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Technisches Gebiet
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Die
Erfindung bezieht sich auf einen Ventiltrieb, das ein Ansaugventil
oder ein Abgasventil einer Brennkraftmaschine antreibt.
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Stand der Technik
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Als
diese Art von Ventiltrieb ist ein Ventiltrieb bekannt, der das Ansaugventil
durch Drehen einer Nockenwelle der Brennkraftmaschine durch einen Schrittmotor öffnet und
schließt
(Japanische Patentanmeldungsveröffentlichung
JP-A No. 8-177536 ). Zusätzlich ist
JP-A-59-68509 als
ein Dokument des Stands der Technik für die Erfindung relevant.
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Ein
durch eine Ventilfeder verursachtes Nockenwellendrehmoment und Trägheit werden
als ein Widerstand gegen die Drehung auf die Nockenwelle aufgebracht.
Das Nockenwellendrehmoment schwankt jedoch entsprechend einer Drehzahl
(einer Drehgeschwindigkeit) der Maschine, und es gibt eine Möglichkeit,
dass ein Drehbereich, in dem eine gewünschte Ventiltriebkennlinie
nicht erhalten werden kann, aufgrund der Schwankung hervorgerufen
wird.
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Offenbarung der Erfindung
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Demnach
ist es eine Aufgabe der Erfindung, einen Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine
bereitzustellen, der eine hohe Steuerungsgenauigkeit einer Ventiltriebkennlinie
eines Ventils ohne Berücksichtigung
einer Veränderung
einer Maschinendrehzahl aufrechterhalten kann.
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Um
die vorhergehend genannte Aufgabe zu lösen, ist gemäß einem
Aspekt der Erfindung ein Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine gemäß Anspruch
1 und 3 bereitgestellt.
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Auf
eine Nockenwelle werden als ein Nockenwellendrehmoment ein Ventilfedermoment,
das gemäß einer
Stauchungsreaktionskraft einer das Ventil antreibenden Ventilfeder
erzeugt wird, und ein Trägheitsmoment
aufgebracht, das gemäß einer Trägheitskraft
einer Hin- und Herbewegung von Ventiltriebsystemteilen im Gleichlauf
mit dem Ventil erzeugt wird. Wenn die Nockenwelle mit einer geringen Geschwindigkeit
gedreht wird, wird in erster Linie das Ventilfedermoment als das
Nockenwellendrehmoment aufgebracht. Das Ventilfedermoment wird durch
ein Produkt aus der Stauchungsreaktionskraft der Ventilfeder und
einem Abstand (einem Versatzbetrag) in einer Richtung erhalten,
die in einem rechten Winkel zu einer Hin- und Herbewegungsrichtung des
Ventils von einer Drehmitte des Nockens zu deren Berührungsposition
mit einem entgegenwirkenden Teil ist. Die Stauchungsreaktionskraft
wird ferner im Verhältnis
zu dem Hubbetrag des Ventils vergrößert, und eine Hubgeschwindigkeit
des Ventils wird im Verhältnis
zu dem Versatzbetrag vergrößert. Um das
Nockenwellendrehmoment in dem Bereich mit geringer Drehung zu verringern,
ist es demnach vorzuziehen, ein Profil des Nockens derart zu gestalten, dass
die Hubgeschwindigkeit in einem Stadium maximal wird, in dem der
Hubbetrag so klein wie möglich ist.
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Andererseits
wird das Trägheitsmoment
der Nockenwelle im Verhältnis
zu einem Quadrat der Drehgeschwindigkeit vergrößert, und wenn die Nockenwelle
mit einer hohen Geschwindigkeit gedreht wird, wird ein Einfluss
des Trägheitsmoments
relativ vergrößert, und
das Nockenwellendrehmoment wird in einer Position maximal, in der
die Beschleunigung des Ventils maximal wird. Wenn die Hubgeschwindigkeit über einen
kurzen Zeitraum ab dem Hubbeginn auf das Maximum erhöht wird,
wird die Beschleunigung des Ventils erhöht. Demnach wird das Nockenwellendrehmoment
zu der Zeit der hohen Drehung der Nockenwelle erheblich vergrößert. Um
das Nockenwellendrehmoment in dem Bereich mit hoher Drehung zu verringern,
ist es daher notwendig, das Profil des Nockens derart zu gestalten,
dass die maximale Beschleunigung des Ventils klein wird.
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Wie
vorhergehend bemerkt ist, haben das Ventilfedermoment und das Trägheitsmoment
eine Widerspruchsbeziehung. Auch wenn der Nocken gestaltet ist,
um das Nockenwellendrehmoment in einem Drehbereich von dem Bereich
mit geringer Drehung und dem Bereich mit hoher Drehung der Nockenwelle
zu verringern, wird das Nockenwellendrehmoment in dem anderen Drehbereich
vergrößert, so
dass es eine Möglichkeit
gibt, dass eine gewünschte
Ventiltriebkennlinie nicht erhalten werden kann.
