DE4410034A1

DE4410034A1 - Ventilsteuersystem eines Motors

Info

Publication number: DE4410034A1
Application number: DE4410034A
Authority: DE
Inventors: Akira Asai; Masami Nishida; Masaki Fukuma
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 1993-03-23
Filing date: 1994-03-23
Publication date: 1994-09-29
Anticipated expiration: 2014-03-24
Also published as: US5367991A; DE4410034B4; KR940021893A; KR100319444B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Ventilsteuersystem eines Verbrennungs motors und betrifft insbesondere ein Ventilsteuersystem mit Steuernocken und Schwingnocken, welche zum Öffnen und Schließen von Ventilen zusammen wirken.

Es sind verschiedene Typen von Verbrennungsmotor-Ventilsteuersystemen vorgeschlagen worden. Das Ventilsteuersystem eines Motors ist generell mit Antriebs- oder Steuernocken sowie Schwinghebeln bzw. Kipphebeln versehen, welche derart angeordnet bzw. ausgelegt sind, daß die Ventile des Motors durch die die Kipphebel antreibenden Steuernocken geöffnet und geschlossen werden. Es ist ein weiterer Typ von Motor-Ventilsteuersystemen bekannt, welcher Steuernocken und Schwingnocken aufweist, welche derart ausgelegt sind, daß die Ventile des Motors durch die Steuernocken direkt oder durch Schwinghebel geöffnet und geschlossen werden, welche durch die Schwingnocken bewegt bzw. geschwenkt bzw. in Schwingung versetzt werden, wie es z. B. in der japanischen Offenlegungsschrift Nr. 55-137306 offenbart ist.

In einem Ventilsteuersystem mit den Steuernocken und den Schwingnocken entfernt sich der Ort des Nockenstößels der Schwingnocke zur Zeit der maxima len Ventilhubs umso mehr von der Rotationsmitte der Steuernocke, je größer der Schwenkwinkel der Schwingnocke wird. Die Nockennase der Steuernocke muß daher groß sein, um der Schwenkbewegung der Schwingnocke zu folgen und im Ergebnis wird das Ventilsteuersystem des Motors groß. Dies ist eines der Probleme der herkömmlichen Motor-Ventilsteuersysteme.

Es besteht daher eine Notwendigkeit nach einem Motor-Ventilsteuersystem von relativ kleiner Größe, und zwar insbesondere zur Verwendung bei Kraftfahrzeug motoren.

Andererseits ist ein Motor-Ventilzeitgabesteuersystem bekannt, welches Steuer nocken und Schwingnocken aufweist. Die japanische Patentveröffentlichung Nr. 58-38602 offenbart ein Ventilzeitgabesteuersystem dieses Typs, wobei sowohl die Steuernocken als auch die Schwingnocken kegelförmig sind und die Ventil zeitgabe durch Bewegen der Steuer- und Schwingnocken relativ zueinander in axialer Richtung variiert wird.

Es ist bekannt, daß die volumetrische Effizienz bzw. der Füllungsgrad eines Motors verbessert und eine höhere Ausgangsleistung erzielt werden kann durch Erhöhen der positiven Beschleunigung des Ventilhubs. Dies liegt daran, daß der integrierte Kurbelwinkel des Ventilhubs, nämlich die Zeitspannenfläche der Ventilöffnung, für denselben Öffnungswinkel und denselben Ventilhub größer wird, wenn die positive Beschleunigung des Ventilhubs erhöht ist.

Bei dem oben erwähnten Motor-Ventilzeitgabesteuersystem ist die Ventilhub beschleunigung die Summe der Beschleunigungskomponente, welche durch die Steuernocke erzeugt ist, und der Beschleunigungskomponente, welche durch die Schwingnocke erzeugt ist. Da die Ventilhubbeschleunigung die Summe der Beschleunigungen der Steuernocke und der Schwingnocke ist, kann sie durch Veränderungen in der Ventilzeitgabe leicht variiert werden. Wenn die Ventilhub beschleunigung kleiner wird als jene vor der Änderung der Ventilzeitgabe, würde bzw. war die Zeitspannenfläche der Ventilöffnung verkleinert. Im Ergebnis ist die Motorabgabeleistung vermindert, wenn die Zeitspanne verkleinert ist.

Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Ventilsteuersystem eines Motors anzugeben, dessen Größe dadurch vermindert ist, daß der Schwenkwinkel bzw. Schwingwinkel der Schwingnocken so klein wie möglich gemacht wird.

Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Ventilsteuersystem eines Motors anzugeben, welches wirksam verhindert, daß eine Veränderung in der Ventilzeitgabe die Motorabgabeleistung vermindert, und zwar durch Verhin dern, daß eine Änderung der Ventilzeitgabe die Ventilhubbeschleunigung ver ändert.

