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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Ventilmechanismus einer Brennkraftmaschine
mit einem ersten Nocken und einem zweiten Nocken, die so geformt
sind, daß die
Brennkraftmaschine ein niedrigeres bzw. höheres Ausgangselement erzeugen
kann, und einer Nockenumschalteinrichtung zur Umschaltung zwischen
dem ersten und dem zweiten Nocken sowie einer Phasenänderungseinrichtung
zum Ändern
der Phase zumindest entweder des ersten oder zweiten Nockens.
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Ein
derartiger Ventilmechanismus ist aus
JP-A-64-3208 bekannt.
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Die
JP 63-167016 A beschreibt
einen Ventilmechanismus der voranstehend genannten Art, bei welchem
für jedes
Einlaßventil
(oder Auslaßventil) zwei
Nocken verwendet werden. Die beiden Nocken weisen unterschiedliche
Nockenprofile auf und sie werden automatisch geschaltet, um den
Ventilsteuerzeitpunkt entsprechend dem Motorzustand zu ändern. Bekanntlicherweise
ist es zur Verbesserung der Verbrennung in einem gesamten Betriebsbereich
des Motorzustands vorzuziehen, den Ventilsteuerzeitpunkt entsprechend
dem Motorzustand zu variieren.
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Einer
der beiden Nocken (der nachstehend als ein Nocken für niedrige
Drehzahl bezeichnet wird) ist so geformt, das er zuläßt, daß der Motor
ein höheres
Drehmoment bei verhältnismäßig niedriger
Drehzahl erzeugt, wogegen der andere Nocken (der nachstehend als
der Nocken für
höhere
Drehzahl bezeichnet wird) so geformt ist, daß der Motor ein höheres Drehmoment
bei verhältnismäßig hoher
Drehzahl erzeugen kann.
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Zusätzlich zu
diesen beiden Nocken schlägt die
Veröffentlichung
JP 63-167016 A die
Verwendung eines weiteren Nockens vor (der nachstehend als ein Nocken
für geringen
Brennstoffverbrauch bezeichnet wird), der so geformt ist, daß der Motor
eine merkliche Brennstoffeinsparung in einem Teillastbereich zeigen
kann.
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Bei
dem in der Veröffentlichung
JP 63-167016 A beschriebenen
Ventilmechanismus wird eine Maßnahme
eingesetzt, gemäß welcher
die Nockenschaltung auf solche Weise ausgeführt wird, daß kein deutlicher
Unterschied der Ausgangsleistung des Motors vor und nach dem Schalten
des Nockens hervorgerufen wird. Dies bedeutet, daß bei dem
beschriebenen Mechanismus das Schalten des Nockens durch Auswahl
einer bestimmten Motordrehzahl durchgeführt wird, bei welcher derselbe Drosselventilöffnungsgrad
dieselben Ausgangsleistungen des Motors vor und nach dem Schalten
des Nockens erzeugt.
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Allerdings
weist aufgrund seiner Konstruktion der Ventilmechanismus der Veröffentlichung
JP 63-167016 A eine
Schwierigkeit in der Hinsicht auf, da nämlich das von dem auf dem Brennstoffverbrauch
basierenden Nocken zur Verfügung
gestellte Drehmoment im Vergleich zu dem verhältnismäßig gering ist, welches von
dem Nocken niedrige (oder hohe) Drehzahl zur Verfügung gestellt
wird, daß die Nockenumschaltung
zwischen den Nocken einen erheblichen Unterschied des Motordrehmoments
vor und nach dem Umschalten des Nockens hervorruft, selbst bei derselben
Drosselventilöffnung.
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Wie
voranstehend erwähnt,
wird im Falle der Umschaltung zwischen dem Nocken niedrige Drehzahl
und dem Nocken für
höhere
Drehzahl die Motordrehzahl, bei welcher derselbe Drosselventilöffnungsgrad
dieselben Ausgangsdrehmomente des Motors erzeugt, als ein Index
für die
Umschaltung verwendet.
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Allerdings
wird im Falle der Umschaltung zwischen dem Nocken für geringen
Brennstoffverbrauch und dem Nocken für niedrige (oder hohe) Drehzahl
eine starke Drehmomentdifferenz bei der Nockenumschaltung erzeugt.
Dies bedeutet, daß bei Verwendung
des Nockens für
geringen Brennstoffverbrauch die Anhebung des Einlaßventils
gering ist, und das Schließen
des die Drosselöffnung
zu einer Vergrößerung veranlaßt wird,
um ein erforderliches Ausgangsdrehmoment zu erhalten. Zwar verringert diese
Tatsache einen Pumpverlust und verbessert daher die Brennstoffspareigenschaften
des Motors, jedoch neigt die Nockenschaltung von dem Nocken für geringen
Brennstoffverbrauch auf den Nocken für niedrige (oder hohe) Drehzahl,
wenn der Drosselöffnungsgrad
unverändert
gelassen wird, zu einer Erzeugung eines merklichen Schaltstoßes. Tatsächlich wird
beim Schalten auf den Nocken für
niedrige (oder hohe) Drehzahl das Motordrehmoment plötzlich vergrößert. Im
Falle der Umschaltung von dem Nocken auf der Grundlage niedriger
(oder hoher) Drehzahl auf den Nocken auf der Grundlage des Brennstoffverbrauchs
wird das Motordrehmoment plötzlich
verringert. Diese plötzliche
Erhöhung
bzw. Verringerung des Drehmoments ruft den merklichen Schaltstoß hervor.
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Die
Nockenschaltung wird nach dem Willen des Fahrers durchgeführt, nämlich durch
Herunterdrücken
des Gaspedals. Wenn daher bei einem Motorbetrieb unter Verwendung
des Nockens für
geringen Brennstoffverbrauch das Gaspedal weiter niedergedrückt wird,
um ein Ausgangsdrehmoment zu erhalten über das Drehmoment hinaus,
welches tatsächlich
von dem Nocken für
geringen Brennstoffverbrauch zur Verfügung gestellt wird, so wird
einer der beiden Nocken für
niedrige und höhere
Drehzahl für die
Nockenumschaltung ausgewählt,
unter Berücksichtigung
der momentanen Motordrehzahl. Daher wird aus dem voranstehend angegebenen
Grund unvermeidlicherweise ein deutlicher Stoß bei der Nockenumschaltung
erzeugt.