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Auch
wenn die Drehzahl der Brennkraftmaschine konstant ist, ist es in
dem Fall des Antriebs des Ventils durch den Elektromotor jedoch
möglich, die Beschleunigungskennlinie
während
des Hubs des Ventils durch Einstellen der Drehgeschwindigkeit des
Elektromotors passend zu verändern.
In dem Fall, dass aus der vorhergehenden Funktion ein Vorteil gezogen
wird, ist es möglich,
das Nockenwellendrehmoment ohne Berücksichtigung der Maschinendrehzahl
gering zu halten, indem die Beschleunigung des Nockens derart verändert wird,
dass verhindert wird, dass das Nockenwellendrehmoment gesteigert wird,
das zu einer Zeit erzeugt wird, wenn der Nocken im Hinblick auf
die Profilgestaltung aus einem optimalen Drehbereich herausbewegt
wird. Zum Beispiel ist es in dem Fall des Gestaltens des Nockens
so, dass die Beschleunigung kurz nach dem Beginnen des Hubs und
kurz vor dem Beenden des Hubs zum Verringern des Ventilfedermoments
in dem Bereich mit geringer Drehung vergrößert wird, vorzuziehen, die
Drehgeschwindigkeit des Elektromotors derart zu verändern, dass
die Hubbeschleunigung kurz nach dem Beginnen des Hubs und kurz vor
dem Beenden des Hubs in dem Bereich mit hoher Drehung beschränkt ist.
Demgegenüber
ist es in dem Fall des Gestaltens des Nockens so, dass die Beschleunigung
kurz nach dem Beginnen des Hubs und kurz vor dem Beenden des Hubs
zum Verringern des Trägheitsmoments
in dem Bereich mit hoher Drehung beschränkt ist, vorzuziehen, die Drehgeschwindigkeit des
Elektromotors derart zu verändern,
dass die Hubbeschleunigung kurz nach dem Beginnen des Hubs und kurz
vor dem Beenden des Hubs in dem Bereich mit geringer Drehung vergrößert wird.
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In
dem Ventiltrieb gemäß dem vorhergehenden
Aspekt der Erfindung kann die Elektromotorsteuerungsvorrichtung
den Elektromotor derart steuern, dass, wenn die Drehzahl der Brennkraftmaschine
gering ist, die Geschwindigkeit des Nockens in vorbestimmten Bereichen
nach Beginnen des Hubs des Ventils und vor Beenden des Hubs größer als
die Geschwindigkeit des Nockens in einem Bereich zwischen den vorbestimmten
Bereichen wird, und dass, wenn die Drehzahl der Brennkraftmaschine
hoch ist, der Nocken mit einer konstanten Geschwindigkeit während des
Hubs des Ventils gedreht wird. In diesem Fall ist es in dem Bereich
mit geringer Geschwindigkeit möglich,
die maximale Geschwindigkeit auf das Ventil in dem Stadium aufzubringen,
in dem der Hubbetrag des Ventils gering ist, wodurch das Ventilfedermoment
beschränkt
wird. In dem Bereich mit hoher Drehung ist es möglich, eine Belastung zum Steuern
des Elektromotors zu der Zeit der hohen Drehung durch Drehen des
Nockens mit einer konstanten Geschwindigkeit zu erleichtern, wodurch die
Verschlechterung der Bewegungssteuerung des Ventils aufgrund eines
Fehlens einer Rückmeldung der
Steuerung verhindert wird. In dem vorhergehenden Aspekt kann die
Elektromotorsteuerungsvorrichtung den Elektromotor derart steuern,
dass ein Unterschied der Drehgeschwindigkeit des Nockens zwischen
den vorbestimmten Bereichen und den Zwischenbereichen gemäß einer
Steigerung der Drehzahl der Brennkraftmaschine verringert wird,
indem die Geschwindigkeit in der vorhergehenden Weise verändert wird.
In diesem Fall ist es möglich,
die Beschleunigungskennlinie des Ventils mit Bezug auf die Veränderung
der Drehzahl der Brennkraftmaschine gleichmäßig zu verändern, wobei verhindert wird, dass
ein Fahrverhalten verschlechtert wird.