Diese und weitere Aufgaben werden gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung erzielt durch Bereitstellen eines Ventilsteuersystems eines Motors zum Öffnen und Schließen eines Ventils, wobei das System aufweist eine Steuer nocke mit einer Nockenfläche, wobei die Steuernocke durch den Motor gedreht wird, und eine Schwingnocke mit einer Nockenfläche, welche sich in gleitendem Kontakt mit dem Ventil befindet, und mit einem Nockenstößel, welcher sich in gleitendem Kontakt mit der Nockenfläche der Steuernocke befindet, wobei das Ventil dadurch geöffnet und geschlossen wird, daß die Schwingnocke durch Rotation der Steuernocke geschwenkt bzw. in Schwingung versetzt wird, wobei die Nockenfläche der Steuernocke und die Nockenfläche der Schwingnocke derart gebildet sind, daß eine Beschleunigungskomponente der Schwingnocke größer ist als jene der Steuernocke, und zwar in einem positiven Bereich einer Ventilhubbeschleunigung, welche als eine Summe der Beschleunigungskom ponente der Steuernocke und der Beschleunigungskomponente der Schwing nocke definiert ist.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind die Nockenfläche der Steuernocke und die Nockenfläche der Schwingnocke derart ausgebildet, daß eine Beschleunigungskomponente der Steuernocke größer ist als jene der Schwingnocke, und zwar in einem negativen Bereich einer Ventil hubbeschleunigung.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung umfaßt ein Ventil steuersystem eines Motors zum Öffnen und Schließen eines Ventils eine Steuer nocke mit einer Nockenfläche, wobei die Steuernocke durch den Motor gedreht wird, eine Schwingnocke mit einer Nockenfläche in gleitendem Kontakt zu dem Ventil und einem Nockenstößel in gleitendem Kontakt zu der Nockenfläche der Steuernocke, wobei das Ventil geöffnet und geschlossen wird, indem die Schwingnocke durch Rotation der Steuernocke in Schwingung versetzt wird, und eine Einrichtung zum Steuern der Ventilzeitgabe durch Verändern einer positionsmäßigen Beziehung bzw. Relativlage zwischen der Steuernocke und der Schwingnocke in einer axialen Richtung, wobei die Nockenfläche der Steuer nocke und die Nockenfläche der Schwingnocke derart gebildet sind, daß eine Ventilhubbeschleunigung, welche als eine Summe einer Beschleunigungskom ponente der Steuernocke und einer Beschleunigungskomponente der Schwing nocke definiert ist, sich vor und nach bzw. bei einer Änderung der Ventilzeitgabe nicht wesentlich ändert.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung über lappen eine positive Beschleunigungskomponente der Nockenfläche der Schwingnocke und eine positive Beschleunigungskomponente der Nockenfläche der Steuernocke einander zur Zeit einer Ventilhubsteuerung bzw. eines Ventil hubbetriebes nicht.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind die Nockenfläche der Steuernocke und die Nockenfläche der Schwingnocke derart ausgebildet, daß die positive Beschleunigungskomponente der Steuernocke sehr viel mehr vorgerückt ist bzw. früher ist, als die positive Beschleunigungs komponente der Schwingnocke.

Die obigen und weitere Aufgaben und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von bevorzugten Ausfüh rungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung.

Fig. 1 ist eine schematische Ansicht eines Ventilsteuersystems eines Motors, und zwar zum Erläutern eines ersten und eines zweiten Modus einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und eines ersten und eines zweiten Modus einer zweiten Ausfüh rungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 ist eine Schnittansicht entlang der Linie II-II in Fig. 1;

Fig. 3 ist ein Diagramm, welches eine Nockencharakteristik in einem ersten Modus der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfin dung zeigt;

Fig. 4 ist ein Diagramm, welches eine Nockencharakteristik in einem zweiten Modus der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt:

Fig. 5 ist ein Diagramm, welches eine Nockenhubcharakteristik als eine Funktion eines Schwenkwinkels bei der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;

Fig 6 ist eine schematische Ansicht eines Ventilsteuersystems eines Motors gemäß der ersten und zweiten Ausführungsform der vor liegenden Erfindung;

Fig. 7 ist eine Schnittansicht entlang der Linie VII-VII von Fig. 6;

Fig. 8 ist ein Diagramm, welches eine Nockencharakteristik in einem ersten Modus der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;

Fig. 9 ist ein Diagramm, welches eine Verbundbeschleunigung bzw. zusammengesetzte Beschleunigung zur Zeit eines Ventilhubvor gangs bei dem ersten Modus unter Verwendung der in Fig. 8 ge zeigten Nockencharakteristik darstellt;

Fig. 10 ist ein Diagramm, welches eine Nockencharakteristik in einem zweiten Modus der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;

Fig. 11 ist ein Diagramm, welches eine zusammengesetzte Beschleunigung zur Zeit eines Ventilhubvorgang in dem zweiten Modus unter Ver wendung der in Fig. 10 gezeigten Nockencharakteristik zeigt; und

Fig. 12 ist ein Diagramm, welches eine Nockenzeitspannenfläche in der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.

Die vorliegende Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die bei gefügten Ausführungsformen und die Zeichnung beschrieben.

Bevor die erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erörtert wird, werden die von den Erfindern in Betracht gezogenen Überlegungen unter Be zugnahme auf die Fig. 1 und 2 erläutert.

