DE19814888B4

DE19814888B4 - Verfahren zum Betrieb eines variablen Ventilsteuerungsmechanismus

Info

Publication number: DE19814888B4
Application number: DE19814888A
Authority: DE
Inventors: Shinichi Okazaki Murata; Akihiro Nagoya Fujimoto; Jun Chiryu Isomoto
Original assignee: Mitsubishi Motors Corp
Current assignee: Mitsubishi Motors Corp
Priority date: 1997-04-02
Filing date: 1998-04-02
Publication date: 2006-07-06
Anticipated expiration: 2018-04-03
Also published as: KR100321206B1; DE19814888A1; JP3834921B2; JPH10280925A; KR19980081021A; US5992361A

Abstract

Verfahren für den Betrieb eines auf der Seite des Einlassventils (2) und/oder auf der Seite des Auslassventils (2) eines Verbrennungsmotors vorgesehenen variablen Ventilsteuerungsmechanismus, der
– eine Nockenwelle (11), auf die ein Drehmoment über eine Kurbelwelle des Verbrennungsmotors übertragen wird,
– ein drehbar auf der Nockenwelle (11) angebrachtes Nockenprofil (12), das mit einem Nockenabschnitt (6) für einen Antrieb des Einlassventils (2) und/oder des Auslassventils (2) des Verbrennungsmotors versehen ist, und
– einen Steuermechanismus (51) für eine Veränderung der Ventilöffnungsdauer des Ventils (2) durch Veränderung der Winkelposition des Nockenprofils (12) bezüglich der Nockenwelle (11) in Abhängigkeit des Betriebszustands des Verbrennungsmotors umfasst, der zwischen der Nockenwelle (11) und dem Nockenprofil (12) angeordnet ist,
dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren so durchgeführt wird, dass bei einer Veränderung des Betriebszustands des Verbrennungsmotors von einer niedrigen auf eine hohe Motordrehzahl
– in einem ersten Schritt die Ventilöffnungszeit des Einlassventils (2) vorverlegt und...

Description

Die Erfindung betrifft Verfahren für den Betrieb eines auf der Seite des Einlassventils und/oder auf der Seite des Auslassventils eines Verbrennungsmotors vorgesehenen variablen Ventilsteuerungsmechanismus nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Ein Hubkolbenverbrennungsmotor, der nachstehend als Motor bezeichnet wird, ist mit einem Einlaß- und einem Auslaßventil versehen. Diese Ventile werden nachstehend als Motorventile oder Ventile bezeichnet. Da das Ventil so angetrieben wird, daß sein Hub von einer Nockenform und dem derzeitigen Drehphasenwinkel (das heißt der derzeitigen Winkelposition) des Nockens bezüglich einer festen Referenzwinkelposition des Nockens abhängt, hängen außerdem die Ventilöffnungs- und Schließzeit des Ventils als auch die Dauer der Ventilöffnung des Ventils von der Nockenform und der derzeitigen Winkelposition des drehenden Nockens ab, wobei die Dauer der Ventilöffnung der Zeitabschnitt ist, in dem das Ventil offen ist. Diese Dauer wird numerisch durch den Kurbelwellenwinkel ausgedrückt.
Sowohl bei dem in dem Motor vorgesehenen Einlaß- als auch in dem Auslaßventil hängt die optimale Zeitsteuerung der Ventilöffnung und der Ventilschließung als auch die optimale Ventilöffnungsdauer von der aktuellen Motorlast und Motordrehzahl ab. Zur Zeitsteuerung und zur Steuerung der Ventilöffnungszeit wurden daher verschiedene Arten sogenannter variabler Ventilsteuerungsvorrichtungen oder -mechanismen vorgeschlagen.
Zusätzlich zu diesen vorgeschlagenen Typen wurde ein variabler Ventilmechanismus vorgeschlagen, bei dem eine Verbindungseinrichtung für nicht-konstante Geschwindigkeit mit einem Exzentermechanismus zwischen dem Nocken und einer Nockenwelle angeordnet wird. Der Nocken und die Nockenwelle sind parallel zueinander angeordnet, jedoch radial zueinander versetzt, so daß die Drehachse des Nockens exzentrisch zu der Drehachse der Nockenwelle ist. Hierdurch wird eine Veränderung der Winkelgeschwindigkeit des Nockens ermöglicht, wenn die Nockenwelle eine Drehung bei einer konstanten Winkelgeschwindigkeit durchführt. Folglich ist es bei diesen variablem Ventilmechanismus möglich, die Zeitsteuerung und Dauer der Ventilöffnung und der Ventilschließung durch Einstellung der Größe der Exzentrizität der Drehachse des Nockens des Exzentermechanismus einzustellen.

Die Verwendung einer solchen Verbindungseinrichtung für nicht-konstante Geschwindigkeit ist beispielsweise in der Japanischen Patentveröffentlichung Nr. Sho 47-20654 und in den offengelegten Japanischen Patentanmeldungen Nr. Hei 3-168309, Hei 4-183905, Hei 6-10630 offenbart.

Bei dem variablen Ventilsteuerungsmechanismus, der eine solche Verbindungseinrichtung für nicht-konstante Geschwindigkeit verwendet, hängt das Muster, in dem sich die Zeitsteuerung des Einlaßventils und des Auslaßventils verändert, von der Dreh- Aus der DE 44 13 406 A1 und der DE 43 20 126 A1 sind variable Ventilsteuerungsmechanismen bekannt, bei denen die Exzentrizität eines Zwischenelements verändert wird, das zwischen einem Antriebselement und einem Nockenelement angeordnet ist. Durch die Veränderung der Exzentrizität wird die Winkelgeschwindigkeit des Nockenelements verändert.

Bei einem aus der DE-OS 20 29 911 bekannten, gattungsgemäßen variablen Ventilsteuerungsmechanismus werden die Ventilöffnungszeiten des Einlass- und des Auslassventils vorverlegt, während gleichzeitig die Schließzeiten des Einlassventils und des Auslassventils zurückgenommen werden.

Die DE 44 04 708 A1 beschreibt einen variablen Ventilsteuerungsmechanismus, der eine Nockenwelle aufweist, auf die ein Drehmoment über eine Kurbelwelle des Verbrennungsmotors übertragen wird. Auf der Nockenwelle ist ein Nockenprofil drehbar angebracht, das mit einem Nockenabschnitt für einen Antrieb des Einlassventils und/oder des Auslassventils des Verbrennungsmotors versehen ist. Ein zwischen der Nockenwelle und dem Nockenprofil angeordneter Steuermechanismus verändert die Ventilöffnungsdauer des Ventils durch Veränderung der Winkelposition des Nockenprofils bezüglich der Nockenwelle in Abhängigkeit des Betriebszustands des Verbrennungsmotors. Der Ventilsteuerungsmechanismus verlangsamt im niedrigen Drehzahlbereich die Ventilöffnung des Einlassventils während die Ventilschließung beschleunigt wird, so dass für eine verbesserte Verbrennung und ein ausreichendes Drehmoment die Überschneidungsdauer der Ventile verkürzt wird. Bei hohen Drehzahlen wird die Veilöffnung des Einlassventils beschleunigt und seien Schließung verlangsamt, so dass eine längere Ventilüberschneidung erreicht wird, um eine hohe Leistungsabgabe zu erreichen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde ein Verfahren für den Betrieb eines auf der Seite des Einlassventils und/oder auf der Seite des Auslassventils eines Verbrennungsmotors vorgesehenen variablen Ventilsteuerungsmechanismus zu schaffen, das eine gleichmäßige Erhöhung der Motordrehzahl ermöglicht.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind Gegenstand der Patentansprüche 2 und 3.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren können bei Veränderung der Ventilzeitsteuerung gleichmäßige Motordrehmomentkennlinien erhalten werden, wenn der Betriebszustand des Verbrennungsmotors von einem Zustand mit niedriger Motordrehzahl in einem Zustand mit hoher Motordrehzahl verändert wird, da der variable Ventilsteuerungsmechanismus so ausgelegt ist, daß er die Ventilöffnungsdauer des Einlaßventils und/oder des Auslaßventils so ändert, daß die Überschneidungszeit des Einlaß- und Auslaßventils sich zu Beginn einer solchen Änderung des Betriebszustandes des Verbrennungsmotors erhöht. Es ist in anderen Worten während dieses Übergangszeitabschnitts von der niedrigen Motordrehzahl zu der hohen Motordrehzahl möglich, Stufenabschnitte der Drehmomentkurve durch Erhöhung des Überschneidungszeitabschnitts des Einlaß- und des Auslaßventils zu beseitigen, wodurch eine gleichmäßige Beschleunigung der Motordrehzahl verwirklicht wird. Ein anderer Vorteil besteht außerdem darin, daß der Spitzenwert der Drehmomentkurve in einem Bereich mit mittleren Motordrehzahlen größer wird.

Bei dem Verfahren nach Anspruch 2 ist die Zeitsteuerung des Ventilbetriebs so ausgelegt, daß bei Veränderung des Betriebszustand des Verbrennungsmotors von einer niedrigen Motordrehzahl auf eine hohe Motordrehzahl in einem ersten Schritt die Ventilöffnungszeit des Einlaßventils vorverlegt wird, während die Ventilschließzeit des Auslaßventils zurückgenommen wird, und dann in einem zweiten Schritt die Ventilschließzeit des Einlaßventils zurückgenommen wird, während die Ventilöffnungszeit des Auslaßventils vorverlegt wird. Hierdurch wird der Vorteil erreicht, daß der Überschneidungszeitabschnitt des Einlaß- und des Auslaßventils weiter erhöht wird, wodurch die Beseitigung der gestuften Abschnitte der Motordrehmomentkurve weiter erleichtert wird.

