DE69105421T2

DE69105421T2 - Brennkraftmaschine, die wahlweise im Zweitakt- oder Viertakt-Modus arbeiten kann.

Info

Publication number: DE69105421T2
Application number: DE69105421T
Authority: DE
Inventors: Hideo Koza-Gun Kanagawa Kawamura
Original assignee: Isuzu Ceramics Research Institute Co Ltd
Current assignee: Isuzu Ceramics Research Institute Co Ltd
Priority date: 1990-09-10
Filing date: 1991-09-10
Publication date: 1995-06-08
Anticipated expiration: 2011-09-11
Also published as: EP0475727B1; US5158044A; EP0475727A2; DE69105421D1; EP0475727A3

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine bzw. einen Motor, die (der) wahlweise im Zweitakt- oder Viertaktmodus abhängig von der Rotationsgeschwindigkeit der Brennkraftmaschine und der Last auf die Brennkraftmaschine arbeiten kann.
Konventionelle Hubkolbenmotoren sind grob in Zweitaktmotoren eingeteilt, in denen Ansaug-, Verdichtungs-, Arbeitsund Ausstoßtakt auftritt, während der Kolben sich einmal hin- und herbewegt, d.h. die Kurbelwelle eine Umdrehung macht, und in Viertaktmotoren, in denen Ansaug-, Verdichtungs-, Arbeits- und Ausstoßtakt auftritt, während der Kolben sich zweimal hin- und herbewegt, d.h. die Kurbelwelle zwei Uindrehungen macht.
In den Zweitaktmotoren werden der Ansaug- und Ausstoßtakt um den unteren Totpunkt des Kolbens ausgeführt, und der Arbeitstakt jedesmal, wenn die Kurbelwelle eine Umdrehung macht. Daher leiden die Zweitaktmotoren unter geringeren Fluktuationen der Rotationsgeschwindigkeit der Ausgangswelle, und können ein höheres Drehmoment erzeugen.
In den Viertaktmotoren werden die Abgase vollständig durch ein neues Luft-/Treibstoffgemisch ersetzt, da der Ansaug- und der Ausstoßtakt unabhängig voneinander auftreten. Demgemäß sind Viertaktmotoren vorteilhafter als Zweitaktmotoren, dahingehend, daß die Abgase reiner sind und der Treibstoffverbrauch im Hochgeschwindigkeits-Motorbetrieb geringer ist.
In Anbetracht der Tatsache, daß die Zwei- und Viertaktmotoren verschiedene Betriebseigenschaften aufweisen, wird von einem Motor erwartet, der als ein Zweitaktmotor in einem Niedriggeschwindigkeits-Betriebsbereich und als ein Viertaktmotor in einem Hochgeschwindigkeits-Betriebsbereich betrieben werden kann, daß er die Vorteile beider Zwei- und Viertaktmotoren bietet.
Jedoch ist es äußerst schwierig, das Timing bzw. die zeitliche Abfolge bzw. die Zeit zum Öffnen und Schließen der Einlaß- und Auslaßventile während des Betriebes des Motors zu verändern. Es ist kein Motor mit einem praktischen, einfachen Mechanismus erhältlich gewesen, der das Timing zum Öffnen und Schließen der Einlaß- und Auslaßventile verändert.
US-A-3019776, gegenüber welcher die vorliegende Erfindung abgegrenzt ist, offenbart einen Motor, der wahlweise im Zwei- oder Viertaktmodus arbeiten kann.
Hinsichtlich der vorgenannten Nachteile konventioneller Motoren ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung, einen praktischen Motor zu schaffen, der wahlweise im Zweitakt- oder Viertaktmodus arbeiten kann.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Motor bereitgestellt, der durch Variieren des Timings zum öffnen und Schließen von Einlaß- und Auslaßventilen wahlweise im Zweitakt- oder Viertaktmodus betreibbar ist, mit:
wenigstens einem ersten Ventilbetätigungsmittel zum Öffnen und Schließen jedes Einlaß- und Auslaßventils, wenigstens einem zweiten Ventilbetätigungsmittel zum öffnen und Schließen jedes Einlaß- und Auslaßventils, und wenigstens einem Selektivbetriebsmittel zum Betreiben des ersten Ventilbetätigungsmittels, um die Einlaß- und Auslaßventile zu öffnen und zu schließen, während das zweite Ventilbetätigungsmittel außer Betrieb ist, und zum Betreiben des zweiten Ventilbetätigungsmittels, um die Einlaß- und Auslaßventile zu öffnen und zu schließen, während das erste Ventilbetätigungsmittel außer Betrieb ist, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Ventilbetätigungsmittel einen Nockenmechanismus mit zwei sich diametral einander gegenüberliegenden Nocken aufweist, und daß wenigstens ein Rotationsübertragungsmittel vorgesehen ist, zum Übertragen der Rotation einer Kurbelwelle des Motors über die Selektivbetriebsmittel auf die ersten Ventilbetätigungsmittel, wenn der Motor im Viertaktmodus läuft, und über die Selektivbetriebsmittel auf die zweiten Ventilbetätigungsmittel, wenn der Motor im Zweitaktmodus läuft, wobei die Rotationsübertragungsmittel die Rotation der Kurbelwelle auf die ersten und zweiten Ventilbetätigungsmittel mit der halben Rotationsgeschwindigkeit der Kurbelwelle übertragen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist weiterhin ein Motor bereitgestellt, der durch Variieren des Timings zum Öffnen und Schließen von Einlaß- und Auslaßventilen wahlweise im Zweitakt- oder Viertaktmodus betreibbar ist, mit:
wenigstens einem ersten Ventilbetätigungsmittel zum Öffnen und Schließen jedes Einlaß- und Auslaßventils,
wenigstens einem zweiten Ventilbetätigungsmittel zum Öffnen und Schließen jedes Einlaß- und Auslaßventils; und
wenigstens einem Selektivbetriebsmittel zum Betreiben des ersten Ventilbetätigungsmittels, um die Einlaß- und Auslaßventile zu öffnen und zu schließen, während das zweite Ventilbetätigungsmittel außer Betrieb ist, und zum Betreiben des zweiten Ventilbetätigungsmittels, um die Einlaßund Auslaßventile zu öffnen und zu schließen, während das erste Ventilbetätigungsmittel außer Betrieb ist, gekennzeichnet durch:
Rotationsübertragungsmittel zur Übertragung von Rotation einer Kurbelwelle des Motors über die Selektivbetriebsmittel auf die ersten Ventilbetätigungsmittel, jeweils bei zwei Umdrehungen der Kurbelwelle, wenn der Motor im Viertaktmodus läuft, und über die Selektivbetriebsmittel auf die zweiten Ventilbetätigungsmittel, jeweils bei einer Umdrehung der Kurbelwelle, wenn der Motor im Zweitaktmodus läuft.
Die obigen und andere Ziele, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung im Zusammenhang mit der beigefügten Zeichnung deutlich, die bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung in Form von Beispielen darstellt.
Fig. 1 ist ein schematisches Diagramm, das einen erfindungsgemäßen Motor zeigt;
Fig. 2 (a) und 2 (b) sind Diagramme, die Nockenprofile zeigen, welche die Beziehung zwischen dem Nockenhub von Einlaß- und Auslaßventilen und der Rotationsphase des Motors kennzeichnen.
Fig. 3 ist eine fragmentäre Querschnittsansicht eines Ventils und von Nockenwellen;
Fig. 4 ist eine Ansicht, die einen Mechanismus zum Rotieren der in Fig. 3 gezeigten Nockenwellen zeigt;
Fig. 5 ist eine perspektivische Ansicht einer elektromagnetischen Kupplung;
Fig. 6 ist eine fragmentäre Querschnittsansicht eines modifizierten Mechanismus, der das Timing zum Öffnen und Schließen von Einlaß- und Auslaßventilen verändert;
Fig. 7 ist eine fragmentäre Querschnittsansicht, die ein Ventil und Nockenwellen gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 8 ist eine Ansicht, die einen Mechanismus zum Rotieren der in Fig. 7 gezeigten Nockenwellen zeigt; und
Fig. 9 ist eine fragmentäre Querschnlttsansicht eines anderen modifizierten Mechanismus, der das Timing zum Öffnen und Schließen von Einlaß- und Auslaßventilen verändert.
Fig. 1 zeigt schematisch einen Motor gemäß der vorliegenden Erfindung. Der Motor, der im allgemeinen mit dem Bezugszeichen 1 bezeichnet wird, weist Einlaß- und Auslaßventile 11, 12 wie ein normaler Viertaktmotor auf.
Ein Turbolader 2 weist meist eine Turbine 22 auf, die durch von dem Motor 1 über das Auslaßventil 12 ausgestoßene Abgase rotiert werden kann, und einen Kompressor 21, der mit der Turbine 22 zum Zuführen von verdichteter Ansaugluft über das Einlaßventil 11 in den Motor 1 rotiert.
Der Kompressor 21 und die Turbine 22 sind miteinander über eine Welle verbunden, an welche eine Drehelektromaschine 23 gekoppelt ist. Wenn ein großer Betrag an Abgasen von dem Motor ausgestoßen wird, treibt die Turbine 22 den Kompressor 21 zum Aufladen des Motors 1, und die Drehelektromaschine 23 wird ebenfalls als ein elektrischer Generator durch das Überschußdrehmoment der Turbine 22 zum Wiedererlangen der ausgestoßenen Energie betrieben. Wenn ein kleinerer Betrag an Abgasen von dem Motor ausgestoßen wird, wird die Drehelektromaschine 23 durch elektrische Energie von einer Versorgungsquelle, wie z.B. einer Batterie, als ein elektrischer Motor betrieben, um den Kompressor 21 beim Aufladen des Motors 1 zu unterstützen.
Der Motor 1 kann als ein Zweitakt- oder Viertaktmotor arbeiten, wenn das Timing zum Öffnen und Schließen von den Einlaß- und Auslaßventilen 11, 12 verändert wird. Das Timing zum Öffnen und Schließen der Einlaß- und Auslaßventile 11,12 wird weiter unten beschrieben.