Das in den Fig. 1 und 2 gezeigte Motor-Ventilbetriebssystem bzw. Motor-Ven tilsteuersystem wird studiert, um zu bestimmen, wie die Ventilhubbeschleuni gungscharakteristiken den Schwenkwinkel bzw. Schwingwinkel einer Schwing nocke beeinflussen.

Das in den Fig. 1 und 2 gezeigte Motor-Ventilsteuersystem ist mit einer Be triebsnocke bzw. Steuernocke 31 und einer Schwingnocke 32 versehen. Die Steuernocke 31 wird durch die Antriebskraft des Motors in Drehung versetzt. Die Schwingnocke 32 hat eine Nockenfläche 32a, welche mit einem Ventil stößel 34 in gleitendem Kontakt steht, welcher am oberen Ende des Schaftes eines Ventils 33 angeordnet ist, und eine kreisförmige bzw. runde Nockenfolge einrichtung bzw. Nockenstößel 32b, welcher sich in gleitendem Kontakt zu einer Nockenfläche 31a der Steuernocke 31 befindet. Die Schwingnocke 32 ist durch eine Welle 35 schwenkbar abgestützt. Die Schwingnocke 32 schwingt in den Richtungen der Pfeile b und c, während die Steuernocke 31 sich in Richtung des Pfeils a dreht. Diese Bewegungen der Steuernocke 31 und der Schwingnocke 32 bewirken, daß sich das Ventil 33 öffnet und schließt.

Die Beschleunigungscharakteristiken des Ventils 33 während eines Ventilhub vorgangs sind in den Fig. 3 und 4 jeweils oben gezeigt. Die Fig. 3 und 4 betref fen unterschiedliche Modi, wie es nachstehend erläutert wird. Die durchgezoge ne gekrümmte Kurve (α₀), die in den Fig. 3 und 4 gezeigt ist, stellt die Beschleu nigungscharakteristik des Ventils 33 dar. Sie hat positive Beschleunigungs bereiche, und zwar an ihren entgegengesetzten Enden, und einen negativen Beschleunigungsbereich zwischen den zwei positiven Beschleunigungsbereichen. Die Beschleunigung (α₀) ist die Summe der Beschleunigungskomponente (α₁) der Schwingnocke 32 und der Beschleunigungskomponente (α₂) der Steuernocke 31. Insbesondere werden die Beschleunigungskomponenten (α₁) und (α₂) der Nocken 32 und 31 wie folgt ausgedrückt:

α₁ = (f′)² _* g′′
α₂ = f′′ _* g′.

Die zusammengesetzte Beschleunigung bzw. Verbundbeschleunigung (α₀) wird ausgedrückt als:

α₀ = f′′ _* g′ + (f′)² _* g′′

wobei (g′) die Nockengeschwindigkeit der Schwingnocke 32 ist, (g′′) die Be schleunigung der Schwingnocke 32 ist, (f′) die Nockengeschwindigkeit der Steuernocke 31 ist und (f′′) die Beschleunigung der Steuernocke 31 ist. Dabei ist (g) der Nockenhub der Schwingnocke 32 und (f) der Nockenhub der Steuer nocke 31.

Wie es sich aus den obigen Gleichungen ergibt, können jegliche gegebene Beschleunigungscharakteristiken des Ventilhubs erzielt werden unter Verwen dung verschiedener Kombinationen der Beschleunigungskomponente (α₁) der Schwingnocke 32 und der Beschleunigungskomponente (α₂) der Steuernocke 31.

Die Erfinder haben einen ersten Modus und einen zweiten Modus eingerichtet, um dieselbe zusammengesetzte Beschleunigung (α₀) zu erhalten, und dann das Verhalten der Schwingnocke in diesem ersten und zweiten Modus studiert. In dem ersten Modus waren die Nockenflächen der Schwingnocke 32 und der Steuernocke 31 derart gebildet, wie es in Fig. 3 gezeigt ist, daß in dem positi ven Beschleunigungsbereich die Beschleunigungskomponente (α₁) der Schwing nocke 32 größer war als die Beschleunigungskomponente (α₂) der Steuernocke 31, und daß in dem negativen Beschleunigungsbereich die Beschleunigungs komponente (α₂) der Steuernocke 31 größer war als die Beschleunigungskom ponente (α₁) der Schwingnocke 32. In dem zweiten Modus waren die Nocken flächen der Schwingnocke 32 und der Steuernocke 31 derart gebildet, daß, wie es in Fig. 4 gezeigt ist, in dem positiven Beschleunigungsbereich die Beschleuni gungskomponente (α₂) der Steuernocke 31 größer war als die Beschleunigungs komponente (α₁) der Schwingnocke 32 und daß in dem negativen Beschleuni gungsbereich die Beschleunigungskomponente (α₁) der Schwingnocke 32 größer war als die Beschleunigungskomponente (α₂) der Steuernocke 31.

