DE102008018940A1 - Variable Ventilbetätigungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor - Google Patents

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Abstract

Eine variable Ventilbetätigungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor umfasst einen Einlassventilbetätigungswinkel-Variierungsmechanismus, einen Einlassventilzeiten-Variierungsmechanismus und einen Abgasventilzeiten-Variierungsmechanismus. Vor dem Starten des Motors hält der Einlassventilbetätigungswinkel-Variierungsmechanismus einen Einlassventilbetätigungswinkel bei einem mittleren Wert, hält der Einlassventilzeiten-Variierungsmechanismus Einlassventilöffnungs- und Einlassventilschließzeiten am weitesten beschleunigt und hält der Abgasventilzeiten-Variierungsmechanismus Abgasventilöffnungs- und Abgasventilschließzeiten am weitesten verzögert.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft variable Ventilbetätigungsvorrichtungen oder -systeme zum Steuern der Öffnungs- und Schließzeiten von Einlass- und Abgasventilen in Verbrennungsmotoren.
  • Die japanische Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer 6-235307 gibt ein variables Ventilbetätigungssystem für einen Verbrennungsmotor an. Dieses variable Ventilbetätigungssystem umfasst einen Einlassventilzeiten-Variierungsmechanismus zum Variieren der Öffnungs- und Schließzeiten von Einlassventilen des Motors und einen Abgasventilzeiten-Variierungsmechanismus zum Variieren der Öffnungs- und Schließzeiten von Abgasventilen des Motors. Eine Steuereinheit steuert die Öffnungs- und Schließzeiten der Einlass- und Abgasventile in Übereinstimmung mit einem Betriebszustand des Motors, indem sie die Einlass-/Abgasventilzeiten-Variierungsmechanismen hydraulisch betätigt.
  • Das variable Ventilbetätigungssystem der japanischen Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer 6-235307 kann während eines Kaltstarts auf Schwierigkeiten stoßen. Zum Beispiel kann es während eines Kaltstarts schwierig sein, den Einlassventilzeiten- und den Abgasventilzeiten-Variierungsmechanismus durch rasch erhöhte Hydraulikdrücke schnell zu betätigen, um die gewünschten Öffnungs- und Schließzeiten der Einlass- und Abgasventile für Kaltstartbedingungen zu erzielen, weil das in einem Hydraulikkreis für die Einlassventilzeiten- und Abgasventilzeiten-Variierungsmechanismen fließende Betriebsfluid eine niedrige Temperatur und dementsprechend eine hohe Viskosität aufweist.
  • Es besteht ein Bedarf für eine variable Ventilbetätigungsvorrichtung oder ein entsprechendes System für einen Verbrennungsmotor, wobei die Motorleistung während eines Kaltstarts verbessert werden kann.
  • Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst eine variable Ventilbetätigungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor: einen Einlassventilbetätigungswinkel-Variierungsmechanismus, der angeordnet ist, um einen Einlassventilbetätigungswinkel des Verbrennungsmotors zu variieren und eine Einlassventilschließzeit des Verbrennungsmotors bei oder nahe dem unteren Totpunkt zu halten, bevor der Verbrennungsmotor gestartet wird; und einen Abgasventilzeiten-Variierungsmechanismus, der angeordnet ist, um eine Abgasventilöffnungszeit und eine Abgasventilschließzeit des Verbrennungsmotors zu variieren und gleichzeitig einen Abgasventilbetätigungswinkel des Verbrennungsmotors konstant zu halten, und um die Abgasventilöffnungszeit und die Abgasventilschließzeit um eine vorbestimmte Zeitdauer gegenüber entsprechenden vorbestimmten am weitesten beschleunigten Zeiten verzögert zu halten, bevor der Verbrennungsmotor gestartet wird. Der Einlassventilöffnungswinkel-Variierungsmechanismus kann angeordnet sein, um den Einlassventilbetätigungswinkel bei einem vorbestimmten mittleren Wert zwischen einem vorbestimmten maximalen Wert und einem vorbestimmten minimalen Wert zu halten, um die Einlassventilschließzeit bei oder nahe dem unteren Totpunkt zu halten, bevor der Verbrennungsmotor gestartet wird. Der Einlassventilbetätigungswinkel-Variierungsmechanismus kann wenigstens zwei entgegen gesetzte Vorspanneinrichtungen umfassen, die angeordnet sind, um den Einlassventilbetätigungswinkel in zwei entgegen gesetzten Richtungen vorzuspannen, um den Einlassventilbetätigungswinkel bei dem vorbestimmten mittleren Wert zu halten. Der Einlassventilbetätigungswinkel-Variierungsmechanismus kann angeordnet sein, um den Einlassventilbetätigungswinkel bei einem vorbestimmten Wert näher an einem vorbestimmten minimalen Wert als an einem vorbestimmten maximalen Wert zu halten, um die Einlassventilschließzeit bei oder nahe dem unteren Totpunkt zu halten, bevor der Verbrennungsmotor gestartet wird. Der Einlassventilbetätigungswinkel-Variierungsmechanismus kann wenigstens eine Vorspanneinrichtung umfassen, die angeordnet ist, um den Einlassventilbetätigungswinkel vorzuspannen, um die Einlassventilschließzeit bei oder nahe dem unteren Totpunkt zu halten, bevor der Verbrennungsmotor gestartet wird. Der Einlassventilbetätigungswinkel-Variierungsmechanismus und der Abgasventilzeiten-Variierungsmechanismus können angeordnet sein, um eine Einlassventilöffnungszeit des Verbrennungsmotors gegenüber der Abgasventilschließzeit beschleunigt zu halten, um eine Ventilüberlappungsperiode zu erzeugen, bevor der Verbrennungsmotor gestartet wird. Der Abgasventilzeiten-Variierungsmechanismus kann angeordnet sein, um die Abgasventilöffnungszeit und die Abgasventilschließzeit bei entsprechenden vorbestimmten am weitesten verzögerten Zeitpunkten zu halten, bevor der Verbrennungsmotor gestartet wird. Die variable Ventilbetätigungsvorrichtung kann auf einen Direkteinspritzungs-Verbrennungsmotor angewendet werden, in dem ein Kraftstoff direkt in eine Verbrennungskammer eingespritzt wird.
  • Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst eine variable Ventilbetätigungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor: einen Einlassventilbetätigungswinkel-Variierungsmechanismus, der angeordnet ist, um einen Einlassventilbetätigungswinkel des Verbrennungsmotors zu variieren und um den Einlassventilbetätigungswinkel um eine vorbestimmte Größe kleiner als einen vorbestimmten maximalen Wert zu halten, bevor der Verbrennungsmotor gestartet wird; und einen Abgasventilzeiten-Variierungsmechanismus, der angeordnet ist, um eine Abgasventilöffnungszeit und eine Abgasventilschließzeit des Verbrennungsmotors zu variieren und gleichzeitig einen Abgasventilbetätigungswinkel des Verbrennungsmotors konstant zu halten, und um die Abgasventilöffnungszeit und die Abgasventilschließzeit um eine vorbestimmte Zeitdauer gegenüber entsprechenden vorbestimmten am weitesten beschleunigten Zeiten verzögert zu halten, bevor der Verbrennungsmotor gestartet wird. Der variable Ventilbetätigungsmechanismus kann weiterhin einen Einlassventilzeiten-Variierungsmechanismus umfassen, der angeordnet ist, um eine Einlassventilöffnungszeit und eine Einlassventilschließzeit des Verbrennungsmotors zu variieren und gleichzeitig den Einlassventilbetätigungswinkel konstant zu halten, und um die Einlassventilöffnungszeit und die Einlassventilschließzeit bei entsprechenden vorbestimmten relativ beschleunigten Zeiten zu halten, bevor der Verbrennungsmotor gestartet wird. Die variable Ventilbetätigungsvorrichtung kann weiterhin einen Einlassventilzeiten-Variierungsmechanismus umfassen, der angeordnet ist, um eine Einlassventilöffnungszeit und eine Einlassventilschließzeit des Verbrennungsmotors zu variieren und gleichzeitig den Einlassventilbetätigungswinkel konstant zu halten, und um die Einlassventilöffnungszeit und die Einlassventilschließzeit bei entsprechenden vorbestimmten relativ verzögerten Zeiten zu halten, bevor der Verbrennungsmotor gestartet wird. Der Einlassventilbetätigungswinkel-Variierungsmechanismus kann angeordnet sein, um den Einlassventilbetätigungswinkel bei einem vorbestimmten minimalen Wert zu halten, bevor der Verbrennungsmotor gestartet wird. Die variable Ventilbetätigungsvorrichtung kann auf einen Direkteinspritzungs-Verbrennungsmotor angewendet werden, in dem ein Kraftstoff direkt in eine Verbrennungskammer eingespritzt wird. Die variable Ventilbetätigungsvorrichtung kann weiterhin eine Steuereinrichtung umfassen, die konfiguriert ist, um eine erste und/oder eine zweite Korrekturaktion durchzuführen, wenn bestimmt wird, dass sich der Verbrennungsmotor in einem Zustand instabiler Verbrennung befindet, wobei die erste Korrekturaktion darin besteht, die Abgasventilschließzeit durch den Abgasventilzeiten-Variierungsmechanismus zu beschleunigen, und wobei die zweite Korrekturaktion darin besteht, die Einlassventilöffnungszeit durch den Einlassventilzeiten-Variierungsmechanismus zu verzögern. Die variable Ventilbetätigungsvorrichtung kann weiterhin eine Steuereinrichtung umfassen, die konfiguriert ist, um wenigstens eine erste und eine zweite Korrekturaktion durchzuführen, wenn bestimmt wird, dass der Verbrennungsmotor aufgewärmt ist und im Leerlauf betrieben wird, wobei die erste Korrekturaktion darin besteht, die Abgasventilschließzeit durch den Abgasventilzeiten-Variierungsmechanismus zu beschleunigen, und wobei die zweite Korrekturaktion darin besteht, die Einlassventilöffnungszeit durch den Einlassventilzeiten-Variierungsmechanismus zu verzögern.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst eine variable Ventilbetätigungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor: einen Einlassventilzeiten-Variierungsmechanismus, der angeordnet ist, um eine Einlassventilöffnungszeit und eine Einlassventilschließzeit des Verbrennungsmotors zu variieren und gleichzeitig einen Einlassventilbetätigungswinkel des Verbrennungsmotors konstant zu halten, und um die Einlassventilöffnungszeit und die Einlassventilschließzeit bei entsprechenden vorbestimmten am weitesten verzögerten Zeiten zu halten, bevor der Verbrennungsmotor gestartet wird; und einen Abgasventilzeiten-Variierungsmechanismus, der angeordnet ist, um die Abgasventilöffnungszeit und die Abgasventilschließzeit des Verbrennungsmotors zu variieren und gleichzeitig den Abgasventilbetätigungswinkel des Verbrennungsmotors konstant zu halten, und um die Abgasventilöffnungszeit und die Abgasventilschließzeit um eine vorbestimmte Zeitdauer gegenüber den entsprechenden vorbestimmten am weitesten beschleunigten Zeiten verzögert zu halten, bevor der Verbrennungsmotor gestartet wird. Die variable Ventilbetätigungsvorrichtung kann auf einen Direkteinspritzungs-Verbrennungsmotor angewendet werden, in dem ein Kraftstoff direkt in eine Verbrennungskammer eingespritzt wird.
  • 1 umfasst eine schematische Ansicht, die ein Verbrennungsmotorsystem mit einem variablen Ventilbetätigungssystem bzw. einer entsprechenden Vorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt, sowie eine perspektivische Ansicht eines Einlassventilbetätigungswinkel-Variierungsmechanismus, eines Einlassventilzeiten-Variierungsmechanismus und eines Abgasventilzeiten-Variierungsmechanismus in dem variablen Ventilbetätigungssystem.
  • 2A und 2B sind Diagramme, die zeigen, wie der Einlassventilbetätigungsventil-Variierungsmechanismus von 1 betrieben wird, wenn er für einen kleinen Ventilhub gesteuert wird.
  • 3A und 3B sind Diagramme, die zeigen, wie der Einlassventilbetätigungsventil-Variierungsmechanismus von 1 betrieben wird, wenn er für einen maximalen Ventilhub gesteuert wird.
  • 4 ist ein Kurvendiagramm, das zeigt, wie der Hub, der Betätigungswinkel und die maximale Hubphase eines Einlassventils des Motors durch das variable Ventilbestätigungssystem von 1 gesteuert werden.
  • 5 ist eine Schnittansicht des Einlassventilzeiten-Variierungsmechanismus in dem variablen Ventilbetätigungssystem von 1.
  • 6 ist eine Schnittansicht entlang der Linie VI-VI von 5 des Einlassventilzeiten-Variierungsmechanismus, wenn der Einlassventilzeiten-Variierungsmechanismus zu einem am weitesten beschleunigten Zustand gesteuert wird.
  • 7 ist eine Schnittansicht entlang der Linie VI-VI von 5 des Einlassventilzeiten-Variierungsmechanismus, wenn der Einlassventilzeiten-Variierungsmechanismus zu einem am weitesten verzögerten Zustand gesteuert wird.
  • 8 ist eine Vorderansicht des Abgasventilzeiten-Variierungsmechanismus in dem variablen Ventilbetätigungssystem von 1, wobei eine vordere Abdeckung von dem Abgasventilzeiten-Variierungsmechanismus entfernt ist.
  • 9 ist ein schematisches Diagramm, das Betriebseigenschaften von Einlass- und Abgasventilen des Motors während des Motorstarts in der ersten Ausführungsform zeigt.
  • 10 ist ein Flussdiagramm, das einen durch eine Steuereinrichtung durchzuführenden Steuerprozess in dem variablen Ventilbetätigungssystem von 1 zeigt.