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Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt in der Bereitstellung eines
Ventilmechanismus für eine
Brennkraftmaschine, bei dem der ungewünschte Stoß beim Nockenschalten eliminiert
oder zumindest minimalisiert werden kann.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen
Ventilmechanismus mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 1, gelöst.
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Bevorzugte
Ausführungsformen
sind Gegenstand mehrerer Unteransprüche.
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Die
Erfindung wird nachstehend anhand zeichnerisch dargestellter Ausführungsbeispiele
näher erläutert, aus
welchen weitere Vorteile und Merkmale hervorgehen.
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Es
zeigt:
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1 eine
schematische Ansicht der vorliegenden Erfindung;
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2 eine
schematische Ansicht einer Abänderung
der vorliegenden Erfindung;
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3 eine
Aufsicht auf einen Nockenschaltmechanismus, bei welchem die vorliegende
Erfindung in der Praxis eingesetzt wird, wobei die Ansicht von der
Richtung der Linie III-III von 4 aus erfolgt;
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4 eine
Schnittansicht entlang der Linie IV-IV von 3;
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5 einen
Graphen mit einer Darstellung der Hebeeigenschaften unterschiedlicher
Nocken;
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6 einen
Graphen mit einer Darstellung der Ausgangseigenschaften bei vollständig geöffneter
Drosselklappe, die von den Nocken hervorgerufen werden, und die
Reihenfolge, in welcher die Nocken geschaltet werden;
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7 ein
Blockschaltbild eines bei der Erfindung verwendeten Steuersystems;
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8 eine
Schnittansicht eines Nockenphasen-Steuermechanismus, der bei der
Erfindung verwendet wird;
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9 ein
Flußdiagramm
einer Ausführungsform,
welches programmierte Betriebsschritte zur Erreichung ei ner Nockenumschaltung
von einem Nocken für
niedrigeres Ausgangsdrehmoment auf einen Nocken für höheres Ausgangsdrehmoment
zeigt;
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10 ein
Flußdiagramm
dieser Ausführungsform,
welches programmierte Betriebsschritte zur Erzielung einer Nockenumschaltung
von dem Nocken für
höheres
Ausgangsdrehmoment zu dem Nocken für niedrigeres Ausgangsdrehmoment
zeigt;
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11 ein
Flußdiagramm
einer weiteren Ausführungsform,
welches programmierte Betriebsschritte zur Erzielung einer Nockenumschaltung
von dem Nocken für
niedrigeres Ausgangsdrehmoment zu dem Nocken für höheres Ausgangsdrehmoment zeigt;
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12 ein
Flußdiagramm
dieser weiteren Ausführungsform,
welches programmierte Betriebsschritte zur Erzielung einer Nockenumschaltung
von dem Nocken für
höheres
Ausgangsdrehmoment zu dem Nocken für niedrigeres Ausgangsdrehmoment zeigt;
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13 einen
Graphen mit einer Darstellung der Hubkurven unterschiedlicher Nocken,
die bei der weiteren Ausführungsform
verwendet werden;
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14 einen
Graphen, welcher die Ausgangseigenschaften bei voller Drosselklappenöffnung zeigt,
die von den Nocken erzeugt werden, die bei der weiteren Ausführungsform
verwendet werden, sowie die Reihenfolge, in welcher die Nocken geschaltet
werden;
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15 ein
Flußdiagramm
noch einer weiteren Ausführungsform,
welches programmierte Betriebsschritte zur Erzielung einer Nockenumschaltung
von einem Nocken für
niedrigeres Ausgangsdrehmoment zu einem Nocken für höheres Ausgangsdrehmoment zeigt;
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16 ein
Flußdiagramm
dieser weiteren Ausführungsform,
welches programmierte Betriebsschritte zur Erzielung einer Nockenumschaltung
von einem Nocken für
höheres
Ausgangsdrehmoment zu einem Nocken für niedrigeres Ausgangsdrehmoment zeigt;
und
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17 einen
Graphen, der die Ausgangseigenschaften bei voller Drosselklappenöffnung zeigt, die
durch unterschiedliche Nocken hervorgerufen werden, die bei dieser
weiteren Ausführungsform verwendet
werden, und die Reihenfolge, in welcher die Nocken geschaltet werden.
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In
den
3 und
4 ist ein Nockenschaltmechanismus
gezeigt, bei welchem die vorliegende Erfindung in der Praxis eingesetzt
wird. Die Einzelheiten dieses Nockenschaltmechanismus sind in der
japanischen offengelegten Patentanmeldung
4-17 706 beschrieben.
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Wie
aus 4 hervorgeht, ist durch die Bezugsziffer 21 ein
erster Nocken oder ein Nocken für geringen
Brennstoffverbrauch bezeichnet, der ein Nockenprofil aufweist, das
so geformt ist, daß ein
zugehöriger
Motor einen geringen Brennstoffverbrauch zeigen kann. Dies bedeutet,
daß die
Nockenanhebung verhältnismäßig klein
ist, und daß der
Nockenanhebungszeitraum verhältnismäßig kurz
ist.
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Mit
der Bezugsziffer 22 ist ein zweiter Nocken oder ein Nocken
für eine
niedrigere Drehzahl bezeichnet, der ein Nockenprofil aufweist, das
so geformt ist, daß der
Motor ein höheres
Drehmoment bei einer verhältnismäßig niedrigeren
Motordrehzahl erzeugen kann. Dies bedeutet, daß bei diesem zweiten Nocken 22 die
Nockenanhebung größer ist
als die des voranstehend erwähnten
ersten Nockens 21.