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Ferner
kann in dem Ventiltrieb gemäß dem vorhergehenden
Aspekt der Erfindung die Elektromotorsteuerungsvorrichtung den Elektromotor
derart steuern, dass, wenn die Drehzahl der Brennkraftmaschine gering
ist, der Nocken mit einer konstanten Geschwindigkeit während des
Hubs gedreht wird, und dass, wenn die Drehzahl der Brennkraftmaschine
hoch ist, die Geschwindigkeit des Nockens in vorbestimmten Bereichen
nach Beginnen des Hubs des Ventils und vor Beenden des Hubs geringer
als die Geschwindigkeit des Nockens in einem Zwischenbereich zwischen
den vorbestimmten Bereichen wird. In diesem Fall ist es möglich, das
Trägheitsmoment durch
Verringern der maximalen Beschleunigung des Ventils in dem Bereich
mit hoher Geschwindigkeit zu beschränken. In dem vorhergehenden
Aspekt kann die Elektromotorsteuerungsvorrichtung den Elektromotor
derart steuern, dass ein Unterschied in der Drehzahl des Nockens
zwischen den vorbestimmten Bereichen und dem Zwischenbereich gemäß einer Steigerung
der Drehzahl der Brennkraftmaschine gesteigert wird. In diesem Fall
ist es möglich,
die Beschleunigungskennlinie des Ventils mit Bezug auf die Veränderung
der Geschwindigkeit der Brennkraftmaschine gleichmäßig zu verändern, indem
die Geschwindigkeit in der vorhergehenden Weise verändert wird,
wodurch verhindert wird, dass ein Fahrverhalten verschlechtert wird.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der Erfindung ist ein Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine
gemäß Anspruch
5 vorgesehen.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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1 ist
eine perspektivische Ansicht eines Ventiltriebs gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der Erfindung;
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2 ist
eine vordere Aufrissansicht des Ventiltriebs in 1;
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3 ist
ein Schaubild, das eine Hubkennlinie zeigt, die der Ventiltrieb
in 1 auf ein Ansaugventil aufbringt;
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4 ist
ein Zeitschaubild, das eine Steuerung einer Motorgeschwindigkeit
und eines Motormoments durch ein Motorsteuerungsgerät in 1 zeigt;
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5 ist
ein Diagramm, das eine entsprechende Beziehung zwischen einem Absolutwert ΔT eines Motormomentunterschieds
in 4 und einer Maschinendrehzahl zeigt;
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6 ist
ein Schaubild, das ein weiteres Beispiel der Hubkennlinie zeigt,
die der Ventiltrieb in 1 auf das Ansaugventil aufbringt;
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7 ist
ein Zeitschaubild, das ein weiteres Beispiel der Steuerung der Motorgeschwindigkeit und
des Motormoments durch das Motorsteuerungsgerät in 1 zeigt;
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8 ist
ein Diagramm, das eine entsprechende Beziehung zwischen einem Absolutwert ΔT eines Motormomentunterschieds
in 7 und einer Maschinendrehzahl zeigt; und
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9 ist
eine Ansicht, die eine Bewegung eines Nockens in einer Kippantriebsart
zeigt.
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Bester Weg zum Ausführen der Erfindung
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(Erstes Ausführungsbeispiel)
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1 zeigt
ein Ausführungsbeispiel,
in dem ein Ventiltrieb erfindungsgemäß angewendet wird, um ein Ansaugventil
einer Brennkraftmaschine einer wechselseitigen Art anzutreiben.
In diesem Ausführungsbeispiel
sind zwei Ansaugventile 2 in jedem der in der Brennkraftmaschine
vorgesehenen Zylinder 1 (nur einer ist in der Zeichnung
dargestellt) vorgesehen, und das Ansaugventil 2 wird angetrieben,
um durch einen Ventiltrieb 11, der in jedem der Zylinder 1 vorgesehen
ist, geöffnet
und geschlossen zu werden. Wie bekannt ist, weist ein Ansaugventil 2 einen Ventilkopf 2a und
einen Schaft 2b auf. Der Schaft 2b ist durch eine
Hülse 3 geschoben,
die an einem Zylinderkopf (nicht gezeigt) befestigt ist, wodurch
das Ansaugventil 2 gleitbar in einer axialen Richtung des Schafts 2b geführt wird.
Eine Ventilfeder 6 ist in einem zusammengedrückten Zustand
zwischen einem Flansch 4, der von der Hülse 3 hervorsteht,
und einem Ventilfederhalter 5 angeordnet, der an dem Schaft 2b angebracht
ist, und das Ansaugventil 2 wird in einer Richtung betätigt, in
der es in enger Verbindung mit einem Ventilsitz (nicht gezeigt)
ist, d.h. in enger Verbindung zu einer oberen Seite in 1 basierend
auf einer Stauchungsreaktionskraft der Ventilfeder 6.
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Der
Ventiltrieb 11 auf der Ansaugseite ist mit einem Elektromotor
(nachfolgend als Motor bezeichnet) 12, der als eine Antriebsquelle
dient, einer Zahnradpaarung 13, die einem Übertragungsmechanismus
zum Übertragen
einer Drehbewegung des Motors 12 entspricht, und einem
Nockenmechanismus 14 vorgesehen, der die von der Zahnradpaarung 13 übertragene
Drehbewegung in eine lineare Öffnungs-
und Schließbewegung
des Ansaugventils 2 umwandelt. Als der Motor 12 kommt
ein DC-bürstenloser
Motor oder dergleichen zur Anwendung, bei dem eine Drehgeschwindigkeit
gesteuert werden kann. Der Motor 12 weist einen Positionserfassungssensor 12a,
wie z.B. einen Drehmelder, einen Drehgeber oder dergleichen, zum
Erfassen einer Drehposition des Motors auf. Die Zahnradpaarung 13 überträgt eine
Drehung eines Motorzahnrads 15, das an einer Ausgabewelle
(nicht gezeigt) des Motors 12 montiert ist, über ein
Zwischenzahnrad 16 auf ein Nockenantriebszahnrad 17.