  • 11 ist ein schematisches Diagramm, das Betriebseigenschaften der Einlass- und Abgasventile nach einer Korrektur durch das variable Ventilbetätigungssystem von 1 zeigt.
  • 12 ist ein schematisches Diagramm, das ein Beispiel für die Betriebseigenschaften der Einlass- und Abgasventile unter der Steuerung des variablen Ventilbetätigungssystems von 1 zeigt.
  • 13 ist ein Flussdiagramm, das einen anderen durch die Steuereinrichtung durchzuführenden Steuerprozess zeigt.
  • 14 ist ein schematisches Diagramm, das Betriebseigenschaften der Einlass- und Abgasventile zeigt, nachdem der Einlassventilbetätigungswinkel durch das variable Ventilbetätigungssystem in dem Steuerprozess von 13 reduziert wurde.
  • 15 umfasst ein schematisches Diagramm, das ein Verbrennungsmotorsystem mit einem variablen Ventilbetätigungssystem oder einer entsprechenden Vorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt, sowie eine perspektivische Ansicht eines Einlassventilbetätigungswinkel-Variierungsmechanismus, eines Einlassventilzeiten-Variierungsmechanismus und eines Abgasventilzeiten-Variierungsmechanismus in dem variablen Ventilbetätigungssystem.
  • 16 ist eine Vorderansicht des Einlassventilzeiten-Variierungsmechanismus in dem variablen Ventilbetätigungssystem von 15, wobei eine vordere Abdeckung von dem Einlassventilzeiten-Variierungsmechanismus entfernt ist.
  • 17 ist ein schematisches Diagramm, das Betriebseigenschaften von Einlass- und Abgasventilen des Motors während des Motorstarts in der zweiten Ausführungsform zeigt.
  • 18 ist ein schematisches Diagramm, das ein Beispiel für die Betriebseigenschaften der Einlass- und Abgasventile unter der Steuerung des variablen Ventilbetätigungssystems von 15 zeigt.
  • 19 ist eine Vorderansicht eines Abgasventilzeiten-Variierungsmechanismus in einem variablen Ventilbetätigungssystem oder einer entsprechenden Vorrichtung für einen Verbrennungsmotor gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wobei eine vordere Abdeckung von dem Abgasventilzeiten-Variierungsmechanismus entfernt ist.
  • 20 ist ein schematisches Diagramm, das Betriebseigenschaften von Einlass- und Abgasventilen des Motors während des Motorstarts in der dritten Ausführungsform zeigt.
  • 1 ist eine schematische Ansicht eines Verbrennungsmotorsystems einschließlich eines variablen Ventilbetätigungssystems oder einer entsprechenden Vorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In dieser Ausführungsform umfasst das Verbrennungsmotorsystem einen Verbrennungsmotor mit vier Zyklen. Wie in 1 gezeigt, umfasst das variable Ventilbetätigungssystem einen Einlassventilbetätigungswinkel-Variierungsmechanismus (Einlassventilhub-Variierungsmechanismus, Einlassventilereignis-/Hub-Variierungsmechanismus oder Einlass-VEH) 1 zum kontinuierlichen Variieren (Erhöhen oder Vermindern) des Hub- und Betätigungswinkels (Betriebsperiode bzw. Ventilöffnungsperiode) der Einlassventile 4, einen Einlassventilzeiten-Variierungsmechanismus (Einlassventilphasen-Variierungsmechanismus, Einlassventilzeiten-Steuermechanismus oder Einlass-VZS) 2 zum kontinuierlichen Variieren (Erhöhen oder Vermindern) einer Phase (maximalen Hubphase) der Einlassventile 4, um die Öffnungs- und Schließzeiten der Einlassventile 4 (eine Einlassventilöffnungszeit (EVÖ) und eine Einlassventilschließzeit (EVS)) zu variieren (zu beschleunigen oder zu verzögern) und gleichzeitig den Betätigungswinkel der Einlassventile 4 konstant zu halten, und einen Abgasventilzeiten-Variierungsmechanismus (Abgasventilphasen-Variierungsmechanismus, Abgasventilzeiten-Steuermechanismus oder Abgas-VZS) 3 zum kontinuierlichen Variieren (Beschleunigen oder Verzögern) einer Phase (maximalen Hubphase) von nicht gezeigten Abgasventilen, um die Öffnungs- und Schließzeiten der Abgasventile (eine Abgasventilöffnungszeit (AVÖ) und eine Abgasventilschließzeit (AVS)) zu variieren und gleichzeitig den Betätigungswinkel der Abgasventile konstant zu halten.
  • Der Einlass-VEH 1 weist einen Aufbau auf, der im wesentlichen identisch mit dem in der japanischen Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer 2003-172112 angegebenen Aufbau ist. Wie in 1 und 2A gezeigt, umfasst der Einlass-VEH 1 eine hohle Antriebswelle 6, die drehbar durch Lager an einem oberen Teil eines Zylinderkopfs „S" gehalten wird, einen Antriebsnocken 7, der ein exzentrischer Drehnocken ist, der in diesem Beispiel durch eine Presspassung fix an der Antriebswelle 6 fixiert ist; ein Paar von Schwenknocken 9, die schwenkbar an der Antriebswelle 6 montiert sind und angeordnet sind, um die Einlassventile 4 zu öffnen, indem sie auf den oberen Flächen von Ventilhebern 8 in den oberen Enden der Einlassventile 4 gleiten; und einen Verbindungsmechanismus bzw. Bewegungsübertragungsmechanismus, der angeordnet ist, um eine Drehung des Antriebsnockens 7 zu den Schwenknocken 9 zu übertragen und eine Schwenkbewegung vorzusehen.
  • Die Antriebswelle 6 ist angeordnet, um eine Drehung von einer Kurbelwelle über einen Drehübertragungsmechanismus zu empfangen, der in diesem Beispiel ein Kettenantrieb mit einem Steuerzahnrad 33 an einem Ende der Antriebswelle 6, einem Antriebszahnrad an der Kurbelwelle und einer Steuerkette (nicht gezeigt) ist. Bei einem Antrieb durch die Kurbelwelle dreht sich die Antriebswelle 6 wie durch den Pfeil in 1 angegeben im Uhrzeigersinn.
  • Der Antriebsnocken 7 weist die Form eines Rings auf und ist mit einem Antriebswellen-Aufnahmeloch ausgebildet. Der Antriebsnocken 7 ist fix an der Antriebswelle 6 montiert, die sich durch das Antriebswellen-Aufnahmeloch erstreckt. Die Achse des Antriebsnockens 7 ist in der Radialrichtung mit einer vorbestimmten Distanz von der Achse der Antriebswelle 6 versetzt.
  • Wie in 1 und 2A gezeigt, sind die Schwenknocken 9 einstückig an beiden Enden einer ringförmigen Nockenwelle 10 ausgebildet. Die Nockenwelle 10 ist hohl und drehbar an der Antriebswelle 6 montiert. Jeder Schwenknocken 9 weist eine untere Fläche mit einer Nockenfläche 9a auf. Die Nockenfläche 9a umfasst einen Basiskreisflächenbereich auf der Seite der Nockenwelle, einen Rampenflächenbereich, der sich als kreisförmiger Bogen von dem Basiskreisflächenbereich zu einer Nockennase erstreckt, und einen Hebeflächenbereich, der sich von dem Rampenflächenbereich zu einem Scheitel der Nockennase erstreckt. Die Nockenfläche 9a stößt gegen die obere Fläche des entsprechenden Ventilhebers 8 an einer vorbestimmten Position, und der Kontaktpunkt der Nockenfläche 9a verschiebt sich zwischen dem Basiskreisflächenbereich, dem Rampenflächenbereich und dem Hebeflächenbereich in Abhängigkeit von der Schwenkposition des Schwenknockens 9.
  • Der oben genannte Verbindungsmechanismus bzw. Bewegungsübertragungsmechanismus umfasst einen Kipphebel 11, der über einer Antriebswelle 6 angeordnet ist, einen Verbindungsarm 12, der einen ersten Endteil 11a des Kipphebels 11 mit dem Antriebsnocken 7 verbindet, und eine Verbindungsstange 13, die einen zweiten Endteil 11b des Kipphebels 11 mit einem Schwenknocken 9 verbindet.
  • Der Kipphebel 11 umfasst einen rohrförmigen, zentralen Basisteil mit einem Halteloch, der über das Halteloch drehbar an einem Steuernocken 18 montiert ist. Der erste Endteil 11a des Kipphebels 11 ist drehbar über einen Stift 14 mit dem Verbindungsarm 12 verbunden, und der zweite Endteil 11b ist drehbar über einen Stift 15 mit einem ersten Endteil 13a der Verbindungsstange 13 verbunden.
  • Der Verbindungsarm 12 umfasst einen relativ großen, ringförmigen Basisteil 12a und einen Vorsprung 12b, der von dem Basisteil 12a nach außen vorsteht. Der Basisteil 12a ist mit einem zentralen Loch ausgebildet, in den der Nockenteil des Antriebsnockens 7 drehbar eingepasst ist. Der Vorsprung 12b ist über den Stift 14 drehbar mit dem ersten Endteil 11a des Kipphebels 11 verbunden.
  • Die Verbindungsstange 13 umfasst ein zweites Ende 13b, das über einen Stift 16 drehbar mit der Nockennase des Schwenknockens 9 verbunden ist.
  • Eine Steuerwelle 17 erstreckt sich parallel zu der Antriebswelle 6 in der Längsrichtung des Motors und wird drehbar durch dieselben Lager an einer Position direkt über der Antriebswelle 6 gehalten. Ein Steuernocken 18 ist fix an der Steuerwelle 17 montiert und gleitbar in das Halteloch des Kipphebels 11 eingepasst, um als Drehpunkt für die Schwenkbewegung des Kipphebels 11 zu dienen. Der Steuernocken 18 weist die Form eines hohlen Zylinders auf, wobei die Achse des Steuernockens 18 mit einer vorbestimmten Distanz von der Achse der Steuerwelle 17 versetzt ist. Die Drehung der Steuerwelle 17 wird durch einen Antriebsmechanismus 19 gesteuert.
  • Der Antriebsmechanismus 19 umfasst einen Elektromotor 20, der an einem Ende eines Gehäuses fixiert ist, und einen Getriebemechanismus 21 zum Übertragen der Drehung des Elektromotors 20 auf die Steuerwelle 17. In diesem Beispiel ist der Übertragungsmechanismus 21 ein Kugelspindel-Übertragungsmechanismus.
  • Der Elektromotor 20 dieses Beispiels ist ein Gleichstrommotor des proportionalen Typs. Der Elektromotor 20 wird durch eine Steuereinrichtung 22 in Übereinstimmung mit einem gemessenen Betriebszustand des Motors gesteuert.
  • Der Kugelspindel-Übertragungsmechanismus 21 umfasst eine Kugelspindelwelle 23, eine Kugelmutter 24, einen Verbindungsarm 25 und ein Verbindungsglied 26. Die Kugelspindelwelle 23 und die Antriebswelle des Elektromotors 20 sind Ende an Ende angeordnet und miteinander ausgerichtet, sodass ihre Achsen eine im wesentlichen gerade Linie bilden. Die Kugelmutter 24 dient als bewegliche Mutter, die auf die Kugelspindelwelle 23 geschraubt ist und angeordnet ist, um sich axial in Übereinstimmung mit der Drehung zu bewegen. Der Verbindungsarm 25 ist mit einem Endteil der Steuerwelle 17 verbunden. Das Verbindungsglied 26 verbindet den Verbindungsarm 25 mit der Kugelmutter 24.
  • Die Kugelspindelwelle 23 weist eine externe, einfache und kontinuierliche Kugelumlaufrille auf, die sich in der Form eines Spiralgewindes über die Außenfläche der Kugelspindelwelle 23 erstreckt. Die Kugelspindelwelle 23 und die Antriebswelle des Elektromotors 20 sind Ende an Ende miteinander über ein Kopplungsglied verbunden, das eine Drehantriebskraft von dem Elektromotor 20 auf die Kugelspindelwelle 23 überträgt. Die Kugelmutter 24 weist annähernd die Form eines hohlen Zylinders auf. Die Kugelmutter 24 ist mit einer internen Führungsrille ausgebildet, um eine Vielzahl von Kugeln in Verbindung mit der Kugelumlaufrille der Kugelspindelwelle 23 zu halten, sodass die Kugeln zwischen der Führungsrille und der Umlaufrille rollen können. Diese Führungsrille ist ein einfaches und kontinuierliches Spiralgewinde, das in der Innenumfangsfläche der Kugelmutter 24 ausgebildet ist. Die Kugelmutter 24 ist angeordnet, um die Drehung der Kugelspindelwelle 23 zu einer Linearbewegung der Kugelmutter 24 zu übersetzen und eine Axialkraft zu erzeugen.
  • Eine erste Schraubenfeder 30 ist als Vorspanneinrichtung um die Kugelspindelwelle 23 herum zwischen der Kugelmutter 24 und einem Federsitz an der Spitze der Kugelspindelwelle 23 angeordnet, um die Kugelmutter 24 axial zu dem Elektromotor 20 zu drücken. Aus der folgenden Beschreibung geht hervor, dass die erste Schraubenfeder 30 dazu dient, die Kugelmutter 24 in der Richtung für eine Reduktion des Hub- und Betätigungswinkels der Einlassventile 4 vorzuspannen. Weiterhin ist eine zweite Schraubenfeder 31 als Vorspanneinrichtung um die Kugelspindelwelle 23 herum zwischen der Kugelmutter 24 und einem Federsitz an einem Teil der Kugelspindelwelle 23 in der Nähe des Elektromotors 20 angeordnet, um die Kugelmutter 24 weg von dem Elektromotor 20 zu drücken. Aus der folgenden Beschreibung geht hervor, dass die zweite Schraubenfeder 31 dazu dient, die Kugelmutter 24 in der Richtung für eine Erhöhung des Hub- und Betätigungswinkels der Einlassventile 4 zu drücken. Wenn also der Motor ruht, wird die Kugelmutter 24 durch die erste und die zweite Schraubenfeder 30, 31 an einer mittleren Position (im wesentlichen in der Mitte) entlang der Achse der Kugelspindelwelle 23 gehalten. Aus der folgenden Beschreibung geht hervor, dass die erste und die zweite Schraubenfeder 30, 31 dazu dienen, die Kugelmutter 24 stabil an der Zwischenposition zu halten, um einen Zwischenhub und einen Zwischenbetätigungswinkel der Einlassventile 4 vorzusehen. Die Kugelmutter 24 wird also mechanisch stabil an der mittleren Position gehalten.