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Mit
der Bezugsziffer 23 ist ein dritter Nocken oder ein Nocken
für eine
höhere
Drehzahl bezeichnet, der ein Nockenprofil aufweist, das so geformt
ist, daß der
Motor ein höheres
Drehmoment bei einer verhältnismäßig hohen
Motordrehzahl erzeugen kann. Dies bedeutet, daß bei dem dritten Nocken 23 die
Nockenanhebung größer ist
als die des zweiten Nockens 22, und daß der Nockenanhebungszeitraum
länger
ist als der des zweiten Nockens 22.
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Es
wird darauf hingewiesen, daß der
erste, zweite und dritte Nocken 21, 22 und 23 koaxial
auf einer gemeinsamen Nockenwelle 72 angebracht sind, wie
aus 4 hervorgeht.
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Wie
in 4 gezeigt ist, ist mit der Bezugsziffer 24 ein
Schaft eines Einlaßventils
(oder Auslaßventils)
bezeichnet, und mit der Bezugsziffer 25 ist ein Hauptkipphebelarm
bezeichnet, der eine Rolle 26 aufweist (vgl. 3),
die konstant gegen den ersten Nocken 21 drückt. Der
Hauptkipphebelarm 25 wird schwenkbar bewegt, um das Einlaß- oder
Auslaßventil 24 zu öffnen und
zu schließen,
unter Verwendung einer Kipphebelwelle 27 als eine Drehachse.
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Wie
aus den 3 und 4 hervorgeht, weist
der Hauptkipphebelarm 25 zwei Nebenkipphebelarme 28 und 29 auf,
die auf ihm über
eine gemeinsame Welle 30 angebracht sind. Diese beiden
Nebenkipphebelarme 28 und 29 sind, wie gezeigt,
parallel zu der Rolle 26 angeordnet. Ein Nebenkipphebelarm 28 ist
in Berührung
mit dem zweiten Nocken 22 bringbar, und der andere Nebenkipphebelarm 29 ist
in Berührung
mit dem dritten Nocken 23 bringbar.
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Wenn
die beiden Nebenkipphebelarme 28 und 29 von diesen
außer
Eingriff gebracht werden, so werden sie in eine konstante Berührung mit
den zweiten und dritten Nocken 22 und 23 durch
eine Totgangsfeder 31 gezwungen. In diesem gelösten Zustand
werden daher die beiden Nebenkipphebelarme 28 und 29 unabhängig von
dem Hauptkipphebelarm 25 betrieben.
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Um
die beiden Nebenkipphebelarme 28 und 29 selektiv
mit dem Hauptkipphebelarm 25 zu verriegeln, wird die nachstehende
Anordnung verwendet.
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Hierbei
weist der Nebenkipphebelarm 28 an seinem verschwenkten
Abschnitt einen axial gleitverschieblichen Stift 32 auf,
und der Hauptkipphebelarm weist einen weiteren axial gleitverschieblichen
Stift 34 auf, der koaxial zu dem Stift 32 verläuft. Gewöhnlich werden
die beiden Stifte 32 und 34 durch eine Rückführfeder 36 so
vorgespannt, daß sie
die in 3 gezeigten Positionen einnehmen, in welchen der
Nebenkipphebelarm 28 und der Hauptkipphebelarm 25 miteinander
nicht in Eingriff stehen. Wenn allerdings eine Ölkammer 38 zur Betätigung des
Stiftes 34 mit druckbeaufschlagtem Öl über einen Kanal 40 versorgt
wird, so werden die Stifte 32 und 34 gegen die
Rückführfeder 36 um
vorgegebene Entfernungen vorgeschoben, um einen verriegelten Eingriff
dieser beiden Kipphebelarme 28 und 25 zu bewirken.
Hierdurch arbeiten die Kipphebelarme 28 und 25 als
eine einzige Einheit.
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Der
Verriegelungseingriff der beiden Kipphebelarme 28 und 25 findet
statt, wenn sie in Berührung mit
den Basiskreisen des ersten bzw. zweiten Nockens 21 bzw. 22 gehalten
werden. Bei dem verriegelten Eingriff der Kipphebelarme 28 und 25 wird
das Einlaß-(oder
Auslaß-)Ventil 28 durch
den zweiten Nocken 22 betätigt. Wie nachstehend beschrieben ist,
ist die Ventilanhebung, die von dem zweiten Nocken 22 hervorgerufen
wird, größer als
die, die durch den ersten Nocken 21 zur Verfügung gestellt
wird. Dies bedeutet, daß bei
dem verriegelten Eingriff ein Umschalten ausgeführt wird von einem Motorbetrieb auf
der Grundlage der Brennstoffeinsparung zu einem Motorbetrieb auf
der Grundlage eines höheren Ausgangsdrehmoments
in einem niedrigeren Drehzahlbereich.
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Eine ähnliche
Konstruktion ist für
den anderen Nebenkipphebelarm 29 vorgesehen. Wenn daher eine Ölkammer 39 (siehe 3)
mit dem druckbeaufschlagten Öl über einen
Kanal 41 versorgt wird, so werden zwei Stifte 35 und 33 gegen
die Kraft einer Rückführfeder 37 vorgeschoben,
um einen verriegelten Eingriff des Nebenkipphebelarms 29 und
des Hauptkipphebelarms 25 zu bewirken. Hierdurch arbeiten
die beiden Kipphebelarme 29 und 25 als eine einzige
Einheit. Bei dem verriegelten Eingriff wird das Einlaß-(oder
Auslaß-)Ventil 24 durch
den dritten Nocken 23 betätigt, dessen Ventilanhebung
größer und dessen
Ventilanhebungszeitraum länger
ist als die entsprechenden Werte bei dem ersten Nocken 21. Daher
wird bei dem verriegelten Eingriff ein Umschalten ausgeführt von
einem Motorbetrieb auf der Grundlage der Brennstoffersparnis auf
einen Motorbetrieb auf der Grundlage des höheren Ausgangsdrehmoments in
einem höheren
Drehzahlbereich.