Der erste Modus wird nachstehend unter Bezugnahme auf die Fig. 3 bis 5 erläutert. Wie es in Fig. 3 gezeigt ist, hat die Steuernocke 31 die Geschwin digkeitscharakteristik (f′), wie sie im unteren Teil von Fig. 3 durch eine durch gezogene Linie gezeigt ist, und die Beschleunigungscharakteristik (f′′), wie sie ebenso im unteren Teil der Fig. 3 durch eine Strichpunktlinie gezeigt ist. Diese Charakteristiken sind notwendig, um die Beschleunigungskomponente (α₁) der Schwingnocke 32 und die Beschleunigungskomponente (α₂) der Steuernocke 31 zu erhalten. Weiterhin ist die durch die durchgezogene Linie (g′′) in Fig. 5 gezeigte Beschleunigungscharakteristik (g′′) jene, welche notwendig ist, um die Beschleunigungskomponente (α₁) der Schwingnocke 32 und die Beschleuni gungskomponente (α₂) der Steuernocke 31 zu erhalten, und zwar durch Ver wenden der Geschwindigkeitscharakteristik (f′) und der Beschleunigungscharak teristik (f′′) der Steuernocke 31. Die Beschleunigungscharakteristik (g′′) wird integriert, um die Geschwindigkeitscharakteristik (g′) zu erhalten, die durch die durchgezogene Linie (g′) in Fig. 5 gezeigt ist, und weiterhin wird die Geschwin digkeitscharakteristik (g′) integriert, um die Nockenhubcharakteristik (g) der Schwingnocke 32 als eine Funktion von deren Schwingwinkel bzw. Schwenk winkel zu erhalten, und zwar, wie es durch die durchgezogene Linie (g) in Fig. 5 gezeigt ist.

Als nächstes wird der zweite Modus unter Bezugnahme auf die Fig. 4 und 5 erläutert. Wie es in Fig. 4 gezeigt ist, sind die Geschwindigkeitscharakteristik (f′) und die Beschleunigungscharakteristik (f′′) der Steuernocke 31, die durch die durchgezogene Linie bzw. die Strichpunktlinie im unteren Teil von Fig. 4 gezeigt sind, jene, die notwendig sind, um die Beschleunigungskomponente (α₁) der Schwingnocke 32 und die Beschleunigungskomponente (α₂) der Steuernocke 31 zu erhalten. Weiterhin ist die Beschleunigungscharakteristik (g′′), die durch die gepunktete Linie (g′′) in Fig. 5 gezeigt ist, jene, die zum Erhalt der Beschleuni gungskomponente (α₁) der Schwingnocke 32 und der Beschleunigungskom ponente (α₂) der Steuernocke 31 notwendig ist, und zwar unter Verwendung der Geschwindigkeitscharakteristik (f′) und der Beschleunigungscharakteristik (f′′) der Steuernocke 31. Die Beschleunigungscharakteristik (g′′) wird integriert, um die Geschwindigkeitscharakteristik (g′) zu erhalten, die durch die gepunktete Linie (g′) in Fig. 5 gezeigt ist, und dann wird weiterhin die Geschwindigkeit scharakteristik (g′) integriert, um die Nockenhubcharakteristik (g) der Schwing nocke 32 als eine Funktion von deren Schwenkwinkel zu erhalten, und zwar, wie es durch die gepunktete Linie (g) in Fig. 5 gezeigt ist.

Wie es in Fig. 5 gezeigt ist, zeigt ein Vergleich der Nockenhubcharakteristik (g) in dem ersten Modus (gezeigt durch die durchgezogene Linie) mit der Nocken hubcharakteristik (g) in dem zweiten Modus (gezeigt durch die gepunktete Linie), daß der zum Erhalten desselben Nockenhubs (L_c) notwendige Schwenkwinkel der Schwingnocke 32 im ersten Modus R₁ und im zweiten Modus R₂ ist, wobei R₂ größer ist als R₁. Hieraus kann geschlossen werden, daß im ersten Modus derselbe Nockenhub wie im zweiten Modus mit einer Schwingnocke 32 mit einem kleineren Schwenkwinkel erzielt werden kann.

Als nächstes wird die erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung auf der Grundlage der oben erwähnten Betrachtungen unter Bezugnahme auf die Fig. 6 und 7 beschrieben.

Gemäß den Fig. 6 und 7 ist ein Mehrzylindermotor versehen mit einem Ventil steuersystem zum Steuern bzw. Betreiben von zwei Einlaß- bzw. Ansaugventilen in jedem Zylinder. Nur eines der zwei Ventile 1 ist in Fig. 6 gezeigt. Die Ventile 1 sind normalerweise in Schließrichtung durch Federn 2 vorgespannt und sind mit Ventilstößeln 3 an ihren oberen Enden versehen. Die Ventilstößel 3 sind gleitbar durch eine Halterung 10 abgestützt, welche an einem Zylinderkopf 16 angeordnet ist. Die Ventile 1 werden durch einen Nockensteuermechanismus P geöffnet und geschlossen.

