DE102004047395B4

DE102004047395B4 - Ventiltriebvorrichtung eines Verbrennungsmotors

Info

Publication number: DE102004047395B4
Application number: DE102004047395A
Authority: DE
Inventors: Yasunori Daigo; Masahiro Maekawa; Toru Kawatani; Manabu Kawasaki Horiuchi; Satoshi Kawasaki Nakajima; Koichi Kawasaki Kawamoto
Original assignee: Mitsubishi Fuso Truck and Bus Corp
Current assignee: Mitsubishi Fuso Truck and Bus Corp
Priority date: 2003-09-30
Filing date: 2004-09-29
Publication date: 2008-02-21
Anticipated expiration: 2024-09-30
Also published as: KR100701878B1; CN100381679C; US6918363B2; CN1603583A; US20050066920A1; JP2005105954A; KR20050031947A; DE102004047395A1

Abstract

Ventiltriebvorrichtung eines Verbrennungsmotors, dadurch gekennzeichnet, daß sie aufweist:
einen Auslaßventiltriebmechanismus (20), der eine Öffnungs-/Schließzeit eines Auslaßventils (4) ändern kann; und
eine Steuervorrichtung, die den Auslaßventiltriebmechanismus (20) steuert, um das Auslaßventil (4) während eines Einlaßtakts unabhängig von einem Auslaßtakt in einem AGR-Modus zu lösen,
wobei der Auslaßventiltriebmechanismus (20) aufweist:
eine erste Auslaßnocke (18), die die Auslaßventil-Lösezeit und den Ventilhub beim Auslaßtakt festlegt;
eine zweite Auslaßnocke (19), die die Auslaßventil-Lösezeit und den Ventilhub während des Einlaßtakts festlegt; und
einen Modusauswahlmechanismus (40), der die Verschiebung der ersten Auslaßnocke (18) zum Auslaßventil (4) in einem Normalmodus überträgt und die Verschiebung der zweiten Auslaßnocke (19) zum Auslaßventil (4) zusätzlich zur Verschiebung der ersten Auslaßnocke (18) im AGR-Modus überträgt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Ventiltriebvorrichtung eines Verbrennungsmotors zur Realisierung einer inneren AGR.
Ein in einem Kraftfahrzeug angeordneter Hubkolbenmotor (Verbrennungsmotor) führt eine AGR (Abgasrückführung) durch, d. h., um bei Bedarf einen Teil von Motorabgas zur Einlaßseite zurückzuführen, um die Abgaszusammensetzung zu verbessern und den Katalysator früher zu aktivieren. In letzter Zeit kommt neben einer äußeren AGR, die Überführungsrohre um den Motor erfordert, eine innere AGR zum Einsatz, die solcher Rohre nicht bedarf. Bei der inneren AGR wird unter den Motorverbrennungstakten (Einlaß-, Verdichtungs-, Expansions- und Auslaßtakt) ein Einlaßventil geöffnet, während ein Auslaßventil bei einem Auslaßtakt geöffnet ist. Durch Nutzung der hierbei auftretenden Überschneidungsperiode von Auslaß und Einlaß wird ein Teil von Abgas in die Luft eingemischt, die vom Einlaßventil eingesaugt wird.
Während der Motor läuft, ist im Leerlauf oder zu einer anderen Zeit mit niedriger Last die Abgastemperatur gering, und der Katalysator funktioniert nicht ausreichend. Daher ist es notwendig, den Katalysator in kurzer Zeit auf die Aktivierungs- bzw. Anspringtemperatur zu erwärmen. In einem solchen Fall wird durch Förderung der AGR bekanntlich die Zylinderinnentemperatur erhöht, um die Abgastemperatur früher anzuheben. Um solche ausreichende AGR zu ermöglichen, wurde bisher der Motor mit einer Ventilsteuervorrichtung zum Verschieben der Nockenphase in Richtung früh oder Richtung spät versehen. In einer solchen Ventilsteuervorrichtung wird durch Einstellen einer Phasendifferenz zwischen einer Öffnungs-/Schließzeit des Auslaßventils beim Auslaßtakt und einer Öffnungs-/Schließzeit des Einlaßventils beim Einlaßtakt der Überschneidungsbetrag bzw. die Überschneidung erhöht, und der Abgasrückführungsstrom wird gesteigert.
Die DE 101 02 377 A1 beschreibt eine Strategie für die Motorsteuerung unter Verwendung doppelter gleichmäßiger Nockenphaseneinstellung verbunden mit Abgasrückführung. Es wird auch auf die US 6 755 022 B2 verwiesen.
Daneben ist z. B. in der JP-A-2000-345872 eine Ventilsteuervorrichtung offenbart, die zum Umschalten der Nocken gestaltet ist. In dieser Vorrichtung wird durch Umschalten der Nocken zum Ansteuern des Auslaßventils oder Einlaßventils der Modus auf einen umgeschaltet, bei dem eine Überschneidung erhöht ist.
Zur Erhöhung der Überschneidung ist es erforderlich, das Lösen des Einlaßventils vor dem Endpunkt des Auslaßtakts zu beginnen. Da aber das Einlaßventil in der Umgebung des oberen Totpunkts eines Kolbens gelöst wird, stört das Einlaßventil den Kolben, wenn die Überschneidung erhöht wird. Daher ist durch bloßes Erhöhen der Überschneidung die AGR begrenzt, so daß es schwer ist, den Effekt der inneren AGR zu verstärken.
Daher besteht eine Aufgabe der Erfindung darin, eine Ventiltriebvorrichtung eines Verbrennungsmotors bereitzustellen, die den Effekt einer inneren AGR verstärken kann.
Diese Aufgabe wird mit den in den Ansprüchen festgelegten Merkmalen gelöst.