Die Zahnradpaarung 13 kann derart aufgebaut sein, dass
das Motorzahnrad 15 und das Nockenantriebszahnrad 17 mit
einer einheitlichen Geschwindigkeit gedreht werden, oder kann derart
aufgebaut sein, dass eine Geschwindigkeit des Nockenantriebszahnrads 17 mit
Bezug auf das Motorzahnrad 15 vergrößert oder verringert werden
kann.
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Wie
ebenfalls in 2 gezeigt ist, hat der Nockenmechanismus 14 eine
Nockenwelle 20, die vorgesehen ist, um koaxial und einstückig mit
dem Nockenantriebszahnrad 17 gedreht zu werden, zwei Nocken 21,
die vorgesehen sind, um einstückig
mit der Nockenwelle 20 gedreht zu werden, und einen Kipphebel 22,
der zwischen jedem der Nocken 21 und dem Ansaugventil 2 vorgesehen
ist. Der Nocken 21 ist als eine Art von Scheibennocke ausgebildet,
an der eine Nase 21a ausgebildet ist, indem ein Teil eines
auf einem Kreisbogen basierenden Kreises 21b, der koaxial
mit der Nockenwelle 20 ausgebildet ist, in Richtung einer
Außenseite
in einer radialen Richtung hervorsteht.
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Der
Kipphebel 22 ist drehbar an einer Ventilkippwelle 23 montiert,
wenn ein Endabschnitt 22a mit einem oberen Ende des Schafts 2b des
Ansaugventils 2 in Berührung
ist, und wobei der andere Endabschnitt 22b mit einem Ventilspieleinsteller 24 in Berührung ist.
Der Ventilspieleinsteller 24 drückt den einen Endabschnitt 22a des
Kipphebels 22 nach oben, wobei der eine Endabschnitt 22a des
Kipphebels 22 in einem Zustand gehalten wird, in dem er
mit dem oberen Endabschnitt des Ansaugventils 2 in Berührung ist.
Der Kipphebel 22 kippt um die Ventilkippwelle 23 gemäß der Drehung
des Nockens 21, und das Ansaugventil 2 führt eine
lineare Bewegung in einer axialen Richtung des Schafts 2b gemäß der Kippbewegung
durch, und der Zylinder wird geöffnet
und geschlossen.
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Zurückkehrend
zu 1 ist der Ventiltrieb 11 mit einem Motorsteuerungsgerät 30 vorgesehen,
das als eine Elektromotorsteuerungsvorrichtung dient, die die Bewegung
des Motors 12 steuert. Das Motorsteuerungsgerät 30 ist
eine Computereinheit, die mit einem Mikroprozessor und Peripherieteilen
vorgesehen ist, z.B. eine Hauptspeichervorrichtung oder dergleichen,
wie sie für
ein Laufen des Mikroprozessors erforderlich sind. Wenn eine Vielzahl
von Ventiltrieben 11 vorgesehen ist, kann das Motorsteuerungsgerät 30 mit
jedem der Ventiltriebe 11 mitbenutzt werden. Alternativ
kann das Motorsteuerungsgerät 30 in jedem
der Zylinder 1 eines jeden der Ventiltriebe 11 vorgesehen
sein. Das Motorsteuerungsgerät
kann vorgesehen sein, um ausschließlich den Ventiltrieb 11 zu
steuern, oder die Computereinheit, die für die andere beabsichtigte
Verwendung vorgesehen ist, kann zusammen mit dem Motorsteuerungsgerät 30 verwendet
werden. Zum Beispiel kann eine Maschinensteuerungseinheit (ECU)
zum Steuern einer Kraftstoffeinspritzmenge der Brennkraftmaschine
als das Motorsteuerungsgerät
verwendet werden.
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Mit
dem Motorsteuerungsgerät 30 sind
verschiedene Sensoren verbunden, wie z.B. sowohl ein Kurbelwinkelsensor 31,
der als Informationseingabeeinrichtung ein Signal entsprechend einem
Winkel einer Kurbelwelle und dergleichen ausgibt, als auch der vorhergehende
Positionserfassungssensor 12a. Das Motorsteuerungsgerät 30 steuert
eine Bewegung des Motors 12 gemäß Ausgaben von diesen Sensoren
laut einem Ventilsteuerungsprogramm, das in einer ROM gespeichert
ist. Als eine Steuerungsverbindung mit den Merkmalen der Erfindung verändert das
Motorsteuerungsgerät 30 eine
Drehgeschwindigkeit des Motors 12 derart, dass eine Beschleunigungskennlinie
des Eingabeventils 2 entsprechend einer Maschinendrehzahl
des Ansaugventils 2 verändert
wird. Bezüglich
dieses Punkts ist eine Beschreibung nachfolgend ausführlich gegeben.