Wenn bei dem Verfahren nach Anspruch 3 die Drehachse des Nockenprofils aus der ersten vorherbestimmten Position auf der Seite der niedrigen Motordrehzahl in die zweite vorherbestimmte Position auf der Seite der hohen Motordrehzahl verlegt wird, wird die Zeitsteuerung des Ventilbetriebs des Einlaßventils vorverlegt, so daß der Spitzenpunkt der Ventilhubkurve des Einlaßventils auf die Vorverlegungsseite bewegt wird. Hierdurch wird der Vorteil erreicht, daß die Ventilüberschneidungszeit vergrößert wird, um den Fanggrad des Motorzylinders zu erhöhen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend anhand von Zeichnungen näher erläutert.
Die 1(a), 1(b), 1(c) und 1(d) sind schematische Diagramme, die den Aufbau und den Betrieb wesentlicher Teile einer Ausführungsform eines variablen Ventilsteuerungsmechanismus zeigen;
2 ist eine schematische Darstellung der Ausführungsform des variablen Ventilsteuerungsmechanismus;
3 ist eine perspektivische Darstellung der wesentlichen Teile der Ausführungsform des variablen Ventilsteuerungsmechanismus;
4 ist eine schematische Querschnittsansicht der wesentlichen Teile des in 2 gezeigten variablen Ventilsteuerungsmechanismus;
5 ist eine Querschnittsansicht der wesentlichen Teile einer Verbindungseinrichtung für nicht-konstante Geschwindigkeit in der Ausführungsform des variablen Ventilssteuermechanismus;
die 6(A1), 6(A2), 6(A3), 6(B1), 6(B2) und 6(B3) sind Diagramme, die die Prinzipien der Verbindungseinrichtung für nicht-konstante Geschwindigkeit zeigen, die bei der Ausführungsform des variablen Ventilsteuerungsmechanismus verwendet wird;
die 7(a1), 7(a2), 7(a3), 7(a4), 7(a5), 7(b1), 7(b2), 7(b3), 7(b4), 7(b5) und 7(c) sind Diagramme, die Betriebskennlinien der Verbindungseinrichtung für nicht-konstante Geschwindigkeit bei der Ausführungsform des variablen Ventilsteuerungsmechanismus zeigen;
8 ist eine perspektivische auseinander gezogene Darstellung der Ausführungsform des variablen Ventilsteuerungsmechanismus;
9 ist ein Blockdiagramm, das den Steuerflußweg zeigt, entlang dessen die Steuerung der Winkelposition einer Steuer scheibe relativ zu einer Nockenwelle der Ausführungsform des variablen Ventilsteuerungsmechanismus erfolgt;
Die 10(a), 10(b), 10(c), 10(d) und 10(e) sind Diagramme, die den Ventilhub bzw. Ventilweg als Funktionen der Winkeldrehung der Kurbelwelle oder der Nockenwelle zeigen, wobei Muster der Veränderung der Ventilhubkennlinien dargestellt sind, die bei der Ausführungsform des variablen Ventilsteuerungsmechanismus erreicht werden, wenn der exzentrische Abschnitt der Steuerscheibe des Mechanismus seine Winkelposition bezüglich der Nockenwelle so verändert, daß der exzentrische Abschnitt der Steuerscheibe auf der Seite des Einlaßventils und des Auslaßventils in einer Richtung gedreht wird, die der Drehrichtung des Motors entgegengesetzt ist;
die 11(a), 11(b), 11(c) und 11(d) sind schematische Diagramme, die eine erste Modifikation der Ausführungsform des variablen Ventilsteuerungsmechanismus zeigen;
12 ist eine schematische Darstellung der Modifikation;
die 13(a), 13(b), 13(c) und 13(d) sind schematische Diagramme, die eine zweite Modifikation der Ausführungsform des variablen Ventilsteuerungsmechanismus zeigen.
Die gezeigte Ausführungsform und ihre Modifikationen sind an einem Hubkolbenverbrennungsmotor angebracht, der mit einem Ventilsteuerungsmechanismus versehen ist, um ein Einlaß- und ein Auslaßventil anzutreiben. Diese Ventile sind jeweils an einem Motorzylinder angebracht und werden nachstehend durch den allgemeinen Ausdruck "Motorventil" oder einfach als "Ventil" bezeichnet.
Die 3, 4 und 5 zeigen wesentliche Elemente des variablen Ventilsteuerungsmechanismus der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung. Wie es in 3 und 4 gezeigt ist, sind eine Vielzahl von Ventilen 2 für ein Öffnen und Schließen eines Einlaßkanals und eines Auslaßkanals (nicht gezeigt) des Motors an einem Zylinderkopf 1 angebracht, der in 4 zu sehen ist. Jedes der Ventile 2 ist mit einem Ventilschaft versehen, dessen oberer Endabschnitt 2A (3) mit einer Ventilfeder 3 (5) versehen ist.
Wie es in 5 zu erkennen ist, greift der obere Endabschnitt 2A des Ventilschaft des Ventils 2 an einem Kipphebel 8 an, an dem ebenfalls ein Nocken 6 anliegt. Der Nocken 6 ist mit einem konvexen Abschnitt (Nockenabschnitt) 6A versehen, der das Ventil 2 gegen eine Federkraft öffnet, die durch die Ventilfeder 3 ausgeübt wird. Der erfindungsgemäße variable Ventilsteuerungsmechanismus dient dazu, diesen Nocken 6 relativ zu der Nockenwelle 11 zu drehen, um die Winkelposition des Nocken 6 bezüglich der Nockenwelle 11 zu verändern.
Wie es in 3 und 4 gezeigt ist, umfaßt der variable Ventilsteuerungsmechanismus die Nockenwelle (erstes Wellenelement) 11, die mit einer Kurbelwelle (nicht gezeigt) des Motors gekuppelt ist und durch einen Riemen (Steuerriemen) 41 und eine Riemenscheibe 42 in Drehung versetzt wird, und ein Nockenprofil (zweites Wellenelement) 12, das drehbar auf der Nockenwelle 11 angebracht ist. Der Nocken (Nockenabschnitt) 6 ist an einem äußeren Umfangsabschnitt des Nockenprofils 12 ausgebildet und erstreckt sich radial nach außen. 3 und 4 zeigen außerdem deutlich, daß der Zwischenabschnitt des Nockenprofils 12 durch einen Lagerabschnitt 7 des Zylinderkopfs 1 drehbar gelagert ist.
Obwohl die Nockenwelle 11 wie oben beschrieben über das Nockenprofil 12 durch den Lagerabschnitt 7 gelagert ist, sind die Endabschnitte der Nockenwelle 11 drehbar durch Lagerabschnitte 1A des Zylinderkopfs über Endelemente 43 gelagert. Diese Endelemente 43 fluchten axial mit den Endabschnitten der Nockenwelle 11.
Die Riemenscheibe 42 ist daher fest an einem der Endelemente 43 angebracht. Dieses Endelement 43 wird nachstehend zusammen mit der Riemenscheibe 42 als Drehmomenteingangsabschnitt bezeichnet.
Wie es in 4 und 5 gezeigt ist, ist der Lagerabschnitt 7 geteilt. Er besteht aus einem Unterhälfte-Lagerabschnitt 7A, der in dem Zylinderkopf 1 ausgebildet ist, einem Oberhälfte-Lagerabschnitt (Lagerdeckel) 7B, der mit dem Unterhälfte-Lagerabschnitt 7A von oben her gekuppelt ist, und aus Bolzen 7C (in 5 mittels gestrichelter Linie gezeigt).
Wie es außerdem in 5 gezeigt ist, erstreckt sich eine im wesentlichen horizontale Anlageebene 7D zwischen dem Unterhälfte-Lagerabschnitt 7A und dem Lagerdeckel 7B senkrecht zur Längsachse des Motorzylinders (nicht gezeigt) der Unterhälfte-Lagerabschnitt 7A und der Lagerdeckel 7B sind fest miteinander durch die Bolzen 7C verbunden, die in 5 im wesentlichen vertikal angezogen sind.
3 zeigt eine Verbindungseinrichtung 13 für nicht-konstante Geschwindigkeit, die zwischen der Nockenwelle 11 und dem Nockenprofil 12 angeordnet ist, so daß das Nockenprofil 12 und die Verbindungseinrichtung 13 für nicht-konstante Geschwindigkeit eine einstellbare Ventilbetätigungseinrichtung 50 zur fortlaufenden oder stufenweisen Steuerung der Ventilöffnungszeitpunkte bilden. Die Verbindungseinrichtung 13 für nicht-konstante Geschwindigkeit und eine Winkelpositionseinstelleinrichtung 30 bilden außerdem einen Steuermechanismus 51, der die Ventilöffnungszeiten des Ventils 2 ansprechend auf einen Betriebszustand des Motors verändert.
In 4 bezeichnen die Bezugszeichen 7E, 11A und 11B Öllei tungen, durch die Schmieröl (das heißt Motoröl) zu bewegenden Teilen des Motors geführt wird.
Der erfindungsgemäße variable Ventilsteuerungsmechanismus wird bevorzugt an einem Mehrzylindermotor angebracht. In diesem Fall sind das Nockenprofil 12 und die Verbindungseinrichtung 13 für nicht-konstante Geschwindigkeit bei jedem Motorzylinder vorgesehen. Die nachstehende Beschreibung erfolgt anhand eines Vierzylindermotors.
Die Verbindungseinrichtung 13 für nicht-konstante Geschwindigkeit umfaßt eine Steuerscheibe 14, die auf der Nockenwelle 11 gelagert ist, einen Exzenterabschnitt 15, der mit der Steuerscheibe 14 einen Teil bildet, ein Zwischendrehelement 16, das an der äußeren Umfangsfläche des exzentrischen Abschnitts 15 der Steuerscheibe 14 angebracht ist, ein erstes Gleitelement (erstes Verbindungselement oder nockenwellenartiges Stiftelement) 17, das mit dem Zwischendrehelement 16 verbunden ist, und ein zweites Gleitelement (zweites Verbindungselement oder nockenprofilseitiges Stiftelement) 18, das mit dem Zwischendrehelement 16 verbunden ist.
Wie es in 4 gezeigt ist, ist der Drehmittelpunkt des exzentrischen Abschnitts 15 der Steuerscheibe 14 (das heißt die zweite Drehachse O2 von dem Drehmittelpunkt) das heißt der ersten Drehachse) O1 der Nockenwelle 11 versetzt. Im Betrieb dreht das zweite Drehelement 16 und zweite Drehachse O2.
3 zeigt, daß das erste Verbindungselement 17 und das zweite Verbindungselement 18 mit Gleitendabschnitten 24 beziehungsweise 22 versehen sind. Die anderen Endabschnitte dieser Verbindungselemente 17 und 18 bilden Antriebsstiftabschnitte 23 beziehungsweise 24.
Wie es in 3 und 4 gezeigt ist, ist das Zwischendrehelement mit einem Paar von diametral gegenüberliegenden radialen Führungsnuten 16A und 16B versehen. Die Endabschnitte 21 und 22 der Verbindungselemente 17 und 18 sind radial verschiebbar in diesen radialen Führungsnuten 16A beziehungsweise 16B des Zwischendrehelements 16 aufgenommen.
3 zeigt, daß die Nockenwelle 11 mit einem sich radialen nach außen erstreckten Antriebsarm 19 versehen ist. Das Nockenprofil 12 ist mit einem Armabschnitt 20 versehen, der sich ebenfalls radial nach außen erstreckt. Der Antriebsarm 19 der Nockenwelle 11 ist mit einer Axialöffnung 16A (4) versehen, in der der Antriebsstiftabschnitt 23 des ersten Verbindungselement 17 drehbar aufgenommen ist. Der Armabschnitt 20 des Nockenprofils 12 ist ebenfalls mit einer Axialöffnung 20A versehen, den in der der Antriebsstiftabschnitt 24 des zweiten Verbindungselements 18 drehbar aufgenommen ist.
Der Antriebsarm 19 ist axial zwischen dem Nockenprofil 12 (außer dem Armabschnitt 20) und der Steuerscheibe 14 angeordnet und erstreckt sich radial von der Nockenwelle 11 nach außen. Im Betrieb wird der Antriebsarm 19 einteilig mit der Nockenwelle 11 durch einen Sperrstift 25 (4) angetrieben. Der sich radial nach außen erstreckende Armabschnitt 20 des Nockenprofils 12 erstreckt sich ebenfalls axial zu einer Stelle in der Nähe einer Seitenfläche des Zwischendrehelements 16.
5 zeigt, daß das Drehmoment im Betrieb von äußeren ebenen Flächen 21B, 21C des Endabschnitts 21 des ersten Verbindungselements 17 zu entsprechenden inneren ebenen Flächen 28D, 28C der radialen Führungsnut 16A des Zwischendrehelement 16 übertragen wird. Ein Drehmoment wird außerdem zwischen der äußeren radialen Führungsnut 16B und dem Endabschnitt 22 des zweiten Verbindungselements 18 über äußere ebene Flächen 22B, 22C des Endabschnitts 22 und die entsprechenden inneren ebenen Flächen 28B, 28C der anderen radialen Führungsnut 16B übertragen.
Während einer solchen Drehmomentübertragung verändert das Zwischendrehelement 16 im Betrieb seine Winkelgeschwindigkeit wenn die Drehgeschwindigkeit der Nockenwelle 11 konstant bleibt, da das Zwischendrehelement 16 exzentrisch bezüglich der Nockenwelle 11 angeordnet ist. Das Nockenprofil 12 wird außerdem in der Drehung bezüglich des Zwischendrehelements 16 vorverlegt und zurückgenommen, da das Nockenprofil 12 mit dem Zwischendrehelement 16 über das zweite Verbindungselement 18 in Eingriff steht, das gleitbar in der radialen Führungsnut 16B des Zwischendrehelements 16 aufgenommen ist, wodurch zwischen dem Nockenprofil 12 und der Nockenwelle 11 eine Beziehung hergestellt wird, die eine nicht-konstante Geschwindigkeit überträgt.
Anhand der 6(A1), 6(A2), 6(A3), 6(B1), 6(B2) und 6(B3) werden als Beispiel die Prinzipien der Verbindungseinrichtung 13 für nicht-konstante Geschwindigkeit beschrieben, die bei dem erfindungsgemäßen variablen Ventilsteuerungsmechanismus verwendet wird. Wie es in den 6(A1), 6(A2) und 6(A3) gezeigt ist, verändert sich im Betrieb die Winkelgeschwindigkeit des Zwischendrehelements 16 bezüglich der Nockenwelle 11. Die 6(B1), 6(B2) und 6(B3) zeigen dahingegen, daß sich auch die Winkelgeschwindigkeit des Nockenprofils 12 bezüglich des Zwischendrehelements 16 ändert.
In 6(A1) ist der Drehmittelpunkt (zweite Drehachse) O2 des Zwischendrehelements 16 von dem Drehmittelpunkt (erste Drehachse) O1 der Nockenwelle 11 nach oben versetzt. Die festgelegte Referenzwinkelposition S1 der radialen Führungsnut 16(A) und des ersten Verbindungselements 17 ist in 6(A1) gezeigt. Die Nockenwelle 11 wird unter gleichen Umständen während des Betriebes in Uhrzeigerrichtung angetrieben.
In den 6(A1) und 6(A2) bezeichnet S1 eine festgelegte Referenzwinkelposition der Nockenwelle 11 in der Mitte des ersten Verbindungselements 17. H1 bezeichnet eine festgelegte Referenzwinkelposition des Zwischendrehelements 16 in ihrer radialen Führungsnut 16(A).