Der Nockensteuermechanismus P umfaßt eine erste Steuernocke 7 und eine zweite Steuernocke 8, welche beide schräge bzw. geneigte bzw. kegelförmige Nockenflächen haben, und zwar für jeden Zylinder, und welche in axialer Rich tung benachbart angeordnet sind, und eine Nockenwelle 6, welche in axialer Richtung gleitbar angeordnet ist. Die Nockenwelle 6 ist an ihrem einen Ende 6a mit einer Schrägverzahnung versehen und wird durch die Halterung 10 drehbar abgestützt. Das eine Ende 6a der Nockenwelle 6 ist weiterhin über die Ver zahnung mit einem Nockenzahnrad 9 verbunden. Das andere Ende (nicht ge zeigt) der Nockenwelle ist mit einem (nicht gezeigten) Motor versehen, um die Nockenwelle 6 in den durch die Pfeile R und L in Fig. 7 gezeigten Richtungen zu bewegen. Die Nockenwelle 6 wird innerhalb eines vorbestimmten Hubes in axialer Richtung durch den Motor bewegt.

Eine Schwingnocken-Stützwelle bzw. -Lagerwelle 11 ist parallel zu der Nockenwelle 6 und zwischen der Nockenwelle 6 und den Ventilstößeln 3 der Ventile 1 vorgesehen. Die Schwingnocken-Lagerwelle 11 ist mit einer ersten Schwing nocke 4 und einer zweiten Schwingnocke 5 versehen. Die erste und die zweite Schwingnocke 4 und 5 stehen in gleitendem Kontakt mit den jeweiligen Steuer nocken 7 und 8 und den jeweiligen Ventilstößeln 3 der Ventile 1. Die Schwing nocken 4 und 5 umfassen Nockenflächen 41 und 51, welche sich in gleitendem Kontakt mit den oberen Flächen der Ventilstößel 3 befinden, schräge bzw. geneigte bzw. kegelförmige Nockenstößel 42 und 52, welche sich in gleitendem Kontakt mit Nockenflächen 7a und 8a der Steuernocken 7 und 8 befinden, und Federaufnahmeflächen 43 und 53, welche sich in gleitendem Kontakt mit einer Schwingnocken-Vorspanneinrichtung 12 befinden, welche die Nockenstößel 42 und 52 konstant mit einem vorbestimmten Druck auf die bzw. gegen die Steuer nocken 7 und 8 vorspannt. Die Schwingnocken 4 und 5 folgen der Rotation der Steuernocken 7 und 8 in der durch den Pfeil a gezeigten Richtung und öffnen so die Ventile 1 durch Schwingen bzw. Schwenken in den durch die Pfeile c und d gezeigten Richtungen.

Der Nockensteuermechanismus P ist derart ausgelegt, daß die axiale Relativlage zwischen den Steuernocken 7 und 8 und den Schwingnocken 4 und 5 in axialer Richtung durch den Motor zum Bewegen der Nockenwelle verändert werden kann, wodurch die Ventilhübe und die Ventilöffnungswinkel verändert werden können. Insbesondere werden große Ventilhübe und große Öffnungswinkel erhalten, wenn die Schwingnocken 4 und 5 mit den Seiten großen Durchmes sers der Steuernocken 7 und 8 in Berührung stehen, wie es in Fig. 7 gezeigt ist. Wenn andererseits die Nockenwelle 6 in der Richtung des Pfeiles R bewegt wird und die Schwingnocken 4 und 5 in Kontakt mit den Seiten kleinen Durchmes sers der jeweiligen Steuernocken 7 und 8 kommen, werden kleine Ventilhübe und kleine Öffnungswinkel erhalten. Zur selben Zeit wird die Rotationsphase zwischen dem Nockenzahnrad 9 und der Nockenwelle 6 und damit die Ventil zeitgabe verändert. Insbesondere wird die Ventilzeitgabe vorgerückt, wenn die Ventilhübe auf die Seite eines großen Ventilhubes verändert werden, und die Ventilzeitgabe wird verzögert, wenn die Ventilhübe auf die Seite eines kleinen Ventilhubs verändert werden.

Auf der Grundlage der oben erwähnten Überlegungen sind bei der Ausführungs form der vorliegenden Erfindung die Nockenflächen 7a und 8a der Steuernocken 7 und 8 und die Nockenflächen 41 und 51 der Schwingnocken 4 und 5 derart ausgebildet, daß die Beschleunigungskomponenten der Schwingnocken 4 und 5 in dem positiven Beschleunigungsbereich der Ventilhub-Beschleunigungs charakteristik größer sind als jene der Steuernocken 7 und 8 und daß die Be schleunigungskomponenten der Steuernocken 7 und 8 in dem negativen Be schleunigungsbereich der Ventilhub-Beschleunigungscharakteristiken größer sind als jene der Schwingnocken 4 und 5.

Der maximale Ventilhub der Ventile 1 kann erhalten werden durch die Schwingnocken 4 und 5 mit relativ gesehen kleineren Schwenkwinkeln und die Nockennase der zugeordneten Steuernocken 7 und 8 kann proportional zu dem Maß der Verminderung der Schwenkwinkel der Schwingnocken 4 und 5 verkürzt werden. Im Ergebnis kann die Gesamtgröße des Ventilsteuermechanismus oder -systems vermindert werden.

Eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nun erläutert.

