DE3875593T2 - Ventilsteuervorrichtung. - Google Patents

Ventilsteuervorrichtung.

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Description

    I. Gebiet der Erfindung
  • Die Erfindung betrifft eine Ventilsteuervorrichtung für eine Brennkraftmaschine mit mehreren Auslaßventilen pro Zylinder.
    • II. Beschreibung des Standes der Technik
  • Bei einer Brennkraftmaschine für Kraftfahrzeuge etc. mit mehreren Auslaßventilen und mehreren Einlaßventilen pro Zylinder ist vorgeschlagen worden, die Auslaßventile und die Einlaßventile jeweils zu verschiedenen Ventilsteuerzeiten zu betätigen.
  • Eine bekannte Ventilsteuervorrichtung dieser Art, die beispielsweise in der japanischen Patentveröffentlichung Nr. 49-17967 vorgeschlagen ist, ist geeignet, zwei Auslaßventile und zwei Einlaßventile eines Vier-Takt-Zyklus einer Brennkraftmaschine mit vier Ventilen pro Zylinder zu Ventilsteuerzeiten zu betätigen, die in Fig. 9 abgebildet sind. D.h., die Ventilsteuerzeiten E1 und E2 der zwei Auslaßventile und die Ventilsteuerzeiten I1 und I2 der zwei Einlaßventile haben jeweils solche vorbestimmten Phasendifferenzen, daß an den Positionen des Kolbens nahe dem oberen Totpunkt im Übergang vom Auslaßtakt zum Einlaßtakt ein Satz aus einem Auslaßventil und einem Einlaßventil geschlossen und ein Satz aus dem anderen Auslaßventil und dem andere Einlaßventil geöffnet ist im Hinblick auf die zunehmende Strömungsgeschwindigkeit des frischen Einlaßgemisches in den Zylinder, wodurch die Spüleffektivität verbessert wird. Außerdem ist an der Position des Kolbens nahe dem unteren Totpunkt im Übergang von dem Einlaßtakt zum Kompressionstakt nur ein Einlaßventil geöffnet, um eine Verwirbelung des Einlaßgemisches hervorzurufen, wodurch die Verbrennbarkeit während eines Hochgeschwindigkeits- und Hochlastbetriebs der Maschine verbessert ist.
  • Eine solche bekannte Ventilsteuervorrichtung ist auch aus der DE-A-33 32 789 bekannt, die mehrere Auslaßventile pro Zylinder zeigt und eine Einrichtung zum Antrieb der Auslaßventile in einer solchen Zeitversetzung enthält, daß die Auslaßventile zu verschiedenen Zeitpunkten öffnen.
  • Die EP-A-0 258 061 offenbart eine Ventilsteuervorrichtung in einer Brennkraftmaschine, in der mehrere Einlaßventile und Auslaßventile mit jedem Zylinder verbunden sind. Die jeweiligen Ventile werden in einem Maschinenbetriebszustand entsprechend der Wirkung eines ersten Satzes von Nocken und in einem anderen Maschinenbetriebszustand entsprechend der Wirkung eines zweiten Satzes von Nocken betätigt, der mit dem ersten Nockensatz gekoppelt ist. Die Nocken, die die Einlaßventile betätigen, rufen eine andere Ventilbetätigungswirkung hervor als diejenigen, die die Auslaßventile betätigen.
  • Aus der EP-A-0 213 759 ist eine Ventilsteuervorrichtung bekannt, die zur Betätigung eines Paares von Ventilen einer Brennkraftmaschine eine Nockenwelle versehen, die synchron mit der Drehung der Brennkraftmaschine rotiert und einen ersten Niedriggeschwindigkeitsnocken, einen zweiten Niedriggeschwindigkeitsnocken und einen Hochgeschwindigkeitsnocken hat, die unterschiedliche Nockenprofile aufweisen. Der erste und der zweite Niedriggeschwindigkeitsnocken sind an jeder Seite des Hochgeschwindigkeitsnockens angeordnet, und ein erster, ein zweiter und ein dritter Schwingarm sind drehbar an der Schwingwelle befestigt und in Gleitkontakt mit dem ersten Niedriggeschwindigkeitsnocken, dem zweiten Niedriggeschwindigkeitsnocken und dem Hochgeschwindigkeitsnocken gehalten, um die Ventile entsprechend den Nokkenprofilen der Nocken zu betätigen. Eine selektive Kupplung ist betriebsbereit in und zwischen dem ersten, dem zweiten und dem dritten Schwingarm zur selektiven Verbindung des ersten, zweiten und dritten Schwingarms angeordnet, um eine gemeinsame Winkelbewegung von ihnen zu ermöglichen, und um den ersten, zweiten und dritten Schwingarm zu trennen, um eine getrennte Winkelbewegung der Arme zu ermöglichen.