In 6(A2) bezeichnen S2 bis S12 Winkelpositionen der Nockenwelle 11 in der Mitte des ersten Verbindungselementes 17, die voneinander in vorherbestimmten Winkelintervallen beabstandet sind (bei dieser Ausführungform in Intervallen von 30°). H2 bis H12 bezeichnen Winkelpositionen des Zwischendrehelements 16 in ihrer radialen Führungsnut 16(A). 6(A2) zeigt, daß diese Winkelposition H2 bis H12 in variablen Winkelintervallen voneinander beabstandet sind.
Der Drehmittelpunkt der Nockenwelle 11 (erste Drehachse), der mittels der Winkelposition S2 bis S12 gezeigt ist, ist mit dem Bezugszeichen O1 bezeichnet. Der Drehmittelpunkt des Zwischendrehelements 16 (zweite Drehachse), der anhand der Winkelposition in H2 bis H12 gezeigt ist, wird durch das Bezugszeichen O2 bezeichnet.
6(A2) zeigt, daß bei einer Drehung der Nockenwelle 11 um ihren Mittelpunkt (um die erste Drehachse O1) aus der Winkelposition S1 zu der Winkelposition S2 um einen Winkel von 30° (∠ S1·O1·S2) sich auch das Zwischendrehelement 16 aus der Winkelposition H1 um einen ersten vorher bestimmten Winkel (∠ H1·O2·H2), der größer als 30° ist, in die Winkelposition H2 dreht. Folglich ist bei diesem vorherbestimmten Winkel die Winkelgeschwindigkeit des Zwischendrehelements 16 größer als die der Nockenwelle 11.
Wenn sich die Nockenwelle 11 weiter aus der Winkelposition S2 um einen Winkel von 30° in die Winkelposition S3 dreht (das heißt ∠ S2·O1·S3) dreht sich das Zwischendrehelement 16 ebenfalls aus der Winkelposition H2 in die Winkelposition H3 um einen zweiten vorherbestimmten Winkel (∠ H2·O2·H3), der immer noch größer ist als der Winkel ∠ S2·O1·S3. Das Zwischendrehelement 16 dreht sich daher zwischen den Winkelpositionen H1 und H3 etwas schneller als die Nockenwelle 11.
Wenn sich die Nockenwelle 11 weiter um 30° in die Winkelposition S4 dreht, dreht sich das Zwischendrehelement 16 ebenfalls um einen dritten vorherbestimmten Winkel (∠ H3·O2·H4) in die Winkelposition H4, wobei der Winkel im wesentlichen 30° entspricht. Das Zwischendrehelement 16 dreht sich daher zwischen den Winkelpositionen H3 und H4 im wesentlichen mit der gleichen Winkelgeschwindigkeit wie die Nockenwelle 11.
Wenn sich die Nockenwelle 11 weiter aus der Winkelposition S4 in die Winkelposition S5 um einen Winkel um 30° dreht (∠ S4·O1·S5) dreht sich das Zwischendrehelement 16 aus der Winkelposition H4 in die Winkelposition H5 um einen vierten vorherbestimmten Winkel (∠ H4·O2·H5) der im wesentlichen 30° entspricht. Das Zwischendrehelement 16 dreht sich daher zwischen den Winkelpositionen H4 und H5 mit im wesentlichen der gleichen Geschwindigkeit wie die Nockenwelle 11.
Wenn sich die Nockenwelle 11 weiter aus der Winkelposition S5 um einen Winkel von 30° (∠ S5·O1·S6) in die Winkelposition S6 dreht, dreht sich das Zwischendrehelement 16 in die Winkelposition H6 um einen fünften vorbestimmten Winkel (∠ H5·O2·H6) der geringer ist als 30°. Das Zwischendrehelement 16 dreht sich daher zwischen den Winkelpositionen H5 und H6 langsamer als die Nockenwelle 11.
Wenn sich die Nockenwelle 11 weiter aus der Winkelposition 6 in die Winkelposition 7 um einen Winkel von 30° dreht, dreht sich das Zwischendrehelement 16 weiter von der Winkelposition H6 zu der Winkelposition H7 um einen sechsten vorbestimmten Winkel (∠ H6·O2·H7) der kleiner als 30° ist. Das Zwischendrehelement 16 dreht sich daher zwischen den Winkelpositionen H6 und H7 langsamer als die Nockenwelle 11.
Wie oben beschrieben wurde, erreicht das Zwischendrehelement 16 an der Winkelposition H1 seine maximale Winkelgeschwindigkeit, wenn die Winkelgeschwindigkeit der Nockenwelle 11 konstant bleibt. Wenn sich danach die Nockenwelle 11 weiterhin mit einer konstanten Winkelgeschwindigkeit durch die Winkelpositionen S1, S2, S3, S4, S6, S7 dreht, dreht sich das Zwischendrehelement 16 durch seine Winkelpositionen H1, H2, H3, H4, H5, H6 und H7, wobei seine Winkelgeschwindigkeit bezüglich der Nockenwelle 11 allmählich abnimmt. Genauer gesagt dreht sich das Zwischendrehelement 16 während seiner Drehung zwischen den Winkelpositionen H3 und H5 im wesentlichen mit der gleichen Winkelgeschwindigkeit wie die Nockenwelle 11. Nach Durchlauf der Position H5 dreht sich das Zwischendrehelement 16 deutlich langsamer als die Nockenwelle 11. An der Position H7 erreicht das Zwischendrehelement 16 dann seine minimale Winkelgeschwindigkeit, während die Winkelgeschwindigkeit der Nockenwelle 11 konstant bleibt.
Wenn danach die Nockenwelle 11 durch ihre Winkelpositionen S7, S8, S9, S10, S11, S12 und S1 dreht, dreht sich das Zwischendrehelement 16 durch seine Winkelpositionen H7, H8, H9, H10, H11, H12 und H1, wobei seine Winkelgeschwindigkeit allmählich ansteigt. Genauer gesagt dreht sich das Zwischendrehelement 16 während seiner Drehung zwischen den Winkelpositionen H9 und H10 mit dem wesentlichen der gleichen Winkelgeschwindigkeit der Nockenwelle 11. Nach Durchlauf der Winkelposition H10 dreht sich Zwischendrehelement 16 deutlich schneller als die Nockenwelle 11. Das Zwischendrehelement 16 erreicht dann an der Winkelposition H1 seine maximale Geschwindigkeit, wobei die Winkelgeschwindigkeit der Nockenwelle 11 konstant bleibt.
6(A3) ist ein Diagramm, das die Winkelgeschwindigkeit des Zwischendrehelements 16 gegenüber der Winkeldrehzahl der Nockenwelle 11 aufgetragen zeigt. Die Winkelposition S1 entspricht dabei der Position 0° oder Position 360° auf der X-Achse dieses Diagramms. Die Nockenwelle 11 dreht sich mit einer konstanten Winkelgeschwindigkeit in Uhrzeigerrichtung. 6(A3) zeigt, daß die Kurve der Winkelgeschwindigkeit des Zwischendrehelements 16 sinusförmig ist.
Anhand der 6(B1), 6(B2) und 6(B3) ist dahingegen die Veränderung der Winkelgeschwindigkeit des Profils 12 bezüglich des Zwischendrehelements 16 beschrieben. Die 6(A1), 6(A2) und 6(A3) entsprechen den 6(B1), 6(B2) beziehungsweise 6(B3).
Wie es in 6(B1) gezeigt ist, wird das drehbare auf der Nockenwelle 11 angebrachte Nockenprofil 12 durch das Zwischendrehelement 16 über das zweite Verbindungselement 18 und die entsprechende radiale Führungsnut 16(B) in Drehung versetzt, die dem ersten Verbindungselement 17 beziehungsweise der radialen Führungsnut 16(A) entgegengesetzt angeordnet sind. 6(B1) zeigt, daß in dem in Figur A1 gezeigten Anfangszustand, in dem der Drehmittelpunkt (die zweite Drehachse) O2 des Zwischendrehelements 16 von dem Drehmittelpunkt (der ersten Drehachse) O1 der Nockenwelle 11 nach oben versetzt ist, das zweite Verbindungselement 18 und seine entsprechende radiale Führungsnut 16 des Zwischendrehelements 16 in einem Winkelabstand von 180° zu dem ersten Verbindungselement 17 beziehungsweise seiner entsprechenden radialen Führungsnut 16A des Zwischendrehelements 16 liegen.
In den 6(B1) und 6(B2) bezeichnet daher H'1 eine festgelegte Referenzwinkelposition des Zwischendrehelements 16 in seiner radialen Führungsnut 16B. R1 bezeichnet eine festgelegte Referenzposition des Nockenprofils 12 in der Mitte des zweiten Verbindungselements 18.
H'2 bis H'12 bezeichnet in den 6(B1) und 6(B2) Winkelpositionen des Zwischendrehelements 16 in seiner radialen Führungsnut 16B, die den Winkelpositionen H2 bis H12 des Zwischendrehelements 16 in seiner radialen Führungsnut 16A jeweils entsprechen. R2 bis R12 bezeichnen Winkelpositionen des Nockenprofils 12 in der Mitte des zweiten Verbindungselements 18, die den jeweiligen Winkelpositionen H'2 bis H'12 des Zwischendrehelements 16 in seiner radialen Führungsnut 16B entsprechen.
Der Drehmittelpunkt des Zwischendrehelements 16, der anhand der Winkelpositionen H2' bis H'12 in 6(B2) aufgetragen ist, ist der Mittelpunkt (die zweite Drehachse) O2. Der anhand der Winkelpositionen R2 bis R12 in 6(B2) aufgetragene Drehmittelpunkt des Nockenprofils 12 in der Mitte des zweiten Verbindungselements 18 ist der Drehmittelpunkt (die erste Drehachse) O1.
Die 6(B2) und 6(B3) zeigen, daß die Winkelgeschwindigkeit des Nockenprofils 12 sich stärker als die des Zwischendrehelements 16 ändert, wenn die Nockenwelle 11 mit konstanter Winkelgeschwindigkeit dreht. In der Winkelposition A1 erreicht das Nockenprofil 12 seine maximale Winkelgeschwindigkeit bezüglich des Zwischendrehelements 16. Wenn das Zwischendreh element 16 danach durch Winkelpositionen H'1, H'2, H'3, H'4, H'5, H'6 und H'7 dreht, dreht sich das Nockenprofil 12 durch seine Winkelpositionen R1, R2, R3, R4, R5, R6 und R7, wobei seine Winkelgeschwindigkeit bezüglich des Zwischendrehelements 16 allmählich geringer wird. Genauer gesagt dreht das Nockenprofil 12 zwischen den Winkelpositionen R3 und R4 mit dem wesentlichen der gleichen Winkelgeschwindigkeit wie das Zwischendrehelement 16. Danach dreht das Nockenprofil 12 langsamer als das Zwischendrehelement 16. In der Winkelposition R7 erreicht dann das Nockenprofil 12 seine minimale Geschwindigkeit bezüglich des Zwischendrehelements 16.
Wenn das Zwischendrehelement 16 dann durch seine Winkelposition H'7, H'8, H'9, H'10, H'11, H'12 und H'1 dreht, dreht sich das Nockenprofil 12 durch seine Winkelposition R7, R8, R9, R10, R11, R12 und R1, wobei seine Winkelgeschwindigkeit allmählich ansteigt. Genauer gesagt dreht sich das Nockenprofil 12 zwischen den Winkelpositionen R9 und R10 mit dem wesentlichen der gleichen Winkelgeschwindigkeit wie das Zwischendrehelement 16. Danach dreht das Nockenprofil 12 schneller als das Zwischendrehelement 16. In der Winkelposition R1 erreichte dann das Nockenprofil 12 seine maximale Winkelgeschwindigkeit bezüglich des Zwischendrehelements 16. 6(B3) ist ein Diagramm, das die Winkelgeschwindigkeit des Nockenprofils 12 und des Zwischendrehelements 16 gegen die Winkeldrehung der Nockenwelle 11 aufgetragen zeigt. Die Winkelpositionen S1, R7 sind der Punkt 0° oder der Punkt 360° auf der X-Achse dieses Diagramms. Die Nockenwelle 11 dreht sich mit konstanter Winkelgeschwindigkeit in Uhrzeigerrichtung. 6(B3) zeigt, daß die Kurve der Winkelgeschwindigkeit des Nockenprofils 12 ebenfalls sinusförmig ist, die Amplitude (die Veränderung der Winkelgeschwindigkeit) ist jedoch größer als bei der Kurve der Winkelgeschwindigkeit des Zwischendrehelements 16.
7(c) ist ein Diagramm, das die vorverlegende und zurücknehmende Drehung des Nockenprofils 12 bezüglich der Nockenwelle 11 zeigt, wobei PA1, PA2 Kurven von Phasenkennlinien (Veränderungen der Winkelposition) des Nockenprofils 12 bezüglich der Nockenwelle 11 bezeichnen.
Die Kurve PA1 in dem Diagramm von 7(c) zeigt die Phasenkennlinie des Nockenprofils 12 bei folgender Anfangswinkelposition: Wie es in den 6(A1), 6(B1) und 7(a1) gezeigt ist, ist der Drehmittelpunkt (die zweite Drehachse) O2 des Zwischendrehelements 16 von dem Drehmittelpunkt (der ersten Drehachse) O1 sowohl der Nockenwelle 11 als des Nockenprofils 12 nach oben versetzt. Sowohl die radiale Führungsnut 16(A) des Zwischendrehelements 16 als auch das erste Verbindungselement 17 befinden sich über den Drehachsen O1, O2. Sowohl die radiale Führungsnut 16B des Zwischendrehelements 16 als auch das zweite Verbindungselement 18 befinden sich unterhalb der Drehachsen O1, O2. Die Anfangswinkelposition der Nockenwelle 11 ist als 0°-Punkt auf der X-Achse des Diagramms von 7(c) gezeigt.
Die Kurve PA1 von 7(c) zeigt, daß es keinen Unterschied in der Winkelposition zwischen Nockenprofil 12 und der Nockenwelle 11 gibt, wenn die Winkelposition der Nockenwelle 11 auf dem 0°-Punkt der X-Achse des Diagramms von 7(c) liegt (wie es in 7(a1) gezeigt ist und durch die Bezugszeichen S1, H1', R1 in den 6(A2) und 6(B2) bezeichnet ist).
Danach wird die Winkelposition des Nockenprofils 12 bezüglich der Nockenwelle 11 vorverlegt und zurückgenommen. Die Höhe der Vorverlegung und Zurücknahme der Winkelposition des Nockenprofils 12 ist einem Integral der Veränderung der Winkelgeschwindigkeit des Nockenprofils 12 bezüglich der Winkelposi tion der Nockenwelle 11 gleich, wie es aus dem Diagramm in 6(B3) erkenntlich ist.
Die Kurve PA1 in 7(c) zeigt, daß bei einer Drehung der Nockenwelle 11 aus der Winkelposition 0° in die Winkelposition von 90° auf der x-Achse des Diagramms von 7(c), das Nockenprofil 12 schneller dreht als die Nockenwelle 11, so daß eine Winkelvorverlegung des Nockenprofils 12 allmählich größer wird. Wenn die Nockenwelle 11 die Winkelposition von 90° auf der X-Achse des Diagramms von 7(c) erreicht, erreicht das Nockenprofil 12 seine am meisten vorverlegte Position. Bei einer Drehung der Nockenwelle 11 von der Winkelposition von 90° zu der Winkelposition von 180° auf der X-Achse des Diagramms von 10 verliert das Nockenprofil 12 danach allmählich seine bezüglich der Nockenwelle 11 vorverlegende Drehung. Wenn die Nockenwelle 11 die Winkelposition 180° auf der x-Achse des Diagramms in 7(c) erreicht, erreicht das Nockenprofil 12 seine Stellung, in der es bezüglich der Nockenwelle 11 nicht vorverlegt ist. Das Nockenprofil 12 und die Nockenwelle 11 befinden sich daher in der gleichen Winkelposition, wie es in 7(a3) zu erkennen ist.
Wenn die Nockenwelle 11 aus der Winkelposition von 180° in die Winkelposition von 270° auf der X-Achse des Diagramms von 7(c) dreht, vergrößert das Nockenprofil 12 allmählich seine zurücknehmende Drehung bezüglich der Nockenwelle 11. Wenn das Nockenprofil 12 die Winkelposition von 270° auf der X-Achse des Diagramms von 7(c) erreicht, erreicht das Nockenprofil seine Position, in der es vollkommen zurückgenommen ist, wie es in 7(a4), zu erkennen ist.