Fig. 2 (a) und 2 (b) zeigen Nockenprofile, die die Beziehung zwischen dem Hub der Einlaß- und Auslaßventile und der Rotationsphase des Motors kennzeichnen. Das Timing zum Öffnen und Schließen des Einlaßventils 11 wird durch I und das Timing zum Öffnen und Schließen des Auslaßventils 12 durch E dargestellt.
Fig. 2 (a) stellt das Timing zum Öffnen und Schließen der Einlaß- und Auslaßventile dar, wenn der Motor in einem Viertaktmodus arbeitet. Das dargestellte Timing ist dasselbe, wie das Timing zum Öffnen und Schließen der Einlaß- und Auslaßventile eines normalen Viertaktmotors. Wenn der Kolben anfängt, sich nach dem Arbeitstakt von dem unteren Totpunkt (BDC) zu heben, beginnt das Auslaßventil 12, sich zu öffnen. Das Auslaßventil 12 bleibt zum Ausstoßen des Abgases aus der Verbrennungskammer offen, bis der Kolben den oberen Totpunkt (TDC) erreicht. Wenn der Kolben den oberen Totpunkt erreicht, endet der Ausstoßtakt, und das Auslaßventil 12 ist geschlossen. Dann fängt das Einlaßventil 11 an, sich zu öffnen.
Solange der Kolben sich senkt, wird der Verbrennungskammer über das Einlaßventil 11 frische Luft zugeführt. Wenn der Kolben den unteren Totpunkt erreicht, ist das Einlaßventil 11 geschlossen. Dann beginnt der Verdichtungstakt mit einem Heben des Kolbens.
Fig. 2 (b) stellt das Timing zum Öffnen und Schließen der Einlaß- und Auslaßventile dar, wenn der Motor in einem Zweitaktmodus arbeitet. In dem Zweitaktmodus öffnet sich das Auslaßventil 12 zum Ausstoßen der Abgase aus der Verbrennungskammer, wenn sich der Kolben in dem Arbeitstakt dem oberen Totpunkt (BDC) nähert. Wenn sich der Kolben nahe dem unteren Totpunkt befindet, wird der Verbrennungskammer von dem Kompressor 21 verdichtete Ansaugluft zugeführt, wobei verbleibende Abgase zwangsläufig über das Auslaßventil 12 aus der Verbrennungskammer ausgestoßen werden.
Nachdem die Abgase ausgestoßen worden sind, wird das Auslaßventil 12 geschlossen und die verdichtete Ansaugluft wird kontinuierlich in die Verbrennungskammer eingeführt, bis die Verbrennungskarniner mit der Ansaugluft gefüllt ist. Nachdem die Verbrennungskammer mit frischer Luft gefüllt worden ist, ist das Einlaßventil 11 geschlossen und der Verdichtungstakt beginnt.
Ein Mechanismus, der das Timing zum Öffnen und Schließen der Einlaß- und Auslaßventile verändert, wird unten beschrieben.
Fig. 3 zeigt die Beziehung zwischen einem Ventil und den Nockenwellen, und Fig. 4 zeigt einen Mechanismus zum Betätigen der in Fig. 3 gezeigten Nockenwellen.
Da die Einlaß- und Auslaßventile 11, 12 durch jeweils identische Mechanismen betätigt werden, wird unten nur der Mechanismus zum Betätigen des Einlaßventils 11 beschrieben.
Das Einlaßventil 11 wird gleitend an einem Zylinderkopf 13 mit einer Ventilfeder 14 getragen, die zwischen dem Einlaßventil 11 und dem Zylinderkopf 13 wirkt. Das Einlaßventil 11 wird unter der Vorspannung der Ventilfeder 14 normalerweise in eine Schließrichtung gedrückt.
Eine Viertaktmodus-Nockenwelle 3 wird in gleitendem Kontakt mit einem Zwischenabschnitt eines Kipphebels 31 gehalten, dessen ein Ende an einem Drehpunkt 15 getragen ist. Wenn sich die Nockenwelle 3 um ihre eigene Achse dreht, wird der Kipphebel 31 dabei über den Drehpunkt 15 in die durch einen Pfeil gekennzeichnete Richtung um einen Winkel gedreht. Der Kipphebel 31 weist ein Spitzenende 32 auf, das gegen das Schaftende des Einlaßventils 11 gehalten wird. Wenn der Kipphebel 31 über den Drehpunkt 15 um einen Winkel gedreht wird, öffnet und schließt er das Einlaßventil 11.
Eine Steuerscheibe bzw. Zahnriemenscheibe 33 ist an ein Ende der Nockenwelle 3 gekoppelt und über einen Steuerriemen bzw. Zahnriemen 34 antreibbar an eine Steuerscheibe bzw. Zahnriemenscheibe 35 gekoppelt. Die Steuerscheiben 33, 35 haben denselben Durchmesser.
Eine Zweitaktmodus-Nockenwelle 4 wird in gleitendem Kontakt mit einem Zwischenabschnitt eines Kipphebels 41 gehalten, dessen ein Ende an einem Drehpunkt 16 getragen wird. Wenn sich die Nockenwelle 4 um ihre eigene Achse dreht, wird der Kipphebel 41 dabei über den Drehpunkt 16 in die durch den Pfeil gekennzeichnete Richtung um einen Winkel gedreht. Der Kipphebel 41 weist ein Spitzenende 42 auf, das über das Spitzenende 32 des Kipphebels 31 gegen das Schaftende des Einlaßventils 11 gehalten wird. Der Kipphebel 41 öffnet und schließt das Einlaßventil 11, wenn er über den Drehpunkt 16 um einen Winkel gedreht wird.