  • Die Steuereinrichtung 22 dieses Beispiels ist eine gemeinsame Steuereinheit bzw. ein gemeinsamer Steuerabschnitt, der den Einlass-VEH 1, den Einlass-VZS 2 und den Abgas-VZS 3 steuert. Die Steuereinrichtung 22 ist mit verschiedenen Sensoren verbunden, um Informationen zu dem Betriebszustand des Motors zu sammeln. Die Steuereinrichtung 22 empfängt Datensignale aus den Sensoren und identifiziert den Motorbetriebszustand auf der Basis der Datensignale. Die Sensoren umfassen einen Kurbelwinkelsensor zum Erfassen des Drehwinkels der Kurbelwelle und zum Erfassen einer Motorgeschwindigkeit N (U/min), einen Gaspedalöffnungssensor, einen Fahrzeuggeschwindigkeitssensor, einen Getriebepositionssensor, einen Motorkühlmitteltemperatursensor zum Erfassen der Temperatur eines Motorkörpers, einen Antriebswellenwinkelsensor 28 zum Erfassen des Drehwinkels der Antriebswelle 6 und ein Potentiometer (einen Steuerwellenwinkelsensor) 29 zum Erfassen des Drehwinkels der Steuerwelle 17. Die Steuereinrichtung 22 misst die relative Drehposition zwischen dem Steuerzahnrad 33 und der Antriebswelle 6 auf der Basis der Datensignale aus einem Kurbelwinkelsensor 27 und einem Antriebswellenwinkelsensor 28.
  • Der Betrieb des derart aufgebauten Einlass-VEH 1 wird wie folgt gesteuert. Wenn der Motor in einem vorbestimmten Motorbetriebsbereich gesteuert wird, veranlasst die Steuereinrichtung 22 eine rechtlinige Bewegung der Kugelmutter 24 zu dem Elektromotor 20, indem sie einen Steuerstrom zu dem Elektromotor 20 sendet und die Kugelspindelwelle 23 mit dem Elektromotor 20 dreht. Durch diese Bewegung der Kugelmutter 24 wird die Steuerwelle 17 durch das Verbindungsglied 26 und den Verbindungsarm 25 in einer Richtung gedreht. Dementsprechend dreht sich der Steuernocken 18 um die Achse der Steuerwelle 17, sodass sich die Achse des Steuernockens 18 wie in der Rückansicht von 2A und 2B gezeigt um die Achse der Steuerwelle 17 dreht, wobei ein dicker Wandteil des Steuernockens 18 von der Antriebswelle 6 nach oben verschoben wird. Daraus resultiert, dass der Schwenkpunkt zwischen dem zweiten Endteil 11b des Kipparms 11 und der Verbindungsstange 13 nach oben relativ zu der Antriebswelle 6 verschoben wird. Dadurch wird jeder Schwenknocken 9 gegen den Uhrzeigersinn von 2A und 2B dreht, wobei die Nockennase durch die Verbindungsstange 13 nach oben gezogen wird. Dementsprechend dreht und hebt der Antriebsnocken 7 den ersten Endteil 11a des Kipphebels 11 mittels des Verbindungsarms 12 nach oben. Obwohl eine Bewegung für den Ventilhub über die Verbindungsstange 13 zu dem Schwenknocken 9 und dem Ventilheber 8 übertragen wird, wird der Ventilhub ausreichend auf einen kleinen Hub L1 wie durch die Ventilhubkurve von 4 wiedergegeben vermindert und wird der Betätigungswinkel (die Ventilöffnungsperiode) D auf einen kleinen Wert D1 vermindert.
  • Es ist ein Ventilzwischenraum zwischen dem Schwenknocken 9 und dem Ventilheber 8 vorgesehen. Deshalb ist der tatsächliche Ventilhub um den Ventilzwischenraum kleiner als der Hub des Schwenknockens 9. Dementsprechend wird der Betätigungswinkel als von dem Zeitpunkt des tatsächlichen Öffnens des Ventils bis zu dem Zeitpunkt des tatsächlichen Schließens des Ventils definiert.
  • Wenn der Motor in einem anderen vorbestimmten Motorbetriebsbereich betrieben wird, betreibt die Steuereinrichtung 22 den Elektromotor 20 in einer umgekehrten Drehrichtung, sodass sich die Kugelspindelwelle 23 in der umgekehrten Richtung dreht. Bei dieser umgekehrten Drehung der Kugelspindelwelle 23 bewegt sich die Kugelmutter 24 in der Axialrichtung weg von dem Elektromotor 20 und wird die Steuerwelle 17 in der Richtung gegen den Uhrzeigersinn von 2A und 2B um eine vorbestimmte Distanz gedreht. Deshalb wird der Steuernocken 18 an der Winkelposition gehalten, an der die Achse des Steuernockens 18 um eine vorbestimmte Distanz von der Achse der Steuerwelle 17 nach unten verschoben wird, und wird der dicke Wandteil des Steuernockens 18 nach unten verschoben. Der Kipphebel 11 wird im Uhrzeigersinn von der Position in 2A und 2B bewegt, wobei das Ende des Kipphebels 11 die Nockennase des Schwenknockens 9 über das Verbindungsglied 13 nach unten drückt und sich der Schwenknocken 9 etwas im Uhrzeigersinn dreht. Dementsprechend dreht sich der Antriebsnocken 7 und drückt das Ende 11a des Kipphebels 11 über den Verbindungsarm 12 nach oben. Eine Bewegung für den Ventilhub wird über das Verbindungsglied 13 auf die Schwenknocken 9 und die Ventilheber 8 übertragen. In diesem Fall wird der Ventilhub auf einen mittleren Hub L2 erhöht und wird der Betriebswinkel auf einen mittleren Winkel D2 erhöht. Durch diese Steueroperation kann das variable Ventilbetätigungssystem die Einlassventilschließzeit auf der Verzögerungsseite zu dem unteren Totpunkt verschieben. Dadurch kann das variable Ventilbetätigungssystem die Verbrennung während eines Kaltstartbetriebs mit einem höheren effektiven Komprimierungsverhältnis verbessern und die Frischluftladeeffizienz erhöhen, um das Verbrennungsdrehmoment zu vergrößern.
  • Wenn der Motorbetriebspunkt in einen hohen Geschwindigkeits- und hohen Lastbereich eintritt, kann das variable Ventilbetätigungssystem den Elektromotor 20 in der umgekehrten Richtung betreiben, indem es das Steuersignal von der Steuereinrichtung 22 sendet, um den Steuernocken 18 weiter durch die Steuerwelle 17 gegen den Uhrzeigersinn zu der Position zu drehen, an der die Achse wie in 3A und 3B gezeigt nach unten gedreht wird. Deshalb bewegt sich der Kipparm 11 zu einer Position näher an der Antriebswelle 6, wobei das zweite Ende 11b die Nockennasse des Schwenknockens 9 über die Verbindungsstange 13 nach unten drückt, sodass der Schwenknocken 9 weiter im Uhrzeigersinn um eine bestimmte Distanz gedreht wird. Dementsprechend dreht und drückt der Antriebsnocken 7 das erste Ende 11a des Kipphebels 11 mittels des Verbindungsarms 12 nach oben. Eine Bewegung für den Ventilhub wird über die Verbindungsstange 13 zu dem Schwenknocken 9 und dem Ventilheber 8 übertragen. In diesem Fall wird der Ventilhub kontinuierlich von L2 zu L3 wie in 4 gezeigt vergrößert. Dadurch kann das System die Einlassladeeffizienz und die Motorausgabe in dem Hochgeschwindigkeitsbereich verbessern.
  • Auf diese Weise variiert der Einlass-VEH 1 den Hub der Einlassventile 4 kontinuierlich von dem kleinen Hub L1 zu dem großen Hub L3 und auch den Betriebswinkel der Einlassventile 4 kontinuierlich von dem kleinen Winkel (Winkeldistanz) D1 zu dem großen Winkel D3.
  • Wenn der Motor ruht, wird die Kugelmutter 24 durch die entgegen gesetzten Kräfte der ersten und der zweiten Schraubenfeder 30, 31 in der mittleren Position gehalten, um den Ventilbetriebswinkel und den Hub jeweils bei dem mittleren Winkel D2 und dem mittleren Hub L2 zu halten. Dementsprechend wird die Einlassventilschließzeit EVS bei oder nahe dem unteren Totpunkt gesetzt.
  • Wie in 5 und 6 gezeigt, ist der Einlass-VZS 2 dieses Beispiels ein Mechanismus des Flügeltyps, der das Steuerzahnrad 33 zum Übertragen der Drehung auf die Antriebswelle 6, ein Flügelglied 32, das an einem Ende der Antriebswelle 6 fixiert ist und drehbar in dem Steuerzahnrad 33 aufgenommen ist, und einen Hydraulikkreis zum Drehen des Flügelglieds 32 in der Vorwärts- und Rückwärtsrichtung unter Verwendung eines Öldrucks umfasst.
  • Das Steuerzahnrad 33 umfasst ein Gehäuse 34, in dem das Flügelglied 32 drehbar aufgenommen ist, eine vordere Abdeckung 35, die wie eine kreisförmige Scheibe geformt ist und angeordnet ist, um eine vordere Öffnung des Gehäuses 34 zu schließen, und eine hintere Abdeckung 36, die annähernd wie eine kreisförmige Scheibe geformt ist und angeordnet ist, um eine hintere Öffnung des Gehäuses 34 zu schließen. Das Gehäuse 34 ist zwischen der vorderen Abdeckung 35 und der hinteren Abdeckung 36 eingeschlossen und über vier Schrauben 37 mit kleinem Durchmesser, die sich in der Axialrichtung der Antriebswelle 6 erstrecken, mit diesen Abdeckungen verbunden, um eine Einheit zu bilden.
  • Das Gehäuse 34 weist die Form eines hohlen Zylinders mit den vorderen und hinteren Öffnungen auf. Das Gehäuse 34 umfasst eine Vielzahl von Schuhen 34a, die radial von der Innenumfangsfläche nach innen vorstehen und als Trennwand dienen. In diesem Beispiel sind vier Schuhe 34a mit Intervallen von ungefähr 90 Grad angeordnet.
  • Jeder Schuh 34a weist einen annähernd trapezförmigen Querschnitt auf. Ein Schraubenloch 34b ist annähernd in dem Zentrum jedes Schuhs 34a ausgebildet. Jedes Schraubenloch 34b erstreckt sich axial durch einen der Schuhe 34a und nimmt den Schaft einer der sich axial erstreckenden Schrauben 37 auf. Jeder Schuh 34a umfasst eine Innenendfläche. Eine Halterille erstreckt sich radial in der Form eines Ausschnitts in der inneren Endfläche jedes Schuhs 34a an einer höheren Position. Ein U-förmiges Dichtungsglied 38 ist in jede Halterille eingepasst und wird durch eine in die Halterille gepasste Blattfeder (nicht gezeigt) radial nach innen gedrückt.
  • Die vordere Abdeckung 35 umfasst ein zentrales Halteloch 35a mit einem relativ großen Innendurchmesser und vier Schraubenlöcher (nicht gezeigt) zum Aufnehmen von jeweils einer der sich axial erstreckenden Schrauben 37. Diese vier Schraubenlöcher sind um das zentrale Halteloch 35 herum angeordnet und liegen jeweils einem der Schraubenlöcher 34b der Schuhe 34a gegenüber.
  • Die hintere Abdeckung 36 umfasst einen gezahnten Teil 36a, der einstückig an der Rückseite ausgebildet ist und angeordnet ist, um in die der oben genannte Steuerkette einzugreifen, und ein zentrales Halteloch 36b mit einem relativ großen Innendurchmesser, das sich axial durch die hintere Abdeckung 36 erstreckt.
  • Das Flügelglied 32 umfasst einen zentralen Flügelrotor 32a und eine Vielzahl von Flügeln 32b, die von dem Flügelrotor 32a radial nach außen vorstehen. In diesem Beispiel sind vier der Flügel 32b mit regelmäßigen Intervallen von ungefähr 90 Grad entlang des Umfangs um den Flügelrotor 32a herum angeordnet. Der Flügelrotor 32a ist kreisförmig und umfasst ein zentrales Schraubenloch 14a im Zentrum. Die Flügel 32b sind einstückig mit dem Flügelrotor 32a ausgebildet. Das Flügelglied 32 ist durch eine Fixierungsschraube 139, die sich axial durch das zentrale Schraubenloch 14a des Flügelrotors 32a erstreckt, an dem vorderen Ende der Antriebswelle 6 fixiert.
  • Der Flügelrotor 32a umfasst einen vorderen Rohrteil mit kleinem Durchmesser, der drehbar durch das zentrale Halteloch 35a der vorderen Abdeckung 35 gehalten wird, und einen hinteren Rohrteil mit kleinem Durchmesser, der drehbar durch ein Lagerloch 36b der hinteren Abdeckung 36 gehalten wird.