Wenn die Nockenwelle 11 danach von der Winkelposition von 270° in die Winkelposition von 360° auf der X-Achse des Diagramms von 7(c) dreht, verliert das Nockenprofil 12 allmählich seine zurücknehmende Drehung bezüglich der Nockenwelle 11. Wenn das Nockenprofil 12 die Winkelposition von 360° auf der X-Achse des Diagramms von 7(c) erreicht, erreicht das Nockenprofil 12 seine Position, in der es bezüglich der Nockenwelle 11 nicht zurückgenommen ist. In anderen Worten befinden sich das Nockenprofil 12 und die Nockenwelle 11 in der gleichen Winkelposition, wie es in 7(a5) zu erkennen ist.
Wenn der Ventilhub des Ventils 2 bezüglich des Nockens 6 so eingestellt wird, daß sein Ventilhub den vollen Hub in der Winkelposition von 180° auf der X-Achse des Diagramms von 7(c) erreicht, kann die Veränderung des Ventilhubs des Ventils 2 gegen die Winkeldrehung der Nockenwelle 11 so aufgetragen werden, daß die Kurve VL1 gebildet wird, die in 7(c) gezeigt ist. Eine andere Kurve VL0 in 7(c) ist eine Ventilhubkurve, die die Veränderung des Ventilhubs des Ventils 2 in einem Zustand zeigt, in dem die Verbindungseinrichtung 13 für nicht-konstante Geschwindigkeit (die das Zwischendrehelement 16, die Steuerscheibe 14 und dergleichen umfaßt) eliminiert ist. Deshalb besteht kein Unterschied in der Winkelposition zwischen dem Nockenprofil 12 und der Nockenwelle 11 während der Drehung.
7(c) zeigt, daß der Zeitpunkt ST1 der Ventilöffnung in der Kurve VL1 früher ist als ein Zeitpunkt ST0 der Ventilöffnung der Kurve VL0. Dahingegen ist ein Zeitpunkt ET1 der Ventilschließung in der Kurve VL1 später als ein Zeitpunkt ET0 einer Ventilschließung in der Kurve VL0. Die Ventilöffnungszeit ST1 ist aus folgendem Grund früher als die Ventilöffnungszeit ST0: In einem Ventilöffnungsbereich zwischen der Winkelposition von 90° und der Winkelposition von 180° auf der X-Achse des Diagramms von 7(c) befindet sich das Nockenprofil 12 immer noch in seiner bezüglich der Nockenwelle 11 vorverlegenden Drehung. Der Grund, warum die Ventilschließzeit ET1 später ist als die Ventilschließzeit ET0 ist dahingegen folgender: in einem Bereich des Endes der Ventilöffnung zwischen der Winkelposition von 180° und der Winkelposition von 270° auf der X-Achse des Diagramms von 7 befindet sich das Nockenprofil 12 in seiner zurückverlegenden Drehung bezüglich der Nockenwelle 11.
Die die Kurve PA2 in dem Diagramm von 7(c) zeigt die Phasenkennlinie des Nockenprofils 12 in einer anfänglichen Winkelposition. Wie es in 7(b1) gezeigt ist, ist der Drehmittelpunkt (die zweite Drehachse) O2 des Zwischendrehelements 16 von dem Drehmittelpunkt (der ersten Drehachse) O1 der Nockenwelle 11 und des Nockenprofils 12 nach unten versetzt ist. Sowohl die radiale Führungsnut 16A des Zwischendrehelements 16 als auch das erste Verbindungselement 17 befinden sich oberhalb der Mittelachsen O1, O2. Sowohl die radiale Führungsnut 16B des Zwischendrehelements als auch das zweite Verbindungselement 18 befinden sich unterhalb der Mittelachsen O1, O2. Die anfängliche Winkelposition der Nockenwelle 11 ist bei dem Punkt 0° auf der X-Achse des Diagramms von 7(c).
Die Kurve PA2 in 7(c) zeigt, daß kein Unterschied in der Winkelposition zwischen dem Nockenprofil 12 und der Nockenwelle 11 besteht, wenn die Winkelposition der Nockenwelle 11 sich in der Winkelposition 0° auf der X-Achse des Diagramms von
7(c) befindet. Bei einer Drehung der Nockenwelle 11 aus der Winkelposition 0° in die Winkelposition 90° auf der X-Achse des Diagramms von 7(c) vergrößert sich dann die zurückverlegende Drehung des Nockenprofils 12 bezüglich der Nockenwelle 11. Wenn die Nockenwelle 11 die Winkelposition von 90° auf der X-Achse des Diagramms von 7(c) erreicht, erreicht das Nockenprofil 12 seine Position voller Zurückverlegung, wie es in 7(b2) gezeigt ist. Wenn danach die Nockenwelle 11 aus der Winkelposition 90° in die Winkelposition von 180° auf der x-Achse des Diagramms von 7(c) dreht, verliert das Nockenprofil 12 allmählich seine zurückverlegende Drehung bezüglich der Nockenwelle 11. Wenn die Nockenwelle 11 die Position von 180° auf der X-Achse des Diagramms von 7(c) erreicht, erreicht das Nockenprofil 12 seine Position, in der es nicht bezüglich der Nockenwelle 11 zurückverlegt ist. In anderen Worten befindet sich das Nockenprofil 12 in der gleichen Winkelposition wie die Nockenwelle 11, wie es in 7(b3) zu erkennen ist.
Wenn die Nockenwelle 11 aus der Winkelposition 180° zu der Winkelposition 270° auf der x-Achse des Diagramms in 7(c) dreht, vergrößert das Nockenprofil 12 allmählich seine vorverlegende Drehung bezüglich der Nockenwelle 11. Wenn das Nockenprofil 12 die Winkelposition 270° auf der X-Achse des Diagramms von 7(c) erreicht, erreicht das Nockenprofil 12 seine Position voller Vorverlegung, wie es in 7(b4) gezeigt ist. Wenn danach die Nockenwelle 11 aus der Winkelposition 270° in die Winkelposition 360° auf der X-Achse des Diagramms von 7(c) dreht, verliert das Nockenprofil 12 allmählich seine vorverlegende Drehung bezüglich der Nockenwelle 11. Wenn das Nockenprofil 12 die Winkelposition 360° auf der X-Achse des Diagramms von 7(c) erreicht, erreicht das Nockenprofil 12 seine Position, in der es bezüglich der Nockenwelle 11 nicht vorverlegt ist. In anderen Worten befinden sich das Nockenprofil 12 und die Nockenwelle 11 in der gleichen Winkelposition, wie es aus 7(b5) zu erkennen ist.
Wie obenstehend beschrieben wurde, zeigt die gestrichelte Kurve VL2 in 7(c) die Ventilhubkennlinie des Ventil 2, wenn das Nockenprofil 12 die Phasenkennlinienkurve PA2 in 7(c) hat.
7(c) zeigt, daß ein Zeitpunkt ST2 der Ventilöffnung in der gestrichelten Linie VL2 später ist als der Zeitpunkt ST0 der Ventilöffnung in der Kurve VL0. Ein Zeitpunkt ET2 der Ventilschließung in der gestrichelten Kurve VL2 ist dahingegen früher als der Zeitpunkt ET0 der Ventilschließung in der Kurve VL0.
Der Grund, warum die Ventilöffnungszeit ST2 später ist als die Ventilöffnungszeit ST0 ist folgender. In dem Bereich des Beginns der Ventilöffnung zwischen der Winkelposition 90° und der Winkelposition 180° auf der X-Achse des Diagramms von 7(c) befindet sich das Nockenprofil 12 immer noch in seiner zurückverlegenden Drehung bezüglich der Nockenwelle 11. Der Grund, warum der Ventilschließzeitpunkt ET2 früher ist als der Ventilschließzeitpunkt ET0 ist dagegen folgender. In dem Bereich des Endes der Ventilöffnung zwischen der Winkelposition 180° und der Winkelposition 270° auf der X-Achse des Diagramms von 7(c) befindet sich das Nockenprofil 12 in seiner bezüglich der Nockenwelle 11 vorverlegenden Drehung.
Wie obenstehend erwähnt wurde, verändert sich die Hubkennlinie des Ventils 2 abhängig von der Größe der Versetzung oder Exzentrizität der zweiten Mittelachse O2 des Zwischendrehelements 16. Wenn die Ventilöffnungzeit vorverlegt ist, während die Ventilschließzeit zurückverlegt ist, kann die Ventilöffnungsdauer erhöht werden, was bei einer hohen Motordrehzahl geeignet ist. Wenn die Ventilöffnungszeit dahingegen zurückgenommen ist, während die Ventilschließzeit vorverlegt ist, kann die Ventilöffnungszeit verringert werden, was bei niedrigen Motordrehzahlen geeignet ist.
Wie es in 7(a1) gezeigt ist, erreicht die Ventilöffnungsdauer seinen für eine hohe Motordrehzahl geeigneten maximalen Wert, wenn die zweite Mittelachse O2 des Zwischen drehelements 16 von der ersten Mittelachse O1 der Nockenwelle 11 aus nach oben versetzt ist (in einer Richtung, die der Winkelposition entgegengesetzt ist, in der der Ventilhub am größten ist). Wie es in 7(b1) gezeigt ist, erreicht die Ventilöffnungsdauer ihren für eine niedrige Drehzahl geeigneten minimalen Wert, wenn die zweite Drehachse O2 des Zwischendrehelements 16 von der ersten Drehachse O1 der Nockenwelle 11 aus nach unten versetzt ist (in einer Richtung der Winkelposition versetzt ist, in der der größte Ventilhub vorhanden ist).
Wenn sich die zweite Mittelachse O2 des Zwischendrehelements 16 in einer Position zwischen der in 7(a1) gezeigten nach oben versetzten Position und seiner in 7(b1) gezeigten nach unten versetzten Position befindet, wird das Ventil so betrieben, daß seine Ventilöffnungs- und Ventilschließzeitpunkte von einer solchen Zwischenposition der zweiten Mittelachse O2 abhängt.
Wenn die zweite Mittelachse O2 aus ihrer in 7(a1) gezeigten nach oben versetzten Position allmählich nach unten versetzt wird, werden die Unterschiede zwischen der Ventilhubkennlinienkurve VL1 für eine hohe Drehzahl und der Kurve VL1 für eine hohe Drehzahl und der Kurve VL0 verringert. Wenn die zweite Mittelachse O2 und die erste Mittelachse O1 im wesentlichen auf der gleichen Höhe sind (das heißt, daß keine wesentliche Übersetzung zwischen diesen besteht) wird die Ventilhubkennlinie des Ventils 2 im wesentlichen durch die Kurve VL0 gezeigt. Wie es in 7(b1) gezeigt ist, nähert sich die Ventilhubkennlinie des Ventils 2 bei einer allmählichen Versetzung der zweiten Mittelachse O2 nach unten allmählich von der Kurve VL0 der Kurve VL2 an (die für geringe Motordrehzahlen geeignet ist).
Wenn während des Betriebes die Höhe der Versetzung der zweiten Mittelachse O2 bezüglich der ersten Mittelachse O1 fortlaufend oder stufenweise abhängig von dem Betriebszustand (der Motordrehzahl oder ähnlicher Parameter) des Motors eingestellt wird, ist es möglich, das Ventil 2 auf eine Art und Weise zu betreiben, die am besten für den Betriebszustand des Motors geeignet ist, ohne daß Fehler auftreten.
Es ist möglich, die Größe der Versetzung der zweiten Mittelachse O2 bezüglich der ersten Mittelachse O1 durch Drehung des exzentrischen Abschnitts 15 der Steuerscheibe 14 (3) bezüglich der Nockenwelle 11 einzustellen, wobei auf dem exzentrischen Abschnitt 15 das Zwischendrehelement 16 exzentrische gelagert ist.
Folglich ist bei dem erfindungsgemäßen variablen Ventilsteuerungsmechanismus ein Winkelpositionssteuermechanismus 30 zur Einstellung der Winkelposition des exzentrischen Abschnitts 15 der Steuerscheibe 14 bezüglich der Nockenwelle 11 durch Drehung der Steuerscheibe 14 vorgesehen.
Wie es die 3 und 4 zeigen umfaßt der Steuermechanismus 30 für die exzentrische Winkelposition ein Exzentrizitätssteuerzahnrad 31 das in einem Außenumfangsabschnitt der Steuerscheibe 14 ausgebildet ist, eine Zahnradwelle (Steuerwelle oder Steuerelement) 32, die mit einem Steuerzahnrad 35 versehen ist und parallel zur Nockenwelle 11 angeordnet ist, wobei das Steuerzahnrad 35 mit dem Exzentrizitätssteuerzahnrad 31 im Eingriff steht, und eine Betätigungseinrichtung 33 für einen Drehantrieb der Steuerwelle 32. Der wie obenstehend aufgebaute Steuermechanismus 30 für die exzentrische Winkelposition wird durch eine Motorsteuereinheit (ECU) 34 gesteuert, wie es in 3 gezeigt ist.
Wie 3 zeigt, empfängt die ECU 34 im Betrieb verschiedene Arten aktueller Informationen, beispielsweise die aktuelle Motordrehzahl, die durch einen Motordrehzahlsensor (nicht gezeigt) erfaßt wird, die aktuelle Drosselstellungsinformation (TPS), die von einem Drosselpositionssensor (nicht gezeigt) zugeführt wird, die aktuelle Luftströmungssensorinformation (AFS), die von einem Luftströmungssensor (nicht gezeigt) zugeführt wird, und ähnliche Arten aktueller Informationen. Auf der Basis der verschiedenen Arten der aktuellen Informationen wird die Betätigungseinrichtung (Motor) 33 des Steuermechanismus 30 in Ansprechung auf die erforderliche Motordrehzahl und Last gesteuert. Wenn beispielsweise im Betrieb die aktuelle Motordrehzahl und die aktuelle Motorlast hoch sind, ist es zur Erhöhung der Ventilöffnungsdauer notwendig, die Winkelposition der Steuerscheibe 14 bezüglich der Nockenwelle 11 so zu steuern, daß wie durch die Kurve VL1 in 7(c) ausgedrückte Kennlinie verwirklicht wird. Wenn dahingegen die aktuelle Motordrehzahl und Last gering sind, ist es zur Verringerung der Ventilöffnungsdauer erforderlich, die Winkelposition der Steuerscheibe 14 bezüglich der Nockenwelle 11 so zu steuern, daß die Ventilhubkennlinie verwirklicht wird, die durch die Kurve VL2 in 7(c) ausgedrückt ist. Insgesamt wird in Ansprechung auf die aktuelle Motordrehzahl und Last die Winkelposition der Steuerscheibe 14 bezüglich der Nockenwelle so gesteuert, daß die Ventilhubkennlinie durch eine geeignete Kurve ausgedrückt wird, die in einem Bereich zwischen den Kurven VL1 und VL2 in 7(c) liegt.
Das auf der Steuerwelle 32 angebrachte Steuerzahnrad 35 ist ein zweigeteiltes Zahnrad, das von zwei Zahnrädern 35A, 35B gebildet wird. Das eine Zahnrad 35A ist fest auf der Steuerwelle 32 angebracht, während das andere Zahnrad 35B drehbar auf der Steuerwelle 32 gelagert ist. Das drehbare Zahnrad 35B liegt an dem Zahnrad 35A an und erhält von der Steuerwelle 32 ein Drehmoment durch eine Torsionsfeder 38, die zwischen dem Zahnrad 35B und einem Zapfenelement 36 angeordnet ist, das fest auf einer Außenumfangsfläche der Steuerwelle 32 angebracht ist. Diese Zahnräder 35A, 35B dienen zur Aufnahme eines Spiels des exzentrischen Steuerzahnrades 31, das mit dem Steuerzahnrad 35 kämmt.