Eine Steuerscheibe bzw. Zahnriemenscheibe 43 ist an ein Ende der Nockenwelle 4 gekoppelt und über einen Steuerriemen bzw. Zahnriemen 44 antreibbar an eine Steuerscheibe bzw. Zahnriemenscheibe 45 gekoppelt. Die Steuerscheiben 43, 45 haben denselben Durchmesser.
Ein Kurbelwellenzahnrad 51 ist an ein Ende einer Kurbelwelle 55 gekoppelt und in Eingriff mit einem angetriebenen Zahnrad 52 gehalten. Das angetriebene Zahnrad 52 weist eine Verzahnung auf, deren Anzahl an Zähnen zweimal so groß ist wie die des Kurbelwellenzahnrades 51. Daher dreht sich das angetriebene Zahnrad 52 mit der halben Rotationsgeschwindigkeit der Kurbelwelle 5. Die Steuerscheibe 35 ist über eine elektromagnetische Kupplung 6 auskuppelbar mit dem angetriebenen Zahnrad 52 gekoppelt. In Reaktion auf ein Signal von einer Steuerung 7 verbindet die elektromagnetische Kupplung 6 die Steuerscheibe 35 mit dem angetriebenen Zahnrad 52 für eine synchrone Rotation. Gleichermaßen ist die Steuerscheibe 45 über eine elektromagnetische Kupplung 60 auskuppelbar mit dem Kurbelwellenzahnrad 51 gekoppelt. In Reaktion auf ein Signal von der Steuerung 7 verbindet die elektromagnetische Kupplung 60 die Steuerscheibe 45 mit dem Kurbelwellenzahnrad 51 für eine synchrone Rotation.
Die Steuerung 7 umfaßt eine Eingabe-/Ausgabe-Schnittstelle zum Übertragen von Signalen an und zum Empfangen von Signalen von externen Einrichtungen, einem ROM zum Speichern eines Steuerprogramms und verschiedener Daten, einer CPU zum Ausführen von arithmetischen Operationen, die auf dem in dem ROM gespeicherten Steuerprogramm basieren, einem RAM zum zeitweiligen Speichern der Ergebnisse der arithmetischen Operationen und verschiedener Daten sowie einem Steuerspeicher zum Steuern des Flusses an Signalen in der Steuerung 7.
Mit der Steuerung 7 sind ein Rotationssensor 71 zum Erfassen der Rotationsgeschwindigkeit und Phase des Motors 1, und ein Lastsensor 71 zum Erfassen der Last auf den Motor verbunden. Erfaßte Signale von den Sensoren 71, 72 werden der Steuerung 7 über ihre Eingabe-/Ausgabe-Schnittstelle zugeführt.
Basierend auf den zugeführten Signalen von den Sensoren 71, 72 betreibt die Steuerung 7 den Motor in dem Zweitaktmodus, wenn er in einem Niedrig-Geschwindigkeitsbereich oder unter einer hohen Last betrieben wird, und andernfalls in dem Viertaktmodus.
Wenn der Zweitaktmodus ausgewählt ist, aktiviert die Steuerung 7 die elektromagnetische Kupplung 60, um die Nockenwelle 4 um ihre eigene Achse zu drehen. Wenn der Viertaktmodus gewählt ist, aktiviert die Steuerung 7 die elektromagnetische Kupplung 6, um die Nockenwelle 3 um ihre eigene Achse zu drehen.
Beide elektromagnetischen Kupplungen 6, 60 sind geeignet, Drehmomente zu übertragen und ebenfalls Rotationsphasen zu synchronisieren.
Die Bauweise der elektromagnetischen Kupplungen 6, 60 wird unten beschrieben.
Fig. 5 zeigt die Bauweise der elektromagnetischen Kupplungen. Die elektromagnetischen Kupplungen 6,60 sind in ihrer Bauweise identisch zueinander. Beide elektromagnetischen Kupplungen 6, 60 weisen eine Kupplungsplatte 61 und eine Kupplungsplatte 62, und ferner einen elektromagnetischen Solenoid (nicht gezeigt) auf, der in Reaktion auf das Anlegen und Entfernen einer Spannung an den und von dem Solenoid die Kupplungsplatten 61, 62 in und gegen ihre Richtung zueinander verrückt.
Stifte 64, 65 sind beweglich an der Oberfläche der Kupplungsplatte 61 angebracht, die der Kupplungsplatte 62 gegenüberliegt. Die Stifte 64, 65 können unter elektromagnetischen Kräften, die in Reaktion auf ein externes Signal erzeugt werden, in die- Kupplungsplatte 61 eingezogen und aus dieser ausgefahren werden. Die Stifte 64, 65 sind mit einem Zwischenraum radial nach außen in jeweils verschiedenen Abständen R1, R2 von dem Zentrum C der Kupplungsplatte 61 angeordnet. Die Kupplungsplatte 62 weist bogenförmige Schlitze 66, 67 auf, die darin jeweils in einer axial gegenüberliegenden Beziehung zu den jeweiligen Stiften 64, 65 stehen.
Wenn Drehmomente von der Kupplung übertragen werden sollen, wird der elektromagnetische Solenoid erregt, um die Kupplungsplatten 61, 62 zueinander zu verrücken, wobei die Stifte 64, 65 in die Kupplungsplatte 61 eingezogen sind.