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Um
die Nockenumschaltung von dem ersten Nocken 21 entweder
auf den zweiten oder dritten Nocken 22 bzw. 23 zu
steuern, sowie ein umgekehrtes Schalten von entweder dem zweiten
oder dem dritten Nocken 22 bzw. 23 zu dem ersten
Nocken 21, wird eine Steuereinheit 51 verwendet,
die schematisch in 7 gezeigt ist. Wie aus der weiteren
Beschreibung deutlich wird, wird die Nockenauswahl entsprechend dem
Motorzustand vorgenommen.
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Daher
steuert die Steuereinheit 51 den Ventilmechanismus auf
solche Weise, daß dann,
wenn das erforderliche Ausgangsdrehmoment und die Drehzahl des Motors
innerhalb der Betriebsbereiche des ersten Nockens 21 liegen,
der erste Nocken 21 ausgewählt wird, und wenn dann, infolge
eines weiteren Niederdrückens
des Gaspedals zur Vergrößerung der
Drosselöffnung,
das geforderte Ausgangsdrehmoment des Motors im Betriebsbereich
des zweiten Nockens 22 liegt, wird der zweite Nocken 22 ausgewählt, und
wenn daraufhin die Motordrehzahl im Betriebsbereich des dritten
Nockens 23 liegt, dann wird der dritte Nocken 23 ausgewählt.
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Um
einen derartigen Betrieb zu erzielen, werden verschiedene Informationssignale
der Steuereinheit 51 zugeführt, und diese Signale werden
von einem Kurbelwinkelsensor 52 ausgegeben, einem Sensor 53 für den Niederdrückungsgrad
des Gaspedals, einem Drosselöffnungsgradsensor 54,
und einem Nockenpositionssensor 55. Der Kurbelwellensensor 52 gibt
ein Signal aus, welches die Motordrehzahl und den Kurbelwinkel repräsentiert,
der Gaspedal Niederdrückungsgradsensor 53 gibt
ein Signal aus, welches den Niederdrückungsgrad eines Gaspedals
repräsentiert,
der Drosselöffnungsgradsensor 54 gibt
ein Signal aus, welches den Öffnungsgrad
eines Drosselventils repräsentiert,
und der Nockenpositionssensor 55 gibt ein Signal aus, welches
die Position des ausgewählten
Nockens 21, 22 oder 23 repräsentiert.
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Durch
Behandlung der Informationssignale von diesen Sensoren ermittelt
die Steuereinheit 51 den Zeitpunkt, an welchem die Nockenumschaltung durchgeführt werden
sollte, und ermittelt den Nocken 21, 22 oder 23,
der als nächster
ausgewählt
werden sollte. Entsprechend dieser Festlegung steuert die Steuereinheit 51 zwei
elektromagnetische Ventile 45 und 46, durch welche
die Ölzufuhr
zu den Ölkammern 38 und 39 gesteuert
wird, und zwar im Wege von EIN/AUS.
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Wenn
daher das Ventil 45 geöffnet
wird, so wird druckbeaufschlagtes Öl von einer Ölpumpe der Ölkammer 38 zugeführt, um
den zweiten Nocken 22 auszuwählen. Dagegen wird, wenn das
andere Ventil 46 geöffnet
wird, das druckbeaufschlagte Öl
der anderen Ölkammer 39 zugeführt, um
den dritten Nocken 23 auszuwählen.
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5 zeigt
die Ventilanhebungseigenschaften des ersten, zweiten und dritten
Nockens 21, 22 bzw. 23. Wie aus den durch
durchgezogene Linien dargestellten charakteristischen Kurven hervorgeht, eilt
die Phase des ersten Nockens 21 in gewisser Weise vor,
verglichen mit denen des zweiten und dritten Nockens 22 und 23,
so daß dann,
wenn der erste Nocken 21 verwendet wird, das Einlaßventil 24 lange vor
dem unteren Totpunkt schließt.
Zwar wird bei diesem Motorbetrieb das Ausgangsdrehmoment verringert,
jedoch wird der Pumpverlust verringert, und daher werden die Brennstoffspareigenschaften
erheblich verbessert, verglichen mit einem Fall, in welchem die
Phase normal eingestellt ist.
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6 zeigt
die Ausgangsdrehmomenteigenschaften bei voller Drosselöffnung,
die durch den ersten, zweiten bzw. dritten Nocken 21, 22 bzw. 23 zur Verfügung gestellt
werden. Wie aus den als durchgezogene Linien dargestellten charakteristischen
Kurven hervorgeht, ist im Falle der Verwendung des ersten Nockens 21 das
Ausgangsdrehmoment verhältnismäßig niedrig,
jedoch wird der Brennstoffverbrauch verbessert. Im Fall der Verwendung
des zweiten Nockens 22 ist das maximale Drehmoment in dem
unteren Drehzahlbereich am höchsten.
Dagegen ist im Falle der Verwendung des dritten Nockens 23 das
Ausgangsdrehmoment in dem unteren Drehzahlbereich niedriger als
das des zweiten Nockens 22, jedoch ist das maximale Drehmoment
in dem höheren
Drehzahlbereich am höchsten.
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Wie
voranstehend beschrieben wurde, hat bislang die voranstehend erwähnte Differenz
des Ausgangsdrehmoments, welche zwischen dem ersten, zweiten und
Nocken 21, 22 bzw. 23 auftrat, den unerwünschten
Schaltstoß bei
der Nockenumschaltung hervorgerufen. Tatsächlich verringerte ein derartiger
Schaltstoß die
Betriebsfähigkeit
des Motors und führte
zu ungewünschten
Schwingungen einer Fahrzeugkarosserie. Tatsächlich wird durch Änderung
der Nocken 21, 22 und 23 der Ansaugladungswirkungsgrad
jedes Zylinders des Motors, der einen direkten Effekt auf das Motorausgangsdrehmoment
hat, zu einer Änderung
gezwungen.