Bei dem Zusammenbau des Steuermechanismus 30 für die exzentrische Winkelposition werden, wie in 3 gezeigt ist, in einen ersten Schritt die Zahnräder 35A, 35B mit dem Exzentrizitätssteuerzahnrad 31 der Steuerscheibe 14 in Eingriff gebracht, die bereits auf der Nockenwelle 11 angebracht ist. Danach wird das Zapfenelement 36 drehbar und axial bewegbar auf der Steuerwelle 32 angebracht und axial in seine vorherbestimmte Montageposition gebracht, wobei es bezüglich der Steuerwelle 32 gedreht wird, um seine axiale Bewegung zu vereinfachen. Dann wird es mittels eines Sperrstiftes 36A (4) an der Steuerwelle 32 befestigt, so daß das Zapfenelement 36 eine Axialkraft auf das Zahnrad 35B über die Torsionsfeder 38 ausübt, wodurch ein Drehmoment auf das Zahnrad 35B übertragen wird. Wenn der erfindungsgemäße variable Ventilsteuerungsmechanismus bei einem Mehrzylindermotor (bei dieser Ausführungsform bei einem Vierzylindermotor) verwendet wird, sind das Nockenprofil 12 und die Verbindungseinrichtung 13 für eine nicht-konstante Geschwindigkeit, die eine einstellbare Ventilbetätigungseinrichtung 50 bilden, an jedem Zylinder des Motors angebracht. In diesem Fall ist der erfindungsgemäße variable Ventilsteuerungsmechanismus auf der Seite jedes Einlaß- und Auslaßventils der einzelnen Motorzylinder vorgesehen. Wie es in 8 gezeigt ist, ist bei jedem der Motorzylinder eine Nockenwelle 11_IN für eine Betätigung des Einlaßventils und eine Nockenwelle 11_EX für eine Betätigung des Auslaßventils vorgesehen. Außerdem ist sowohl bei der Nockenwelle 11_IN als auch bei der Nockenwelle 11_EX die einstellbare Ventilbetätigungseinrichtung 50 vorgesehen, die von dem Noc kenprofil 12 und der Verbindungseinrichtung 13 für nicht-konstante Geschwindigkeit wie oben beschrieben gebildet wird.
Wie es in 8 gezeigt ist, umfaßt der Steuermechanismus 30 für die exzentrische Winkelposition das Exzentrizitätssteuerzahnrad 31 der Steuerscheibe 14, das drehbar auf der Nockenwelle 11_IN bei den einzelnen Motorzylindern angebracht ist, das Exzentrizitätssteuerzahnrad 31 der Steuerscheibe 14, die drehbar auf der Nockenwelle 11_EX bei den einzelnen Zylindern angebracht ist, die an die Nockenwelle 11_IN angrenzende Steuerwelle 32, die an die Nockenwelle 11_EX angrenzende Steuerwelle 32, das mit jedem der Exzentrizitätssteuerzahnräder 31 in Eingriff stehende Steuerzahnrad 35, und die Zapfenelemente 36 und die Torsionsfeder 38, die auf jeder Steuerwelle 32 bei den einzelnen Zylindern des Motors angebracht sind.
Die Betätigungseinrichtung 33 ist auf einer der entgegengesetzten Seiten des Zylinderkopfs (nicht gezeigt) des Motorblocks (nicht gezeigt) des Motors vorgesehen. Auf der anderen Seite ist ein Ritzel 43 vorgesehen, in dem die Betätigungseinrichtung 33 an einem Endabschnitt der Nockenwelle 11_EX befestigt ist, wie es in 8 gezeigt ist.
Die Betätigungseinrichtung 33 ist mit einem auslaßventilseitigen Antriebszahnradmechanismus 39A über ein Verbindungselement 33A verbunden. Von der Betätigungeinrichtung 33 wird über den Antriebszahnradmechanismus 39A ein Drehmoment auf die ventilauslaßseitige Steuerwelle 32 übertragen, so daß die einzelnen Exzentrizitätssteuerzahnräder 31, die auf der Nockenwelle 11_EX drehbar gelagert sind, durch die Betätigungseinrichtung 33 in Drehung versetzt werden.
Der auslaßventilseitige Antriebszahnradmechanismus 39A ist dahingegen mit einem einlaßventilseitigen Antriebszahnradme chanismus 39B über einen Zwischenzahnradmechanismus 0 verbunden. Von der Betätigungseinrichtung 33 wird über den auslaßventilseitigen Antriebszahnradmechanismus 39A, den Zwischenzahnradmechanismus 40 und den einlaßventilseitigen Antriebszahnradmechanismus 39B ein Drehmoment übertragen, so daß die einzelnen Exzentrizitätssteuerzahnräder 31, die drehbar auf der Nockenwelle 11_IN gelagert sind, durch die Betätigungseinrichtung 33 bezüglich der Nockenwelle 11 zur Steuerung der Winkelposition des Steuerzahnrads 31 der Steuerscheibe 14 in Drehung versetzt werden.
Wie das Blockdiagramm in 9 zeigt, wird auf der Seite des Auslaßventils (EX in dem gezeigten Blockdiagramm), das durch die Betätigungseinrichtung 33 erzeugte Drehmoment auf die einzelnen Exzentrizitätssteuerzahnräder 31 über den Antriebszahnradmechanismus 39A, die auslaßventilseitige Steuerwelle 32 und einzelnen Steuerzahnräder 35 übertragen. Auf der Einlaßventilseite (IN in dem Blockdiagramm) wird das durch die Betätigungseinrichtung 33 erzeugte Drehmoment über den Antriebszahnradmechanismus 39A, den Zwischenzahnradmechanismus 40, den Antriebszahnradmechanismus 39B, die einlaßventilseitige Steuerwelle 32 und die einzelnen Steuerzahnräder 35 auf die einzelnen Exzentrizitätssteuerzahnräder 31 übertragen.
In 8 ist gezeigt, daß der Zwischenzahnradmechanismus 40 aus einer Mehrzahl von Zahnrädern (Zahnräder 40a, 40b, falls ein gezeigtes Zahnrad 40c in diesem Fall nicht verwendet wird) aufgebaut ist. Diese Zahnräder 40a, 40b kämmen miteinander, um eine Welle 39a des einlaßventilseitigen Antriebszahnradmechanismus 39B in einer Richtung zu drehen, die der einer Welle 39a des auslaßventilseitigen Antriebszahnradmechanismus 39A entgegengesetzt ist, die die gleiche Drehzahl hat, wie die letztgenannte.
8 zeigt, daß jeder Antriebszahnradmechanismus 39A, 39B ein zweigeteiltes Zahnrad 39e, das aus einem festen Zahnrad 39b, einem beweglichen Zahnrad 39d und einem Federelement 39c aufgebaut ist, die jeweils auf der Welle 39a angebracht sind, wobei das festgelegte Zahnrad 39b fest auf der Welle 39a angebracht ist, während das bewegliche Zahnrad 39d drehbar und axial bewegbar auf der Welle 39a gelagert ist und das Federelement 39c zwischen diesen Zahnräder 39b und 39d angeordnet ist, und ein Zahnrad 39f, das an einem Endabschnitt der Steuerwelle 32 befestigt ist. Bei dem zweigeteilten Zahnrad 39e stehen sowohl das feste Zahnrad 39b als auch das bewegbare Zahnrad 39d mit dem Zahnrad 39f so in Eingriff, daß das bewegbare Zahnrad 39d in seiner Drehrichtung unter Einfluß der durch das Federelement 39c ausgeübten Federkraft gedrückt wird, so daß jegliches Spiel in dem Antriebszahnradmechanismus 39a, 39b aufgenommen wird.
Außerdem ist die Anzahl der Zähne beider Zahnräder 39b, 39d, die das zweigeteilte Zahnrad 39e bei den einzelnen Zahnradmechanismen 39A, 39B bilden, die gleiche wie die der Exzentrizitätssteuerzahnräder 31 der Steuerscheibe 14. Die Anzahl der Zähne des Zahnrads 39f ist die gleiche, wie die der Steuerzahnräder 35, so daß die Betätigungseinrichtung 33 des Exzentrizitätssteuerzahnrades 31 eine Winkelposition hat, die der Winkelposition der Welle 54 (8) der Betätigungseinrichtung gleich ist. Wenn es gewünscht ist, die Winkelposition (Drehphase) des exzentrischen Abschnitts 15 der Steuerscheibe 14 einzustellen, wird der Steuermechanismus 30 für die exzentrische Winkelposition verwendet, um die Steuerscheibe 14 in Drehung zu versetzen. Die Ventilhubkennlinien des Ventils 2 hängen von der Drehrichtung der Steuerscheibe 14 ab. Mit anderen Worten hängt das Motorverhalten von der Drehrichtung der Steuerscheibe 14 bei der Einstellung der Winkelposition des exzentrischen Abstands 15 der Steuerscheibe 14 ab.
Wenn bei der Einstellung der Winkelposition des exzentrischen Abschnitts 15 der Steuerscheibe 14 die zweite Mittelachse O2 jedes exzentrischen Abschnitts 15 und des Zwischendrehelements 16 allmählich von einer nach oben versetzten Position, die in 7(a1) gezeigt ist, in einen in 7(b1) gezeigte nach unten versetzte Position nach unten versetzt wird, nähert sich die Ventilhubkennlinie des Ventils 2 der gestrichelten Kurve VL2 (die für niedrige Drehzahlen geeignet ist) von der durchgehenden Kurve VL1 (die für hohe Motordrehzahlen geeignet ist) aus an. Zu diesem Zeitpunkt entfernen sich der Ort oder der Weg der zweiten Mittelachse 2 des exzentrischen Abschnitts 15 in Ansprechung zur Drehrichtung der Steuerscheibe 14 bezüglich der Nockenwelle 11 bei der Einstellung der Winkelposition des exzentrischen Abschnitts 15. Deshalb verändert sich auch die Ventilhubkennlinie ansprechend auf die Drehrichtung der Steuerscheibe 14 bezüglich der Nockenwelle 11 bei der oben beschriebenen Einstellung.
Beispielsweise ändern sich die Ventilhubkennlinien des Ventils 2 so wie es in den 10(a), 10(b), 10(c), 10(d) und 10(e) gezeigt ist, wenn die Steuerscheibe 14 bei der Einstellung der Winkelposition des exzentrischen Abschnitts 15 aus seiner nach unten versetzten Position in seine nach oben versetzte Position bezüglich der Nockenwelle 11 in einer Richtung gedreht wird, die der Richtung der Drehung des Motors sowohl auf der Einlaßseite (IN) als auch auf der Auslaßseite (EX) entgegengesetzt ist. Wie es in diesen Zeichnungen gezeigt ist, verändert sich die Winkelposition des exzentrischen Abschnitts 15 der Steuerscheibe 14 bezüglich der Nockenwelle 11 in Intervallen von 45° auf der X-Achse des Diagramms wie jede der 10(b), 10(c), 10(d) und 10(3) bei der Einstellung der Winkelposition des exzentrischen Abschnitts 15. Bei einer solchen Einstellung sowohl auf der IN-Seite als auch auf der EX-Seite, die in den 10(a), 10(b), 10(c), 10(d) und 10(e) gezeigt ist, wird in einem ersten Schritt der Ventilöffnungszeitpunkt allmählich vorverlegt und dann der Ventilschließzeitpunkt allmählich zurückgenommen, so daß eine Überschneidungszeit des Einlaßventils und des Auslaßventils allmählich vergrößert wird. Zu diesem Zeitpunkt wird der Punkt des Maximalhubs des Ventils 2 in der gleichen Richtung bewegt, wie die Verschiebung sowohl des Zeitpunkts der Ventilöffnung als auch des Zeitpunkts der Ventilschließung, so daß der Bereich, der durch Integration der Ventilhubkurve bezüglich des Kurbelwinkels erreicht wird, allmählich größer wird, wobei die Ventilhubkurve (Weg) gegen die Winkeldrehung der Kurbelwelle aufgetragen ist, wie es in den 10(a), 10(b), 10(c), 10(d) und 10(e) gezeigt ist.
Die oben beschriebene Wirkung dient zur Erhöhung der Ventilüberschneidungszeit und der Verbesserung des Fangrads jedes Motorzylinders. Eine Verschiebung des Punkts des vollen Ventilhubs ist bei der verwandten Technik inhärent, bei der eine Verbindungseinrichtung für nicht-konstante Geschwindigkeit verwendet wird, wie zum Beispiel bei dem variablen Ventilsteuerungsmechanismus der Erfindung.
Der Ventilöffnungszeitpunkt und der Ventilschließzeitpunkt verändern sich in Abhängigkeit einer Richtung, in der der exzentrische Abschnitt 15 der Steuerscheibe 14 bezüglich der Nockenwelle 11 bei der Einstellung der Winkelposition bezüglich der Nockenwelle 11 gedreht wird, wobei die Drehrichtung der Steuerscheibe 14 die gleiche ist wie die des Motors oder dieser entgegengesetzt ist. Das Motorverhalten hängt also von der Drehrichtung der Steuerscheibe 14 bezüglich der Nockenwelle 11 bei der Einstellung der Winkelposition seines exzentrischen Abschnitts 15 ab. In diesem Fall wird abhängig von der Drehrichtung der Steuerscheibe 14 bezüglich der Nockenwelle 11 bei der Einstellung der Winkelposition seines exzen trischen Abschnitts 15 die Ventilöffnungzeit verändert, bevor die Ventilschließzeit verändert wird, oder alternativ die Ventilschließzeit verändert, bevor die Ventilöffnungszeit verändert wird. Nach Durchführung einer solchen Einstellung der Winkelposition des exzentrischen Abschnitts 15 bezüglich der Nockenwelle 11 ist es normal, daß das Ventil 2 die gleiche Ventilhubkennlinie unabhängig von der Drehrichtung der Steuerscheibe 14 bei der Einstellung der Winkelposition ihres exzentrischen Abschnitts bezüglich der Nockenwelle 11 erreicht.
Bei dem erfindungsgemäßen Ventilsteuerungsmechanismus wird daher hinsichtlich der Motorausgangsleistungskennlinie und dergleichen bei einer Veränderung des Betriebszustands des Motors von einer niedrigen Motordrehzahl auf eine höhere Motordrehzahl in einem ersten Schritt die Ventilöffnungzeit so verändert, daß die Überschneidungszeit des Einlaß- und Auslaßventils erhöht wird.
Genauer gesagt wird bei dieser Ausführungsform bei einer Veränderung des Betriebszustand des Motors von einer niedrigen Motordrehzahl auf eine hohe Motordrehzahl das Antriebszahnrad 39e in die durch den Pfeil in den 1(a) und 2 gezeigte Richtung in Drehung versetzt. In diesem Fall wird die auf der Seite des Einlaßventils vorgesehene Steuerscheibe 14 in den 1(a) und 2 in Uhrzeigerrichtung gedreht. Die Steuerscheibe 14 auf der Auslaßventilseite wird dahingegen gegen die Uhrzeigerrichtung gedreht, wie es in den 1(a) und 2 gezeigt ist. Bei dieser Ausführungsform drehen sich also sowohl der Motor (Kurbelwelle) als auch die Nockenwelle 11 gegen die Uhrzeigerrichtung, wie es in den 1(a) und 2 gezeigt ist. Die 1(a) und 2 zeigen den Ventilbetätigungsmechanismus des Motors, von der Seite der Betätigungseinrichtung 33 (8) aus gesehen.