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3 zeigt
eine entsprechende Beziehung zwischen einem Hubbetrag Y, einer Hubgeschwindigkeit
V und einer Hubbeschleunigung A des Ansaugventils 2, und
einen Drehwinkel θ des
Nockens 21. In diesem Fall wird angenommen, dass die Drehgeschwindigkeit
der Nockenwelle 20 eine Basisgeschwindigkeit ist, d.h.
eine Hälfte
der Drehgeschwindigkeit einer Kurbelwelle (einer Maschinenausgabewelle)
der Brennkraftmaschine, und die Basisgeschwindigkeit wird konstant
gehalten. Ferner zeigt 3 eine Ventiltriebkennlinie
des Ansaugventils 2 von einem Nockenwinkel (einem Hubbeginnwinkel) θr zu einer
Zeit, wenn das Ansaugventil 2 beginnt, sich zu heben, zu
einem Nockenwinkel (einem maximalen Hubwinkel) θy zu einer Zeit, wenn ein maximaler
Hubbetrag Y0max gegeben ist, und es wird angenommen, dass die Ventiltriebkennlinie
von dem maximalen Hubwinkel θy
zu dem Nockenwinkel zu einer Zeit, wenn der Hub des Ansaugventils 2 beendet
ist, symmetrisch zu einer vertikalen Achse scheint, die an dem maximalen
Hubwinkel θy
gezogen wird. Positiv und Negativ der Nockengeschwindigkeit V und der
Nockenbeschleunigung A sind derart festgelegt, dass eine Richtung,
in der das Ansaugventil 2 geöffnet wird, eine positive Richtung
ist.
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In 3 wird
die Hubgeschwindigkeit V durch Differenzieren des Hubbetrags Y erhalten,
und die Hubgeschwindigkeit A wird durch Differenzieren der Hubgeschwindigkeit
V erhalten. Demnach erreicht die Hubgeschwindigkeit V eine maximale
Hubgeschwindigkeit Vmax an einem Nockenwinkel (einem Maximalgeschwindigkeitsnockenwinkel) θv früher als
der maximale Hubwinkel θy
und die Hubbeschleunigung A erreicht eine maximale Hubbeschleunigung
in einer positiven Richtung (einer maximalen positiven Beschleunigung)
Amax zu einem Nockenwinkel (einem maximalen Beschleunigungsnockenwinkel) θa früher als
die Hubbeschleunigung A. Wie vorhergehend bemerkt ist, ist es, um
das Nockenwellendrehmoment in dem Bereich mit geringer Drehung zu
beschränken,
notwendig, die Hubkennlinie des Ansaugventils 2 derart
festzusetzen, dass die maximale Hubgeschwindigkeit Vmax in einem
Stadium erreicht werden kann, wenn der Hubbetrag Y so klein wie
möglich
ist, andererseits ist es, um das Nockenwellendrehmoment in dem Bereich
mit hoher Drehung zu beschränken,
erforderlich, die maximale Hubbeschleunigung Amax zu beschränken. Solange die
Drehgeschwindigkeit der Nockenwelle 20 während des
Hubs des Ansaugventils 2 konstant gehalten wird, werden
die Hubgeschwindigkeit V und die Hubbeschleunigung A eindeutig basierend
auf einem Profil des Nockens 21 festgelegt. Demnach ist
es unmöglich,
den Maximalgeschwindigkeitsnockenwinkel θv zu beschleunigen, während die
maximale Beschleunigung Amax verringert wird.
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Demnach
ist das Profil des Nockens 21 derart gestaltet, dass die
maximale Beschleunigung Amax der maximalen Drehzahl der Brennkraftmaschine
auf eine zulässige
Grenze herabgesetzt wird, wobei in erster Linie Priorität auf die
Beschränkung des
Trägheitsmoments
in dem Bereich mit hoher Drehung gegeben wird. In diesem Fall, falls
der Nocken 21 während
des Hubs des Ansaugventils 2 mit der Basisgeschwindigkeit
angetrieben wird, wird der Maximalgeschwindigkeitsnockenwinkel θv verzögert, und
das Ventilfedermoment in dem Bereich mit geringer Drehung wird vergrößert. Um
das zu verhindern wird die Drehgeschwindigkeit des Motors 12 kurz nach
Beginnen des Hubs und kurz vor Beenden des Hubs auf mehr als die
Basisgeschwindigkeit in dem Bereich mit geringer Drehung gesteigert,
wodurch die maximale Beschleunigung Amax des Ansaugventils 2 gesteigert
wird, wie durch einen Pfeil I in 3 gezeigt
ist. Demnach ist es möglich,
den Maximalgeschwindigkeitsnockenwinkel θv zu beschleunigen, wie durch
einen Pfeil II gezeigt ist, um das Ventilfedermoment zu beschränken, wodurch
das Nockenwellendrehmoment herabgesenkt wird.
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4 ist
eine Zeitschaubild, das eine Veränderung
einer Drehgeschwindigkeit (einer Motorgeschwindigkeit) und eines
Ausgabemoments (einem Motormoment) des Motors 12 zeigt,
welche das Motorsteuerungsgerät 30 steuert,
um die Beschleunigungskennlinie des Ansaugventils 2 in
der vorhergehenden Weise zu verändern.