Erfindungsgemäß weist eine Ventiltriebvorrichtung eines Verbrennungsmotors auf:
einen Auslaßventiltriebmechanismus, der eine Öffnungs-/Schließzeit eines Auslaßventils ändern kann; und
eine Steuervorrichtung, die den Auslaßventiltriebmechanismus steuert, um das Auslaßventil während eines Einlaßtakts unabhängig von einem Auslaßtakt in einem AGR-Modus zu lösen.
Bei einer solchen Konfiguration kann die Zeit zum Veranlassen, daß ein Teil von Abgas in einen Zylinder strömt, innerhalb des Einlaßtakts frei eingestellt werden. Als Ergebnis ist es leichter, die in die Einlaßluft eingemischte Abgasmenge so einzustellen, daß der AGR-Effekt verstärkt werden kann.
Vorzugsweise ist der Auslaßventiltriebmechanismus so konfiguriert, daß er das Auslaßventil in der Nähe des Zeitpunkts löst, zu dem der Ventilhub(betrag) eines Einlaßventils den Maximalwert während des Einlaßtakts erreicht.
Bei einer solchen Konfiguration wird eine größere AGR-Menge realisiert.
Vorzugsweise weist der Auslaßventiltriebmechanismus auf:
eine erste Auslaßnocke, die die Auslaßventil-Lösezeit und den Ventilhub beim Auslaßtakt festlegt;
eine zweite Auslaßnocke, die die Auslaßventil-Lösezeit und den Ventilhub während des Einlaßtakts festlegt; und
einen Modusauswahlmechanismus, der die Verschiebung der ersten Auslaßnocke zum Auslaßventil in einem Normalmodus überträgt und die Verschiebung der zweiten Auslaßnocke zum Auslaßventil zusätzlich zur Verschiebung der ersten Auslaßnocke im AGR-Modus überträgt.
Bei einer solchen Konfiguration wird die innere AGR durch eine einfache Kombination von Nocken realisiert, und der damit zusammenhängende Aufbau kann vereinfacht sein.
Vorzugsweise weist die Ventiltriebvorrichtung ferner auf:
einen Einlaßventiltriebmechanismus, der den Ventilhub des Einlaßventils beim Einlaßtakt im AGR-Modus auf einen kleineren Wert als den Ventilhub im Normalmodus einstellen kann,
wobei die Steuervorrichtung den Einlaßventiltriebmechanismus so steuert, daß der Ventilhub des Einlaßventils im AGR-Modus kleiner als der Ventilhub im Normalmodus ist.
Bei einer solchen Konfiguration kann die vom Einlaßventil einströmende Einlaßluftmenge bei der AGR unterdrückt sein, so daß sich der AGR-Effekt weiter verstärken läßt.
Weitere Aufgaben und Vorteile der Erfindung werden in der nachfolgenden Beschreibung dargelegt und gehen teils aus der Beschreibung hervor oder können durch die praktische Umsetzung der Erfindung deutlich werden. Die Aufgaben und Vorteile der Erfindung können mit Hilfe der im folgenden speziell aufgeführten Mittel und Kombinationen realisiert und erhalten werden.
Die beigefügten Zeichnungen, die in die Beschreibung eingefügt sind und einen Teil davon bilden, veranschaulichen Ausführungsformen der Erfindung und dienen zusammen mit der zuvor gegebenen allgemeinen Beschreibung und der nachfolgenden näheren Beschreibung der Ausführungsformen zur Erläuterung der Grundsätze der Erfindung. Es zeigen:
1 eine Perspektivansicht, die eine Ventiltriebvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung schematisch darstellt;
2A eine Darstellung einer ersten Auslaßnocke zum Ansteuern eines Auslaßventils in einem Normalmodus;
2B eine Darstellung einer zweiten Auslaßnocke zum Ansteuern des Auslaßventils in einem AGR-Modus;
3 eine Schnittansicht einer Auslaßseite der Ventiltriebvorrichtung an der Linie X-X in 1;
4 eine Perspektivansicht einer schematischen Konfiguration eines Auslaßventiltriebmechanismus;
5 eine explodierte Zusammenstellungsansicht eines Modusauswahlmechanismus;
6 eine Darstellung des Auslaßventiltriebmechanismus im Blick aus der Pfeilrichtung A in 4;
7 eine Darstellung des Auslaßventiltriebmechanismus im Blick aus der Pfeilrichtung B in 4;
8 eine Schnittansicht des Auslaßventiltriebmechanismus bei Auswahl der ersten Auslaßnocke im Normalmodus im Blick aus der Pfeilrichtung C in 4;
9 eine Schnittansicht des Auslaßventiltriebmechanismus bei Auswahl der ersten Auslaßnocke im Normalmodus im Blick aus der Pfeilrichtung D in 4;
10 eine Schnittansicht des Auslaßventiltriebmechanismus bei Auswahl der zweiten Auslaßnocke im AGR-Modus;
11 eine Darstellung des Ventilhubs bei einem Auslaßtakt und des Ventilhubs bei einem Einlaßtakt im Normalmodus;
12 eine Darstellung des Ventilhubs beim Auslaßtakt, des Ventilhubs beim Einlaßtakt und des Ventilhubs des beim Einlaßtakt im AGR-Modus gelösten Auslaßventils;
13 eine Perspektivansicht einer schematischen Konfiguration eines Einlaßventiltriebmechanismus gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung;
14A eine Darstellung einer zweiten Einlaßnocke zum Ansteuern eines Einlaßventils im Normalmodus;
14B eine Darstellung einer ersten Einlaßnocke zum Ansteuern des Einlaßventils im AGR-Modus; und
15 eine Darstellung des Ventilhubs beim Auslaßtakt, des Ventilhubs beim Einlaßtakt und des Ventilhubs des beim Einlaßtakt im AGR-Modus gelösten Auslaßventils.
(Erste Ausführungsform)
Anhand von 1 bis 12 wird im folgenden eine erste Ausführungsform der Erfindung beschrieben.