Wie es in 2 gezeigt ist, wird bei dieser Ausführungsform die Steuerscheibe 14 auf der Seite des Einlaßventils entgegen in der Richtung der Steuerscheibe 14 auf der Seite des Auslaßventils gedreht, da das Zwischengetriebe 40 von mehreren Zahnrädern (Zahnrad 40a, Zahnrad 40b) gebildet wird, deren Anzahl bei dieser Ausführungsform gerade ist. Die Steuerscheibe 14 auf der Seite des Einlaßventils wird also durch die Betätigungseinrichtung 33 in Uhrzeigerrichtung über das Antriebszahnrad 39e das auf der Seite des Auslaßventils gegen die Uhrzeigerrichtung gedreht wird, das in Uhrzeigerrichtung gedrehte Zahnrad 40a, das gegen die Uhrzeigerrichtung gedrehte Zahnrad 40b, das in Uhrzeigerrichtung der Einlaßventilseite gedrehte Zahnrad 39e und die gegen die Uhrzeigerrichtung gedrehte Steuerwelle 32 gedreht.
Die Steuerscheibe 14 auf der Seite der Auslaßventilseite wird durch die Betätigungseinrichtung gegen die Uhrzeigerrichtung durch das auf der Seite des Auslaßventils gegen die Uhrzeigerrichtung gedrehte Antriebszahnrad 39e und die in Uhrzeigerrichtung gedrehte Steuerwelle 32 gedreht.
In diesem Fall hat das Ventil 2 die in dem Diagramm von 1(b) gezeigte Ventilhubkennlinie, wobei die horizontale Achse (X-Achse) die Winkelposition des exzentrischen Abschnitts 15 der Steuerscheibe 14 bei der Einstellung der Winkelposition des exzentrischen Abschnitts 15 bezüglich der Nockenwelle 11 darstellt, die vertikale Achse (Y-Achse) die Winkeldrehung der Kurbelwelle (Kurbelwinkel) darstellt, die obere Hälfte des Diagramms oberhalb einer horizontalen Linie TDC (oberer Totpunkt) einen Bereich mit zurückverlegter Drehung der Steuerscheibe 14 abdeckt, und eine untere Hälfte des Diagramms unterhalb der Linie TDC einen Bereich vorverlegter Drehung der Steuerscheibe 14 abdeckt, eine gestrichelte Kurve eine Veränderung der Ventilzeiten des Einlaßventils zeigt, und eine durchgezogene Kurve eine Veränderung der Ventilzeit des Auslaßventils anzeigt. Von mehreren Winkelpositionen des exzentrischen Abschnitts 15 der Steuerscheibe 14 entspricht die Winkelposition 0° auf der X-Achse des Diagramms von 1(b) einem in 7(b1) gezeigten Zustand, in dem die zweite Mittelachse 02 des Zwischendrehelements bezüglich der ersten Mittelachse 01 in der Nockenwelle 11 und des Nockenprofils 12 nach unten versetzt ist, und die Winkelposition 180° auf der X-Achse des Diagramms in 1(b) entspricht einem in Figur 7(a1) gezeigten Zustand, in dem die zweite Mittelachse O2 des Zwischendrehelements 16 bezüglich der ersten Mittelachse O1 der Nockenwelle 11 und des Nockenprofils 12 nach oben versetzt ist.
Die 1(c) und 1(d) sind Diagramme, die den Ventilhubweg gegen die Winkeldrehung der Kurbelwelle (Kurbelwellenwinkel) zeigen, wobei das Diagramm von 1(c) in einem Zustand erhalten wird, in dem die Winkelposition der Steuerscheibe 14 bezüglich der Nockenwelle 11 bereits von einem Punkt von 0° auf einen Punkt von 90° auf der X-Achse des Diagramms von 1b verändert wurde, und das Diagramm von 1(a) in einem Zustand erhalten wird, in dem die Winkelposition der Steuerscheibe 14 bezüglich der Nockenwelle 11 bereits von einem Punkt von 90° auf einen Punkt von 180° verändert wurde.
Wie es obenstehend beschrieben wurde, wird die Steuerscheibe 14 auf der Einlaßventilseite bezüglich der Nockenwelle 11 in einer Richtung gedreht, die der Richtung der Steuerscheibe 14 auf der Seite des Auslaßventils entgegengesetzt ist und außerdem der Richtung der Nockenwelle 11 entgegengesetzt ist. Nachstehend wird anhand der 1(b), 1(c) und 1(d) das Verhalten des Ventils unter solchen Umständen erläutert.
Beim Einstellen der Winkelposition der Steuerscheibe 14 be züglich der Nockenwelle 11 von einem Punkt von 0° (einer vollständig nach unten versetzten Position der zweiten Mittelachse O2) zu einem Punkt von 180° (zu einer voll nach oben versetzten Position der zweiten Mittelachse O2) auf der X-Achse des Diagramms von 1(b) in Abhängigkeit einer Veränderung des Betriebszustands des Motors von einer niedrigen Drehzahl zu einer hohen Drehzahl, wird in einem Zustand, in dem die Steuerscheibe 14 bezüglich der Nockenwelle 11 in der durch den Pfeil in 1(a) gezeigten Richtung dreht, ein Bereich einer solchen Einstellung in zwei Teile geteilt, das heißt in eine linke Hälfte und in eine rechte Hälfte in 1(b), wobei der Teil der linken Hälfte von einem Punkt von 0° bis zu einem Punkt von 90° auf der X-Achse des Diagramms von 1(b) reicht, und der Teil der rechten Hälfte von einem Punkt von 90° zu einem Punkt von 180° auf der X-Achse des gleichen Diagramms reicht. Diese Teile werden nachstehend näher erläutert.
Wie es in 1(b) in dem Teil der linken Hälfte des Diagramms gezeigt ist, wird bei einer allmählichen Veränderung der Winkelposition der Steuerscheibe 14 bezüglich der Nockenwelle 11 von einem Punkt von 0° auf einen Punkt von 90° auf der Einlaßventilseite, der Ventilöffnungszeitpunkt IO allmählich um einen Winkel von ΔθIO vorverlegt und der Ventilschließzeitpunkt IC allmählich um einen Winkel von ΔθIC zurückgenommen, der viel kleiner ist als der Winkel ΔθIO.
In dem gleichen Teil auf der linken Seite des Diagramms wird dahingegen auf der Auslaßventilseite der Ventilschließzeitpunkt EC allmählich um einen Winkel von ΔθEC zurückgenommen und der Ventilöffnungszeitpunkt allmählich um einen Winkel ΔθEO vorverlegt, der viel kleiner ist als der Winkel ΔθEC.
Wie es aus 1(c) zu erkennen ist, wird in dem Teil der linken Hälfte des Diagramms von 1(b) die Ventilöffnungszeit IO des Einlaßventils relativ vorgelegt, während die Ventilschließzeit EC des Auslaßventils zurückgenommen wird, so daß die Überschneidungszeit des Einlaß- und des Auslaßventils vergrößert wird.
Danach wird in dem Teil der rechten Hälfte des Diagramms von 1(b) bei einer allmählichen Veränderung der Winkelposition der Steuerscheibe 14 bezüglich der Nockenwelle 11 von einem Punkt von 90° zu einem Punkt von 180° auf der X-Achse des Diagramms von 1(b) auf der Einlaßventilseite die Ventilöffnungszeit IO allmählich um einen Winkel von ΔθIO' vorverlegt während die Ventilschließzeit IC allmählich um einen Winkel von ΔθIC' zurückgenommen wird, der größer ist als der Winkel ΔθIO' (ΔθIC' > ΔθIO').
In demselben Teil der rechten Hälfte des Diagramms von 1(b) wird dahingegen auf der Auslaßventilseite die Ventilschließzeit EC allmählich um einen Winkel ΔθEC' zurückgenommen während die Ventilöffnungszeit EO allmählich um einen Winkel von ΔθEO' vorverlegt wird, der etwas größer ist als der Winkel ΔθEC'.
Wie es aus 1(d) zu sehen ist, wird daher in dem Teil der rechten Hälfte des Diagramms von 1(b) die Ventilschließzeit IC des Einlaßventils relativ zurückgenommen, während die Ventilöffnungszeit EO des Auslaßventils vorverlegt wird, so daß der Überschneidungszeitabschnitt des Einlaß- und Auslaßventils weiter vergrößert wird.
Wie es obendstehend beschrieben wurde, wird bei einer Veränderung des Betriebszustand des Motors von einer niedrigen Motordrehzahl auf eine hohe Motordrehzahl die Winkelposition der Steuerscheibe 14 bezüglich der Nockenwelle 11 von einem Punkt von 0° (vollkommen nach unten versetzte Position) auf einen Punkt von 180° (vollkommen nach oben versetzte Position auf der X-Achse des Diagramms von 1(b) verändert, so daß die Dauer der Ventilöffnung des Einlaß- und des Auslaßventils erhöht wird. Bei dieser Ausführungsform wird, da die einzelnen Steuerscheiben 14 in die durch die Pfeile in 1(a) und 2 gezeigten Richtungen in Drehung versetzt werden, die Überschneidungsdauer des Einlaß- und des Auslaßventils als erstes erhöht und dann der Ventilschließzeitpunkt des Einlaßventils zurückgenommen und die Ventilöffnungszeit des Auslaßventils vorverlegt.
Durch Einstellung der Winkelposition der Steuerscheibe 14 bezüglich der Nockenwelle 11 auf die oben beschriebene Weise ist es möglich, eine Spitzenwert des Motordrehmoments in einem Bereich mittlerer Drehzahlen zu erhöhen und außerdem die Motordrehmomentkennlinie bei einer Veränderung der Ventilzeitsteuerung zu glätten.
Da der variable Ventilsteuerungsmechanismus der erfindungsgemäßen Ausführungsform den oben beschriebenen Aufbau hat, kann ein mit dem erfindungsgemäßen variablen Ventilsteuerungsmechanismus versehener Verbrennungsmotor seine Ventilöffnungskennlinien durch Einstellung der Winkelposition der Steuerscheibe bezüglich der Nockenwelle 11 mittels des Steuermechanismus 30 für die exzentrische Winkelposition verstellen.
In der ECU 34 (3) wird die optimale Winkelposition der Steuerscheibe 14 bezüglich der Nockenwelle 11 auf der Basis verschiedener aktueller Informationen wie zum Beispiel der Motordrehzahlen, dem Einlaßluftvolumen und dergleichen bestimmt. Dann wird die Betätigungseinrichtung 33 durch die ECU für eine Drehung der Steuerscheibe 14 aktiviert, um ihre Winkelposition bezüglich der Nockenwelle 11 von ihrer aktuel len (derzeitigen) Winkelposition auf ihre auf diese Weise durch die ECU 34 bestimmte optimale Winkelposition zu verändern, wobei die aktuelle Winkelposition der Steuerscheibe 14 bezüglich der Nockenwelle 11 mittels eines Erfassungssignal erfaßt wird, das von einem Winkelpositionssensor (nicht gezeigt) abgegeben wird.
Unter Steuerung der ECU 34 wird die Betätigungseinrichtung 33 für die Drehung des exzentrischen Abschnitts 15 der Steuerscheibe 14 bezüglich der Nockenwelle 11 aktiviert, um seine Winkelposition bezüglich der Nockenwelle 11 einzustellen, so daß die zweite Mittelachse O2 des Zwischendrehelements 16 allmählich bezüglich der Nockenwelle 11 versetzt wird, wodurch beispielsweise sich die Kurve der Ventilöffnungskennlinie immer mehr der durchgezogenen Kurve VL1 in 7(c) annähert, je mehr die aktuelle Motordrehzahl und die Last ansteigt, damit die Ventilöffnungsdauer erhöht wird. Je mehr jedoch dahingegen die aktuelle Motordrehzahl und Last abnimmt, desto mehr nähert sich die Kurve der Ventilöffnungskennlinie der gestrichelten Kurve VL2 von 7(c) an, um die Ventilöffnungsdauer zu verringern.
Wie es obenstehend beschrieben wurde, kann der erfindungsgemäße variable Ventilsteuerungsmechanismus den optimalen Ventilbetrieb in Abhängigkeit des Betriebszustands des Motors durch Einstellung der Winkelposition der Steuerscheibe 14 bezüglich der Nockenwelle 11 durchführen. Insbesondere wegen der fortlaufenden Einstellung der Ventilhubkennlinie ist es immer möglich, das Motorventil 2 in seinem optimalen Modus zu betreiben.
Wenn in diesem Fall sich der Betriebszustand des Motors von einem Niedrigdrehzahlzustand auf einem Hochdrehzahlzustand verändert, wird in einem ersten Schritt die Ventilöffnungs dauer verändert, um die Überschneidungsdauer des Einlaß- und des Auslaßventils zu erhöhen. Hierzu wird bei der erfindungsgemäßen Ausführungsform die Steuerscheibe 14 auf der Einlaßventilseite bezüglich der Nockenwelle 11 in Uhrzeigerrichtung gedreht, während die Steuerscheibe 14 auf der Auslaßventilseite bezüglich der Nockenwelle 11 gegen die Uhrzeigerrichtung gedreht wird, wie es in 1(a) zu sehen ist.
Wenn die Winkelposition der Steuerscheibe 14 bezüglich der Nockenwelle 11 von einem Punkt von 0° auf einen Punkt von 90° auf der X-Achse des Diagramms von 1(b) verändert wurde, ist die Ventilöffnungszeit IO des Einlaßventils relativ vorverlegt, während die Ventilschließzeit EC des Auslaßventils zurückgenommen ist, so daß die Überschneidungsdauer des Einlaß- und des Auslaßventils erhöht wird, wie es in 1(b) zu erkennen ist. Wie es oben beschrieben wurde, wird bei dem erfindungsgemäßen variablen Ventilsteuerungsmechanismus bei der Veränderung des Betriebszustands des Motors von einer niedrigen Motordrehzahl auf eine hohe Motordrehzahl die Winkelposition der Steuerscheibe 14 bezüglich der Nockenwelle 11 von einem Punkt von 0° (vollkommene nach unten versetzte Position) auf einen Punkt von 180° (vollkommen nach oben versetzte Winkelposition) auf der x-Achse des Diagramms von 1(b) verändert, so daß als erster Schritt die Überschneidungsdauer des Einlaß- und Auslaßventils erhöht wird und dann die Ventilschließzeit des Einlaßventils zurückgenommen wird, während die Ventilöffnungszeit des Auslaßventils vorverlegt wird.
Durch Einstellung der Winkelposition der Steuerscheibe 14 bezüglich der Nockenwelle 11 auf die oben beschriebene Weise ist es möglich, den Spitzenwert des Motordrehmoments in einem Bereich mittlerer Drehzahl zu erhöhen und außerdem die Motordrehmomentkennlinie bei der Einstellung der Ventilzeiten des Motors zu glätten. In andere Worten wird bei einer Veränderung des Betriebszustands des Motors von einer niedrigen Motordrehzahl auf eine hohe Motordrehzahl die Überschneidungsdauer des Einlaßventils und des Auslaßventils erhöht, wodurch im wesentlichen alle abgestuften Abschnitte der Kurve der Motordrehmomentkennlinie beseitigt werden, damit der Motor eine gleichmäßige Beschleunigung seiner Motordrehzahl durchführen kann.