In der Zeichnung wird angenommen, dass der Nocken 21 kontinuierlich
in derselben Richtung durch den Motor 12 ohne Rücksicht
auf die Maschinendrehzahl gedreht wird.
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Wenn
die Brennkraftmaschine mit der maximalen Drehzahl betrieben wird,
fixiert das Motorsteuerungsgerät 30 das
Motormoment auf einen konstanten Wert T1, wie durch eine durchgezogene
Linie Lt1 in 4 gezeigt ist, und fixiert die
Drehgeschwindigkeit des Motors 12 auf eine konstante Geschwindigkeit
V1, wie durch eine durchgezogene Linie Lv1 gezeigt ist. Die Geschwindigkeit
V1 ist gleich der Drehgeschwindigkeit des Motors 12, was
notwendig ist, um den Nocken 21 mit der Basisgeschwindigkeit
entsprechend einer Hälfte
der maximalen Drehzahl der Kurbelwelle zu drehen. Demgegenüber, wenn
die Brennkraftmaschine mit einer Leerlaufdrehzahl betrieben wird,
steigert und verringert das Motorsteuerungsgerät 30 das Motormoment
mit Bezug auf ein Moment T2, was notwendig ist, um den Nocken 21 mit
der Basisgeschwindigkeit zu der Leerlaufzeit anzutreiben, in einem
vorbestimmten Bereiche Xs kurz nach Beginnen des Hubs und einem
vorbestimmten Bereich Xe kurz vor Beenden des Hubs, wie durch eine
durchgezogene Linie Lt2 in der Zeichnung gezeigt ist, wodurch die
Drehgeschwindigkeit des Motors 12 in den Bereichen Xs und
Xe höher
als die Geschwindigkeit V2 entsprechend der Basisgeschwindigkeit
zu der Leerlaufzeit gesteigert wird. In einem Zwischenbereich Xm
während
des Hubs zwischen den Bereichen Xs und Xe wird das Motormoment auf T2
gehalten, und die Motorgeschwindigkeit wird geringer als die Geschwindigkeit
V2 festgesetzt. Der Grund dafür
ist ein Ventilzeitgebiet (ein Gebiet in einem Bereich, der durch
eine Kurve des Hubbetrags umgeben ist) des Ansaugventils 2 mit
dem Ventilzeitgebiet in dem Fall des Antreibens des Motors 12 mit der
konstanten Geschwindigkeit V2 in Übereinstimmung zu bringen.
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Wenn
die Brennkraftmaschine mit der Zwischendrehzahl zwischen der Leerlaufdrehzahl
und der maximalen Drehzahl betrieben wird, steigert und verringert
das Motorsteuerungsgerät 30 das
Motormoment und die Motorgeschwindigkeit in den vorbestimmten Abschnitten
Xs und Xe kurz nach Beginnen des Hubs und kurz vor Beenden des Hubs,
wie durch durchgezogene Linien Lt3 und Lv3 in 4 gezeigt sind,
wobei Unterschiede in der Motorgeschwindigkeit und in dem Motormoment
zu dieser Zeit jedoch klein gemäß der Steigerung
der Maschinendrehzahl gesteuert sind. Unter der Vermutung, dass
ein absoluter Wert des Unterschieds in dem Motormoment, das kurz
nach Beginn des Hubs und kurz vor Beenden des Hubs aufgebracht wird,
auf Δ|T|
festgesetzt wird, wie in 4 gezeigt ist, wird der Wert Δ|T| z.B. klein
festgesetzt, wenn die Maschinendrehzahl gesteigert wird, wie in 5 gezeigt
ist, und die Beziehung Δ|T|
= 0, d.h. ein Betriebszustand mit einer konstanten Geschwindigkeit
mit keiner Beschleunigung wird zu der Zeit des Erreichens einer
maximalen Drehzahl Nemax erhalten.
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Wenn
das Moment und die Geschwindigkeit des Motors 12 wie vorhergehend
genannt gesteuert werden, ist es, auch wenn das Profil des Nockens 21 gestaltet
ist, während
Priorität
auf die Beschränkung des
Trägermoments
bei der maximalen Drehzahl gegeben ist, möglich, die Beschleunigungskennlinie des
Ansaugventils 2 in dem Bereich mit geringer Drehung derart
zu verändern,
dass die maximale Hubgeschwindigkeit Vmax in den begrenzten Abschnitten Xs
und Xe kurz nach Beginnen des Hubs und kurz vor Beenden des Hubs,
in denen der Hubbetrag vergleichbar gering ist, erzeugt wird, wodurch
es möglich
wird, das Ventilfedermoment in dem Bereich mit geringer Drehung
zu beschränken,
so dass die auf den Motor 12 aufgebrachte Belastung herabgesenkt wird.
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(Zweites Ausführungsbeispiel)
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In
dem ersten Ausführungsbeispiel
ist das Profil des Nockens 21 gestaltet, während Priorität auf die
Verringerung des Trägheitsmoments
in dem Bereich mit hoher Drehung gelegt wird, die Erfindung kann
jedoch unter dem entgegengesetzten Aspekt verwirklicht sein. Ein
Ausführungsbeispiel
davon ist in den 6 bis 8 gezeigt.