  • Drei der vier Flügel 32b sind kleinere Flügel, die annähernd wie ein relativ langes Rechteck geformt sind, während der verbleibende Flügel ein größerer Flügel ist, der wie ein relativ großes Trapezoid geformt ist. Die kleineren Flügel 32b weisen annähernd gleiche Umfangsbreiten auf, während der größere Flügel 32b eine größere Umfangsbreite aufweist als jeder der kleineren Flügel 32b, sodass eine Gewichtsbalance für das gesamte Flügelglied 32 erhalten wird. Die vier Flügel 32b des Flügelglieds 32 und die vier Schuhe 34a des Gehäuses 34 sind alternierend in der Umfangsrichtung um die Mittenachse wie in 6 und 7 gezeigt angeordnet. Jeder Flügel 32b umfasst eine sich axial erstreckende Rille mit einem U-förmigen Dichtungsglied 40, das in einem Gleitkontakt mit der Innenzylinderfläche des Gehäuses 34 ist, und eine Blattfeder (nicht gezeigt), die das Dichtungsglied 40 radial nach außen drückt und dabei das Dichtungsglied 40 zu der Innenzylinderfläche des Gehäuses 34 drückt. Weiterhin sind in einer in entgegen gesetzter Richtung zu der Drehrichtung der Antriebswelle 6 ausgerichteten Seite jedes Flügels 32b zwei kreisförmige Vertiefungen 32c ausgebildet.
  • Eine Beschleunigungsfluiddruckkammer 41 und eine Verzögerungsfluiddruckkammer 42 sind auf beiden Seiten jedes Flügels 32b ausgebildet. Dementsprechend sind vier Beschleunigungsfluiddruckkammern 41 und vier Verzögerungsfluiddruckkammern 42 vorgesehen.
  • Der Hydraulikkreis umfasst eine erste Fluidleitung 43, die zu den Beschleunigungsfluiddruckkammern führt, um einen Beschleunigungsfluiddruck eines Betriebsöls zu und von den Beschleunigungsfluiddruckkammern 41 zuzuführen und abzuführen, eine zweite Fluidleitung 44, die zu den Verzögerungsfluiddruckkammern 41 führt, um einen Verzögerungsfluddruck des Betriebsöls zu und von den Verzögerungsfluiddruckkammern 42 zuzuführen und abzuführen, und ein Richtungssteuerventil bzw. Wahlventil 47, das die erste Fluidleitung 43 und die zweite Fluidleitung 44 wahlweise mit einer Zuführleitung 45 und einer Abführleitung 46 verbindet. Eine Fluidpumpe 49 ist mit der Zuführleitung 45 verbunden und angeordnet, um das Hydraulikbetriebsfluid oder Öl von einer Ölpfanne 48 des Motors zu ziehen und das Fluid in die Zuführleitung 45 zu drücken. Die Pumpe 49 ist eine Einwegpumpe. Das nachgeordnete Ende der Abführleitung 46 ist mit der Ölpfanne 48 verbunden und angeordnet, um das Fluid zu der Ölpfanne 48 zu ziehen.
  • Die erste und die zweite Fluidleitung 43 und 44 umfassen Abschnitte, die in einem zylindrischen Teil 39 ausgebildet sind, der von einem ersten Ende durch den Rohrteil mit kleinem Durchmesser des Flügelrotors 32a in das Halteloch 32d des Flügelrotors 32a eingesetzt ist. Ein zweites Ende des zylindrischen Teils 39 ist mit dem Richtungssteuerventil 47 verbunden.
  • Zwischen der Außenumfangsfläche des zylindrischen Teils 39 und der Innenumfangsfläche des Haltelochs 32d sind drei kreisförmige Dichtungsglieder 127 vorgesehen, die fix an dem zylindrischen Teil 39 in der Nähe des vorderen Endes montiert und angeordnet sind, um die erste und die zweite Fluidleitung 43 und 44 in Bezug aufeinander zu dichten.
  • Die erste Fluidleitung 43 umfasst einen Leitungsabschnitt 43a, der als Druckkammer dient, und vier Verzweigungsleitungen 43b, die den Leitungsabschnitt 43a jeweils mit vier Beschleunigungsfluiddruckkammern 41 verbinden. Der Leitungsabschnitt 43a ist in einem Endteil des Haltelochs 32d auf der Seite der Antriebswelle 6 ausgebildet. Die vier Verzweigungsleitungen 43b sind in dem Flügelrotor 32a ausgebildet und erstrecken sich radial in dem Flügelrotor 32a.
  • Die zweite Fluidleitung 44 umfasst einen sich axial erstreckenden Leitungsabschnitt, der sich axial in dem zylindrischen Teil 39 zu einem geschlossenen Ende erstreckt, eine ringförmige Kammer 44a, die um den sich axial erstreckenden Leitungsabschnitt in der Nähe des geschlossenen Endes ausgebildet ist, und einen L-förmigen Leitungsabschnitt 44b, der die ringförmige Kammer 44a mit jeder Verzögerungsdruckkammer 42 verbindet.
  • Das Richtungssteuerventil 47 dieses Beispiels ist ein Solenoidventil mit vier Anschlüssen und drei Positionen. Ein Ventilelement in dem Richtungssteuerventil 47 ist angeordnet, um unter der Steuerung der Steuereinrichtung 22 die Verbindung zwischen der ersten und der zweiten Fluidleitung 43 und 44 und der Zuführ- und Abführleitung 45 und 46 zu wechseln. Wenn das Richtungssteuerventil 47 zu seiner neutralen Position gesteuert wird, wird kein Betriebsfluid zu der Beschleunigungsfluiddruckkammer 41 und der Verzögerungsfluiddruckkammer 42 zugeführt, sodass das Ventilglied 32 entsprechend fixiert ist.
  • Das Einlass-VZS 2 umfasst einen Sperrmechanismus, der zwischen dem Flügelglied 32 und dem Gehäuse 34 angeordnet ist, um die Drehung des Flügelglieds 32 in Bezug auf das Gehäuse 34 zu sperren oder zu gestatten. Insbesondere ist dieser Sperrmechanismus zwischen der hinteren Abdeckung 36 und dem größeren Flügel 32b angeordnet. Der Sperrmechanismus umfasst ein Gleitloch 50, einen Sperrstift 51, eine Sperrvertiefung 52a, eine Federhalterung 53 und eine Schraubenfeder 54. Das Gleitloch 50 ist in dem größeren Flügel 32b ausgebildet und erstreckt sich in der Axialrichtung der Antriebswelle 6. Der Sperrstift 51 ist napfförmig und in dem Gleitloch 50 angeordnet, wobei er gleitend an dem Gleitloch 50 gehalten wird. Die Sperrvertiefung 52a ist in einem Teil 52 ausgebildet, der an einem Loch in der hinteren Abdeckung 36 fixiert ist, und ist angeordnet, um einen Spitzenteil 51a des Sperrstifts 51 aufzunehmen. Der Spitzenteil 51 verjüngt sich. Die Federhalterung 53 ist an einem Bodenteil des Gleitlochs 50 fixiert. Die Schraubenfeder 54 wird durch die Schraubenhalterung 53 gehalten und ist angeordnet, um den Sperrstift 51 zu der Sperrvertiefung 52a vorzuspannen.
  • Die Sperrvertiefung 52a ist hydraulisch mit der Beschleunigungsfluiddruckkammer 41 oder der Pumpe 49 über eine nicht gezeigte Fluidleitung verbunden und empfängt den Hydraulikdruck in der Beschleunigungsfluiddruckkammer 41 oder den Ausgabedruck der Pumpe.
  • Wenn sich das Flügelglied 32 an der am meisten beschleunigten Position in Bezug auf das Gehäuse 34 befindet, wird der Sperrstift 51 durch die Schraubenfeder 54 zu der Sperrvertiefung 52a vorgespannt, sodass der Spitzenteil 51a des Sperrstifts 51 in die Sperrvertiefung 52a gepasst wird. Dadurch wird eine relative Drehung zwischen dem Steuerzahnrad 33 und der Antriebswelle 6 verhindert. Wenn die Sperrvertiefung 52a den Hydraulikdruck in der Beschleunigungsfluiddruckkammer 41 oder den Ausgabedruck der Ölpumpe empfängt, bewegt sich der Sperrstift 51 von der Sperrvertiefung 52a weg, um die Antriebswelle 6 in Bezug auf das Steuerzahnrad 33 zu lösen.
  • Zwischen einer Seitenfläche jedes Flügels 32b und einer gegenüberliegenden Seitenfläche 34c einen benachbarten Schuhs 34a sind ein Paar von Schraubenfedern 55 und 56 angeordnet, die als Vorspanneinrichtung zum Drücken des Flügelglieds 32 in der beschleunigenden Drehrichtung dienen. Mit anderen Worten dienen die Schraubenfedern 55 und 56 als Vorspanneinrichtung, die angeordnet ist, um das Einlass-VZS 2 in einer Richtung zum Beschleunigen der Öffnungs- und Schließzeit der Einlassventile 4 zu vorzuspannen.
  • Obwohl die beiden Schraubenfedern 55 und 56 wie in 6 und 7 gezeigt einander überlappen, erstrecken sich die zwei Schraubenfedern 55 und 56 separat und parallel zueinander. Die zwei Schraubenfedern 55 und 56 weisen jeweils eine gleiche Axiallänge auf, die länger als der Abstand zwischen der einen Seitenfläche des entsprechenden Flügels 32b und der gegenüberliegenden Seitenfläche 34c des entsprechenden Schuhs 34a ist. Die zwei Schraubenfedern 55 und 56 sind mit einem derartigen Achsenabstand angeordnet, dass die Federn 55 und 56 einander auch dann nicht kontaktieren, wenn die Federn 55 und 56 maximal komprimiert werden. Die zwei Schraubenfedern 55 und 56 sind über eine Halterung miteinander verbunden, die wie ein dünnes Blech geformt ist und in die Vertiefung 32c des entsprechenden Schuhs 34a passt.
  • Der Einlass-VZS 2 wird wie folgt betrieben. Zum Zeitpunkt des Stopps des Motors stoppt die Steuereinrichtung 22 die Ausgabe des Steuerstroms zu dem Richtungssteuerventil 47, sodass das Ventilelement des Richtungssteuerventils 47 an einer in 5 gezeigten Ausgangsposition positioniert ist, um eine Fluidverbindung zwischen der Zuführleitung 45 und der ersten Fluidleitung 43 zu gestatten. Zum Zeitpunkt des Stopps des Motors ist der zugeführte Fluiddruck gleich null, weil die Ölpumpe 49 auch nicht betrieben wird. Dementsprechend wird das Flügelglied 32 durch die Schraubenfedern 55, 56 vorgespannt, um sich im Uhrzeigersinn um die Axialrichtung der Antriebswelle 6 wie in 6 gezeigt zu drehen. Daraus resultiert, dass das Flügelglied 32 in eine derartige Position versetzt wird, dass der größere Flügel 32b in Kontakt mit der gegenüberliegenden Seitenfläche 34a des Schuhs 34a ist. Die Antriebswelle 6 befindet sich also in der am weitesten beschleunigten Position in Bezug auf das Steuerzahnrad 33. Gleichzeitig wird der Spitzenteil 51a des Sperrstifts 51 in die Sperrvertiefung 52a eingefügt, um zu verhindern, dass sich die Antriebswelle 6 in Bezug auf das Steuerzahnrad 33 dreht. Der Einlass-VZS 2 wird also mechanisch stabil an seiner Ausgangsposition für eine am meisten beschleunigte Einlassventilöffnungszeit und Einlassventilschließzeit gehalten.
  • Wenn der Motor gestartet wird, indem der Zündungsschalter eingeschaltet wird und die Kurbelwelle mit einem Startermotor gekurbelt wird, beginnt das Richtungssteuerventil 47 ein Steuersignal von der Steuereinrichtung 22 zu empfangen. Unmittelbar nach dem Motorstart wird das Flügelglied 32 durch den Sperrmechanismus und die Schraubenfedern 55, 56 in der am weitesten beschleunigten Position gehalten, weil der Ausgabedruck der Ölpumpe 49 noch nicht ausreichend hoch ist. Zu diesem Zeitpunkt gestattet das Richtungssteuerventil 47 eine Fluidverbindung zwischen der Zuführleitung 45 und der ersten Fluidleitung 43 und zwischen der Abführleitung 46 und der zweiten Fluidleitung 44. Dann wird der Öldruck von der Ölpumpe 49 erhöht und durch die erste Fluidleitung 43 zu den Beschleunigungsfluiddruckkammern 41 geführt, während die Verzögerungsfluiddruckkammern 42 in einem niedrigen Druckzustand gehalten werden, in dem kein Öldruck zugeführt wird, wobei der Öldruck durch die Abführleitung 46 in die Ölpfanne 48 abgeführt wird.
  • Nachdem der Ausgabedruck der Ölpumpe 49 ausreichen erhöht wurde, kann die Steuereinrichtung 22 die Position des Flügelglieds 32 durch das Richtungssteuerventil 47 steuern. Wenn zum Beispiel der Motor nach dem Aufwärmen im Leerlauf betrieben wird, wird das Richtungssteuerventil 47 gesteuert, um eine Fluidverbindung zwischen der Zuführleitung 45 und der zweiten Fluidleitung 44 und zwischen der Abführleitung 46 und der ersten Fluidleitung 43 zu gestatten. Dementsprechend wird der durch die Pumpe 49 ausgegebene Öldruck durch die zweite Fluidleitung 44 zu der Verzögerungsfluiddruckkammer 42 zugeführt, während der Öldruck aus der Beschleunigungsfluiddruckkammer 41 über die erste Fluidleitung 43 und die Abführleitung 46 zu der Ölpfanne 48 abgeführt wird, sodass die Beschleunigungsfluiddruckkammer 41 in einem niedrigen Druckzustand bleibt. Der Öldruck wird zu der Sperrvertiefung 52a und zu der Verzögerungsfluiddruckkammer 42 geführt, sodass sich der Sperrstift 51 gegen die Vorspannkraft der Schraubenfeder 54 zurück bewegt und der Spitzenteil 51a aus der Sperrvertiefung 52a bewegt wird. Dementsprechend wird das Flügelglied 32 in Bezug auf das Gehäuse 34 entsperrt und wie in 6 gegen den Uhrzeigersinn durch die erhöhten Drücke in den Verzögerungsfluiddruckkammern 42 gegen die Federkräfte der Schraubenfedern 55 und 56 gezeigt gedreht. Folglich dreht sich die Antriebswelle 6 zu der Verzögerungsseite relativ zu dem Steuerzahnrad 33 und verzögert die Einlassventilöffnungszeit EVÖ und die Einlassventilschließzeit EVS.