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Wird
eine Nockenumschaltung erforderlich, so wird der Drosselöffnungsgrad
auf solche Weise korrigiert, daß die
Ausgangsdrehmomente, die von den beiden Nocken erzeugt werden, im
wesentlichen zwischen dem Zustand vor und nach der Nockenumschaltung
angeglichen werden. Dies erfolgt deswegen, da der Öffnungsgrad
des Drosselventils 62 (siehe 7), der
zur Bereitstellung eines geforderten Ausgangsdrehmoments erforderlich
ist, sich entsprechend den dann ausgewählten Nocken ändert.
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Daher
steuert die Steuereinheit 51 über eine Treiberschaltung 60 und
ein Betätigungsglied 61 den Öffnungsgrad
des Drosselventils 62 unabhängig von dem Gaspedal. Daher
korrigiert dann, wenn eine Nockenumschaltung erforderlich ist, die
Steuereinheit 51 den Öffnungsgrad
des Drosselventils 62 dadurch, daß die Informationssignale von
dem Kurbelwinkelsensor 52 und dem Gaspedal-Niederdrückungsgradsensor 53 verarbeitet
werden, so daß im
wesentlichen kein Unterschied bezüglich des Ausgangsdrehmoments
vor und nach der Nockenumschaltung auftritt. Der Öffnungsgrad
des Drosselventils 62 wird an die Steuereinheit 51 zurückgeführt.
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Allerdings
gibt es selbst bei der voranstehend ange gebenen Maßnahme eine
Begrenzung für das
Absorbieren des unerwünschten
Schaltstoßes.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird die folgende Maßnahme
eingesetzt, um den Schaltstoß zu
eliminieren oder ihn zumindest zu minimalisieren. Zur Vereinfachung
der Beschreibung wird die Differenz des Ausgangsdrehmoments in den
Zuständen vor
und nach der Nockenumschaltung als eine "Drehmomentlücke" bezeichnet.
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Daher
wird gemäß der vorliegenden
Erfindung während
der Nockenumschaltung zumindest einer der zugeordneten Nocken einer
Phasenänderung
unterworfen, um eine stoßlose
Nockenumschaltung zu erreichen.
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Wie
aus den Graphen der 5 und 6 hervorgeht,
wird bei einer Änderung
der Phase des Nockens 21, 22 oder 23 das
Ausgangsdrehmoment, welches von dem Nocken zur Verfügung gestellt
wird, geändert.
Daher wird im Falle des ersten Nockens 21 die Basisphase
um einen vorgegebenen Grad vorgestellt, um die Pumpverluste zu reduzieren.
Wird die Phase zurückgegeben
oder zu einer normalen Position verzögert, in welcher, wie durch
die gestrichelte Kurve (siehe 5) gezeigt
ist, die maximale Ventilanhebung in etwa der Mitte zwischen dem
oberen und unteren Totpunkt auftritt, so wird das von dem ersten
Nocken 21 hervorgerufene Ausgangsdrehmoment vergrößert, wie
aus der gestrichelten Kurve für den
ersten Nocken in 6 hervorgeht. Wenn dagegen die
Phase des zweiten Nockens 22 (oder des dritten Nockens 23)
verzögert
wird in bezug auf ihre Normalposition, wie durch die gestrichelte
Kurve in 5 gezeigt ist, so wird das von
dem Nocken 22 oder 23 zur Verfügung gestellte Ausgangsdrehmoment
verringert, wie aus der gestrichelten Kurve für den zweiten Nocken in 6 hervorgeht.
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Durch Änderung
der Phasen der Nocken 21, 22 und 23 kann
daher jeder Nocken zwei Ausgangscharakteristiken haben, die durch
den Motor zur Verfügung
gestellt werden. Wenn daher die Nockenumschaltung zwischen ähnlichen
Ausgangscharakteristiken durchgeführt wird, die von den beiden
Nocken zur Verfügung
gestellt werden, so kann die unerwünschte Drehmomentlücke minimalisiert
werden. Dies bedeutet, daß beispielsweise
zur Erzielung einer Nockenumschaltung von dem ersten Nocken 21 zu
dem zweiten Nocken 22 ein sogenanntes "dreistufiges Nockenumschalten" verfügbar ist,
welches ein geglättetes
Nockenschalten hervorruft.
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8 zeigt
einen Mechanismus zur Änderung
der Phasen der Nocken 21, 22 und 23.
Mit der Bezugsziffer 71 ist eine Riemenscheibe bezeichnet, die
von dem Motor über
einen (nicht gezeigten) Riemen angetrieben wird. Innerhalb eines
hohlen Nabenabschnitts der Riemenscheibe 71 ist axialbeweglich
ein Endabschnitt der Nockenwelle 72 eingeschoben. Zwischen
der Riemenscheibe 71 und der Nockenwelle 72 in
dem hohlen Nabenabschnitt ist axial ein Kolben 73 angeordnet,
der auf seiner äußeren und
inneren Zylinderoberfläche
schraubenförmige Teile
aufweist, die mit der Riemenscheibe 71 und der Nockenwelle 72 in
Eingriff stehen. Eine Feder 74 ist so angeordnet, daß sie den
Kolben 73 in Richtung auf seine Ursprungslage vorspannt.
Mit der Bezugsziffer 75 ist eine Ölkammer bezeichnet. Wenn daher die Ölkammer 75 mit
einem druckbeaufschlagten Öl versorgt
wird, so wird der Kolben 73 gegen die Vorspannkraft der
Feder 74 so bewegt, daß er
die Winkelposition der Nockenwelle 72 in bezug auf die
Riemenscheibe 71 ändert.