1 zeigt wesentliche Teile eines erfindungsgemäßen Verbrennungsmotors. Dieser ist ein Hubkolbenmotor und so konfiguriert, daß er eine Antriebskraft durch Wiederholen des Zyklus erzeugt, der aus einem Einlaß-, Verdichtungs-, Expansions- und Auslaßtakt besteht. Insbesondere zeigt die Darstellung eine Ventiltriebvorrichtung eines Dieselmotors, in dem mehrere Zylinder (nicht gezeigt) entlang einer Nockenwelle angeordnet sind. 3 zeigt einen Schnitt durch eine Auslaßseite der Ventiltriebvorrichtung (den Schnitt in Pfeilrichtung X in 1).
In 1 bezeichnet die Bezugszahl 1 einen Motorkörper. Der Motorkörper 1 setzt sich aus einem Zylinderblock 2 und einem Zylinderkopf 3 zusammen. Im Zylinderblock 2 sind mehrere Zylinder (nicht gezeigt) eingebaut, die in Querrichtung angeordnet sind. Der Zylinderkopf 3 ist mit der Oberseite des Zylinderblocks 2 verbunden. Jeder Zylinder im Zylinderblock 2 hat einen darin untergebrachten Hubkolben 1a. Jeder Kolben 1a ist über ein Pleuel 1b mit einer Kurbelwelle (nicht gezeigt) verbunden.
Im Zylinderkopf 3 sind z. B. zwei Auslaßventile 4 und zwei Einlaßventile 5 in jedem Zylinder eingebaut. Gemäß 3 hat jedes Auslaßventil 4 einen Ventilschaft 6, der in Zylinderkopf 2 in senkrechter Richtung gleitend eingebaut ist, und einen Ventilteller 8 zum Öffnen und Schließen eines Auslaßkanals 7, der sich zur Unterseite des Zylinderkopfs 3 öffnet.
Ferner ist gemäß 3 eine Ventilfeder 11 in einem zusammengedrückten Zustand zwischen einem am oberen Ende des Ventilschafts 6 vorgesehenen Flansch 9 und einem auf der Oberseite des Zylinderkopfs 3 gebildeten Sitz 10 eingefügt. Der Auslaßkanal 7 ist so konfiguriert, daß er in einem normalen Zustand durch das Auslaßventil 4 geschlossen ist, das durch die elastische Kraft der Ventilfeder 11 nach oben gedrückt wird, und geöffnet ist, wenn das Auslaßventil 4 nach unten gedrückt wird. Obwohl nicht spezifisch erläutert, ist ein ähnlicher Aufbau auch auf der Seite des Einlaßventils 5 gebildet. In der Darstellung bezeichnet die Bezugszahl 7a einen Auslaßdurchgang innerhalb des Zylinderkopfs 3, der mit dem Auslaßkanal 7 kommuniziert.
Über dem Zylinderkopf 3 ist eine Auslaßnockenwelle 13 drehbar an einer Position vorgesehen, die vom Auslaßventil 4 zur Außenseite (Breitenrichtung) gemäß 1 und 3 verschoben ist. Ähnlich ist eine Einlaßnockenwelle 14 drehbar an einer Position vorgesehen, die vom Einlaßventil 5 zur Außenseite (Breitenrichtung) gemäß 1 verschoben ist. Die Nockenwellen 13, 14 werden durch die Ausgabe von der Kurbelwelle (nicht gezeigt) des Motors angetrieben und gedreht.
An der Unterseite der Einlaßnockenwelle 14 ist ein T-förmiger Kipphebel 16 angeordnet (teilweise in 1 gezeigt). Der Kipphebel 16 überträgt die Verschiebung der in der Nockenwelle 14 gebildeten Einlaßnocke 15 (in jedem Zylinder ist eine vorgesehen) zum oberen Ende des Ventilschafts des Einlaßventils 5 jedes Zylinders. Dadurch wird das Einlaßventil 5 gemäß dem Konturprofil der Nocke 15 (die den Einlaßtakt festlegt, wenn der Motor im Normalmodus betrieben wird) geöffnet oder geschlossen.
Dagegen ist an der Unterseite der Auslaßnockenwelle 13 ein Modusauswahlmechanismus 40 vorgesehen. Dieser Modusauswahlmechanismus 40 ist so konfiguriert, daß er die Verschiebung mehrerer in der Nockenwelle 13 gebildeter Nocken oder zweier Nocken in diesem Beispiel (einer ersten Auslaßnocke 18 und einer zweiten Auslaßnocke 19) zum oberen Ende des Ventilschafts 6 des Auslaßventils 4 selektiv überträgt. In jedem Zylinder ist der Modusauswahlmechanismus 40 vorgesehen. Auf diese Weise ist der Auslaßventiltriebmechanismus 20 so konfiguriert, daß er die Nocke selektiv verwendet. Das heißt, die erste Auslaßnocke 18 entspricht dem Normalmodus (Normalbetriebsmodus ohne AGR-Verwendung) und ist so ausgebildet, daß sie das Auslaßventil 4 beim Auslaßtakt öffnet und den Verbrennungszyklus (Einlaß, Verdichtung, Expansion, Auslaß) zusammen mit dem Einlaßventil 5 bildet. Die zweite Auslaßnocke 19 ist benachbart zur ersten Auslaßnocke 18 angeordnet und so ausgebildet, daß sie das Auslaßventil 4 während des Einlaßtakts im AGR-Modus öffnet (d. h. in der Periode, in der das Einlaßventil 5 geöffnet ist).
4 zeigt eine schematische Konfiguration des Auslaßventiltriebmechanismus 20. 5 ist eine explodierte Ansicht wesentlicher Teile des Modusauswahlmechanismus 40. 6 bis 9 zeigen den Auslaßventiltriebmechanismus 20 im Blick aus verschiedenen Richtungen (Richtungen A bis D in 4).