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In
diesem Ausführungsbeispiel,
das in erster Linie Priorität
auf die Beschränkung
des Ventilfedermoments in dem Bereich mit geringer Drehung legt, ist
das Profil des Nockens 21 derart gestaltet, dass der Maximalgeschwindigkeitsnockenwinkel ΔT, der die
maximale Hubgeschwindigkeit Vmax liefert, so früh wie möglich erreicht wird. In diesem
Fall, wenn der Nocken 21 mit der Basisgeschwindigkeit ohne Rücksicht
auf die Maschinendrehzahl angetrieben wird, wird die maximale Beschleunigung
Amax kurz nach Beginnen des Hubs und kurz vor Beenden des Hubs im
Verhältnis
zu einem Quadrat der Steigerung der Maschinendrehzahl gesteigert,
und das Trägheitsmoment
in dem Bereich mit hoher Drehung wird erheblich vergrößert. Um
das zu verhindern, wird die Drehgeschwindigkeit des Motors 12 derart
verändert, dass
die maximale Beschleunigung des Ansaugventils 2 kurz nach
Beginnen des Hubs und kurz vor Beenden des Hubs in umgekehrtem Verhältnis zu
einem Quadrat der Drehzahl herabgesetzt wird, wenn die Maschinendrehzahl
von der Leerlaufdrehzahl gesteigert wird. Demnach ist es möglich, die
maximale Beschleunigung Amax des Ansaugventils 2 zu beschränken, wie
durch einen Pfeil III in 6 gezeigt ist und es ist möglich, den
Maximalgeschwindigkeitsnockenwinkel θv zu verzögern, wie durch einen Pfeil IV
gezeigt ist, um zu verhindern, dass das Trägheitsmoment in dem Bereich
mit hoher Drehung gesteigert wird.
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7 ist
ein Zeitschaubild, das eine Veränderung
einer Drehgeschwindigkeit (einer Motorgeschwindigkeit) und ein Ausgabemoment
(ein Motormoment) des Motors 12 zeigt, welches das Motorsteuerungsgerät 30 zum
Verändern
der Beschleunigungskennlinie des Ansaugventils 2 in der
vorhergehenden Weise verändert.
In der Zeichnung wird angenommen, dass der Nocken 21 kontinuierlich
in derselben Richtung durch den Motor 12 ohne Rücksicht auf
die Maschinendrehzahl gedreht wird.
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Wenn
die Brennkraftmaschine mit der Leerlaufdrehzahl gedreht wird, fixiert
das Motorsteuerungsgerät 30 das
Motormoment auf einen konstanten Wert T4, wie durch eine durchgestrichene
Linie Lt4 in 7 gezeigt ist, und fixiert die
Drehgeschwindigkeit des Motors 12 auf eine konstanten Geschwindigkeit
V4, die durch eine durchgezogene Linie Lv4 gezeigt ist. Die Geschwindigkeit
V4 ist gleich zu der Drehgeschwindigkeit des Motors 12,
was notwendig ist, um den Nocken 21 mit der Basisgeschwindigkeit zu
der Zeit zu drehen, wenn die Brennkraftmaschine mit der Leerlaufdrehzahl
betrieben wird. Demgegenüber,
wenn die Brennkraftmaschine mit der maximalen Drehzahl betrieben
wird, steigert und verringert das Motorsteuerungsgerät 30 das
Motormoment mit Bezug auf ein Moment T5, was notwendig ist, um den Nocken 21 mit
der Basisgeschwindigkeit entsprechend der maximalen Drehzahl anzutreiben,
in den vorbestimmten Abschnitten Xs und Xe kurz nach Beginnen des
Hubs und kurz vor Beenden des Hubs, wie durch eine durchgezogene
Linie Lt5 in der Zeichnung gezeigt ist, wodurch die Drehgeschwindigkeit des
Motors 12 in den Abschnitten Xs und Xe in Übereinstimmung
mit der maximalen Drehzahl geringer als die Geschwindigkeit V5 gemacht
wird, die zum Antreiben des Nockens 21 mit der Basisgeschwindigkeit
notwendig ist. In einem Zwischenabschnitt Xm während des Hubs zwischen den
Abschnitten Xs und Xe behält
das Motorsteuerungsgerät 30 das
Motormoment bei T5 bei, und setzt die Drehgeschwindigkeit des Motors 12 höher als
die Geschwindigkeit V5. Der Grund dafür ist ein Ventilzeitgebiet
(ein Gebiet in einem Bereich, der durch eine Kurve des Hubbetrags umgeben
ist) des Ansaugventils 2 in Übereinstimmung mit dem in dem
Fall des Antriebs des Motors 12 mit der konstanten Geschwindigkeit
V5 zu bringen. Wenn die Brennkraftmaschine mit der Zwischendrehzahl
zwischen der Leerlaufdrehzahl und der maximalen Drehzahl betrieben
wird, verändert das
Motorsteuerungsgerät 30 das
Motormoment und die Motorgeschwindigkeit in den vorbestimmten Abschnitten
Xs und Xe kurz nach Beginnen des Hubs und kurz vor Beenden des Hubs,
wie durch durchgezogene Linien Lt6 und Lv6 in 7 gezeigt
ist, wobei die Unterschiede der Motorgeschwindigkeit und des Motormoments
jedoch zu dieser Zeit größer werden, wenn
die Maschinendrehzahl gesteigert wird. Unter der Annahme, dass ein
absoluter Wert des Unterschieds des Motormoments, das kurz nach
Beginnen des Hubs und kurz vor Beenden des Hubs aufgebracht wird,
auf Δ|T|
festgesetzt wird, wie in 7 gezeigt ist, wird z.B. die
Beziehung Δ|T|
= 0, d.h. ein Betriebszustand mit einer konstanten Geschwindigkeit mit
keiner Beschleunigung wird bei einer Leerlaufdrehzahl Neid erhalten,
wie in 8 gezeigt ist, wobei der Absolutwert |T| des Momentunterschieds
jedoch gesteigert wird, da die Drehzahl gesteigert wird, und das
Moment wird bei einer hohen Drehzahl Nemax am höchsten gesteigert und verringert.