Bevor die zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erläutert wird, werden die von den Erfindern beim Entwickeln der zweiten Ausführungsform in Betracht gezogenen Überlegungen unter Bezugnahme auf die Fig. 1 und 2 erläutert. Die Erfinder haben studiert, wie die Beschleunigungskomponente einer Steuernocke und die Beschleunigungskomponente einer Schwingnocke wechsel seitig die Beschleunigung (die Gesamt- bzw. Verbundbeschleunigung) des Ventilhubs vor und nach einer Änderung der Ventilzeitgabe beeinflussen können.

Die Ventilzeitgabe wird verändert durch Bewegen der Steuernocke 31 relativ zu der Schwingnocke 32 in axialer Richtung.

Ähnlich zu jenem, was zuvor ausgeführt wurde, werden die Beschleunigungs komponenten (α₁) und (α₂) der Nocken 32 und 31 und die Beschleunigung (α₀) des Ventilhubs wie folgt ausgedrückt:

α₁ = (f′)² _* g′′
α₂ = f′′ _* g′
α₀ = f′′ _* g′ + (f′)² _* g′′

wobei (g′) die Nockengeschwindigkeit der Schwingnocke 32 ist, (g′′) die Be schleunigung der Schwingnocke 32 ist, (f′) die Nockengeschwindigkeit der Steuernocke 31 ist und (f′′) die Beschleunigung der Steuernocke 31 ist, wobei dann (g) der Nockenhub der Schwingnocke 32 und (f) der Nockenhub der Steuernocke 31 ist.

Wie es sich aus den obigen Gleichungen ergibt, wird die Ventilhubbeschleuni gung (α₀) erhalten als die Summe der Beschleunigungskomponente (α₁) der Schwingnocke 32 und der Beschleunigungskomponente (α₂) der Steuernocke 31, woraus sich ergibt, daß die Ventilhubbeschleunigung (α₀) leicht verändert werden kann durch Ändern der Beziehung zwischen den Beschleunigungen der Schwingnocke 32 und der Steuernocke 31.

Zum Realisieren der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung haben die Erfinder einen ersten Modus und einen zweiten Modus eingerichtet und haben zusammengesetzte Ventilhubbeschleunigungen (α₀) vor und nach dem Ändern der Ventilzeitgabe in dem ersten und dem zweiten Modus verglichen.

Der erste Modus wird nachstehend unter Bezugnahme auf Fig. 8 und 9 erläutert. Wie es in Fig. 8 gezeigt ist, werden in dem ersten Modus die positive Beschleu nigung (f′′) der Steuernocke 31 und die positive Beschleunigung (g₁′′) der Schwingnocke 32 zur Zeit des großen Ventilhubs eingerichtet, so daß sie sich nicht überlappen, und die positive Beschleunigung (f′′) der Steuernocke 31 wird sehr viel mehr vorgerückt als die positive Beschleunigung (g₁′′) der Schwing nocke 32. In Fig. 8 ist (g₂′′) die positive Beschleunigung der Schwingnocke 32 zur Zeit eines kleinen Ventilhubs, (g₁) ist die Ventilcharakteristik bei einem großen Ventilhub, (g₂) ist die Ventilcharakteristik bei einem kleinen Ventilhub, Φ₁ ist der Öffnungswinkel des Ventils 1 zur Zeit eines großen Ventilhubs und Φ₂ ist der Öffnungswinkel des Ventils 1 zur Zeit eines kleinen Ventilhubs.

Fig. 9 zeigt die zusammengesetzten Beschleunigungen (α_a) und (α_b) zur Zeit des Ventilhubvorgangs in dem ersten Modus. In Fig. 9 ist (α_a) die zusammengesetzte Beschleunigung zur Zeit eines großen Ventilhubs vor dem Ändern der Ventilzeit gabe und (α_b) ist die zusammengesetzte Beschleunigung zur Zeit eines kleinen Ventilhubs nach dem Ändern der Ventilzeitgabe. Aus den in Fig. 9 gezeigten Ergebnissen ist zu ersehen, daß die zusammengesetzten Beschleunigungen (α_a) und (α_b) hinsichtlich ihrer Größe nicht wesentlich verändert sind, da die positive Beschleunigung der Steuernocke 31 und die Beschleunigungen der Schwing nocke 32 vor und nach der Änderung der Ventilzeitgabe einander nicht über lappen und einander nicht beeinflussen.

Als nächstes wird der zweite Modus unter Bezugnahme auf die Fig. 10 und 11 beschrieben. Wie es in Fig. 10 gezeigt ist, sind in dem zweiten Modus die positive Beschleunigung (f′′) der Steuernocke 31 und die positive Beschleuni gung (g₃′′) der Schwingnocke 32 zur Zeit des großen Ventilhubs derart einge richtet, daß sie einander überlappen. In Fig. 10 ist (g₄′′) die positive Beschleuni gung der Schwingnocke 32 zur Zeit eines kleinen Ventilhubs, (g₃) ist die Ventil charakteristik bei einem großen Ventilhub und (g₄) ist die Ventilcharakteristik bei einem kleinen Ventilhub.