Im folgenden wird die Funktion des Auslaßventiltriebmechanismus 20 spezifisch beschrieben. Eine der Nocken für das Auslaßventil, d. h. die erste Auslaßventilnocke 18, hat ein Konturprofil zum Festlegen der Öffnungs-/Schließzeit des Auslaßventils und des Betrags des Ventilhubs im Normalmodus gemäß 2A. Dagegen hat die andere Nocke für das Auslaßventil, d. h. die zweite Auslaßnocke 19, ein Konturprofil zum Festlegen der Öffnungszeit des Auslaßventils 4 und des Betrags des Ventilhubs während des Einlaßtakts im AGR-Modus gemäß 2B.
Gemäß 2B hat die zweite Auslaßnocke 19 einen Aufbau mit einem gleichen Grundkreis wie die erste Auslaßnocke 18 für den Normalmodus. Der Aufsatz bzw. das Oberteil 19a der zweiten Auslaßnocke 19 ist an einer Position vorgesehen, die um θ° von dem Aufsatz bzw. dem Oberteil 18a der ersten Auslaßnocke 18 in Richtung spät verschoben ist, so daß die zweite Auslaßnocke 19 das Auslaßventil 4 in der Umgebung des Zeitpunkts öffnet, zu dem der Ventilhub des Einlaßventils den Maximalwert während des Einlaßtakts erreicht. Auf der Grundlage dieser Position ist das Konturprofil zum Festlegen der Lösezeit und des Betrags des Ventilhubs zur Gewährleistung der im Motor erforderlichen inneren AGR auf dem Außenumfang der zweiten Auslaßnocke 19 gebildet. Der maximale Ventilhub der zweiten Auslaßnocke 19 für den AGR-Modus ist kleiner als der maximale Ventilhub der ersten Auslaßnocke 18 für den Normalmodus eingestellt.
In 3 und 4 bezeichnet die Bezugszahl 22 eine Kipphebelwelle. Die Kipphebelwelle 22 ist parallel zur Nockenwel le 13 an der Unterseite der Nockenwelle 13 angeordnet und auf der Gegenseite des Auslaßventils 4 positioniert, wobei die Nockenwelle 13 in der Mitte plaziert ist. Auf der Kipphebelwelle 22 ist der Modusauswahlmechanismus 40 so gelagert, daß die Nocke gemäß 4 bis 9 selektiv verwendet wird.
Der Modusauswahlmechanismus 40 setzt sich wie folgt zusammen: In jedem Zylinder hat die Kipphebelwelle 22 einen Kipphebel für den Normalmodus (erster Kipphebel 24) und einen Kipphebel für den AGR-Modus (zweiter Kipphebel 25), die benachbart zueinander angeordnet sind. Gemäß 4 und 5 verfügt der erste Kipphebel 24 für den Normalmodus über eine zylindrische Nabe 26, die drehbar auf die Kipphebelwelle 22 an einer Position in Entsprechung zur Mitte des Zylinders aufgepaßt ist, und einen Hebel 27, der sich von der Nabe 26 zum oberen Ende des Ventilschafts 6 des Auslaßventils 4 erstreckt. Der Hebel 27 verzweigt sich in Y-Form nahe seinem vorderen Ende, und Ventilstoßpunkte 28 sind an seinem vorderen Ende gebildet. Diese Ventilstoßpunkte 28 sind auf der Unterseite der Nockenwelle 13 gemäß 9 positioniert und sind unmittelbar über jedem Ventilschaft 6 des Auslaßventils 4 positioniert.
Vom Ende der Nabe 26 auf der Gegenseite zur Seite des zweiten Kipphebels 25 steht eine Rollenstützwand 29 unmittelbar unter der ersten Auslaßnocke 18 vor. Zwischen der Seite der Rollenstützwand 29 und der Seite des entgegengesetzten Hebels 27 ist eine als Nockenstößel verwendete Rolle 30 drehbar gelagert. Gemäß 3 kontaktiert diese Rolle 30 die auf der Nockenwelle 13 angeordnete erste Auslaßnocke 18 und überträgt die Verschiebung der ersten Auslaßnocke 18 zum ersten Kipphebel 24 auf der Unterseite der Nockenwelle 13. Beim Drehen der ersten Auslaßnocke 18 dreht sich daher der Hebel 27 um die Kipphebelwelle 22 gemäß dem Konturprofil der ersten Auslaßnocke 18, und die Verschiebung der ersten Auslaßnocke 18 wird zum oberen Ende des Ventilschafts 6 übertragen, wodurch das Auslaßventil heruntergedrückt (gelöst) oder zurückgeführt (geschlossen) wird (Normalmodus).
Dagegen verfügt der zweite Kipphebel 25 für den AGR-Modus gemäß 4 bis 7 über eine zylindrische Nabe 32, die drehbar auf die Kipphebelwelle 22 an einer Position benachbart zur Nabe 26 aufgepaßt ist, und ein Paar Rollenstützwände 33, die von der Nabe 32 zu einer Stelle unmittelbar unter der zweiten Auslaßnocke 19 vorstehen. Zwischen den Seiten des Paars Rollenstützwände 33 ist eine als Nockenstößel verwendete Rolle 34 drehbar gelagert. Gemäß 3 werden die Rollenstützwände 33 durch ein elastisches Element zur Rückführung nach oben gedrückt, das auf der Oberseite des Zylinderkopfs 3 angeordnet ist, z. B. ein stiftförmiges Druckteil 36 mit einer darin eingebauten Rückstellfeder 35. Die Rolle 34 kontaktiert die zweite Auslaßnocke 19 durch die elastische Kraft der Rückstellfeder 35. Die Bezugszahl 37 bezeichnet einen Höcker, der im unteren Teil der Rollenstützwände 33 zum Kontaktieren des vorderen Endes des Druckteils 36 gebildet ist. Beim Drehen der zweiten Auslaßnocke 19 dreht sich daher der zweite Kipphebel 25 um die Kipphebelwelle 22 gemäß dem Konturprofil der zweiten Auslaßnocke 19 (AGR-Modus).