Mit der Bezugsziffer 76 ist ein Steuerventil bezeichnet,
welches den Hydraulikdruck steuert, welcher der Ölkammer 75 zugeführt wird. Das
Steuerventil 76 ist in einem Kanal 78 angeordnet,
der von einem Hauptölkanal
abgezweigt ist, in welchem druckbeaufschlagtes Öl von einem Hauptkanal des
Zylinderblocks in der Richtung der Pfeile fließt. In dem Hauptölkanal ist
eine Öffnung 77 angebracht.
Wenn daher das Steuerventil 76 den Kanal 78 schließt, wird
der Öldruck,
der der Ölkammer 75 zugeführt wird,
erhöht.
Das Steuerventil 76 wird durch ein Magnetspulen-Betätigungsglied 79 betätigt, welches
durch die Steuereinheit 51 (siehe 7) über die
Treiberschaltung 60 gesteuert wird. Daher werden die Phasen
der Nocken 21, 22 und 23, die durch die
Winkelposition der Nockenwelle 72 in bezug auf die Riemenscheibe 71 festgelegt
werden, von der Steuereinheit 51 gesteuert.
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9 ist
ein Flußdiagramm,
welches programmierte Betriebsschritte zeigt, die bei einer ersten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung vorgenommen werden, um eine Nockenumschaltung von
dem ersten Noc ken 21 auf den zweiten Nocken 22 zu
erreichen.
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In
einem Schritt S-1 werden die Motordrehzahl und der Gaspedalniederdrückgrad gelesen,
und dann wird in einem Schritt S-2 eine Beurteilung vorgenommen,
ob die Nockenumschaltung von dem ersten Nocken 21 zu dem
zweiten Nocken 22 vorgenommen werden sollte oder nicht.
Falls JA, also wenn beurteilt wird, daß die Nockenumschaltung erforderlich
ist, geht der Betriebsablauf zu einem Schritt S-3 über. Hierauf
wird die Winkelposition der Nockenwelle 72 in bezug auf
die Riemenscheibe 71 geändert,
so daß die
vorher voreilende Phase des arbeitenden ersten Nockens 21 zurückgeführt (oder
verzögert)
wird zu der Normalposition (die durch die gestrichelte Kurve in 5 gezeigt
ist), und zum selben Zeitpunkt die Phase des leerlaufenden zweiten
Nockens 22 gegenüber
seiner Normalposition verzögert wird.
Infolge der Phasenverschiebung des ersten Nockens 21, wie
dies durch die gestrichelte Kurve für den ersten Nocken in 6 gezeigt
ist, wird das Ausgangsdrehmoment erhöht, welches durch den ersten Nocken 21 zur
Verfügung
gestellt wird, bis zu einem Bereich hin, der sich dem Ausgangsdrehmoment
annähert,
welches durch den zweiten Nocken 22 zur Verfügung gestellt
werden kann. Dann geht der Betriebsablauf zu dem Schritt S-4 über, in
welchem die Nockenumschaltung von dem ersten Nocken 21 auf den
zweiten Nocken 22 tatsächlich
ausgeführt
wird. Da die Phase des zweiten Nockens 22 verzögert wurde,
wodurch ein verringertes Ausgangsdrehmoment (wie durch die gestrichelte
Kurve für
den zweiten Nocken in 6 gezeigt) zur Verfügung gestellt
wurde, ist die Drehmomentlücke
bei der Nockenumschaltung sehr gering, und daher wird die Nockenumschaltung
von dem ersten Nocken 21 auf den zweiten Nocken 22 glatt
durchgeführt.
Nun arbeitet der Motor so, daß er
den zweiten Nocken 22 in der verzögerten Phase benutzt.
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Dann
geht der Betriebsablauf zu einem Schritt S-5 über, in welchem die Beendigung
der Nockenumschaltung überprüft wird.
Falls JA, also wenn die Nockenumschaltung beendet ist, geht der
Betriebsablauf zu einem Schritt S-6 über, an welchem die Winkelposition
der Nockenwelle 72 in bezug auf die Riemenscheibe 71 in
die Ursprungsposition zurückgeführt wird,
wobei die Phase des zweiten Nockens 22 auf ihre Normalposition
zurückgeführt oder voreilend
gemacht wird. Daraufhin wird also das von dem zweiten Nocken 22 zur
Verfügung
gestellte Ausgangsdrehmoment auf den Pegel erhöht, der durch die durchgezogene
Kurve in 6 angedeutet ist.
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Wie
aus der voranstehenden Beschreibung deutlich wird, werden im wesentlichen "drei" Drehmomentänderungsschritte
verwendet, um die Nockenumschaltung von dem ersten Nocken 21 auf
den zweiten Nocken 22 zu erreichen, wodurch der ungewünschte Schaltstoß verringert
wird. Bei dem konventionellen Ventilmechanismus wird nur ein Drehmomentänderungsschritt
für eine
derartige Nockenumschaltung verwendet, was zu einem deutlichen Schaltstoß geführt hat.
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Ähnliche
Betriebsschritte werden im Falle einer umgekehrten Nockenumschaltung
von dem zweiten Nocken 22 auf den dritten Nocken 23 verwendet.
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10 ist
ein Flußdiagramm,
welches programmierte Betriebsschritte zeigt, die bei der ersten Ausführungsform
vorgenommen werden, um eine Nockenumschaltung von dem zweiten Nocken 22 auf den
ersten Nocken 21 durchzuführen.
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In
einem Schritt S-11 werden die Motordrehzahl und der Gaspedalniederdrückungsgrad
gelesen, und dann wird in einem Schritt S-12 eine Beurteilung durchgeführt, ob
die Nockenumschaltung von dem zweiten Nocken 22 auf den
ersten Nocken 21 durchgeführt werden sollte oder nicht.