Dann werden die Stifte 64, 65 in Richtung der Kupplungsplatte 61 ausgefahren und jeweils in den Schlitzen 66, 67 angeordnet, wenn die Stifte 64, 65 axial zu den Schlitzen 66, 67 ausgerichtet sind. Wenn die Kupplungsplatten 61, 62 gegeneinander schleifen, bewegen sich die Stifte 64, 65 in den jeweiligen Schlitze 66, 67, bis die Stifte 64, 65 an die Enden der Schlitze 66, 67 anstoßen, worauf die Kupplungsplatten 61, 62 zusammen vollständig synchron zueinander rotieren.
Wenn die Kupplungen 6,60 dadurch eingerückt sind bzw. in Eingriff stehen, sind die Nockenwellen 3,4 antreibbar an die Kurbelwelle 5 in einer konstanten Phasenbeziehung angekoppelt.
Obwohl die Kupplungsplatten 61, 62 und die Stifte 64, 65 elektromagnetisch betrieben werden, können sie auch unter Flüssigkeitsdruck, wie z.B. hydraulischem Druck, betrieben werden.
Ein modifizierter Mechanismus, der das Timing zum Öffnen und Schließen der Einlaß- und Auslaßventile verändert, wird unten unter Bezug auf Fig. 6 beschrieben.
Eine Viertaktmodus-Nockenwelle 3, identisch zu der in Fig. 3 gezeigten Nockenwelle 3, ist an das angetriebene Zahnrad 52 der Zwischenkupplung 6 ohne dazwischenangeordnete elektromagnetische Kupplung 6 gekoppelt. Damit rotiert die Nockenwelle 3 immer mit der halben Rotationsgeschwindigkeit der Kurbelwelle 5.
Ein zusammengesetzter Kipphebel 8 ist über einen Schaft 81 um einen Winkel drehbar, der zwei darin definierte hydraulische Druckdurchlässe aufweist und mit einem Zylindermechanismus 84 über entsprechende in dem Kipphebel 8 definierte Durchlässe 82, 83 kommuniziert. Der zusammengesetzte Kipphebel 8 weist ein Spitzenende 87 auf, daß jederzeit in Kontakt mit dem Schaftende des Einlaßventils 11 gehalten wird.
Der Zylindermechanismus 84 weist einen Kolben 85 mit einem Stangenende 86 auf, das zwischen der Nockenwelle und dem zusammengesetzten Kipphebel 8 angeordnet ist, wenn der Kolben 85 in seiner Vorwärts-Endstellung ist, wie in Fig. 6 gezeigt. Wenn der Kolben in seiner Rückwärts-Endstellung ist, wird die Nockenwelle 3 außer Kontakt mit dem zusammengesetzten Kipphebel 8 gehalten, und folglich wird das Einlaßventil 11 nicht über den zusammengesetzten Kipphebel 8 betätigt.
Eine Zweitaktmodus-Nockenwelle 9 rotiert ebenfalls jederzeit mit der Kurbelwelle des Motors. Die Nockenwelle 9 rotiert mit derselben Geschwindigkeit wie die Kurbelwelle, und folglich mit der zweifachen Rotationsgeschwindigkeit der Nockenwelle 3.
Die Nockenwelle 9 ist über dem Einlaßventil 11 in koaxialer Beziehung dazu angebracht, und mit einem Abstand von dem Spitzenende 87 des zusammengesetzten Kipphebels 8 angeordnet. In dem dargestellten Zustand ist die Nockenwelle 9 außer Kontakt mit dem Spitzenende 87 gehalten und betätigt das Einlaßventil 11 nicht über das Spitzenende 87. Eine Koppeleinheit 91 ist über einen Schaft 92 um einen Winkel drehbar, der zwei darin definierte hydraulische Druckdurchlässe aufweist und mit einem Zylindermechanismus 95 über entsprechende Übergänge 93, 94 kommuniziert, die in der Koppeleinheit 91 definiert sind.
Der Zylindermechanismus 95 weist einen Kolben 96 mit einem Stangenende 97 auf, das zwischen der Nockenwelle 9 und dem Spitzenende 87 angeordnet ist, wenn der Kolben 96 in seiner Vorwärts-Endstellung ist. Wenn der Kolben 96 in seiner wie in Fig. 6 gezeigten Rückwärts-Endstellung ist, ist die Nockenwelle 9 außer Kontakt mit dem Spitzenende 87 gehalten, und folglich wird das Einlaßventil 11 nicht durch die Nockenwelle 9 betätigt, wie oben beschrieben.
Die hydraulischen Durchlässe in den Schäften 81, 92 werden durch die Steuerung 7 gesteuert. Wenn die Steuerung 7 den Zweitaktmodus auswählt, wird ein hydraulischer Druck an den Durchlaß 82 zum Zurückziehen des Kolbens 85 gelegt, und ein hydraulischer Druck wird an den Durchlaß 93 angelegt, um den Kolben 96 vorwärts zu drücken, um das Stangenende 97 auszufahren. Das Einlaßventil 11 wird jetzt von der Nockenwelle 9 über das Spitzenende 87 geöffnet und geschlossen.
Wenn die Steuerung 7 den Viertaktmodus auswählt, wird ein hydraulischer Druck an den Durchlaß 94 zum Zurückziehen des Kolbens 96 gelegt und ein hydraulischer Druck wird an den Durchlaß 83 gelegt, um den Kolben 85 vorwärts zu drücken, um das Stangenende 86 auszufahren, wie in Fig. 6 gezeigt. Das Einlaßventil 11 wird nun von der Nockenwelle 3 über das Spitzenende 87 geöffnet und geschlossen.
Eine andere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird unten unter Bezug auf Figuren 7 und 8 beschrieben.