Zwischen dem ersten Kipphebel 24 und dem zweiten Kipphebel 25 befinden sich variable Übertragungsmechanismen (41, 60) zum im AGR-Modus erfolgenden Übertragen der Verschiebung der zweiten Auslaßnocke 19 zum ersten Kipphebel 24 über den zweiten Kipphebel 25. In diesem Beispiel setzen sich die variablen Übertragungsmechanismen aus einem Druckkontaktaufbau zusammen, der kaum Scherspannung erzeugt und einen geringen Spannungswert hat.
Die variablen Übertragungsmechanismen (41, 60) setzen sich wie folgt zusammen: In 4 bis 9 bezeichnet die Bezugszahl 41 ein erstes Stoßteilstück, und 60 bezeichnet ein zweites Stoßteilstück. Das erste Stoßteilstück 41 steht vom ersten Kipphebel 24 vor und dreht sich zusammen mit dem ersten Kipphebel 24. Das zweite Stoßteilstück 60 steht vom zweiten Kipphebel 25 vor und dreht sich zusammen mit dem zweiten Kipphebel 25. Das erste Stoßteilstück 41 und zweite Stoßteilstück 60 sind nebeneinander entlang der Drehrichtung der Kipphebelwelle 22 angeordnet. Insbesondere ist das erste Stoßteilstück 41 näher an der Nockenwelle 13 angeordnet, und das zweite Stoßteilstück 60 ist von der Nockenwelle 13 ent fernt. In diesem Beispiel hat das erste Stoßteilstück 41 einen senkrechten Kolbenaufbau.
Der senkrechte Kolbenaufbau setzt sich wie folgt zusammen: In 2 bis 4 bezeichnet die Bezugszahl 42 einen zylindrischen Ansatz. Der zylindrische Ansatz 42 ist so ausgebildet, daß er zur Oberseite von der Position nahe der Kipphebelwelle 22 des ersten Kipphebels 24 vorsteht, d. h. vom Oberteil der Nabe 26. Um Störung der Nockenwelle 13 zu verhindern, ist der zylindrische Ansatz 42 in einer von der Nockenwelle 13 wegführenden Richtung geneigt. Der Hohlraum in diesem zylindrischen Ansatz 42 setzt sich zum Inneren der Nabe 26 fort, was 3 zeigt. Das obere Ende des zylindrischen Ansatzes 42 ist durch ein Deckelteil 43 geschlossen.
Innerhalb des zylindrischen Ansatzes 42 ist eine Zylinderkammer 44 von der Unterseite des Deckelteils 43 zum Außenumfang der Kipphebelwelle 22 gebildet. Ein Kolben 46 ist in der Zylinderkammer 44 untergebracht. Der Kolben 46 kann in der Zylinderkammer 44 in einem Zustand senkrecht gleiten, der durch einen Antidrehmechanismus festgehalten ist. Der Antidrehmechanismus in diesem Beispiel gemäß 3 setzt sich zusammen aus einer sich in Axialrichtung erstreckenden Nut 47, die in einem Teil des Außenumfangs des Kolbens 46 gebildet ist, und einem Stift 48, der von der Wand des zylindrischen Ansatzes 42 so vorsteht, daß er in die Nut 47 eingreift.
Auf der Rückseite der Zylinderkammer 44 (Gegenseite zur Nockenwelle 13) ist ein Fenster 45 durch Ausschneiden eines Teils der Wand des zylindrischen Ansatzes 42 in rechtwinkliger Form gebildet. Im oberen Stufenteil der Rückseite des Kolbens 46 ist eine Kerbe 49 ausgearbeitet und entlang dem Profil des Fensters 45 gebildet. Das Fenster 45 und die Kerbe 49 sind so angeordnet, daß die Kerbe 49 im Fenster 45 positioniert ist (3), wenn sich der Kolben 46 am unteren Ende befindet, und daß der Außenumfang des Kolbens 46, der die Unterseite der Kerbe 49 kontaktiert, im Fenster 45 positioniert ist, wenn sich der Kolben 46 am oberen Ende befindet.
Der Kolben 46 wird zur unteren Endseite durch die elastische Kraft eines elastischen Teils gedrückt, z. B. einer Schraubenfeder 50, die im zusammengedrückten Zustand zwischen dem Deckelteil 43 und dem Kolben 46 eingefügt ist. Daher ist die Kerbe 49 gewöhnlich im Fenster 45 positioniert. Ferner führt der Kolben 46 Öldruck in die Zylinderkammer 44 und wird zur oberen Endseite gedrückt. Als Ergebnis erscheint das Außenumfangsteil des Kolbens 46 im Fenster 45. Als Zufuhrroute eines solchen Öldrucks in die Zylinderkammer 44 ist im Beispiel gemäß 3 eine Route 51 in der Kipphebelwelle 22 gebildet, und ferner ist ein Durchgangsloch 52 in der Umfangswand der Kipphebelwelle 22 zum Kommunizieren zwischen der Route 51 und dem Boden der Zylinderkammer 44 gebildet. Gemäß 4 wird Motoröl in der Route 51 vom Ende der Kipphebelwelle 22 zugeführt und in das Unterteil der Zylinderkammer 44 über das Durchgangsloch 52 eingeleitet. Auf der Stromaufwärtsseite der Kipphebelwelle 22 ist in einer Zufuhrroute von Motoröl ein Ölsteuerventil 53 zum Öffnen und Schließen dieser Zufuhrroute vorgesehen. Das Durchgangsloch 52 ist an einer Position zum Zuführen des Motoröls in die Zylinderkammer 44 unabhängig vom Drehwinkel des ersten Kipphebels 24 vorgesehen.
Das Ölsteuerventil 53 (4) ist im Normalmodus geschlossen. In diesem Zustand befindet sich daher der Kolben 46 am unteren Ende, und die Kerbe 49 ist im Fenster 45 positioniert. Dagegen ist im AGR-Modus das Ölsteuerventil 53 geöffnet. Somit bewegt sich der Kolben 46 zum oberen Ende, und das Außenumfangsteil des Kolbens 46 erscheint im Fenster 45.