Falls JA, also wenn beurteilt wird, daß die Nockenumschaltung erforderlich
ist, geht der Betriebsablauf zu einem Schritt S-13 über. Daraufhin
wird die Winkelposition der Nockenwelle 72 relativ zu der
Riemenscheibe 71 geändert, so
daß die
Phase des arbeitenden zweiten Nockens 22 verzögert wird,
und zum selben Zeitpunkt die vorher voreilende Phase des leerlaufenden
ersten Nockens 21 in die Normalposition zurückgeführt wird. Infolge
der Phasenverschiebung des zweiten Nockens 22 wird das
von dem zweiten Nocken 22 zur Verfügung gestellte Ausgangsdrehmoment
auf einen Bereich verringert, der sich dem Ausgangsdrehmoment annähert, welches
von dem ersten Nocken 21 zur Verfügung gestellt werden kann.
Dann geht der Betriebsablauf zu einem Schritt S-14 über, in
welchem die Nockenumschaltung von dem zweiten Nocken 22 auf
den ersten Nocken 21 tatsächlich durchgeführt wird.
Da die Phase des ersten Nockens 21 in die normale Position
zurückgeführt wurde,
was zu einem hierdurch zur Verfügung
gestellten erhöhten Ausgangsdrehmoment
führte,
ist die Drehmomentlücke
beim Nockenumschalten klein, und daher wird die Nockenumschaltung
von dem zweiten Nocken 22 auf den ersten Nocken 21 glatt
ausgeführt.
Nunmehr arbeitet der Motor so, daß er den ersten Nocken 21 in
der normal positionierten Phase benutzt.
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Dann
geht der Betriebsablauf zu einem Schritt S-15 über, in welchem die Beendigung
der Nockenumschaltung überprüft wird.
Falls JA, geht der Betriebsablauf zu einem Schritt S-16 über, in
welchem die Winkelposition der Nockenwelle 72 in bezug
auf die Riemenscheibe 71 in die Ursprungsposition zurückgeführt wird,
wodurch die Phase des ersten Nockens 21 voreilend gemacht
wird. Dadurch wird daraufhin das von dem ersten Nocken 21 zur Verfügung gestellte
Ausgangsdrehmoment verringert. Allerdings zeigt der Motorbetrieb
in diesem Zustand eine verbesserte Brennstoffsparcharakteristik.
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Wie
aus der voranstehenden Beschreibung deutlich wird, werden im wesentlichen "drei" Drehmomentänderungsschritte
verwendet, um die Nockenumschaltung von dem zweiten Nocken 22 auf
den ersten Nocken 21 durchzuführen, was den unerwünschten
Schaltstoß verringert.
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Die 11 und 12 stellen
Flußdiagramme
dar, welche programmierte Betriebsschritte zeigen, die bei einer
zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung vorgenommen werden. Wie mit fortschreitender
Beschreibung deutlich wird, werden bei dieser zweiten Ausführungsform
im wesentlichen "zwei" Drehmomentänderungsschritte
verwendet, um eine Nockenumschal tung zu bewirken.
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Wie
aus 13 deutlich wird, gibt es bei dieser zweiten Ausführungsform
keine Phasendifferenz zwischen dem ersten, zweiten und dritten Nocken 21, 22 und 23,
sondern deren ursprüngliche
Phasen werden auf Positionen eingestellt, die gegenüber den Normalpositionen
um einen vorgegebenen Grad voreilen.
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11 zeigt
die programmierten Betriebsschritte, die zur Erzielung einer Nockenumschaltung von
dem ersten Nocken 21 auf den zweiten Nocken 22 durchgeführt werden.
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In
einem Schritt S-21 werden die Motordrehzahl und der Gaspedalniederdrückungsgrad
gelesen, und dann wird in einem Schritt S-22 eine Beurteilung durchgeführt, ob
die Nockenumschaltung von dem ersten Nocken 21 auf den
zweiten Nocken 22 durchgeführt werden sollte oder nicht.
Falls JA, so geht der Betriebsablauf zu einem Schritt S-23 über, in
welchem die Nockenumschaltung von dem ersten Nocken 21 auf
den zweiten Nocken 22 tatsächlich durchgeführt wird.
Da die Phasen des ersten und zweiten Nockens 21 und 22 beide
voreilend gemacht wurden, wie aus den durchgezogenen Kurven für den ersten
und zweiten Nocken in 13 hervorgeht, ist die Drehmomentlücke bei
der Nockenumschaltung klein. Daher wird eine derartige Nockenumschaltung glatt
ausgeführt.
Nunmehr arbeitet der Motor so, daß er den zweiten Nocken 22 in
der voreilenden Phase benutzt.
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Dann
geht der Betriebsablauf zu einem Schritt S-24 über, in welchem die Beendigung
der Nockenumschaltung überprüft wird.
Falls JA, geht der Betriebsablauf zu einem Schritt S-25 über, in
welchem die Winkelposition der Nockenwelle 72 relativ zu
der Riemenscheibe 71 geändert
wird, um die Phase des zweiten Nockens 22 auf seine Normalposition zu
verzögern.
Daher ist das durch den zweiten Nocken 22 zur Verfügung gestellte
Ausgangsdrehmoment auf den Pegel erhöht, der durch die gestrichelte Kurve
für den
zweiten Nocken in 14 gezeigt ist.
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Daher
werden bei der Durchführung
der Nockenumschaltung von dem ersten Nocken 21 auf den zweiten
Nocken 22 im wesentlichen "zwei" Drehmomentänderungsschritte
durchgeführt,
was den ungewünschten
Schaltstoß verringert.
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12 zeigt
die programmierten Betriebsablaufschritte, die zur Erzielung der
Nockenumschaltung von dem zweiten Nocken 22 auf den ersten
Nocken 21 durchgeführt
werden.
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In
einem Schritt S-31 werden die Motordrehzahl und der Gaspedalniederdrückungsgrad
gelesen, und dann wird in einem Schritt S-32 eine Beurteilung durchgeführt, ob
die Nockenumschaltung von dem zweiten Nocken 22 auf den
ersten Nocken 21 durchgeführt werden sollte oder nicht.
Falls JA, geht der Betriebsablauf zu einem Schritt S-33 über. Daraufhin wird
die Nockenumschaltung von dem zweiten Nocken 22 auf den
ersten Nocken 21 tatsächlich
durchgeführt.