Nun wird eine erste Modifikation der Ausführungsform der Erfindung beschrieben. Wie es in den 11(a) und 12 gezeigt ist, wird bei dem Zwischenradzahnradmechanismus 40 eine ungerade Anzahl von Zahnrädern, das heißt drei Zahnräder verwendet. Die Zahnräder 40a, 40b und 40c bilden den Zwischenzahnradmechanismus 40, so daß die Steuerscheibe 14 auf der Einlaßventilseite in die gleiche Richtung gedreht wird, wie die Steuerscheibe 14 auf der Auslaßventilseite beim Einstellen der Winkelposition der Steuerscheibe 14 bezüglich der Nockenwelle 11. In diesem Fall werden bei einer Veränderung des Betriebszustands des Motors von einer niedrigen Motordrehzahl auf eine hohe Motordrehzahl die Steuerscheiben 14 sowohl auf der Einlaßventilseite als auch auf der Auslaßventilseite bezüglich der Nockenwelle 11 in Uhrzeigerrichtung angetrieben, wie es in 11(a) gezeigt ist. Zu diesem Zeitpunkt drehen sich der Motor (Kurbelwelle) und die Nockenwelle 11 gegen die Uhrzeigerrichtung, wie es in 11(a) gezeigt ist.
Wenn die Steuerscheiben 14 sowohl auf der Einlaßventilseite als auch auf der Auslaßventilseite bezüglich der Nockenwelle 11 in die gleiche Richtung gedreht werden, werden auf der Einlaßventilseite und auf der Auslaßventilseite die gleichen Kurven der Ventilhubkennlinien (die bestimmen, ob der Ventilöffnungszeitpunkt vor oder nach Veränderung des Ventilschließzeitpunkts verändert wird) erreicht, wobei die Kurven der Ventilhubkennlinien in 11(c) und 11(d) so aufgetragen sind, daß sie Veränderung der Ventilöffnungszeit und der Ventilschließzeit des Einlaßventils und des Auslaßventils auf der X-Achse jedes der Diagramme von 11(c) und 11(d) zeigen.
Auch wenn die Drehrichtung bei der Steuerscheibe 14 wie oben beschrieben ausgelegt ist, wird in einem ersten Schritt die Überschneidungsdauer des Einlaßventils und des Auslaßventils durch Veränderung der Ventilöffnungsdauer des Einlaßventils und des Auslaßventils bei der Veränderung des Betriebszustand des Motors von einer niedrigen Motordrehzahl auf eine hohe Motordrehzahl erhöht.
Die oben beschriebene Veränderung der Ventilzeitsteuerung wird nachstehend anhand der 11(b) und 11(d) beschrieben.
Da bei dieser Modifikation die Betätigungseinrichtung 33 in einer Richtung dreht, die der Drehrichtung der bei der Ausführungsform von 3 verwendeten Betätigungseinrichtung 33 entgegengesetzt ist, wird eine anfängliche Winkelposition der Steuerscheibe 14 bezüglich der Nockenwelle 11 an einem Punkt von 360° auf der X-Achse des Diagramms von 11(b) festgelegt und dann allmählich aufgrund ihrer entgegengesetzten Richtung auf einen Punkt von 270° auf der X-Achse des Diagramms von 11(b) verändert. Die Ventilöffnungszeiten IO des Einlaßventils wird allmählich um einen Winkel von ΔθIO vorverlegt. Zu diesem Zeitpunkt wird die Ventilschließzeit IC des Einlaßventils allmählich um einen Winkel von ΔθIC zurückgenommen, der viel kleiner ist als der Winkel ΔθIO (ΔθIC < ΔθIO).
Bei dem Auslaßventil wird dahingegen die Ventilöffnungszeit EO allmählich um einen Winkel ΔθEO vorverlegt, während seine Ventilschließzeit EC allmählich um einen Winkel ΔθEC zurückgenommen wird, der viel geringer ist als der Winkel ΔθEO.
Wie es in 11(c) gezeigt ist, wird daher in dem Bereich zwischen einem Punkt von 360° und einem Punkt von 270° auf der X-Achse des Diagramms von 11(b) sowohl die Ventilöffnungszeit IO des Einlaßventils als auch die Ventilöffnungszeit EO des Auslaßventils vorverlegt, so daß eine Überschneidungsdauer des Einlaß- und des Auslaßventils um den Vorverlegungswinkel der Ventilöffnungszeit IO des Einlaßventils erhöht wird.
Wenn danach die Steuerscheibe 14 allmählich ihre Winkelposition bezüglich der Nockenwelle 11 von einem Punkt von 270° auf einen Punkt von 180° aufgrund ihrer umgekehrten Drehung auf der x-Achse des Diagramms von 11(b) verändert wird, wird die Ventilöffnungszeit IO des Einlaßventils allmählich um einen Winkel von ΔθIO' vorverlegt. Zu diesem Zeitpunkt wird die Ventilschließzeit IC des Einlaßventils allmählich um einen Winkel ΔθIC' zurückgenommen, der viel größer ist als der Winkel ΔθIO' (ΔθIC' > ΔθIO').
Beim Auslaßventil wird dahingegen die Ventilschließzeit EC allmählich um einen Winkel von ΔθEC' zurückgenommen, während seine Ventilöffnungszeit EO allmählich um einen Winkel von ΔθEO' vorverlegt wird, der viel geringer ist als der Winkel ΔθEC' (ΔθEC' > ΔθEO').
In einem Bereich zwischen einem Punkt von 270° und einem Punkt von 180° auf der X-Achse des Diagramms von 11(b) werden daher, wie es in 11(d) gezeigt ist, sowohl die Ventilschließzeit IC des Einlaßventils als auch die Ventilschließzeit EC des Auslaßventils zurückgenommen, so daß die Überschneidungsdauer des Einlaß- und des Auslaßventils um den Zurücknahmewinkel der Ventilschließzeit EC des Auslaßventils erhöht wird.
Wenn wie es obenstehend beschrieben wurde bei der ersten Modifikation bei einer Veränderung des Betriebszustands des Motors von seiner niedrigen Motordrehzahl auf seine hohe Motordrehzahl die Winkelposition der Steuerscheibe 14 bezüglich der Nockenwelle 11 von einem Punkt von 360° auf einen Punkt von 180° auf der X-Achse des Diagramms von 11(b) verändert wurde, wird in einem ersten Schritt die Ventilöffnungszeit sowohl des Einlaß- als auch des Auslaßventils vorverlegt und dann die Ventilschließzeit des Einlaß- und des Auslaßventils zurückgenommen.
Folglich wird als erster Schritt die Überschneidungsdauer des Einlaß- und des Auslaßventils um den Vorverlegungswinkel der Ventilöffnungszeit des Einlaßventils erhöht und außerdem um den Zurücknahmewinkel der Ventilschließzeit des Auslaßventils erhöht, wie es aus den Diagrammen in 11(c) und 11(d) zu erkennen ist.
Folglich können bei der ersten Modifikation durch die Festlegung der Drehrichtung der Steuerscheibe 14 bezüglich der Nockenwelle 11 bei der Einstellung ihrer Winkelposition bezüglich der Nockenwelle 11 die gleichen Wirkungen erreicht werden, die bei der Ausführungsform der Erfindung erreicht werden. Mit anderen Worten werden bei einer Veränderung des Betriebszustands des Motors von seiner niedrigen Motordrehzahl auf seine hohe Motordrehzahl in einem ersten Schritt die Überschneidungsdauer des Einlaß- und des Auslaßventils erhöht, so daß ein Spitzenwert des Motordrehmoments in einem Bereich mit mittlerer Motordrehzahl erhöht wird, wodurch die Kurve des Motordrehmoments beim Einstellen des Ventilzeitpunkt geglättet wird.
Außerdem wird bei einer Veränderung des Betriebszustands des Motors von einer niedrigen Motordrehzahl auf eine hohe Motordrehzahl in einem ersten Schritt die Überschneidungsdauer des Einlaß- und des Auslaßventils erhöht, so daß im wesentlichen alle abgestuften Abschnitte der Motordrehmomentkurve beseitigt werden, wodurch eine gleichmäßige Beschleunigung der Motordrehzahl verwirklicht wird.
Nachstehend wird eine zweite Modifikation der Ausführungsform beschrieben.
Wenn bei dieser zweiten Modifikation der Betriebszustand des Motors von einer niedrigen Motordrehzahl auf eine hohe Motordrehzahl verändert wird, wird die Steuerscheibe 14 entgegen der Uhrzeigerrichtung bezüglich der Nockenwelle 11 für eine Einstellung der Winkelposition der Steuerscheibe 14 bezüglich der Nockenwelle 11 sowohl einlaßventilseitig als auch auslaßventilseitig gegen die Uhrzeigerrichtung gedreht, wobei die Drehrichtung der Steuerscheibe 14 bezüglich der Nockenwelle 11 der Drehrichtung der Steuerscheibe 14 entgegengesetzt ist, die bei der ersten Modifikation verwendet wird.
Wie es in 13(a) gezeigt ist, ist bei dieser zweiten Modifikation der Zwischenzahnradmechanismus 40 aus mehreren Zahnrädern (3 Zahnräder 40a, 40b und 40c) aufgebaut, deren Anzahl ungerade ist, so daß sowohl die einlaßventilseitige als auch die auslaßventilseitige Steuerscheibe 14 bezüglich der entsprechenden Nockenwellen 11 in der gleichen Richtung gedreht werden, das heißt entgegen der Uhrzeigerrichtung, wie es durch die Pfeile in 13(a) gezeigt ist.
Außerdem ist bei dieser zweiten Modifikation die Drehrichtung jeder dieser Steuerscheiben 14 bezüglich der entsprechenden Nockenwelle 11 sowohl einlaßseitig als auch auslaßseitig der Drehrichtung des Motors und der Nockenwelle 11 entgegengesetzt.
Folglich werden bei der zweiten Modifikation die gleichen Ventilhubkennlinien wie bei der anhand der 10(a) bis 10(e) beschriebenen erhalten. Wenn der Betriebszustand des Motors von einer niedrigen Motordrehzahl auf eine hohe Motordrehzahl verändert wird, werden sowohl die Steuerscheibe 14 auf der Einlaßseite als auch die Steuerscheibe 14 auf der Auslaßseite bezüglich der entsprechenden Nockenwelle 11 in der Richtung angetrieben, die durch die zwei Pfeile in 13(a) angedeutet ist, so daß in einem ersten Schritt sowohl die Ventilschließzeit des Einlaßventils als auch des Auslaßventils zurückgenommen wird, und dann sowohl die Ventilöffnungszeit des Einlaßventils als auch die Ventilöffnungszeit des Auslaßventils vorverlegt wird.
In anderen Worten heißt dies, daß, wenn die Steuerscheibe 14 ihre Winkelposition bezüglich der Nockenwelle 11 von einem Punkt von 0° auf einen Punkt von 90° auf der X-Achse des Diagramms von 13(b) verändert hat, die Ventilschließzeit IC des Einlaßventils um einen Winkel ΔθIC zurückgenommen wird, während die Ventilöffnungszeit IO um einen Winkel von ΔθIO vorverlegt wird, der viel kleiner ist als der Winkel ΔθIC, wie es in 13(c) zu erkennen ist.
Dahingegen wird zu diesem Zeitpunkt bei dem Auslaßventil die Ventilschließzeit EC um einen Winkel ΔθEC zurückgenommen, während die Ventilöffnungszeit EO um einen Winkel von ΔθEO vorverlegt wird, der viel kleiner ist als der Winkel ΔθEC.
Wie es in 13(c) zu erkennen ist, wird daher in einem Bereich zwischen einem Punkt von 0° bis zu einem Punkt von 90° auf der X-Achse des Diagramms in 13(b) die Ventil schließzeit IC des Einlaßventils und die Ventilschließzeit EC des Auslaßventils relativ zurückgenommen, so daß die Überschneidungsdauer des Einlaß- und des Auslaßventils um den Zurücknahmewinkel der Ventilschließzeit des Auslaßventils auf der X-Achse des Diagramms von 13(b) erhöht wird.
Wenn danach die Winkelposition der Steuerscheibe 14 bezüglich der Nockenwelle 11 von einem Punkt von 90° auf einen Punkt von 180° auf der X-Achse des Diagramms von 13(b) verändert wird, wird bei dem Einlaßventil seine Öffnungszeit IO um einen Winkel ΔθIO' vorverlegt, während seine Ventilschließzeit IC um einen Winkel ΔθIC' zurückgenommen wird, der geringer ist, als der Winkel ΔθIO' (ΔθIO' > ΔθIC').
Gleichzeitig wird bei dem Auslaßventil seine Ventilschließzeit EC um einen Winkel ΔθEC' zurückgenommen, während seine Ventilöffnungszeit EO um einen Winkel ΔθEO' vorverlegt wird, der größer ist als der Winkel ΔθEC' (ΔθEO' > ΔθEC').
Wie es in 13(d) zu erkennen ist, wird folglich in einem Bereich zwischen einem Punkt von 90° und einem Punkt von 180° auf der X-Achse des Diagramms von 13(b) die Ventilöffnungszeit IO des Einlaßventils und die Ventilöffnungszeit EO des Auslaßventils relativ vorverlegt.
Die Überschneidungsdauer des Einlaß- und des Auslaßventils wird zuerst um den Zurücknahmewinkel des Ventilschließzeitpunkts EC des Auslaßventils in dem Diagramm in 13(c) erhöht und dann weiter um den Vorverlegungswinkel der Ventilöffnungszeit IO des Einlaßventils in dem in 13(d) gezeigten Diagramm erhöht.
Folglich werden mit dieser zweiten Modifikation dieselben Wirkungen erreicht wie die mit der ersten Modifikation. Mit anderen Worten kann bei einer Änderung des Betriebszustands des Motors von einer niedrigen Motordrehzahl auf eine hohe Motordrehzahl aufgrund der zuerst erfolgenden Erhöhungen der Überschneidungsdauer des Einlaß- und des Auslaßventils ein Spitzenwert des Motordrehmoments in einem Bereich mittlerer Drehzahlen erhöht werden und es kann außerdem die Drehmomentkurve bei der Veränderung der Ventilsteuerzeiten des Motors geglättet werden.
Außerdem können bei einer Veränderung des Betriebszustands des Motors von einer niedrigen Motordrehzahl auf eine hohe Motordrehzahl alle abgestuften Abschnitte der Drehmomentkurve beseitigt werden, so daß eine gleichmäßige Beschleunigung der Drehzahl bei einem Motor verwirklicht wird, der mit dem erfindungsgemäßen variablen Ventilsteuerungsmechanismus versehen ist.
Der erfindungsgemäße variable Ventilsteuerungsmechanismus ist nicht auf die Verwendung der oben beschriebenen Ausführungsformen und ihre Modifikationen beschränkt. Die Erfindung kann beispielsweise bei einem Ventilbetätigungsmechanismus verwendet werden, der eine herkömmliche Verbindungseinrichtung für nicht-konstante Geschwindigkeit benützt. Außerdem ist die Art und Weise, in der der exzentrische Abschnitt 15 der Steuerscheibe 14 auf der Seite des Einlaßventils und des Auslaßventils in seiner Winkelposition bezüglich der Nockenwelle 11 eingestellt wird, nicht auf die oben beschriebene erfindungsgemäße Ausführungsform und ihre Modifikationen beschränkt. Der erfindungsgemäße variable Ventilsteuerungsmechanismus ist nicht unbedingt auf der Einlaßventilseite und der Auslaßventilseite vorzusehen. Mit andern Worten kann es ausreichend sein, den erfindungsgemäßen variablen Ventilsteuerungsmechanismus wenigstens auf der Einlaßventilseite oder der Auslaßventilseite vorzusehen, vorausgesetzt, daß die Überschnei dungsdauer des Einlaß- und des Auslaßventils bei einer Veränderung des Betriebszustands des Motors von seiner niedrigen Motordrehzahl auf seine hohe Motordrehzahl zuerst erhöht wird.