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Wenn
das Moment und die Geschwindigkeit des Motors 12 wie vorhergehend
genannt gesteuert werden, auch wenn das Profil des Nockens 21 derart gestaltet
ist, dass das Ventilfedermoment in dem Bereich mit geringer Drehung
beschränkt
ist, ist es möglich,
zu verhindern, dass die maximale Beschleunigung des Ansaugventils 2 in
dem Bereich mit hoher Drehung gesteigert wird, wodurch es möglich wird, das
Trägheitsmoment
klein zu beschränken,
um die Belastung zu verringern, die auf den Motor 12 aufgebracht
wird.
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Die
Erfindung ist nicht auf die vorhergehenden Ausführungsbeispiele begrenzt, sondern
kann basierend auf verschiedenen Ausführungsbeispielen ausgeführt werden.
In den vorhergehenden Ausführungsbeispielen
wird der Motor 12 z.B. kontinuierlich in derselben Richtung
ohne Rücksicht
auf die Maschinendrehzahl gedreht, die Erfindung kann jedoch auf
einen Fall angewendet werden, in dem der Motor 12 in einer
Kippantriebsweise betrieben wird, in der die Drehrichtung des Nockens 21 verändert wird,
bevor der Nockenwinkel erreicht wird, bei dem der maximale Hubbetrag
erhalten wird. Der Ventiltrieb 11 kann teilweise in jedem
der Zylinder vorgesehen sein, oder ein Ventiltrieb 11 kann
von einer Vielzahl von Zylindern 1 gemeinsam benutzt werden.
Die Erfindung kann auf den Ventiltrieb angewendet werden, der das
Abgasventil antreibt. Die Erfindung kann auf einen Ventiltrieb nach
einer sogenannten Direkttriebart angewendet werden, in der der Nocken
und das Ansaugventil ohne Verwendung eines Kipphebels direkt in
Berührung
miteinander gebracht werden.
-
In
den vorhergehenden Ausführungsbeispielen
ist es möglich,
da der Absolutwert Δ|T|
des Unterschieds des Motormoments kontinuierlich verändert wird,
wie in
-
5 oder 8 gezeigt
ist, zu verhindern, dass die Hubkennlinie des Ansaugventils 2 diskontinuierlich
gemäß der Veränderung
der Drehzahl der Brennkraftmaschine verändert wird, wodurch es möglich wird,
zu verhindern, dass das Fahrverhalten verschlechtert wird. Die Erfindung
ist jedoch nicht auf das Ausführungsbeispiel
begrenzt, das die kontinuierliche Veränderung wie vorhergehend genannt
anwendet, sondern die Unterschiede des Motormoments und der Motorgeschwindigkeit
können
in Abständen
in einer begrenzten Stadiumsanzahl verändert werden, die gleich zu
oder mehr als 2 ist. Die Erfindung ist nicht auf die Viertakt-Brennkraftmaschine begrenzt,
in der die Kurbelwelle, die als die Maschinenausgabewelle dient,
zu zwei Zeiten von dem Beginn des Ansaughubs an zu dem Ende des
Auslasshubs dreht, sondern kann auf eine Zweitakt-Brennkraftmaschine
angewendet werden, in der die Hübe von
dem Ansaugen zu dem Auslassen während
einer Drehung der Maschinenausgabewelle beendet werden. In diesem
Fall stimmt die Basisgeschwindigkeit des Nockens mit der Drehgeschwindigkeit
der Maschinenausgabewelle überein.
Anders gesagt wird die Basisgeschwindigkeit zu der Zeit der Drehung des
Nockens als eine Geschwindigkeit festgelegt, die erhalten wird,
indem die Drehgeschwindigkeit der Maschinenausgabewelle der Brennkraftmaschine durch
die Drehzahl der Maschinenausgabewelle von dem Beginn des Ansaughubs
zu dem Ende des Auslasshubs aufgeteilt wird.