung wurde unter Bezugnahme auf bestimmte Ausführungsbeispiele gegeben, die lediglich als veranschaulichend und nicht als beschränkend zu betrachten sind und die vorliegende Erfindung ist nicht auf die hier angegebenen Einzelheiten beschränkt, sondern kann auf verschiedene Weisen implementiert werden, ohne von ihrem Wesen abzuweichen. Beispielsweise kann der variable Ventilmechanismus gemäß der vorliegenden Erfindung zusätzlich zu dem Einlassventil, in dem die vorliegende Erfindung ausgeführt wird, ebenso auf ein Auslassventil angewendet werden.
Zusammenfassung
Eine Schnecke ist an einem Stellglied angeschlossen und ein Schneckenrad ist an einer Steuerwelle angeschlossen. Das Schneckenrad hat Zähne, die lediglich über einen vorbestimmten Winkelbereich davon ausgebildet sind. Der vorstehend erwähnte Winkelbereich beinhaltet einen erforderlichen Drehbereich der Steuerwelle. Das Schneckenrad ist so ausgebildet, dass es außerhalb eines vorbestimmten Winkelbereichs von der Schnecke aus dem Zahneingriff gebracht wird.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- JP 2000-234507 [0002, 0002, 0004]
- JP 2002-349215 [0004]

Claims

Variabler Ventilmechanismus für eine Brennkraftmaschine, mit: einem variablen Mechanismus zum Variieren eines maximalen Hubbetrags eines Ventils gemäß einer Winkelstellung einer Steuerwelle; und einem Stellglied, das über einen Schneckengetriebemechanismus an der Steuerwelle angeschlossen ist, wobei der variable Ventilmechanismus den maximalen Hubbetrag des Ventils durch drehendes Antreiben der Steuerwelle über den Schneckengetriebemechanismus unter Verwendung des Stellglieds variiert; wobei der Schneckengetriebemechanismus eine an dem Stellglied angeschlossene Schnecke und ein an der Steuerwelle angeschlossenes Schneckenrad aufweist; und wobei das Schneckenrad Zähne hat, die mit der Schnecke über einen vorbestimmten Winkelbereich in Zahneingriff sind, welcher einen erforderlichen Drehbereich der Steuerwelle beinhaltet, und das so ausgebildet ist, dass es außerhalb des vorbestimmten Winkelbreichs von der Schnecke aus dem Zahneingriff gebracht ist.
Variabler Ventilmechanismus gemäß Anspruch 1, wobei der erforderliche Drehbereich der Steuerwelle einen Winkelbereich der Steuerwelle beinhaltet, der im Bereich von einer Winkelstellung, die einem minimalen Festlegungswert des maximalen Hubbetrags des Ventils entspricht, zu einer Winkelstellung liegt, die dessen maximalen Festlegungswert entspricht; und wobei der vorbestimmte Winkelbereich derart festgelegt ist, dass dann, wenn sich die Steuerwelle derart in der Richtung eines kleinen Hubs bewegt, dass sie die zu dem minimalen Festlegungswert zugehörige Winkelstellung überschreitet, das Schneckenrad und die Schnecke voneinander aus dem Zahneingriff gebracht werden, bevor der maximale Hubbetrag des Ventils einen minimalen Grenzwert erreicht, der erforderlich ist, um eine geringe Einlassluftmenge zu erreichen, die es erlaubt, dass ein optimaler Betriebszustand der Brennkraftmaschine beibehalten wird.
Variabler Ventilmechanismus gemäß Anspruch 1, wobei der erforderliche Drehbereich der Steuerwelle einen Winkelbereich der Steuerwelle beinhaltet, der in einem Bereich von einer Winkelstellung, die einem minimalen Festlegungswert des maximalen Hubbetrags des Ventils entspricht, bis zu einer Winkelstellung liegt, die dessen maximalen Festlegungswert entspricht; und wobei der vorbestimmte Winkelbereich derart festgelegt ist, dass dann, wenn sich die Steuerwelle derart in einer Richtung eines großen Hubs bewegt, dass sie die zu dem maximalen Festlegungswert zugehörige Winkelstellung überschreitet, das Schneckenrad und die Schnecke voneinander aus dem Zahneingriff gebracht werden, bevor der maximale Hubbetrag des Ventils einen maximalen Grenzwert erreicht, der eine Kollision zwischen dem Ventil und einem Kolben verhindern kann.