Fig. 7 zeigt die Beziehung zwischen einem Ventil und den Nockenwellen, und Fig. 8 zeigt einen Mechanismus zum Betätigen der in Fig. 7 gezeigten Nockenwellen.
Da die Einlaß- und Auslaßventile über jeweils identische Mechanismen betätigt werden, wird unten nur der Mechanismus zum Betätigen des Einlaßventils beschrieben.
Ein Einlaßventil 111 wird gleitend an einem Zylinderkopf 113 mit einer Ventilfeder 114 getragen, die zwischen dem Einlaßventil 111 und dem Zylinderkopf 113 wirkt. Das Einlaßventil 111 wird normalerweise unter der Vorspannung der Ventilfeder 114 in eine Schließrichtung gedrückt.
Eine Viertaktmodus-Nockenwelle 103 wird gleitend in Kontakt mit einem Zwischenabschnitt eines Kipphebels 131 gehalten, dessen ein Ende an einem Drehpunkt 115 getragen wird. Wenn sich die Nockenwelle 103 um ihre eigene Achse dreht, wird der Kipphebel 131 dabei über den Drehpunkt 115 in die durch den Pfeil gekennzeichnete Richtung um einen Winkel gedreht. Der Kipphebel 131 weist ein Spitzenende 132 auf, das gegen das Schaftende des Einlaßventils 111 gehalten wird. Der Kipphebel 131 öffnet und schließt das Einlaßventil 111, wenn er über den Drehpunkt 115 um einen Winkel gedreht wird.
Eine Zweizylindermodus-Nockenwelle 104 weist zwei diametral einander gegenüberliegende Nocken auf, die mit Abstand über das Zentrum der Nockenwelle 104 angeordnet sind. Diese Nocken können in rollendem Kontakt mit einem Rollenstößel 146 an einem Zwischenabschnitt eines Kipphebels 141 gebracht werden, dessen ein Ende an einem Drehpunkt 116 getragen wird. Wenn sich die Nockenwelle 104 um ihre eigene Achse dreht, wird dabei der Kipphebel 141 über den Drehpunkt 116 in die durch den Pfeil gekennzeichnete Richtung um einen Winkel gedreht. Der Kipphebel 141 weist ein Spitzenende 142 auf, das gegen das Schaftende des Einlaßventils 111 über das Spitzenende 132 des Kipphebels-131 gehalten wird. Der Kipphebel 141 öffnet und schließt das Einlaßventil 111, wenn er über den Drehpunkt 116 um einen Winkel gedreht wird.
Eine Steuerscheibe bzw. Zahnriemenscheibe 133 ist über eine elektromagnetische Kupplung 106 an ein Ende der Nockenwelle 103 gekoppelt, und eine Steuerscheibe bzw. Zahnriemenscheibe 143 ist über eine elektromagnetische Kupplung 160 an ein Ende der Nockenwelle 104 gekoppelt. Diese elektromagnetischen Kupplungen 106, 160 weisen eine interne Bauart auf, die identisch zu der der elektromagnetischen Kupplungen 6, 60 ist, und wird somit nicht im Detail beschrieben.
Eine Steuerscheibe bzw. Zahnriemenscheibe 105 ist an eine Kurbelwelle gekoppelt, damit sie mit derselben Geschwindigkeit wie die der Kurbelwelle rotiert, und über einen Steuerriemen bzw. Zahnriemen 151 antreibbar an die Steuerscheiben 131, 143 gekoppelt. Der Durchmesser der Steuerscheiben 131, 143 ist zweimal so groß wie der Durchmesser der Steuerscheibe 105, so daß die Nockenwellen 103, 104 mit der halben Rotationsgeschwindigkeit der Kurbelwelle rotieren.
Der Mechanismus zum Betätigen der wie in Fig. 8 gezeigten Nockenwellen ist vorteilhaft für die Motorauslegung, da die Nockenwellen 103, 104 durch den Steuerriemen 151 gedreht werden können. Wie in Fig. 2 gezeigt, werden in dem Zweitaktmodus die Einlaß- und Auslaßventile in kürzeren Zeitperioden bei größeren Geschwindigkeiten geöffnet und geschlossen. Da die Rotationsgeschwindigkeit der Nockenwelle 104 halb so groß ist wie die der Kurbelwelle, wird verhindert, daß der Rollenstößel 146 von den Nockenoberflächen auf der Nockenwelle 104 abspringt. Der Rollenstößel 146 ist geeignet, den Nockenprofilen genau in der Spur zu folgen.
Eine Steuerung 107 umfaßt eine Eingabe-/Ausgabeschnittstelle zum Übertragen von Signalen an und zum Empfangen von Signalen von externen Einrichtungen, einem ROM zum Speichern eines Steuerprogramms und verschiedener Daten, einer CPU zum Ausführen von arithmetischen Operationen, die auf dem im ROM gespeicherten Steuerprogramm basieren, einem RAM zum zeitweiligen Speichern der Ergebnisse der arithmetischen Operationen und verschiedener Daten sowie einem Steuerspeicher zum Steuern des Flusses an Signalen innerhalb der Steuerung 107.
Mit der Steuerung 107 sind ein Rotationssensor 171, um die Rotationsgeschwindigkeit und Phase des Motors zu erfassen, und ein Lastsensor 172 verbunden, um die Last auf den Motor zu erfassen. Von den Sensoren 171, 172 erfaßte Signale werden der Steuerung 107 über ihre Eingabe-/Ausgabeschnittstelle zugeführt.