  • Bei der Ventilbetätigungsvorrichtung der vorstehend beschriebenen Art ist der Zeitsteuerung eine Phasendifferenz verliehen, an der die zwei Auslaßventile vollständig schließen. Dies hat zur Folge, daß die wirksame Fläche der durch die Auslaßventile begrenzten Öffnung zu der Zeit, zu der sich das Ventil überlappt, wobei die Einlaß- und Auslaßventile gleichzeitig offen gehalten werden, klein ist mit der Folge, daß eine lange Ventilüberlappungsdauer erforderlich ist, um vollständig einen Trägheitsvorverdichtungseffekt des Einlaßgemischs während des Hochgeschwindigkeits- und Hochlastbetriebes der Maschine zu erzielen.
  • Wenn jedoch die Ventilüberlappungszeit so eingestellt ist, daß sie lang ist, fließen die Auslaßgase zurück in den Zylinder, gezogen von einem großen Einlaßvakuum, obwohl die Öffnungsfläche, die von den Auslaßventilen gebildet ist, klein ist, wodurch die Menge der Restgase während des Niedriggeschwindigkeits- und Niedriglastbetriebs der Maschine ansteigt, bei dem die Zufuhr des Einlaßgemisches gering ist, wodurch die Verbrennbarkeit erheblich verschlechtert wird.
  • Daher besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine Ventilsteuervorrichtung für eine Brennkraftmaschine mit mehreren Auslaßventilen pro Zylinder anzugeben, die die Menge der Auslaßgase reduzieren kann, die zurück in den Zylinder infolge der Ventilüberlappung während des Niedriggeschwindigkeits- und Niedriglastbetriebs der Maschine fließt, und die eine Leerlaufstabilität erzielt.
  • Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
  • Die Unteransprüche enthalten bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
    • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Fig. 1 ist ein Ventilzeitsteuerdiagramm gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
  • Fig. 2 ist eine Seitenansicht einer ein Auslaßventil betätigenden Nockenwelle, die in der Ausführungsform der Fig. 1 verwendet wird;
  • Fig. 3 ist ein Diagramm zur Darstellung einer sich ändernden Amplitude einer Druckwelle in einem Auslaßkanal in der Ausführungsform gemäß Fig. 1 im Vergleich zu derjenigen einer vergleichbaren herkömmlichen Vorrichtung;
  • Fig. 4 ist ein Diagramm zur Erläuterung von Variationen eines Auslaßöffnungsdrucks in der Ausführungsform gemäß Fig. 1 im Vergleich zu demjenigen einer vergleichbaren herkömmlichen Vorrichtung;
  • Fig. 5 ist eine Darstellung von Variationen eines Maschinenabgabedrehmoments und eines volumentrischen Wirkungsgrades relativ zu einer Maschinengeschwindigkeit in der Ausführungsform gemäß Fig. 1 im Vergleich zu derjenigen einer herkömmlichen Vorrichtung;
  • Fig. 6 ist ein Ventilzeitsteuerdiagramm gemäß einer anderen Ausführungsform;
  • Fig. 7 ist ein Ventilzeitsteuerdiagramm gemäß einer weitere Ausführungsform;
  • Fig. 8 ist eine schematische Ansicht von Auslaßnockenbuckeln, die in der Ausführungsform gemäß Fig. 7 verwendet sind;
  • Fig. 9 ist ein herkömmliches Ventilzeitsteuerdiagramm.
    • Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
  • Mit Bezug auf Fig. 1 stellen die Kurven E1 und E2 und die Kurve I Ventilzeitsteuerungen für einen Vier-Takt-Zyklus einer Brennkraftmaschine mit vier Ventilen pro Zylinder gemäß einer Ausführungsform der Erfindung dar.