  • Wenn der Motor in einen vorbestimmten niedrigen Geschwindigkeits- und mittleren Lastbereich eintritt, betreibt die Steuereinrichtung 22 das Richtungssteuerventil 47 zu der Position, in der die Zuführleitung 45 mit der ersten Fluidleitung 43 verbunden wird und die Abführleitung 46 mit der zweiten Fluidleitung 44 verbunden wird. Deshalb wird der Öldruck in den Verzögerungsfluiddruckkammern 42 vermindert, indem er durch die zweite Fluidleitung 44 und die Abführleitung 46 zu der Ölpfanne 48 zurückgeführt wird, während der Öldruck in den Beschleunigungsfluiddruckkammern 41 durch die Zufuhr des Öldrucks erhöht wird. Das Flügelglied 32 dreht sich aufgrund des hohen Drucks in den Beschleunigungsfluiddruckkammern 41 und der Federkräfte der Schraubenfedern 55 und 56 im Uhrzeigersinn und verschiebt dadurch die relative Drehphase der Antriebswelle 6 relativ zu dem Steuerzahnrad 33 zu der Beschleunigungsseite.
  • Wenn der Motor aus dem niedrigen Geschwindigkeitsbereich in einen vorbestimmten mittleren und hohen Geschwindigkeitsbereich eintritt, vermindert sich der Öldruck in den Beschleunigungsfluiddruckkammern 41 und erhöht sich der Öldruck in den Verzögerungsfluiddruckkammern 42, sodass das Flügelglied 32 die relative Drehphase der Antriebswelle 6 gegen die Federkräfte der Schraubenfedern 55 und 56 wie in 7 gezeigt relativ zu dem Steuerzahnrad 33 zu der Verzögerungsseite verschiebt. Dann wird das Richtungssteuerventil 47 zu der neutralen Position gesteuert, sodass das Flügelglied 32 relativ zu dem Gehäuse 34 fixiert wird.
  • Wie in 8 gezeigt, ist der Abgas-VZS 3 dieses Beispiels ebenso wie der Einlass-VZS 2 vom Flügeltyp. Der Abgas-VZS 3 umfasst ein Steuerzahnrad 60, um eine Drehung von der Kurbelwelle auf eine Abgasnockenwelle 106 (in 1 gezeigt) zu übertragen, ein Flügelglied 61, das an einem Ende der Abgasnockenwelle 106 fixiert ist und drehbar in dem Steuerzahnrad 60 aufgenommen ist, und einen Hydraulikkreis, um das Flügelglied 61 unter Verwendung eines Öldrucks nach vorne und nach hinten zu drehen.
  • Das Steuerzahnrad 60 umfasst ein Gehäuse 62, in dem das Flügelglied 61 drehbar aufgenommen ist, eine vordere Abdeckung, die wie einer kreisförmige Scheibe geformt ist und angeordnet ist, um eine vordere Öffnung des Gehäuses 62 zu schließen, und eine hintere Abdeckung, die annähernd wie eine kreisförmige Scheibe geformt ist und angeordnet ist, um eine hintere Öffnung des Gehäuses 62 zu schließen. Das Gehäuse 62 ist zwischen den vorderen und hinteren Abdeckungen eingeschlossen und über vier Schrauben 63 mit kleinem Durchmesser, die sich in der Axialrichtung der Abgasnockenwelle 106 erstrecken, mit diesen Abdeckungen zu einer Einheit verbunden. Das Gehäuse 62 weist die Form eines hohlen Zylinders mit vorderen und hinteren Öffnungen auf. Das Gehäuse 62 umfasst eine Vielzahl von Schuhen 62a, die von der Innenumfangsfläche radial nach innen vorstehen und als Trennteile dienen. In diesem Beispiel sind vier Schuhe 62a mit Intervallen von ungefähr 90 Grad angeordnet. Die hintere Abdeckung umfasst einen Zahnteil 60a, der einstückig auf der Rückseite ausgebildet ist, und ist wie bei dem Einlass-VZS angeordnet, um in eine Steuerkette einzugreifen.
  • Das Flügelglied 61 umfasst einen zentralen Flügelrotor 61a und eine Vielzahl von Flügeln 61b, die von dem Flügelrotor 61a radial nach außen vorstehen. In diesem Beispiel sind vier der Flügel 61b mit Winkelintervallen von ungefähr 90 Grad entlang des Umfangs um den Flügelrotor 61a herum angeordnet. Der Flügelrotor 61a ist ringförmig und umfasst ein zentrales Schraubenloch. Die Flügel 61b sind einstückig mit dem Flügelrotor 61a ausgebildet. Das Flügelglied 61 ist an dem vorderen Ende der Abgasnockenwelle 106 über eine Fixierungsschraube 64 fixiert, die sich axial durch das zentrale Schraubenloch des Flügelrotors 61a erstreckt. Eine Beschleunigungsfluiddruckkammer 65 und eine Verzögerungsfluiddruckkammer 66 sind auf beiden Seiten jedes Flügels 61b ausgebildet. Dementsprechend sind vier Beschleunigungsfluiddruckkammern 65 und vier Verzögerungsfluiddruckkammern 66 vorgesehen.
  • Der Hydraulikkreis des Abgas-VZS 3 weist einen Aufbau auf, der identisch mit dem Aufbau des Hydraulikkreises des Einlass-VZS 2 ist, wobei jedoch ein Richtungssteuerventil in Entsprechung zu dem Richtungssteuerventil 47 wie in 5 gezeigt drei in Bezug auf eine vertikale Linie umgekehrte Positionen aufweist. Der Hydraulikkreis umfasst eine erste Fluidleitung, die zu den Beschleunigungsfluiddruckkammern 65 führt, um einen Beschleunigungsfluiddruck eines Betriebsöls zu und von den Beschleunigungsfluiddruckkammern 65 zuzuführen und abzuführen, eine zweite Fluidleitung, die zu den Verzögerungsfluiddruckkammern 66 führt, um einen Verzögerungsfluiddruck des Betriebsöls zu und von den Verzögerungsfluiddruckkammern 66 zuzuführen und abzuführen, und das Richtungssteuerventil, das die erste Fluidleitung und die zweite Fluidleitung wahlweise mit einer Zuführleitung und einer Abführleitung verbindet. Das Richtungssteuerventil umfasst in seinem Inneren ein bewegliches Ventilelement und wird unter der Steuerung der Steuereinrichtung 22 betrieben.
  • Das Richtungssteuerventil des Abgas-VZS 3 ist angeordnet, um die Zuführleitung mit der zweiten Fluidleitung zu verbinden, die zu den Verzögerungsfluiddruckkammern 66 führt, und um die Abführleitung mit der ersten Fluidleitung zu verbinden, die zu den Beschleunigungsfluiddruckkammern 65 führt, wenn kein Steuerstrom zu dem Richtungssteuerventil zugeführt wird. Das Richtungssteuerventil umfasst eine Schraubenfeder, die angeordnet ist, um das Ventilelement mechanisch zu dieser Ausgangsposition vorzuspannen.
  • Der Abgas-VZS 3 umfasst einen Sperrmechanismus, der zwischen dem Flügelglied 61 und dem Gehäuse 62 angeordnet ist, um das Flügelglied 61 zu sperren oder eine Drehung desselben in Bezug auf das Gehäuse 62 zu gestatten. Insbesondere ist dieser Sperrmechanismus zwischen der hintere Abdeckung 36 und dem größeren Flügel 62b angeordnet. Der Sperrmechanismus umfasst ein Gleitloch, einen Sperrstift 67, eine Sperrvertiefung, eine Federhalterung und eine Schraubenfeder, ähnlich wie bei dem Einlass-VZS 2. Wenn der Motor ruht und sich das Flügelglied 61 wie in 8 gezeigt an der am weitesten verzögerten Position befindet, dann wird der Sperrstift 67 durch die Vorspannkraft der Schraubenfeder in die Sperrvertiefung eingeführt und eingepasst, um zu verhindern, dass sich das Flügelglied 61 relativ zu dem Gehäuse 62 dreht, und dadurch das Flügelglied 61 stabil zu halten.
  • Zwischen einer Seitenfläche jedes Flügels 62b und einer gegenüberliegenden Seitenfläche eines benachbarten Schuhs 62a sind ein Paar von Schraubenfedern 68 und 69 angeordnet, die als Vorspanneinrichtungen zum Drücken des Flügelglieds 61 in der verzögernden Drehrichtung dienen. Mit anderen Worten dienen die Schraubenfedern 68 und 69 als Vorspanneinrichtung, die angeordnet ist, um den Abgas-VZS 3 in einer Richtung zum Verzögern der Abgasventilöffnungszeit AVÖ und der Abgasventilschließzeit AVS vorzuspannen. Wenn die Ölpumpe keinen Hydraulikdruck oder einen niedrigeren Hydraulikdruck unter einem vorbestimmten Pegel zuführt, zum Beispiel während der Motor ruht oder unmittelbar nach dem Start des Motors, dann wird das Flügelglied 61 wie in 8 gezeigt gegen den Uhrzeigersinn vorgespannt, um die Abgasnockenwelle 106 zu der am weitesten verzögerten Position vorzuspannen.
  • Im Folgenden wird beschrieben, wie das variable Ventilbetätigungssystem gemäß der ersten Ausführungsform betrieben wird. Wenn der Motor vor dem Starten oder nach dem Stoppen ruht, wird das Flügelglied 61 des Abgas-VZS 3 durch die Vorspannkraft der Schraubenfedern 68, 69 und den Sperrmechanismus mechanisch stabil positioniert und an der in 8 gezeigten Position gehalten. Dementsprechend ist der VZS 3 derart positioniert, dass die Abgasventilöffnungszeit AVÖ und die Abgasventilschließzeit AVS wie in 9 gezeigt am weitesten verzögert sind und mechanisch stabil gehalten werden. Wenn der Motor dagegen ruht, dann wird das Flügelglied 32 des Einlass-VZS 2 durch die Vorspannkraft der Schraubenfedern 55, 56 und den Sperrmechanismus mechanisch stabil positioniert und an der in 6 gezeigten Position gehalten. Dementsprechend wird der Einlass-VZS 2 derart positioniert, dass die Einlassventilöffnungszeit EVÖ und die Einlassventilschließzeit EVS wie in 9 gezeigt am weitesten beschleunigt sind und mechanisch stabil gehalten werden. Weiterhin ist der Einlass-VEH 1 derart positioniert, dass der Betätigungswinkel und der Hub der Einlassventile 4 auf einen mittleren Betätigungswinkel D2 und einen mittleren Hub L2 gesetzt sind, die jeweils kleiner als der maximale Betätigungswinkel D2 und der maximale Hub L3 sind.
  • Wenn sich der Einlass-VEH 1, der Einlass-VZS 2 und der Abgas-VZS 3 an derartigen Ausgangsbetriebspositionen befinden, wird wie in 9 gezeigt eine relativ große Ventilüberlappung zwischen der Abgasventilschließzeit AVS und der Einlassventilöffnungszeit EVÖ erzeugt. Weiterhin wird die Einlassventilschließzeit EVS durch den Einlass-VEH 1 und den Einlass-VZS 2 mechanisch an oder nahe dem unteren Totpunkt gehalten und wird die Abgasventilöffnungszeit AVÖ durch den Abgas-VZS 3 mechanisch an oder nahe dem unteren Totpunkt gehalten.
  • Der Einlass-VEH 1 ist also angeordnet, um den Einlassventilbetätigungswinkel um eine vorbestimmte Größe kleiner als einen vorbestimmten maximalen Wert zu halten oder um den Einlassventilbetätigungswinkel an einem vorbestimmten mittleren Wert zwischen einem vorbestimmten maximalen Wert und einem vorbestimmten minimalen Wert zu halten und um die Einlassventilschließzeit EVS an oder nahe dem unteren Totpunkt zu halten, bevor der Motor gestartet wird. Der Einlass-VZS 2 ist angeordnet, um die Einlassventilöffnungszeit EVÖ und die Einlassventilschließzeit EVS an jeweils vorbestimmten relativ beschleunigten Zeiten, d. h. an entsprechenden vorbestimmten am weitesten beschleunigten Zeiten zu halten, bevor der Motor gestartet wird. Der Abgas-VZS 3 ist angeordnet, um die Abgasventilöffnungszeit AVÖ und die Abgasventilschließzeit AVS um eine vorbestimmte Größe gegenüber den entsprechenden vorbestimmten am weitesten beschleunigten Zeiten verzögert zu halten, bevor der Motor gestartet wird. Insbesondere ist der Abgas-VZS 3 angeordnet, um die Abgasventilöffnungszeit AVÖ und die Abgasventilschließzeit AVS an entsprechenden vorbestimmten am weitesten verzögerten Zeiten zu halten, bevor der Motor gestartet wird. Der Einlass-VEH 1, der Einlass-VZS 2 und der Abgas-VZS 3 sind also angeordnet, um die Einlassventlöffnungszeit EVÖ gegenüber der Abgasventilschließzeit AVS beschleunigt zu halten, um eine Ventilüberlappungsperiode zu erzeugen, bevor der Motor gestartet wird.