Im Gegensatz zu diesem ersten Stoßteilstück 41 hat das zweite Stoßteilstück 60 einen Arm 61. Dieser Arm 61 erstreckt sich von der Rückseite des zweiten Kipphebels 25 (der Gegenseite zur Nockenwelle 13), und sein vorderes Ende ist so ausgebildet, daß es eine Wendung zur Rückseite des ersten Stoßteilstücks 41 vollführt. Insbesondere ist gemäß 4 bis 7 der Arm 61 zusammengesetzt durch Kombinieren eines ersten Abschnitts 62, der von der Rückseite der Nabe 32 (der Gegenseite zur Nockenwelle 13) nach oben vorsteht, eines zweiten Abschnitts 63, der sich in Querrichtung vom Ende dieses ersten Abschnitts 62 erstreckt und bis zur Position des zylindrischen Ansatzes 42 nach oben reicht, die zum Fenster 45 weist, und eines dritten Abschnitts 64, der vom Ende dieses zweiten Abschnitts 63 in Vorwärtsrichtung (in Richtung der Nockenwelle 13) vorsteht.
Ein Stoßpunktabschnitt 65 ist am vorderen Ende des dritten Abschnitts 64 gebildet, und der Stoßpunktabschnitt 65 bewegt sich gemäß der Drehung des zweiten Kipphebels 25 in das Fenster 45 oder vom Fenster 45 weg. Während die Kerbe 49 im Fenster 45 positioniert ist, bewegt sich der Stoßpunktabschnitt 65 gemäß 8 und 9 frei in der Kerbe 49 und stört nicht das erste Stoßteilstück 41 (und somit den ersten Kipphebel 24). Anders gesagt ist die Tiefe der Kerbe 49 so auf ein Maß eingestellt, daß der Stoßpunktabschnitt 65 nicht berührt wird. Ist dagegen der Außenumfang des Kolbens 46 im Fenster 45 gemäß 10 positioniert, stößt der Stoßpunktabschnitt 65 an den Außenumfang des Kolbens 46 gemäß der Drehung des zweiten Kipphebels 25 an und dreht dadurch das erste Stoßteilstück 41 (und somit den ersten Kipphebel 24).
Das heißt, bei Öldruckzufuhr in die Zylinderkammer 44 zusammen mit der Drehung des zweiten Kipphebels 25 stößt der Stoßpunktabschnitt 65 an den Außenumfang des Kolbens 46 an, und die Verschiebung der zweiten Auslaßnocke 19 für den AGR-Modus wird zum Auslaßventil 4 über den zweiten Kipphebel 25 und ersten Kipphebel 24 übertragen. Außerdem wird die Verschiebung der ersten Auslaßnocke 18 für den Normalmodus auch zum Auslaßventil 4 über den ersten Kipphebel 24 übertragen. Wird dagegen kein Öldruck in die Zylinderkammer 44 geführt, wird die Verschiebung der zweiten Auslaßnocke 19 für den AGR-Modus nicht vom zweiten Kipphebel 25 zum ersten Kipphebel 24 übertragen, und nur die Verschiebung der ersten Auslaßnocke 18 für den Normalmodus wird zum Auslaßventil 4 über den ersten Kipphebel 24 übertragen. Bei einem solchen Aufbau kann das Auslaßventil 4 im AGR-Modus während des Einlaßtakts unabhängig vom Auslaßtakt geöffnet werden.
Im folgenden wird der Motorbetrieb durch den Auslaßventiltriebmechanismus 20 mit dem zuvor beschriebenen Modusauswahlmechanismus 40 erläutert.
Angenommen sei, daß der Motor gerade im Normalmodus läuft. Hierbei ist das Ölsteuerventil 53 geschlossen, und es wird kein Öldruck in die Route 51 in der Kipphebelwelle 22 geführt. Im Ölsteuerventil ist ein winziges Loch geöffnet, um eine kleine Ölmenge zur Schmierung der Kipphebelwelle 22 und des ersten und zweiten Kipphebels 24, 25 zuzuführen. Dieses Loch ist ausreichend klein, damit nur eine kleine Motorölmenge fließen kann und der Öldruck nicht den Wert zum Hochdrücken des Kolbens 46 erreicht. Folglich wird gemäß 3, 8 und 9 der Kolben 46 durch die elastische Kraft der Schraubenfeder 50 herabgedrückt, und die Kerbe 49 ist im Fenster 45 positioniert.
In diesem Zustand bewegt sich der Stoßpunktabschnitt 65 des zweiten Kipphebels 25 in der Drehung durch die zweite Auslaßnocke 19 innerhalb der Kerbe 49 hin und her, ohne den Kolben 46 gemäß 8 und 9 zu berühren. Das heißt, die Bewegung des zweiten Kipphebels 25 wird nicht zum ersten Kipphebel 24 übertragen. Daher wird gemäß 8 nur die Bewegung des ersten Kipphebels 24, der durch die erste Auslaßnocke 18 gedreht wird, zum oberen Ende des Ventilschafts 6 übertragen, und das Auslaßventil 4 wird hochgedrückt. Als Ergebnis wird das Auslaßventil 4 mit der Öffnungs-/Schließzeit und dem Ventilhub angesteuert, der dem durch die erste Auslaßnocke 18 festgelegten Normalmodus entspricht. Am Ende des Ventilschafts des Einlaßventils 5 wird die Übertragung vom Einlaßkipphebel 16 (1) übertragen. Dadurch wird das Einlaßventil 5 mit der Öffnungs-/Schließzeit und dem Ventilhub angesteuert, der dem durch die Einlaßnocke 15 festgelegten Normalmodus entspricht.
Im Normalmodus werden durch beschreibungsgemäßes Ansteuern des Auslaßventils 4 und Einlaßventils 5 das Auslaßventil 4 und Einlaßventil 5 mit der teilweisen Überschneidungszeit nahe dem oberen Totpunkt (OT) des Kolbens 46 geöffnet und geschlossen, was z. B. 11 zeigt.