Fig. 11 zeigt die zusammengesetzten Beschleunigungen (α_c) und (α_d) zur Zeit des Ventilhubvorganges in dem zweiten Modus. In Fig. 11 ist (α_c) die zusammen gesetzte Beschleunigung zur Zeit eines großen Ventilhubs vor dem Ändern der Ventilzeitgabe und (α_d) ist die zusammengesetzte Beschleunigung zur Zeit eines kleinen Ventilhubs nach dem Ändern der Ventilzeitgabe. Aus den in Fig. 11 gezeigten Ergebnissen ist zu ersehen, daß die zusammengesetzte Beschleuni gung (α_d) nach dem Ändern der Ventilzeitgabe kleiner wird als die zusammen gesetzte Beschleunigung (α_c) vor dem Ändern der Ventilzeitgabe, und zwar, weil sich die positive Beschleunigung der Steuernocke 31 und die Beschleunigungen der Schwingnocke 32 vor und nach der Änderung der Ventilzeitgabe einander überlappen und gegenseitig beeinflussen.

Fig. 12 zeigt, wie der Ventilhub bei dem ersten und dem zweiten Modus mit der Zeit variiert. Wie es in Fig. 12 gezeigt ist, ist die Ventilhubkurve L₂ in dem zweiten Modus enger bzw. schmaler als die Ventilhubkurve L₁ in dem ersten Modus. Es ergibt sich hieraus, daß die integrierte Ventilhubzeit (oder Kurbel winkel), nämlich die Zeitspanne bzw. die Zeitspannenfläche in dem zweiten Modus kleiner ist als in dem ersten Modus und daher die Motorabgabeleistung in dem zweiten Modus proportional zu der Differenz abnimmt. Hieraus ergibt sich, daß zum Verhindern einer Abnahme der Motorabgabeleistung vor und nach der Änderung der Ventilzeitgabe es wichtig ist, die Nockenflächen der Steuer nocke 31 und der Schwingnocke 32 derart vorzusehen, daß die Ventilcharak teristik des ersten Modus erhalten wird.

Die zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nunmehr auf der Grundlage der oben erwähnten Beobachtungen unter Bezugnahme auf die Fig. 6 und 7 beschrieben.

Die zweite Ausführungsform wird auch auf das Ventilsteuersystem des Motors angewendet, wie es in den Fig. 6 und 7 gezeigt ist. Die grundlegende Kon struktion des Ventilsteuersystems der zweiten Ausführungsform ist dieselbe wie jene der oben erläuterten ersten Ausführungsform mit der Ausnahme der Unter schiede, die in der nachfolgenden Erläuterung ausgeführt sind. Die überein stimmenden Merkmale werden hier nicht erläutert.

Auf der Grundlage der oben erwähnten Beobachtungen sind bei der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die Nockenflächen der Steuer nocken 7 und 8 und die Nockenflächen der Schwingnocken 4 und 5 derart ausgebildet, daß die positive Beschleunigungskomponente der Nockenflächen 41 und 51 der Schwingnocken 4 und 5 und die positive Beschleunigungskom ponente der Nockenflächen 7a und 8a der Steuernocken 7 und 8 einander zur Zeit eines Ventilhubvorgangs nicht überlappen und daß die positiven Beschleuni gungskomponenten der Steuernocken 7 und 8 sehr viel mehr vorgerückt sind bzw. vorverlagert sind als die positiven Beschleunigungskomponenten der Schwingnocken 4 und 5.

Da gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verhindert werden kann, daß Ventilhubbeschleunigung abnimmt, wenn sich die Ventilzeit gabe ändert, indem die Nockenwelle 6 in axialer Richtung bewegt wird, nimmt die Motorabgabeleistung nicht ab und somit kann die Fähigkeit des Motors zu einer hohen Abgabeleistung aufrecht erhalten werden.

Claims

1. Ventilsteuersystem für einen Motor zum Öffnen und Schließen eines Ventils, wobei das System aufweist:
eine Steuernocke (7, 8) mit einer Nockenfläche (7a, 8a), wobei die Steu ernocke (7, 8) durch den Motor in Drehung versetzt wird; und
eine Schwingnocke (4, 5) mit einer Nockenfläche (41, 51), welche sich in gleitendem Kontakt mit dem Ventil (1) bzw. einem Ventilstößel (3) befindet, und einem Nockenstößel (42, 52) in gleitendem Kontakt mit der Nockenfläche (7a, 8a) der Steuernocke (7, 8);
wobei das Ventil (1) dadurch geöffnet und geschlossen wird, daß die Schwingnocke (4, 5) durch Drehung der Steuernocke (7, 8) in Schwing ung versetzt wird bzw. geschwenkt wird,
wobei die Nockenfläche (7a, 8a) der Steuernocke (7, 8) und die Nockenfläche (41, 51) der Schwingnocke (4, 5) derart ausgebildet sind, daß eine Beschleunigungskomponente (α₁) der Schwingnocke (4, 5) größer ist als jene (α₂) der Steuernocke (7, 8), und zwar in einem positiven Bereich einer Ventilhubbeschleunigung (α₀), welche als eine Summe der Beschleu nigungskomponente (α₂) der Steuernocke (7, 8) und der Beschleunigungs komponente (α₁) der Schwingnocke (4, 5) definiert ist.