  • Wenn bei dem derart aufgebauten variablen Ventilbetätigungssystem der Motor durch ein Kurbeln aus einem kalten Zustand gestartet wird, dann fließt ein Teil eines verbrannten Gases mit einer hohen Temperatur und einem hohen Druck in umgekehrter Richtung durch die Verbrennungskammer und die Einlassventile 4 zu einer Einlassleitung mit einer niedrigen Temperatur und einem niedrigen Druck während der relativ großen Ventilüberlappung von der Einlassventilöffnungszeit EVÖ bis zu der Abgasventilschließzeit AVS. Daraus resultiert, dass eine Frischluft in der Einlassleitung erwärmt wird. Die Frischluft wird also erwärmt, indem die Menge eines in dem Zylinder verbleibenden Gases erhöht wird. Dadurch kann die Menge der während des Kaltstarts erzeugten Kohlenwasserstoffe effektiv reduziert werden und kann die Abgasemissionsleistung verbessert werden.
  • Die Abgasventilöffnungszeit AVÖ bei oder nahe dem unteren Totpunkt ist effektiv, um die Verbrennung von Kohlenwasserstoffen bis zu der Abgasventilöffnungszeit AVÖ zu fördern, wodurch die Menge der Abgasemissionen weiter reduziert wird.
  • Die Einlassventilschließzeit EVS an oder nahe dem unteren Totpunkt ist effektiv, um ein hohes effektives Kompressionsverhältnis vorzusehen, wodurch die Verbrennung und die Motorstartfähigkeit verbessert wird, die Drehung des Motors stabilisiert wird und die Abgasemissionsleistung weiter verbessert wird.
  • Wenn der Motor beginnt, vollständige Explosionen zu erzeugen, und wenn die Motorgeschwindigkeit nach dem Kurbelbetrieb zunimmt, dann nimmt der Ausgabedruck der Ölpumpe 49 zu, um den Fluiddruck in der Beschleunigungsfluiddruckkammer 41 des Einlass-VZS 2 und den Fluiddruck in der Verzögerungsfluiddruckkammer 66 des Abgas-VZS 3 zu erhöhen, sodass der Sperrstift aus der Sperrvertiefung in jedem Sperrmechanismus austritt. Während hier die Sperrvertiefung des Abgas-VZS 3 angeordnet ist, um einen Fluiddruck aus der Verzögerungsfluiddruckkammer 66 zu empfangen, kann die Sperrvertiefung auch aufgebaut sein, um den Pumpenausgabedruck zu empfangen und ähnliche Funktionen vorzusehen. Nachdem die Sperrstifte gelöst wurden, können sich die Flügelglieder 32, 61 frei drehen, wobei sie durch die Steuereinrichtung 22 in Übereinstimmung mit dem Motorbetriebszustand gesteuert werden.
  • Im Folgenden wird mit Bezug auf 10 beschrieben, wie die Steuereinrichtung 22 während des Motorstarts und danach betrieben wird.
  • In Schritt S1 bestimmt die Steuereinrichtung 22, ob der Zündungsschlüsselschalter EIN ist oder nicht. Wenn bestimmt wird, dass der Zündungsschlüsselschalter nicht EIN ist, dann kehrt die Steuereinrichtung 22 von diesem Steuerprozess zurück. Wenn dagegen bestimmt wird, dass der Zündungsschlüsselschalter EIN ist, dann schreitet die Steuereinrichtung 22 zu Schritt S2 fort. In Schritt S2 beginnt die Steuereinrichtung 22, den Motor zu kurbeln.
  • In Schritt S3 bestimmt die Steuereinrichtung 22, ob sich der Einlass-VEH 1, der Einlass-VZS 2 und der Abgas-VZS 3 an den jeweiligen Ausgangspositionen befinden. Insbesondere bestimmt die Steuereinrichtung 22, ob der Einlassventilbetätigungswinkel gleich dem mittleren Wert D2 ist, die maximale Hubphase der Einlassventile 4 am weitesten beschleunigt ist und die maximale Hubphase der Abgasventile am weitesten verzögert ist. Wenn bestimmt wird, dass sich der Einlass-VEH 1, der Einlass-VZS 2 und der Abgas-VZS 3 nicht an den jeweiligen Ausgangspositionen befinden, dann schreitet die Steuereinrichtung 22 zu Schritt S4 fort. In Schritt S4 gibt die Steuereinrichtung 22 Steuersignale an den Einlass-VEH 1, den Einlass-VZS 2 und den Abgas-VZS 3 aus, damit sich diese zu den entsprechenden Ausgangspositionen bewegen. Wenn dagegen bestimmt wird, dass der sich der Einlass-VEH 1, der Einlass-VZS 2 und der Abgas-VZS 3 an den jeweiligen Ausgangspositionen befinden, dann schreitet die Steuereinrichtung 22 zu Schritt S5 fort.
  • In Schritt S5 betreibt die Steuereinrichtung 22 den Motor, um vollständige Explosionen zu erzeugen, indem sie Steuersignale an die Kraftstoffeinspritzeinrichtungen und Zündungseinrichtungen ausgibt, und startet dadurch die Kaltzustands-Verbrennung. Während einiger weniger Sekunden nach dem Motorstart werden die Verbrennung und die Abgasemissionsleistung wie oben erläutert verbessert.
  • Wenn sich der Pumpenausgabedruck nach dem Motorstart erhöht, erhöhen sich die Fluiddrücke in der Beschleunigungsfluiddruckkammer 41 des Einlass-VZS 2 und in der Verzögerungsfluiddruckkammer 66 des Abgas-VZS 3, sodass die Sperrstifte in den Sperrmechanismen gelöst werden und eine freie Drehung des Flügelglieds 32 und des Flügelglieds 61 gestatten.
  • In Schritt S6 identifiziert die Steuereinrichtung 22 den aktuellen Motorbetriebszustand auf der Basis von Informationen zu der Motortemperatur, der Motorgeschwindigkeit usw. In Schritt S7 bestimmt die Steuereinrichtung 22 dann, ob der Motor aufgewärmt ist und im Leerlauf betrieben wird. Wenn bestimmt wird, dass der Motor nicht aufgewärmt ist und im Leerlauf betrieben wird, schreitet die Steuereinrichtung 22 zu Schritt S8 fort. In Schritt S8 misst die Steuereinrichtung 22 Fluktuationen in der Motordrehung auf der Basis von Informationen aus dem Kurbelwinkelsensor 27 und bestimmt, ob der Motorbetrieb instabil ist oder nicht. Wenn bestimmt wird, dass der Motorbetrieb nicht instabil ist, dann schreitet die Steuereinrichtung 22 zu Schritt S9 fort. In Schritt S9 steuert die Steuereinrichtung 22 den Einlass-VEH 1, den Einlass-VZS 2 und den Abgas-VZS 3 in Übereinstimmung mit einer vorbestimmten Normalbetriebsmap.
  • Wenn dagegen in Schritt S7 bestimmt wird, dass der Motor aufgewärmt ist und im Leerlauf betrieben wird, dann schreitet die Steuereinrichtung 22 zu Schritt S10 fort. Und auch wenn in Schritt S8 bestimmt wird, dass der Motorbetrieb instabil ist, schreitet die Steuereinrichtung 22 zu Schritt S10 fort. In Schritt S10 reduziert die Steuereinrichtung 22 die Ventilüberlappung, indem sie die Einlassventilöffnungszeit EVÖ verzögert und die Abgasventilschließzeit AVS beschleunigt. Wenn der Motor aufgewärmt ist, ist der Ausgabedruck der Ölpumpe 49 ausreichend hoch, wobei die Sperrmechanismen aus den entsprechenden Sperrzuständen gelöst werden. Wie in 11 gezeigt, wird in dem Abgas-VZS 3 das Flügelglied 61 im Uhrzeigersinn von 8 gegen die Vorspannkraft der Schraubenfedern 68, 69 gedreht, um die Abgasventilöffnungszeit AVÖ etwas aus dem Zustand von 9 zu beschleunigen. Weiterhin wird in dem Einlass-VZS 2 das Flügelglied 32 zu der in 7 gezeigten Position gegen die Vorspannkraft der Schraubenfedern 55, 56 gedreht, um die Einlassventilschließzeit EVS etwas zu verzögern. Die Reduktion der Ventilüberlappung kann durch eine Verzögerung der Einlassventilöffnungszeit EVÖ oder eine Beschleunigung der Abgasventilschließzeit AVS implementiert werden. Die Steuereinrichtung 22 ist also konfiguriert, um eine erste und/oder eine zweite Korrekturaktion durchzuführen, wenn bestimmt wird, dass der Motor aufgewärmt ist und im Leerlauf betrieben wird, oder wenn bestimmt wird, dass sich der Motor in einem Zustand instabiler Verbrennung befindet, wobei die erste Korrekturaktion darin besteht, die Abgasventilschließzeit AVS durch den Abgas-VZS 3 zu beschleunigen, und wobei die zweite Korrekturaktion darin besteht, die Einlassventilöffnungszeit EVÖ durch den Einlass-VZS 2 zu verzögern.
  • Der vorstehende Steuerprozess sieht eine bessere Bedingung für die Verbrennung vor und stabilisiert die Motordrehung. Wenn allgemein der Motor aufgewärmt ist und im Leerlauf betrieben wird, neigt die Verbrennung aufgrund des verbleibenden Gases zu einer Instabilität, weil die Motorlast niedrig ist. In derartigen Situationen korrigiert oder reduziert das variable Ventilbetätigungssystem gemäß der ersten Ausführungsform die Ventilüberlappung, um zu verhindern, dass der Motor instabil ist. Weil der Motor stabil ist, ist es unnötig, Fluktuationen der Motordrehung zu messen. Dadurch kann der Steuerprozess vereinfacht werden.
  • Wenn der Motor in einen vorbestimmten normalen Betriebsbereich (einschließlich des mittleren Geschwindigkeits- und mittleren Lastbereichs sowie des hohen Geschwindigkeits- und hohen Lastbereichs) eintritt, dann steuert die Steuereinrichtung 22 den Einlass-VEH 1, den Einlass-VZS 2 und den Abgas-VZS 3 mit Bezug auf die Normalbetriebsmap. Insbesondere gestattet die Steuereinrichtung 22 wie in 12 gezeigt, dass der Einlass-VEH 1 den Einlassventilbetriebswinkel auf den mittleren Betriebswinkel D2 (oder den maximalen Betriebswinkel D3) setzt und dass der Einlass-VZS 2 die Einlassventilöffnungszeit EVÖ und die Einlassventilschließzeit EVS auf relativ verzögerte Zeiten setzt. Daraus resultiert, dass die Einlassventilschließzeit EVS viel später als der untere Totpunkt ist. Dies ist effektiv, um die Frischluftladeeffizienz zu erhöhen, wodurch das Verbrennungsdrehmoment in dem mittleren und hohen Geschwindigkeitsbereich erhöht wird. Weiterhin gestattet die Steuereinrichtung 22, dass der Abgas-VZS 3 die Abgasventilöffnungszeit AVÖ und die Abgasventilschließzeit AVS auf relativ beschleunigte Zeiten setzt. Daraus resultiert, dass die Abgasventilöffnungszeit AVÖ ausreichend früh ist, um den Verlust beim Herausdrücken des Abgases in dem mittleren und hohen Geschwindigkeitsbereich zu reduzieren. Zusammenfassend lässt sich also sagen, dass das variable Ventilbetätigungssystem gemäß der ersten Ausführungsform die Frischluftladeeffizienz verbessern und den Verlust beim Herausdrücken des Abgases reduzieren kann, um das Motorausgabedrehmoment in dem mittleren und hohen Geschwindigkeitsbereich zu erhöhen.
  • Die Steuereinrichtung 22 ist konfiguriert, um einen weiteren Steuerprozess wie in 13 gezeigt durchzuführen. In Schritt S21 bestimmt die Steuereinrichtung 22, ob der Zündungsschlüsselschalter EIN ist. Wenn bestimmt wird, dass der Zündungsschlüsselschalter nicht EIN ist, kehrt die Steuereinrichtung 22 von diesem Steuerprozess zurück. Wenn dagegen bestimmt wird, dass der Zündungsschlüsselschalter EIN ist, schreitet die Steuereinrichtung 22 zu Schritt S22 fort.
  • In Schritt S22 bestimmt die Steuereinrichtung 22, ob die Motortemperatur unter einem vorbestimmten Schwellwert liegt oder nicht. Wenn bestimmt wird, dass die Motortemperatur unterhalb des Schwellwerts liegt, schreitet die Steuereinrichtung 22 zu Schritt S23 fort. In Schritt S23 beginnt die Steuereinrichtung 22, den Motor zu kurbeln. Dann betreibt die Steuereinrichtung 22 in Schritt S24 den Motor, um vollständige Explosionen zu erzeugen, indem sie Steuersignale an Kraftstoffeinspritzeinrichtungen und Zündungseinrichtungen ausgibt, und leitet dadurch eine Kaltzustands-Verbrennung ein. Dann bestimmt die Steuereinrichtung 22 in Schritt S25 unter Verwendung einer Zeitmesseinrichtung, ob eine vorbestimmte Zeitdauer nach dem Motorkurbeln abgelaufen ist. Wenn bestimmt wird, dass die vorbestimmte Zeitdauer nach dem Motorkurbeln noch nicht abgelaufen ist, kehrt die Steuereinrichtung 22 zu Schritt S25 zurück. Wenn dagegen bestimmt wird, dass die vorbestimmte Zeitdauer nach dem Motorkurbeln abgelaufen ist, schreitet die Steuereinrichtung zu Schritt S26 fort.