Ist dagegen die AGR notwendig, wird das Ölsteuerventil 53 geöffnet. Danach durchströmt das Motoröl die Route 51 in der Kipphebelwelle 22 und wird in das Unterteil der Zylinderkammer 44 geführt, wodurch der Kolben 46 hochgedrückt wird. Als Ergebnis ist gemäß 10 der Außenumfang des Kolbens 46 im Fenster 45 positioniert.
Erreicht in diesem Zustand der Kontaktpunkt der zweiten Auslaßnocke 19 das Konturprofil, das den Grundkreis übersteigt, wird der zweite Kipphebel 25 in Drehung versetzt, und der Stoßpunktabschnitt 65 des zweiten Kipphebels 25 stößt an den Außenumfang des Kolbens 46 gemäß 10 an. Auf diese Weise wird die Kraft in Richtung zum Herabdrücken des Kolbens 46 zum ersten Kipphebel 24 vom Stoßpunktabschnitt 65 des zweiten Kipphebels 25 über den Außenumfang des Kolbens 46 übertragen. Da diese Kraft in gleicher Richtung wie die Drehrichtung des ersten Kipphebels 24 wirkt, veranlaßt diese Kraft die Drehung des ersten Kipphebels 24, und diese Bewegung wird zum oberen Ende des Ventilschafts 6 übertragen, wodurch das Auslaßventil 4 hochgedrückt wird.
Die zweite Auslaßnocke 19 für den AGR-Modus ist so konfiguriert, daß sie das Auslaßventil 4 während des Einlaßtakts mit einer Verzögerung von 80 gegenüber der ersten Auslaßnocke 18 für den Normalmodus öffnet. Daher wird gemäß 12 das Auslaßventil 4 als "Auslaß 1" beim Auslaßtakt geöffnet (erstes Mal) und anschließend als "Auslaß 2" geöffnet, während das Einlaßventil 5 beim anschließenden Einlaßtakt geöffnet ist (zweites Mal).
Auf diese Weise kann durch Verwendung des Auslaßventiltriebmechanismus 20 die Lösezeit des Außlaßventils 4 während des Einlaßtakts unabhängig vom Auslaßtakt frei eingestellt werden. Im Vergleich zum herkömmlichen Verfahren zur Gewährleistung der AGR-Menge durch Einstellen der Überschneidungsperiode sind daher Einschränkungen geringer, und eine ausreichende AGR-Menge ist gewährleistet. Das heißt, durch Lösen des Auslaßventils 4 während des Einlaßtakts kann ein großes Abgasvolumen in die Einlaßluft eingemischt werden, was die schattierte Fläche von "Auslaß 2" in 12 zeigt. Wie aus 12 hervorgeht, wird im Vergleich zur AGR-Menge, die während der Überschneidungsperiode aufrechterhalten bleibt, außerdem eine größere AGR-Menge erhalten. Somit wird der Effekt der inneren AGR überragend verstärkt, die Abgaszusammensetzung läßt sich verbessern, und zudem kann der Katalysator früher anspringen. Natürlich kann dieser Betrieb gemäß 12 mit der Überschneidung kombiniert sein.
Vorzugsweise wird gemäß 12 das Auslaßventil 4 in dem Moment gelöst, wenn der Ventilhub des Einlaßventils 5 das Maximum beim Einlaßtakt erreicht. Innerhalb eines vorbestimmten Bereichs des Einlaßtakts kann daher das Auslaßventil 4 bei Wahrung eines großen Ventilhubs geöffnet und geschlossen werden, so daß eine größere AGR-Menge gewährleistet ist.
In diesem Beispiel sind die erste Auslaßnocke 18 für den Normalmodus und die zweite Auslaßnocke 19 für den AGR-Modus im Auslaßventiltriebmechanismus 20 kombiniert, so daß das Auslaßventil 4 während des Einlaßtakts leicht geöffnet und geschlossen werden kann.
Zweite Ausführungsform
Anhand von 13 bis 15 wird eine zweite Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Um in dieser Ausführungsform den Effekt der inneren AGR weiter zu verstärken, ist zusätzlich zum Auslaßventiltriebmechanismus 20 zum Ermöglichen des Lösens des Auslaßventils 4 während des Einlaßtakts ein Einlaßventiltriebmechanismus 70 vorgesehen, der den Ventilhub des Einlaßventils 5 beim Einlaßtakt variieren soll. Durch Verwendung dieses Einlaßventiltriebmechanismus 70 erfolgt im AGR-Modus eine solche Steuerung, daß der Ventilhub des Einlaßventils 5 kleiner als der Ventilhub im Normalmodus ist.
Insbesondere ist ein Modusauswahlmechanismus 40a, der dem Modusauswahlmechanismus 40 in der ersten Ausführungsform ähnelt, in der Nockenwelle 14 zum Einlaß und einer Kipphebelwelle 71 zum Einlaß gemäß 13 montiert.
Die Komponenten des Modusauswahlmechanismus 40a sind grundsätzlich die gleichen wie die Komponenten des Modusauswahlmechanismus 40, und eine Beschreibung erübrigt sich. Die Teile in 13 sind mit den gleichen Bezugszahlen und mit dem Anhang "a" bezeichnet, um sie von denen des zuvor gezeigten Modusauswahlmechanismus 40 zu unterscheiden.
Der Unterschied zwischen dem Modusauswahlmechanismus 40a und dem Modusauswahlmechanismus 40 sind in folgendem: Der zweite Kipphebel 25a wird zur Übertragung des (normalen) Ventilhubs zum Einlaßventil im Normalmodus verwendet, und der erste Kipphebel 24a kommt zum Übertragen des relativ kleinen Ventilhubs zum Einlaßventil im AGR-Modus zum Einsatz. Eine zweite Einlaßnocke 72 auf der Nockenwelle 14, die den zweiten Kipphebel 25a kontaktiert, hat ein Konturprofil zum Festlegen des Ventilhubs im Normalmodus gemäß 14A. Eine erste Einlaßnocke 73 auf der Nockenwelle 14, die den ersten Kipphebel 24a kontaktiert, hat ein Konturprofil zum Festlegen des relativ kleinen Ventilhubs im AGR-Modus gemäß 14B. Hierbei ist der Ventilhub, den die erste Einlaßnocke 73 dem Einlaßventil 5 im AGR-Modus verleiht, größer als der Ventilhub, den die zweite Auslaßnocke 19 (2B) dem Auslaßventil 4 im AGR-Modus verleiht.