Basierend auf den zugeführten Signalen von den Sensoren 171, 172 betreibt die Steuerung 107 den Motor in dem Zweitaktmodus, wenn er in einem Niedrig-Geschwindigkeitsbereich unter einer hohen Last betrieben wird, und andernfalls in dem Viertaktmodus.
Wenn der Zweitaktmodus ausgewählt ist, aktiviert die Steuerung 107 die elektromagnetische Kupplung 106, um die Nockenwelle 104 um ihre eigene Achse zu drehen. Wenn der Viertaktmodus ausgewählt ist, aktiviert die Steuerung 107 die elektromagnetische Kupplung 106, um die Nockenwelle 103 um ihre eigene Achse zu drehen.
Ein anderer modifizierter Mechanismus, um das Timing zum Öffnen und Schließen der Einlaß- und Auslaßventile zu verändern, wird unten unter Bezug auf Fig. 9 beschrieben.
Eine Viertaktmodus-Nockenwelle 103, identisch zu der in Fig. 7 gezeigten Nockenwelle 103, ist an die Steuerscheibe 133 ohne die dazwischen angeordnete elektromagnetische Kupplung 6 gekoppelt. Daher rotiert die Nockenwelle 103 immer mit der halben Rotationsgeschwindigkeit der Kurbelwelle.
Ein zusammengesetzter Kipphebel 108 ist über einen Schaft 181 um einen Winkel drehbar, der zwei in ihm definierte hydraulische Druckdurchlässe aufweist und mit einem Zylindermechanismus 184 über entsprechende in dem Kipphebel 108 definierte Durchlässe 182, 183 kommuniziert. Der zusammengesetzte Kipphebel 108 weist ein Spitzenende 187 auf, das jederzeit in Kontakt mit dem Schaftende des Einlaßventils 111 gehalten wird.
Der Zylindermechanismus 184 weist einen Kolben 185 mit einem Schaftende 186 auf, das zwischen der Nockenwelle 103 und dem zusammengesetzen Kipphebel 108 angeordnet ist, wenn der Kolben 185 in seiner Vorwärts-Endstellung ist. Wenn der Kolben 185 in seiner wie in Fig. 9 gezeigten Rückwärts-Endstellung ist, wird die Nockenwelle 103 außer Kontakt mit dem zusammengesetzten Kipphebel 108 gehalten, und folglich wird das Einlaßventil 111 nicht durch den zusammengesetzten Kipphebel 108 betätigt.
Eine Zweizylindermodus-Nockenwelle 109 ist mit der Steuerscheibe 143 ohne die dazwischen angeordnete elektromagnetische Kupplung 160 verbunden und rotiert folglich jederzeit mit derselben Gechwindigkeit wie die der Kurbelwelle 103.
Ein zusammengesetzter Kipphebel 190, ähnlich dem zusammengesetzten Kipphebel 108, ist über einen Schaft 191 um einen Winkel drehbar, der zwei in ihm definierte hydraulische Druckdurchlässe aufweist, und mit einem Zylindermechanismus 194 über entsprechende in dem Kipphebel 190 definierte Durchlässe 192, 193 kommuniziert. Der zusammengesetzte Kipphebel 190 weist ein Spitzenende 197 auf, das jederzeit in Kontakt mit dem Schaftende des Einlaßventils 111 gehalten wird.
Der Zylindermechanismus 194 weist einen Kolben 195 mit einem Stangenende auf, das eine Rolle 196 trägt. Die Rolle 196 ist zwischen der Nockenwelle 109 und dem zusammengesetztem Kipphebel 190 angeordnet, wenn der Kolben 195 in seiner, wie in Fig. 9 gezeigten Vorwärts-Endstellung ist. Wenn der Kolben 195 in seiner Rückwärts-Endstellung ist, wird die Nockenwelle 109 außer Kontakt mit dem zusammengesetzten Kipphebel 190 gehalten, und folglich wird das Einlaßventil 111 nicht durch den zusammengesetzten Kipphebel 190 betätigt. Der zusammengesetzte Kipphebel weist ein Spitzenende 197 auf, das jederzeit gegen die obere Fläche des Spitzenendes 187 des zusammengesetzten Kipphebels 108 gehalten wird.
Die hydraulischen Durchlässe in den Schaften 181, 191 werden durch die Steuerung 107 gesteuert. Wenn die Steuerung 107 den Zweitaktmodus auswählt, wird ein hydraulischer Druck an den Durchlaß 182 zum Zurückziehen des Kolbens 185 gelegt, und ein hydraulischer Druck wird an den Durchla8 193 zum Vorwärtsdrücken des Kolbens 195 gelegt, um das Stangenende daraus auszufahren, wie in Fig. 9 gezeigt. Das Einlaßventil 111 wird nun durch die Nockenwelle 109 über die Spitzenenden 187, 197 geöffnet und geschlossen.
Wenn die Steuerung 107 den Viertaktmodus auswählt, wird ein hydraulicher Druck an den Durchlaß 192 zum Zurückziehen des Kolbens 195 gelegt und ein hydraulischer Druck wird an den Durchlaß 183 zum Vorwärtsdrücken des Kolbens 185 gelegt, um das Stangenende 186 herauszufahren. Das Einlaßventil 111 wird nun durch die Nockenwelle 103 über das Spitzenende 187 geöffnet und geschlossen.