  • In Schritt S26 steuert die Steuereinrichtung 22 den Einlass-VEH 1, den Einlass-VZS 2 und den Abgas-VZS 3 in Übereinstimmung mit der Normalbetriebsmap.
  • Wenn in Schritt S22 bestimmt wird, dass die Motortemperatur nicht unter dem Schwellwert ist, schreitet die Steuereinrichtung 22 zu Schritt S27 fort. In Schritt S27 gestattet die Steuereinrichtung 22, dass der Einlass-VEH 1 den Einlassventilbetätigungswinkel reduziert. In diesem Beispiel gestattet die Steuereinrichtung 22, dass der Einlass-VEH 1 den Einlassventilbetätigungswinkel auf den minimalen Betätigungswinkel D1 setzt (minimaler Hub L1). Daraus resultiert, dass die Einlassventilschließzeit EVS vor einem unteren Totpunkt gesetzt wird, um ein niedriges effektives Komprimierungsverhältnis vorzusehen. Dies ist effektiv, um eine Vorzündung zu verhindern. Die Einlassventilschließzeit EVS kann auch dann verändert werden, wenn der Pumpenausgabedruck vor dem Motorkurbeln niedrig ist, weil der Einlass-VEH 1 durch den Elektromotor angetrieben wird.
  • Auf diese Weise verbessert das variable Ventilbetätigungssystem gemäß der ersten Ausführungsform nicht nur die Abgasemissionsleistung, sondern verhindert auch eine Vorzündung, die auftreten kann, wenn die Motortemperatur hoch ist. Nach Abschluss der Operation von Schritt S27 schreitet die Steuereinrichtung 22 zu Schritt S23 fort.
  • Im Folgenden wird ein variables Ventilbetätigungssystem gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. Die zweite Ausführungsform ergibt sich aus einer im Folgenden beschriebenen Modifikation der ersten Ausführungsform. Der Einlass-VEH 1 ist angeordnet, um den Einlassventilbetätigungswinkel bei einem vorbestimmten Wert zu halten, der gleich oder näher an einem vorbestimmten minimalen Wert ist als an einem vorbestimmten maximalen Wert, um die Einlassventilschließzeit EVS bei oder nahe dem unteren Totpunkt zu halten, bevor der Motor startet. Wie in 15 gezeigt, umfasst der Einlass-VEH 1 nur eine erste Schraubenfeder 30 und keine zweite Schraubenfeder 31. Wenn also der Motor ruht, wird die Kugelmutter 24 durch die erste Schraubenfeder 30 zu dem Elektromotor 20 gedrückt, um den minimalen Betätigungswinkel D1 (minimalen Hub L1) mechanisch zu halten. Der Einlass-VEH 1 umfasst einen Stoppermechanismus 70, der zwischen der Steuerwelle 17 und dem Zylinderkopf S angeordnet ist, um den Drehwinkel der Steuerwelle 17 innerhalb einer Position für den minimalen Betätigungswinkel zu beschränken.
  • Der Stoppermechanismus 70 umfasst einen Stopperstift 70a, der an einem Ende der Steuerwelle 17 ausgebildet ist und sich in der Axialrichtung erstreckt, und eine Stopperfläche 70b, die in einem oberen Endteil des Zylinderkopfs S definiert ist und ausgebildet ist, um in Kontakt mit dem Stopperstift 70a zu sein, um eine Drehung des Stopperstifts 70a zu beschränken.
  • Wie in 16 gezeigt, umfasst der Einlass-VEH 2 keine Schraubenfedern 55, 56, sondern Schraubenfedern 71, 72, die in einer Verzögerungsfluiddruckkammer 42 angeordnet sind, um das Flügelglied 32 zu der verzögernden Drehrichtung zu drücken. Der Einlass-VZS 2 umfasst keinen Sperrmechanismus, der zwischen dem Flügelglied 32 und der hinteren Abdeckung 36 angeordnet ist, um das Flügelglied 32 an der am weitesten verzögerten Position zu sperren. Der Einlass-VZS 2 ist also angeordnet, um die Einlassventilöffnungszeit EVÖ und die Einlassventilschließzeit EVS bei entsprechenden vorbestimmten relativ verzögerten Zeiten, d. h. bei entsprechenden vorbestimmten am weitesten verzögerten Zeiten zu halten, bevor der Motor gestartet wird.
  • Bevor der Motor gestartet wird, wird das Flügelglied 32 durch die Vorspannkraft der Schraubenfedern 71,72 mechanisch stabil an der am weitesten verzögerten Position von 16 gehalten. Der Grund hierfür ist, dass das Flügelglied 32 aufgrund der auf die Antriebswelle 6 wirkenden Reibungen mechanisch an der am weitesten verzögerten Position gehalten wird, obwohl der Einlass-VZS 2 keinen Sperrmechanismus umfasst. Der Abgas-VZS 3 weist denselben Aufbau auf wie in der ersten Ausführungsform. Insbesondere umfasst der Abgas-VZS 3 den Sperrmechanismus und hält das Flügelglied 61 mechanisch an der am weitesten verzögerten Position.
  • Wenn gemäß der zweiten Ausführungsform der Motor ruht oder unmittelbar nach dem Start des Motors, werden die Einlassventilöffnungszeit EVÖ, die Einlassventilschließzeit EVS, die Abgasventilöffnungszeit AVÖ und die Abgasventilschließzeit AVS mechanisch stabil an ihren entsprechenden Ausgangspositionen wie in 17 gezeigt gehalten. Das variable Ventilbetätigungssystem sieht also eine große Ventilüberlappung vor, indem sie die Abgasventilschließzeit AVS am weitesten verzögert hält, obwohl die Einlassventilöffnungszeit EVÖ im Vergleich zu der ersten Ausführungsform relativ verzögert ist. Dementsprechend fließt ein Teil eines verbrannten Gases mit einer hohen Temperatur und einem hohen Druck in umgekehrter Richtung durch die Verbrennungskammer und die Einlassventile 4 zu einer Einlassleitung mit einer niedrigen Temperatur und einem niedrigen Druck während der relativ großen Ventilüberlappung von der Einlassventilöffnungszeit EVÖ bis zu der Abgasventilschließzeit AVS. Daraus resultiert, dass eine Frischluft in der Einlassleitung erwärmt wird. Dies ist effektiv, um die während des Kaltstarts erzeugte Menge an Kohlenwasserstoffen zu reduzieren und die Abgasemissionsleistung zu verbessern.
  • Die Abgasventilöffnungszeit AVÖ bei oder nahe dem unteren Totpunkt ist effektiv, damit das Abgas zu einer Abgasleitung fließt, nachdem die Kohlenwasserstoffe ausreichend verbrannt wurden, wodurch die Kaltzustands-Abgasemissionsleistung verbessert wird.
  • Weiterhin ist die Einlassventilschließzeit EVS bei oder nahe dem unteren Totpunkt effektiv, um ein hohes effektives Kompressionsverhältnis vorzusehen, wodurch eine stabile Verbrennung und eine stabile Motordrehung erzeugt werden.
  • Der minimale Betätigungswinkel und Hub der Einlassventile 4 sind effektiv, um die auf den Einlass-VEH 1 wirkenden Reibungen zu minimieren, damit der Motor die Motorgeschwindigkeit schneller erhöhen kann. Dadurch werden die Startfähigkeit des Motors verbessert und der Kraftstoffverbrauch reduziert. Dies ist auch effektiv, um die Abgasemissionsleistung zu verbessern.
  • Nachdem der Motor begonnen hat, vollständige Explosionen zu erzeugen, ist der Ausgabedruck der Ölpumpe 49 ausreichend hoch, sodass die Sperrmechanismen aus den gesperrten Zuständen gelöst werden, sodass sich die Flügelglieder 32 und 61 frei drehen können und durch die Richtungssteuerventile durch die Steuereinrichtung 22 in Übereinstimmung mit dem Motorbetriebszustand gesteuert werden. Wenn sich der Motor zum Beispiel in einem vorbestimmten hohen Geschwindigkeits- und Lastbereich befindet, gestattet die Steuereinrichtung 22, dass der Einlass-VEH 1 den Einlassventilbetätigungswinkel auf den maximalen Wert D3 (L3) setzt, und gestattet weiterhin, dass der Einlass-VZS 2 die Einlassventilöffnungszeit EVÖ und die Einlassventilschließzeit EVS beschleunigt. Daraus resultiert, dass die Einlassventilschließzeit EVS ausreichend spät in Bezug auf den unteren Totpunkt ist, wodurch die Frischluftladeeffizienz erhöht wird. Außerdem ist die Abgasventilöffnungszeit AVÖ ausreichend früh relativ zu dem unteren Totpunkt, wodurch der Verlust beim Herausdrücken des Abgases in dem hohen Geschwindigkeitsbereich reduziert wird. Das variable Ventilbetätigungssystem erzeugt also große Motorausgabedrehmomente.
  • Im Folgenden wird ein variables Ventilbetätigungssystem bzw. eine entsprechende Vorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. Die dritte Ausführungsform ergibt sich aus einer im Folgenden beschriebenen Modifikation der ersten Ausführungsform. Wie in 19 gezeigt, umfasst die Abgas-VZS 3 Schraubenfedern 73, 74, die in Verzögerungsfluiddruckkammern 66 angeordnet sind, um das Flügelglied 61 in der beschleunigenden Drehrichtung zu drücken. Die Schraubenfedern 73, 74 sind angeordnet, um das Flügelglied 61 in der beschleunigenden Drehrichtung zu einer Ausgangsposition zu drehen, die mit einem vorbestimmten Abstand von der am weitesten verzögerten Position beabstandet ist, wenn der Motor ruht. Wenn das Steuerzahnrad 60 gedreht wird, neigt das Flügelglied 61 aufgrund von auf den Abgas-VZS 3 wirkenden Reibungen dazu, sich relativ in der verzögernden Drehrichtung zu drehen. Die Spiralfedern 73, 74 dienen dazu, das Flügelglied 61 vorzuspannen, sodass sich dieses in der beschleunigenden Drehrichtung zu der Ausgangsposition bewegt. Der Sperrmechanismus ist angeordnet, um das Flügelglied 61 in der Ausgangsposition zu sperren. Wenn also der Motor ruht, wird das Flügelglied 61 mechanisch an einer mittleren Position als Ausgangsposition zwischen der am weitesten verzögerten Position und der am weitesten beschleunigten Position gehalten. Wenn der Motor ruht, wird der Abgas-VZS 3 an einer mittleren Ausgangsposition für mittlere Abgasventilzeiten wie in 20 gezeigt gehalten.
  • Das variable Ventilbetätigungssystem gemäß der dritten Ausführungsform umfasst keinen Einlass-VEH 1. Der Einlass-VZS 2 gemäß der dritten Ausführungsform weist denselben Aufbau auf wie in der ersten Ausführungsform. Insbesondere wird das Flügelglied 32 durch Schraubenfedern 55, 56 zu der am weitesten beschleunigten Position gedrückt. Wenn also der Motor ruht, wird der Einlass-VZS 2 an der am weitesten beschleunigten Position als Ausgangsposition wie in 20 gezeigt gehalten.
  • Wenn gemäß der dritten Ausführungsform der Motor ruht oder unmittelbar nach dem Starten des Motors, hält der Abgas-VZS 3 das Flügelglied 61 mechanisch an der mittleren Position, um die Abgasventilöffnungszeit AVÖ und die Abgasventilschließzeit AVS an entsprechenden mittleren Positionen wie in 20 gezeigt zu halten. Weiterhin hält der Einlass-VZS 2 das Flügelglied 32 mechanisch an der am weitesten beschleunigten Position, um die Einlassventilöffnungszeit EVÖ und die Einlassventilschließzeit EVS jeweils an am weitesten beschleunigten Positionen zu halten. Deshalb sieht das variable Ventilbetätigungssystem eine große Ventilüberlappung vor und verbessert die Kaltzustands-Abgasemissionsleistung.
  • Nachdem die Sperrmechanismen aus den entsprechenden Sperrzuständen gelöst wurden, wird der Abgas-VZS 3 zu der am weitesten verzögerten Position und der am weitesten beschleunigten Position gesteuert. Der Einlass-VZS 2 wird auch zu der am weitesten verzögerten Position und der am weitesten beschleunigten Position gesteuert.
  • In der dritten Ausführungsform ist der Hub der Einlassventile 4 konstant und relativ groß, weil das variable Ventilbestätigungssystem keinen VEH 1 zum Variieren des Betätigungswinkels und des Hubs der Einlassventile 4 umfasst. Wenn die Abgasventilöffnungszeit AVÖ und die Abgasventilschließzeit AVS an den am weitesten verzögerten Positionen wie in der ersten Ausführungsform gehalten werden, kann die Ventilüberlappung übermäßig groß sein. Dadurch kann unter Umständen die Menge des verbleibenden Gases in dem Zylinder vergrößert werden und kann die Menge der Frischluft in dem Zylinder reduziert werden, wodurch die Verbrennung während eines Kaltstarts nachteilig beeinflusst wird. Die mittlere Ausgangsposition des Flügelglieds 61 des Abgas-VZS 3 ist jedoch effektiv, um eine geeignete Ventilüberlappung vorzusehen. Deshalb können gemäß der dritten Ausführungsform die Abgasemissionen reduziert werden, wenn sich der Motor in einem kalten Zustand befindet, und kann die Verbrennung verbessert werden, wenn der Motor aufgewärmt ist, wozu lediglich der Einlass-VZS 2 und der Abgas-VZS 3 erforderlich sind, die relativ kostengünstig vorgesehen werden können.
  • Die vorstehenden Ausführungsformen können wie folgt modifiziert werden. Der Einlass-VEH 1 kann konstruiert sein, um den Betätigungswinkel und den Hub des Einlassventils 4 schrittweise zu variieren.