2. Ventilsteuersystem nach Anspruch 1, wobei die Nockenfläche (7a, 8a) der Steuernocke (7, 8) und die Nockenfläche (41, 51) der Schwingnocke (4, 5) derart ausgebildet sind, daß eine Beschleunigungskomponente (α₂) der Steuernocke (7, 8) in einem negativen Beschleunigungsbereich der Ventilhubbeschleunigung (α₀) größer ist als jene (α₁) der Schwingnocke (4, 5).

3. Ventilsteuersystem nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Beschleunigungs komponenten (α₁, α₂) der Schwingnocke (4, 5) und der Steuernocke (7, 8) und die Ventilhubbeschleunigung (α₀) definiert sind wie folgt: α₁ = (f′)² _* g′′
α₂ = f′′ _* g′
α₀ = f′′ _* g′ + (f′)² _* g′′wobei α₁ die Beschleunigungskomponente der Schwingnocke ist, α₂ die Beschleunigungskomponente der Steuernocke ist, g′ eine Nocken geschwindigkeit der Schwingnocke ist, g′′ eine Beschleunigung der Schwingnocke ist, f′ eine Nockengeschwindigkeit der Steuernocke ist und f′′ eine Beschleunigung der Steuernocke ist.

4. Ventilsteuersystem gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das System weiterhin aufweist eine Einrichtung zum Steuern einer Ventil zeitgabe durch Verändern einer positionsmäßigen Beziehung zwischen der Steuernocke (7, 8) und der Schwingnocke (4, 5) in axialer Richtung, wobei die Nockenfläche (7a, 8a) der Steuernocke (7, 8) und die Nocken fläche (41, 51) der Schwingnocke (4, 5) derart gebildet sind, daß sich die Ventilhubbeschleunigung (α₀) vor und nach einer Änderung der Ventilzeit gabe nicht wesentlich ändert.

5. Ventilsteuersystem nach Anspruch 4, wobei sich eine positive Beschleuni gungskomponente (g′′) der Nockenfläche (41, 51) der Schwingnocke (4, 5) und eine positive Beschleunigungskomponente (f′′) der Nockenfläche (7a, 8a) der Steuernocke (7, 8) zur Zeit eines Ventilhubvorganges nicht überlappen.

6. Ventilsteuersystem nach Anspruch 5, wobei die Nockenfläche (7a, 8a) der Steuernocke (7, 8) und die Nockenfläche (41, 51) der Schwingnocke (4, 5) derart gebildet sind, daß die positive Beschleunigungskomponente (f′′) der Steuernocke (7, 8) sehr viel mehr vorgerückt ist als die positive Beschleunigungskomponente (g′′) der Schwingnocke (4, 5).

7. Ventilsteuersystem eines Motors zum Öffnen und Schließen eines Ventils, wobei das System aufweist:
eine Steuernocke (7, 8) mit einer Nockenfläche (7a, 8a), wobei die Steuer nocke (7, 8) durch den Motor in Drehung versetzt wird;
eine Schwingnocke (4, 5) mit einer Nockenfläche (41, 51) in gleitendem Kontakt mit dem Ventil (1) bzw. einem Ventilstößel (3) und mit einem Nockenstößel (42, 52) in gleitendem Kontakt mit der Nockenfläche (7a, 8a) der Steuernocke (7, 8);
wobei das Ventil (1) geöffnet und geschlossen wird, indem die Schwing nocke (4, 5) durch Drehung der Steuernocke (7, 8) in Schwingung ver setzt bzw. geschwenkt wird; und
eine Einrichtung zum Steuern der Ventilzeitgabe durch Verändern einer Relativlage zwischen der Steuernocke (7, 8) und der Schwingnocke (4, 5) in axialer Richtung;
wobei die Nockenfläche (7a, 8a) der Steuernocke (7, 8) und die Nockenfläche (41, 51) der Schwingnocke (4, 5) derart gebildet sind, daß sich eine Ventilhubbeschleunigung (α₀), welche als eine Summe einer Be schleunigungskomponente (α₂) der Steuernocke (7, 8) und eine Beschleu nigungskomponente (α₁) der Schwingnocke (4, 5) definiert ist, vor und nach einer Veränderung der Ventilzeitgabe nicht wesentlich ändert.

8. Ventilsteuersystem nach Anspruch 7, wobei sich eine positive Beschleuni gungskomponente (g′′) der Nockenfläche (41, 51) der Schwingnocke (4, 5) und eine positive Beschleunigungskomponente (f′′) der Nockenfläche (7a, 8a) der Steuernocke (7, 8) einander zur Zeit eines Ventilhubvorgan ges nicht überlappen.

9. Ventilsteuersystem nach Anspruch 8, wobei die Nockenfläche (7a, 8a) der Steuernocke (7, 8) und die Nockenfläche (41, 51) der Schwingnocke (4, 5) derart gebildet sind, daß die positive Beschleunigungskomponente (f′′) der Steuernocke (7, 8) sehr viel mehr vorverrückt ist bzw. vorgerückt ist bzw. vorverlegt ist als die positive Beschleunigungskomponente (g′′) der Schwingnocke (4, 5).