Da die Phasen des zweiten und ersten Nockens 22 bzw. 21 beide
auf die Normalpositionen eingestellt wurden, wie aus den gestrichelten
Kurven für den
zweiten und dritten Nocken in 13 hervorgeht,
ist die Drehmomentlücke
bei der Nockenumschaltung relativ klein. Daher wird eine derartige
Nockenumschaltung glatt ausgeführt.
Nunmehr arbeitet der Motor so, daß er den ersten Nocken 21 in der
verzögerten
(oder normalen) Phase benutzt.
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Dann
geht der Betriebsablauf zu einem Schritt S-34 über, in welchem die Beendigung
der Nockenumschaltung überprüft wird.
Falls JA, geht der Betriebsablauf zu einem Schritt S-35 über, in
welchem die Winkelposition der Nockenwelle 72 in bezug
auf die Riemenscheibe 51 so geändert wird, daß die Phase
des ersten Nockens 21 zum Erreichen der voreilenden Position
voreilend gemacht wird.
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In
diesem Falle werden im wesentlichen "zwei" Drehmomentänderungsschritte
für die
Nockenumschaltung verwendet, was den ungewünschten Schaltstoß verringert.
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15 und 16 sind
Flußdiagramme
mit einer Darstellung programmierter Betriebsablaufschritte, die
bei einer dritten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung durchgeführt werden. Bei dieser dritten
Ausführungsform
werden ebenfalls im wesentlichen "zwei" Drehmomentänderungsschritte zur
Erzielung einer Nockenumschaltung verwendet.
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Bei
dieser dritten Ausführungsform
ist die Einstellung der Phasen des ersten, zweiten und dritten Nockens 21, 22 und 23 dieselbe
wie die bei der voranstehend erläuterten
zweiten Ausführungsform (siehe 13).
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15 zeigt
die programmierten Betriebsablaufschritte, die zur Erzielung einer
Nockenumschaltung von dem ersten Nocken 21 auf den zweiten
Nocken 22 durchgeführt
werden.
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In
einem Schritt S-41 werden die Motordrehzahl und der Gaspedalniederdrückungsgrad
gelesen, und in einem Schritt S-42 wird eine Beurteilung ausgeführt, ob
die Nockenumschaltung von dem ersten Nocken 21 auf den
zweiten Nocken 22 durchgeführt werden sollte oder nicht.
Falls JA, geht der Betriebsablauf zu einem Schritt S-43 über. Daraufhin
wird die Winkelposition der Nockenwelle 72 in bezug auf
die Riemenscheibe 71 geändert,
so daß die
Phase der arbeitenden ersten Nocken 21 auf ihre Normalposition
verzögert
wird, und zur selben Zeit die Phase des leerlaufenden zweiten Nockens 22 ebenfalls
auf dessen Normalposition verzögert
wird. Daher wird das von dem ersten Nocken 21 zur Verfügung gestellte Ausgangsdrehmoment
vergrößert, und
es wird ebenfalls das Ausgangsdrehmoment vergrößert, welches von dem zweiten
Nocken 22 zur Verfügung
gestellt werden soll. Es wird darauf hingewiesen, wie aus dem Graphen
von 17 deutlich wird, daß die Differenz (also die Drehmomentlücke) zwischen
diesen beiden Drehmomenten verhältnismäßig klein
ist.
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Dann
geht der Betriebsablauf zu einem Schritt S-44 über, in welchem die Nockenumschaltung
von dem ersten Nocken 21 auf den zweiten Nocken 22 tatsächlich ausgeführt wird.
Da die Drehmomentlücke
klein ist, wird die Nockenumschaltung glatt ausgeführt. Daraufhin
arbeitet daher der Motor so, daß er
den zweiten Nocken in der verzögerten (oder
normalen) Phase benutzt.
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Dann
geht der Betriebsablauf zu einem Schritt S-45 über, in welchem die Beendigung
der Nockenumschaltung überprüft wird.
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In
diesem Fall werden im wesentlichen zwei Drehmomentänderungsschritte
verwendet, was den ungewünschten
Schaltstoß verringert.
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16 zeigt
die programmierten Betriebsablaufsschritte, die zur Erzielung einer
Nockenumschaltung von dem zweiten Nocken 22 auf den ersten
Nocken 21 unternommen werden.
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In
einem Schritt S-51 werden die Motordrehzahl und der Gaspedalniederdrückungsgrad
gelesen, und in einem Schritt S-52 wird eine Beurteilung durchgeführt, ob
die Nockenumschaltung von dem zweiten Nocken 22 auf den
ersten Nocken 21 durchgeführt werden sollte oder nicht.
Falls JA, geht der Betriebsablauf über zu einem Schritt S-53,
in welchem die Winkelposition der Nockenwelle 72 in bezug
auf die Riemenscheibe 71 so geändert wird, daß die Phase
des arbeitenden zweiten Nockens 22 voreilend gemacht wird,
und zur selben Zeit wird die Phase des leerlaufenden ersten Nockens 21 ebenfalls
voreilend gemacht.
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Dann
geht der Betriebsablauf zu einem Schritt S-54 über, in welchem die Nockenumschaltung
von dem zweiten Nocken 22 auf den ersten Nocken 21 tatsächlich durchgeführt wird.
Daraufhin arbeitet der Motor daher so, daß er den ersten Nocken 21 in
der voreilenden Phase benutzt.
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Auch
in diesem Fall werden im wesentlichen zwei Drehmomentänderungsschritte
eingesetzt.
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Wie
voranstehend beschrieben wurde, werden zur Erzielung einer glatten
Nockenumschaltung zwischen einem ersten Nocken und einem zweiten (oder
dritten) Nocken drei Drehmomentänderungsschritte
bei der ersten Ausführungsform
verwendet, und zwei Drehmomentänderungsschritte
bei der zweiten und der dritten Ausführungsform verwendet.