  • Der Abgas-VZS 3 gemäß der ersten und zweiten Ausführungsform umfasst Schraubenfedern 68, 69 zum Vorspannen des Flügelglieds 61 in der verzögernden Drehrichtung, wobei jedoch auch keine Schraubenfedern in dem Abgas-VZS 3 vorgesehen sein können. Wenn nämlich das Steuerzahnrad 60 gedreht wird, neigt das Flügelglied 61 aufgrund von auf den Abgas-VZS 3 wirkenden Reibungen zu einer relativen Drehung in der verzögernden Drehrichtung. Die Schraubenfedern dienen jedoch dazu, das Flügelglied 61 stabiler zu halten. Der Sperrmechanismus dient ebenfalls dazu, das Flügelglied 61 stabiler zu halten.
  • In dem Einlass-VZS 2 gemäß der zweiten Ausführungsform können auch keine Schraubenfedern 71, 72 vorgesehen sein. Die Steuerwelle 17 neigt nämlich aufgrund eines durch die Reaktionskräfte der Ventilfedern verursachten Moments dazu, sich in der den Hub der Einlassventile 4 reduzierenden Richtung zu drehen. Die Schraubenfedern 71, 72 dienen dazu, die Steuerwelle 17 stabiler zu halten.
  • In der dritten Ausführungsform kann das Sperren des Flügelglieds in der mittleren Position implementiert werden, indem der VZS gesteuert wird, um das Flügelglied zu der mittleren Position zu bewegen, damit der Sperrstift in die Sperrvertiefung eintreten kann und der Motor gestoppt wird.
  • Die Einlassventilschließzeit EVS kann als der tatsächliche Zeitpunkt des vollständigen Schließens des Einlassventils definiert werden. Alternativ hierzu kann die Einlassventilschließzeit EVS als ein Zeitpunkt in einem Abschnitt einer Ventilbetätigungskurve von 4 definiert werden, wobei sich die Änderungsrate der Position des Einlassventils von einem Abschnitt mit einem relativ großen Gradienten zu einem Abschnitt mit einem relativ kleinen Gradienten hin vermindert. Allgemein ist die Einlassventilschließzeit EVS gemäß der zweiten Definition näher an dem tatsächlichen Zeitpunkt, zu dem das Eintreten der Einlassluft in den Zylinder gestoppt wird.
  • Das variable Ventilbetätigungssystem gemäß den vorliegenden Ausführungsformen kann auf einen Direkteinspritzungs-Verbrennungsmotor angewendet werden, in dem ein Kraftstoff direkt in eine Verbrennungskammer eingespritzt wird. Allgemein ist bei einem derartigen Direkteinspritzungs-Verbrennungsmotor der Freiheitsgrad der Kraftstoffeinspritzung groß, ist der Freiheitsgrad der Kraftstoffeinspritzungszeit groß und ist das geometrische Kompressionsverhältnis groß, weil der Kraftstoff auch dann zugeführt werden kann, wenn alle Einlassventile und Abgasventile geschlossen sind. Dementsprechend kann die Verbrennung weiter verbessert werden. Allgemein fließt bei einer großen Ventilüberlappung die große Menge an verbleibendem Gas zurück in den Zylinder und beeinflusst die Verbrennung negativ. Die direkte Kraftstoffeinspritzung verbessert die Verbrennung jedoch grundlegend und erhöht die zulässige Obergrenze der Ventilüberlappung. Wenn das variable Ventilbetätigungssystem also auf einen Direkteinspritzungs-Verbrennungsmotor angewendet wird, wird die Abgasemissionsleistung während eines Motorkaltstarts wesentlich verbessert.
  • Die vorliegende Anmeldung beruht auf der japanischen Patentanmeldung Nr. 2007-112559 vom 23. April 2007. Der gesamte Inhalt der japanischen Patentanmeldung Nr. 2007-112559 ist hier unter Bezugnahme eingeschlossen.
  • Die Erfindung wurde oben mit Bezug auf bestimmte Ausführungsformen der Erfindung beschrieben, wobei die Erfindung jedoch nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt ist. Der Fachmann kann Modifikationen und Variationen an den oben beschriebenen Ausführungsformen vornehmen. Der Erfindungsumfang wird mit Bezug auf die beigefügten Ansprüche definiert.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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    • - JP 2007-112559 [0124, 0124]

Claims (15)

  1. Variable Ventilbetätigungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor, die umfasst: einen Einlassventilbetätigungswinkel-Variierungsmechanismus (1), der angeordnet ist, um einen Einlassventilbetätigungswinkel (D) des Verbrennungsmotors zu variieren und um eine Einlassventilschließzeit (EVS) des Verbrennungsmotors bei oder nahe dem unteren Totpunkt zu halten, bevor der Verbrennungsmotor gestartet wird, und einen Abgasventilzeiten-Variierungsmechanismus (3), der angeordnet ist, um eine Abgasventilöffnungszeit (AVÖ) und eine Abgasventilschließzeit (AVS) des Verbrennungsmotors zu variieren und gleichzeitig einen Abgasventilbetätigungswinkel des Verbrennungsmotors konstant zu halten, und um die Abgasventilöffnungszeit (AVÖ) und die Abgasventilschließzeit (AVS) um eine vorbestimmte Zeitdauer gegenüber entsprechenden vorbestimmten am weitesten beschleunigten Zeiten verzögert zu halten, bevor der Verbrennungsmotor gestartet wird.
  2. Variable Ventilbetätigungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Einlassventilbetätigungswinkel-Variierungsmechanismus (1) angeordnet ist, um den Einlassventilbetätigungswinkel (D) an einem vorbestimmten mittleren Wert zwischen einem vorbestimmten maximalen Wert und einem vorbestimmten minimalen Wert zu halten, um die Einlassventilschließzeit (EVS) bei oder nahe dem unteren Totpunkt zu halten, bevor der Verbrennungsmotor gestartet wird.
  3. Variable Ventilbetätigungsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Einlassventilbetätigungswinkel-Variierungsmechanismus (1) wenigstens zwei entgegen gesetzte Vorspanneinrichtungen (30, 31) umfasst, die angeordnet sind, um den Einlassventilbetätigungswinkel (D) in zwei entgegen gesetzten Richtungen vorzuspannen, um den Einlassventilbetätigungswinkel (D) bei dem vorbestimmten mittleren Wert zu halten.
  4. Variable Ventilbetätigungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Einlassventilbetätigungswinkel-Variierungsmechanismus (1) angeordnet ist, um den Einlassventilbetätigungswinkel (D) bei einem vorbestimmten Wert näher an einem vorbestimmten minimalen Wert als an einem vorbestimmten maximalen Wert zu halten, um die Einlassventilschließzeit (EVS) bei oder nahe dem unteren Totpunkt zu halten, bevor der Verbrennungsmotor gestartet wird.
  5. Variable Ventilbetätigungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Einlassventilbetätigungswinkel-Variierungsmechanismus (1) wenigstens eine Vorspanneinrichtung (30) umfasst, die angeordnet ist, um den Einlassventilbetätigungswinkel (D) vorzuspannen, um die Einlassventilschließzeit (EVS) bei oder nahe dem unteren Totpunkt zu halten, bevor der Verbrennungsmotor gestartet wird.
  6. Variable Ventilbetätigungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Einlassventilbetätigungswinkel-Variierungsmechanismus (1) und der Abgasventilzeiten-Variierungsmechanismus (3) angeordnet sind, um eine Einlassventilöffnungszeit (EVÖ) des Verbrennungsmotors gegenüber der Abgasventilschließzeit (AVS) beschleunigt zu halten, um eine Ventilüberlappungsperiode zu erzeugen, bevor der Verbrennungsmotor gestartet wird.
  7. Variable Ventilbetätigungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Abgasventilzeiten-Variierungsmechanismus (3) angeordnet ist, um die Abgasventilöffnungszeit (AVÖ) und die Abgasventilschließzeit (AVS) bei entsprechenden vorbestimmten am weitesten verzögerten Zeitpunkten zu halten, bevor der Verbrennungsmotor gestartet wird.
  8. Variable Ventilbetätigungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor, die umfasst: einen Einlassventilbetätigungswinkel-Variierungsmechanismus (1), der angeordnet ist, um einen Einlassventilbetätigungswinkel (D) des Verbrennungsmotors zu variieren und um den Einlassventilbetätigungswinkel (D) um eine vorbestimmte Größe kleiner als einen vorbestimmten maximalen Wert zu halten, bevor der Verbrennungsmotor gestartet wird, und einen Abgasventilzeiten-Variierungsmechanismus (3), der angeordnet ist, um eine Abgasventilöffnungszeit (AVÖ) und eine Abgasventilschließzeit (AVS) des Verbrennungsmotors zu variieren und gleichzeitig einen Abgasventilbetätigungswinkel des Verbrennungsmotors konstant zu halten, und um die Abgasventilöffnungszeit (AVÖ) und die Abgasventilschließzeit (AVS) um eine vorbestimmte Zeitdauer gegenüber entsprechenden vorbestimmten am weitesten beschleunigten Zeiten verzögert zu halten, bevor der Verbrennungsmotor gestartet wird.
  9. Variable Ventilbetätigungsvorrichtung nach Anspruch 8, weiterhin gekennzeichnet durch einen Einlassventilzeiten-Variierungsmechanismus (2), der angeordnet ist, um eine Einlassventilöffnungszeit (EVÖ) und eine Einlassventilschließzeit (EVS) des Verbrennungsmotors zu variieren und gleichzeitig den Einlassventilbetätigungswinkel (D) konstant zu halten, und um die Einlassventilöffnungszeit (EVÖ) und die Einlassventilschließzeit (EVS) bei entsprechenden vorbestimmten relativ beschleunigten Zeiten zu halten, bevor der Verbrennungsmotor gestartet wird.
  10. Variable Ventilbetätigungsvorrichtung nach Anspruch 8, weiterhin gekennzeichnet durch einen Einlassventilzeiten-Variierungsmechanismus (2), der angeordnet ist, um eine Einlassventilöffnungszeit (EVÖ) und eine Einlassventilschließzeit (EVS) des Verbrennungsmotors zu variieren und gleichzeitig den Einlassventilbetätigungswinkel (D) konstant zu halten, und um die Einlassventilöffnungszeit (EVÖ) und die Einlassventilschließzeit (EVS) bei entsprechenden vorbestimmten relativ verzögerten Zeiten zu halten, bevor der Verbrennungsmotor gestartet wird.
  11. Variable Ventilbetätigungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Einlassventilbetätigungswinkel-Variierungsmechanismus (1) angeordnet ist, um den Einlassventilbetätigungswinkel (D) bei einem vorbestimmten minimalen Wert zu halten, bevor der Verbrennungsmotor gestartet wird.
  12. Variable Ventilbetätigungsvorrichtung nach Anspruch 8, weiterhin gekennzeichnet durch eine Steuereinrichtung (22), die konfiguriert ist, um eine erste und/oder eine zweite Korrekturaktion durchzuführen, wenn bestimmt wird, dass sich der Verbrennungsmotor in einem Zustand instabiler Verbrennung befindet, wobei die erste Korrekturaktion darin besteht, die Abgasventilschließzeit (AVS) durch den Abgasventilzeiten-Variierungsmechanismus (3) zu beschleunigen, und wobei die zweite Korrekturaktion darin besteht, die Einlassventilöffnungszeit (EVÖ) durch den Einlassventilzeiten-Variierungsmechanismus (2) zu verzögern.
  13. Variable Ventilbetätigungsvorrichtung nach Anspruch 8, weiterhin gekennzeichnet durch eine Steuereinrichtung (22), die konfiguriert ist, um wenigstens eine erste und eine zweite Korrekturaktion durchzuführen, wenn bestimmt wird, dass der Verbrennungsmotor aufgewärmt ist und im Leerlauf betrieben wird, wobei die erste Korrekturaktion darin besteht, die Abgasventilschließzeit (AVS) durch den Abgasventilzeiten-Variierungsmechanismus (3) zu beschleunigen, und wobei die zweite Korrekturaktion darin besteht, die Einlassventilöffnungszeit (EVÖ) durch den Einlassventilzeiten-Variierungsmechanismus (2) zu verzögern.
  14. Variable Ventilbetätigungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor, die umfasst: einen Einlassventilzeiten-Variierungsmechanismus (2), der angeordnet ist, um eine Einlassventilöffnungszeit (EVÖ) und eine Einlassventilschließzeit (EVS) des Verbrennungsmotors zu variieren und gleichzeitig einen Einlassventilbetätigungswinkel (D) des Verbrennungsmotors konstant zu halten, und um die Einlassventilöffnungszeit (EVÖ) und die Einlassventilschließzeit (EVS) bei entsprechenden vorbestimmten am weitesten verzögerten Zeiten zu halten, bevor der Verbrennungsmotor gestartet wird, und einen Abgasventilzeiten-Variierungsmechanismus (3), der angeordnet ist, um die Abgasventilöffnungszeit (AVÖ) und die Abgasventilschließzeit (AVS) des Verbrennungsmotors zu variieren und gleichzeitig den Abgasventilbetätigungswinkel des Verbrennungsmotors konstant zu halten, und um die Abgasventilöffnungszeit (AVÖ) und die Abgasventilschließzeit (AVS) um eine vorbestimmte Zeitdauer gegenüber den entsprechenden vorbestimmten am weitesten beschleunigten Zeiten verzögert zu halten, bevor der Verbrennungsmotor gestartet wird.
  15. Variable Ventilbetätigungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die variable Ventilbetätigungsvorrichtung auf einen Direkteinspritzungs-Verbrennungsmotor angewendet werden, in dem ein Kraftstoff direkt in eine Verbrennungskammer eingespritzt wird.
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