Durch Verwendung des Einlaßventiltriebmechanismus 70 mit einem solchen Modusauswahlmechanismus 40a im Normalmodus wird der zweite Kipphebel 25a mit dem ersten Kipphebel 24a gekoppelt, die Verschiebung der zweiten Einlaßnocke 72 wird zum oberen Ende des Einlaßventils 5 (1) über den zweiten Kipphebel 25a und ersten Kipphebel 24a übertragen, und das Einlaßventil 5 wird angesteuert. Da in diesem Fall die Verschiebung der ersten Einlaßnocke 73 kleiner als die Verschiebung der zweiten Einlaßnocke 72 ist und beide phasenangepaßt sind, wird die Verschiebung der ersten Einlaßnocke 73 nicht zum ersten Kipphebel 24a übertragen. Dagegen ist im AGR-Modus der zweite Kipphebel 25a vom ersten Kipphebel 24a getrennt, und nur die Verschiebung der ersten Einlaßnocke 73 wird zum oberen Ende des Einlaßventils 5 über den ersten Kipphebel 24a übertragen, und das Einlaßventil 5 wird angesteuert.
Somit wird durch Verwendung des Einlaßventiltriebmechanismus 70 zusammen mit dem Auslaßventiltriebmechanismus 20 im AGR-Modus die Luftansaugmenge beim Einlaßtakt gemäß 15 unterdrückt. Als Ergebnis ist die AGR-Rate erhöht, und die innere AGR wird mit höherer Wirkung realisiert. Eine solche Kombination zweier Mechanismen ist besonders wirksam im Leerlaufbetrieb mit hoher Luftüberschußrate eines Dieselmotors, der früheres Anspringen des Katalysators besonders erfordert, und bei gewünschter Erhöhung der Abgastemperatur im Betrieb mit geringer Last.
Die Erfindung ist nicht nur auf die dargestellten Ausführungsformen beschränkt, sondern kann auf verschiedene Weise innerhalb des Bereichs geändert und abgewandelt werden, der nicht vom Schutzumfang oder Grundgedanken der Erfindung abweicht. Zum Beispiel wird in den o. g. Ausführungsformen die Erfindung im Dieselmotor angewendet, aber ohne auf dieses Beispiel beschränkt zu sein, kann die Erfindung in einem Ottomotor oder anderen Motoren zur Anwendung kommen. In den Ausführungsformen wird der variable Übertragungsmechanismus vom Typ mit Druckkontakten zum Koppeln und Trennen des ersten Kipphebels 24 (24a) und zweiten Kipphebels 25 (25a) verwendet, aber ohne auf dieses Beispiel beschränkt zu sein, kann das Auslaßventil während des Einlaßtakts gelöst oder kann das Einlaßventil um einen geringen Ventilhub im AGR-Modus gelöst werden durch einen Auslaßventiltriebmechanismus und Einlaßventiltriebmechanismus, die andere Aufbauten oder Einrichtungen verwenden.
Dem Fachmann werden zusätzliche Vorteile und Abwandlungen leicht deutlich sein. Daher ist die Erfindung in ihren weitergefaßten Aspekten nicht auf die spezifischen Details und repräsentativen Ausführungsformen beschränkt, die hierin aufgezeigt und beschrieben sind. Folglich können verschiedene Abwandlungen vorgenommen werden, ohne vom Grundgedanken oder Schutzumfang des allgemeinen erfinderischen Konzepts abzuweichen, das durch die beigefügten Ansprüche und deren Äquivalente festgelegt ist.

Claims

Ventiltriebvorrichtung eines Verbrennungsmotors, dadurch gekennzeichnet, daß sie aufweist: einen Auslaßventiltriebmechanismus (20), der eine Öffnungs-/Schließzeit eines Auslaßventils (4) ändern kann; und eine Steuervorrichtung, die den Auslaßventiltriebmechanismus (20) steuert, um das Auslaßventil (4) während eines Einlaßtakts unabhängig von einem Auslaßtakt in einem AGR-Modus zu lösen, wobei der Auslaßventiltriebmechanismus (20) aufweist: eine erste Auslaßnocke (18), die die Auslaßventil-Lösezeit und den Ventilhub beim Auslaßtakt festlegt; eine zweite Auslaßnocke (19), die die Auslaßventil-Lösezeit und den Ventilhub während des Einlaßtakts festlegt; und einen Modusauswahlmechanismus (40), der die Verschiebung der ersten Auslaßnocke (18) zum Auslaßventil (4) in einem Normalmodus überträgt und die Verschiebung der zweiten Auslaßnocke (19) zum Auslaßventil (4) zusätzlich zur Verschiebung der ersten Auslaßnocke (18) im AGR-Modus überträgt.
Ventiltriebvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Auslaßventiltriebmechanismus (20) so konfiguriert ist, daß er das Auslaßventil (4) in der Nähe des Zeitpunkts löst, zu dem der Ventilhub eines Einlaßventils (5) den Maximalwert während des Einlaßtakts erreicht.
Ventiltriebvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie ferner aufweist: einen Einlaßventiltriebmechanismus (70), der den Ventilhub des Einlaßventils (5) beim Einlaßtakt im AGR- Modus auf einen kleineren Wert als den Ventilhub im Normalmodus einstellen kann, wobei die Steuervorrichtung den Einlaßventiltriebmechanismus (70) so steuert, daß der Ventilhub des Einlaßventils im AGR-Modus kleiner als der Ventilhub im Normalmodus ist.