Claims

1. Ein Motor (1), der durch Variieren der Zeit zum Öffnen und Schliessen von Einlaß- und Auslaßventilen (111) wahlweise im Zweitakt- oder Viertaktmodus betreibbar ist, mit:

wenigstens einem ersten Ventil-Betätigungsmittel (103,131, 132) zum Öffnen und Schließen jedes Einlaß- und Auslaßventiles (111),

wenigstens einem zweiten Ventil-Betätigungsmittel (104,141,142) zum Öffnen und Schließen jedes Einlaß- und Auslaßventiles (111), und

wenigstens einem Selektivbetriebsmittel (106,160,185,195) zum Betreiben des ersten Ventil- Betätigungsmittels, um die Einlaß- und Auslaßventile zu öffnen und zu schliessen während das zweite Ventil- Betätigungsmittel außer Betrieb ist, und zum Betreiben des zweiten Ventil-Betätigungsmittels, um die Einlaß- und Auslaßventile zu öffnen und zu schliessen während das erste Ventil-Betätigungsmittel außer Betrieb ist, gekennzeichnet durch:

einen Nockenmechanismus mit zwei sich diametral einander gegenüberliegenden Nocken, den das zweite Ventil-Betätigungsmittel aufweist, und

Rotationsübertragungsmittel (151,105,133,143) zum Übertragen von Rotation einer Kurbelwelle des Motors über die Selektivbetriebsmittel auf die ersten Ventil- Betätigungsmittel, wenn der Motor im Viertaktmodus läuft, und über die Selektivbetriebsmittel auf die zweiten Ventil-Betätigungsmittel, wenn der Motor im Zweitaktmodus läuft, wobei die Rotationsübertragungsmittel die Rotation der Kurbelwelle auf die ersten und zweiten Ventil-Betätigungsmittel (104,104) mit der halben Rotationsgeschwindigkeit der Kurbelwelle übertragen.

2. Ein Motor (1), der durch Variieren der Zeit zum Öffnen und Schliessen von Einlaß- und Auslaßventilen (11, 12) wahlweise im Zweitakt- oder Viertaktmodus betreibbar ist, mit:

wenigstens einem ersten Ventil-Betätigungsmittel (3,31,32) zum Öffnen und Schließen jedes Einlaß- und Auslaßventiles (11,12);

wenigstens einem zweiten Ventil-Betätigungsmittel (4,41,42) zum Öffnen und Schließen jedes Einlaß- und Auslaßventiles (11,12); und

wenigstens einem Selektivbetriebsmittel (6,60,85,96) zum Betreiben des ersten Ventil-Betätigungsmittels, um die Einlaß- und Auslaßventile zu öffnen und zu schliessen während das zweite Ventil- Betätigungsmittel (104,141,142) außer Betrieb ist, und zum Betreiben des zweiten Venti1-Betätigungsmitteln, um die Einlaß- und Auslaßventile zu öffnen und zu schliessen während das erste Ventil-Betätigungsmittel außer Betrieb ist, gekennzeichnet durch

Rotationsübertragungsmittel (51,52,33-35,43-45), zur Übertragung von Rotation einer Kurbelwelle des Motors über die Selektivbetriebsmittel auf die ersten Ventil-Betätigungsmittel, jeweils bei zwei Umdrehungen der Kurbelwelle wenn der Motor im Viertaktmodus läuft, und über die Selektivbetriebsmittel auf die zweiten Ventil-Betätigungsmittel, jeweils bei einer Umdrehung der Kurbelwelle wenn der Motor im Zweitaktmodus läuft.

3. Motor nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch Mittel (61,62), die dazu ausgelegt sind, die Übertragung von Rotation der Kurbelwelle auf die ersten und zweiten Ventil-Betätigungsmittel zu starten, wenn die Kurbelwelle über einen vorgegebenen Winkel hinweg gedreht worden ist.

4. Motor nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Selektivbetriebsmittel selektiv betreibbare Kupplungsmittel (6,60,106,160) zur Übertragung der Rotation der Kurbelwelle auf die ersten und zweiten Ventil-Betätigungsmittel aufweisen.

5. Motor nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß jedes der ersten und zweiten Ventil-Betätigungsmittel eine durch die Kurbelwelle drehbare Nokkenwelle (3,9,103,109) mit einem Nocken und einem durch den Nocken drehbaren Kipphebel aufweist, wobei die Selektivbetriebsmittel ein Teil (85,96,125,196) aufweisen, das entfernbar zwischen den Nocken und den Kipphebelarm setzbar ist.

6. Motor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß jedes der ersten und zweiten Ventil- Betätigungsmittel eine durch die Kurbelwelle drehbare Nockenwelle (103,104) aufweist, die einen Nocken und einen durch den Nocken drehbaren Kipphebel (131, 141) hat, wobei der Kipphebel (141) des zweiten Ventil- Betätigungsmittels einen Rollenstößel (146) aufweist, der rollend in den Nocken eingreift.