Variabler Ventilmechanismus gemäß Anspruch 1, wobei der variable Mechanismus Folgendes aufweist: ein Kippelement, das um eine parallel zu einer Nockenwelle angeordnete Achse kippt; eine Kippnockenfläche, die an dem Kippelement ausgebildet ist, wobei die Kippnockenfläche mit einem das Ventil stützenden Ventilstützelement in Kontakt kommt, um das Ventil in einer Hubrichtung zu drücken; eine Gleitfläche, die an dem Kippelement so ausgebildet ist, dass sie einem Nocken gegenüberliegt; ein Zwischenelement, das zwischen dem Nocken und der Gleitfläche zwischengeordnet ist; und einen Wirkkopplungsmechanismus, der eine Stellung des Zwischenelements an der Gleitfläche durch Wirkkoppeln mit der Drehung der Steuerwelle variiert, wobei der vorbestimmte Winkelbereich derart festgelegt ist, dass das Schneckenrad und die Schnecke voneinander aus dem Zahneingriff gebracht werden, bevor die Stellung des Zwischenelements an der Gleitfläche ein äußerstes Ende der Gleitfläche erreicht, wenn sich die Steuerwelle so dreht, dass der erforderliche Drehbereich überschritten wird.
Variabler Ventilmechanismus gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, ferner mit: einer Drängeinrichtung zum Drängen des Schneckenrads auf eine Seite, an der Zähne des Schneckenrads mit der Schnecke in Eingriff sind, falls das Schneckenrad und die Schecke als ein Ergebnis einer übermäßigen Drehung des Schneckenrads voneinander aus dem Zahneingriff gebracht sind.
Variabler Ventilmechanismus gemäß Anspruch 5, wobei die Drängeinrichtung Folgendes aufweist: eine erste Feder, die das Schneckenrad in der Richtung des kleinen Hubs mit einer Federkraft drängt, die einem Betrag der Drehung des Schneckenrads in der Richtung des großen Hubs entspricht; und eine zweite Feder, die das Schneckenrad in der Richtung des großen Hubs mit einer Federkraft drängt, die einem Betrag der Drehung des Schneckenrads in der Richtung des kleinen Hubs entspricht.
Variabler Ventilmechanismus gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, ferner mit: einem Winkelstellungssensor zum Erzeugen einer Ausgabe eines Signals in Antwort auf eine Winkelstellung der Steuerwelle; einer Steuereinrichtung zum Steuern des Stellglieds derart, dass die Winkelstellung der Steuerwelle auf Grundlage des Signals des Winkelstellungssensors mit einer Sollwinkelstellung in Übereinstimmung gebracht wird; einem Schalter, dessen Signal vor und nach einer vorbestimmten Bezugswinkelstellung geändert wird, wenn sich die Steuerwelle dreht; und einer Korrektureinrichtung zum Korrigieren des Signals des Winkelstellungssensors auf Grundlage einer Abweichung zwischen einem Signal, das von dem Winkelstellungssensor ausgegeben werden soll, wenn sich die Steuerwelle an der Bezugswinkelstellung befindet, und einem Signal, das tatsächlich von dem Winkelstellungssensor ausgegeben wird, wenn sich das Signal des Schalters ändert.
Variabler Ventilmechanismus gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, ferner mit: einem Winkelstellungssensor zum Erzeugen einer Ausgabe eines Signals in Antwort auf eine Winkelstellung der Steuerwelle; einer Steuereinrichtung zum Steuern des Stellglieds derart, dass die Winkelstellung der Steuerwelle auf Grundlage des Signals des Winkelstellungssensors mit einer Sollwinkelstellung in Übereinstimmung gebracht wird; und einer Korrektureinrichtung zum Korrigieren des Signals des Winkelstellungssensors auf Grundlage der Beziehung zwischen der Größe einer zu dem Stellglied zugeführten Energie und dem Signal des Winkelstellungssensors.
Antriebssystem mit einem Schneckengetriebemechanismus, der eine Drehzahl eines Stellglieds reduziert, und einer Antriebswelle, die die Drehung mit reduzierter Drehzahl ausgibt, wobei der Schneckengetriebemechanismus eine an dem Stellglied angeschlossene Schnecke und ein an der Antriebswelle angeschlossenes Schneckenrad aufweist; und wobei das Schneckenrad Zähne hat, die daran lediglich über einen vorbestimmten Winkelbereich einschließlich eines erforderlichen Drehbereichs der Antriebswelle ausgebildet sind, mit denen die Schnecke in Zahneingriff ist, und wobei das Schneckenrad über jegliche Bereiche außerhalb des vorbestimmten Winkelbereichs von der Schnecke aus dem Zahneingriff gebracht wird.
Antriebssystem gemäß Anspruch 9, ferner mit: einer Drängeinrichtung zum Drängen des Schneckenrads auf eine Seite, an der die Zähne des Schneckenrads mit der Schnecke in Eingriff sind, wenn das Schneckenrad und die Schnecke als ein Ergebnis einer übermäßigen Drehung des Schneckenrads voneinander aus dem Zahneingriff gebracht sind.