Claims

Verfahren für den Betrieb eines auf der Seite des Einlassventils (2) und/oder auf der Seite des Auslassventils (2) eines Verbrennungsmotors vorgesehenen variablen Ventilsteuerungsmechanismus, der – eine Nockenwelle (11), auf die ein Drehmoment über eine Kurbelwelle des Verbrennungsmotors übertragen wird, – ein drehbar auf der Nockenwelle (11) angebrachtes Nockenprofil (12), das mit einem Nockenabschnitt (6) für einen Antrieb des Einlassventils (2) und/oder des Auslassventils (2) des Verbrennungsmotors versehen ist, und – einen Steuermechanismus (51) für eine Veränderung der Ventilöffnungsdauer des Ventils (2) durch Veränderung der Winkelposition des Nockenprofils (12) bezüglich der Nockenwelle (11) in Abhängigkeit des Betriebszustands des Verbrennungsmotors umfasst, der zwischen der Nockenwelle (11) und dem Nockenprofil (12) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren so durchgeführt wird, dass bei einer Veränderung des Betriebszustands des Verbrennungsmotors von einer niedrigen auf eine hohe Motordrehzahl – in einem ersten Schritt die Ventilöffnungszeit des Einlassventils (2) vorverlegt und dann in einem zweiten Schritt die Ventilschließzeit des Einlassventils (2) zurückgenommen wird, und/oder – in einem ersten Schritt die Ventilschließzeit des Auslassventils (2) zurückgenommen und dann in einem zweiten Schritt die Ventilöffnungszeit des Auslassventils (2) vorverlegt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der variable Ventilsteuerungsmechanismus auf der Seite des Einlassventils (2) und auf der Seite des Auslassventils (2) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass – bei einer Veränderung des Betriebszustands des Verbrennungsmotors von einer niedrigen Motordrehzahl auf eine hohen Motordrehzahl, – in einem ersten Schritt die Ventilöffnungszeit des Einlassventils (2) vorverlegt wird, während die Ventilschließzeit des Auslassventils (2) zurückgenommen wird, und – dann in einem zweiten Schritt die Ventilschließzeit des Einlassventils (2) zurückgenommen wird, während die Ventilöffnungszeit des Auslassventils (2) vorverlegt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der variable Ventilsteuerungsmechanismus auf der Seite des Einlassventils (2) eines Verbrennungsmotors vorgesehen ist, und der Steuermechanismus (51) umfasst – eine Steuerscheibe (14), die mit einem exzentrischen Abschnitt (15) versehen ist, dessen Achse parallel zur Achse der Nockenwelle (11) verläuft, – ein Zwischendrehelement (16), das auf dem exzentrischen Abschnitt (15) gelagert ist, – ein erstes Verbindungselement (17) für eine drehfeste Verbindung der Nockenwelle (11) mit dem Zwischendrehelement (16), – ein zweites Verbindungselement (18) für eine drehfeste Verbindung des Zwischendrehelements (16) mit dem Nockenprofil (12), – ein Steuerelement (32), das mit der Steuerscheibe (14) in Eingriff steht, und – eine Betätigungseinrichtung (33) für einen Antrieb des Steuerelements (32) in Abhängigkeit des Betriebszustands des Verbrennungsmotors zur kontinuierlichen oder schrittweisen Verlegung der Mitteldrehachse des Nockenprofils (12) zwischen einer ersten vorherbestimmten Position für niedrige Motordrehzahlen und einer zweiten vorherbestimmten Position für hohe Motordrehzahlen.