  • Die Kurven E1 und E2 geben die Ventilzeitsteuerungen der Auslaßventile 1 und 2 an. Die Auslaßventile 1 und 2 beginnen vor dem unteren Totpunkt (BDC) zu öffnen, wonach der Auslaßhub beginnt, und mit einer Phasendifferenz R . Die Auslaßventile 1 und 2 erreichen dann die Hubpunkte in der Mitte des Auslaßtaktes und schließen vollständig synchron miteinander in Verzögerung zu dem oberen Totpunkt (TDC), nachdem der Einlaßtakt beginnt. Die Schließbewegungen der Auslaßventile 1 und 2 sind sychron zueinander, d. h. sie werden mit derselben Geschwindigkeit durchgeführt.
  • Die Kurve "I" gibt eine Ventilzeitsteuerung wieder, die den Einlaßventilen 3 und 4 gemeinsam ist. Die Einlaßventile 3 und 4 beginnen vor dem oberen Totpunkt zu öffnen, erreichen einen maximalen Hubpunkt in der Mitte des Auslaßtaktes und schließen in Verzögerung bzw. hinter dem unteren Totpunkt vollständig, wobei nach diesem der Kompressionstakt beginnt. Bei diesen Ventilzeitsteuerungen wird den Auslaßventilen 1 und 2 und den Einlaßventilen 3 und 4 ein vorgegebener Ventilüberlappungswinkel um den oberen Totpunkt verliehen.
  • Fig. 2 zeigt eine Nockenwelle 5 für die Auslaßventile 1 und 2. Die Nockenwelle 5 hat Nocken 6 und 7, die so profiliert sind, daß sie einen Phasenunterschied von R/2 an den Öffnungspunkten und eine Phasendifferenz von 0 (Null) an den Ventilschließpunkten haben.
  • In Fig. 3 zeigt die gestrichelte Linie die Druckwelle an, die in den Auslaßkanälen stromabwärts der Auslaßventile I und 2 auftritt. Die Druckwelle resultiert aus der Verbindung eines Ablaßdrucks (durch die mit einem punkt strichpunktierte Kurve dargestellt), der durch das Öffnen des Auslaßventiles I entsteht, und eines Ablaßdrucks (angezeigt durch eine mit zwei Punkten strichpunktierte Kurve), die durch das Öffnen des Auslaßventiles 2 entsteht. Daher kann die Vibrationsamplitude der Druckwelle der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kleiner sein als diejenige (angezeigt durch die durchgezogene Linie einer herkömmlichen Vorrichtung), bei der die Auslaßventile zu demselben Zeitpunkt öffnen, d. h. mit derselben Phase.
  • Fig. 4 zeigt mit gestrichelter Linie die Druckvariationen der Druckwelle, die unter der Bedingung gemessen wird, daß die Maschine mit einer Geschwindigkeit von 3600 Upm läuft, so daß die Druckwelle an der Stelle positiv wird, die 120 mm stromabwärts der Auslaßventile 1 und 2 liegt, beim Schließen der Auslaßventile 1 und 2. In der Figur stellt die mit durchgezogener Linie dargestellte Kurve die Druckvariationen der Druckwelle einer vergleichbaren herkömmlichen Vorrichtung dar, bei der die Auslaßventile mit derselben Phase öffnen. Aus diesem Testergebnis ist zu sehen, daß gemäß der vorliegenden Erfindung die Variationsamplitude der reflektierten Welle (der Teil, der durch "B" bezeichnet ist), um einen Betrag kleiner gemacht werden kann, der der Größe entspricht, durch die das Abblasen bzw. Ablassen (der Teil, der durch "A" gekennzeichnet ist) reduziert ist.
  • Fig. 5 zeigt mit Bezug auf die Ausführungsform der Erfindung und die herkömmliche Vorrichtung, wie das Maschinenabgabedrehmoment und der volumetrische Wirkungsgrad mit der Variation der Maschinen-Upm variiert. Aus dieser Darstellung ist zu ersehen, daß dann, wenn bei der herkömmlichen Vorrichtung ein beträchtlicher Abfall des Abgabedrehmoments und des volumetrischen Wirkungsgrades an oder nahe der Maschinengeschwindigkeit von 3600 Upm auftritt, ein entsprechender Abfall bei der vorliegenden Ausführungsform kleiner ist.
  • Der Abfall des abgegebenen Drehmoments wird durch das Schließen der Auslaßventile 1 und 2 an oder nahe der Maschinengeschwindigkeit von 3600 Upm hervorgerufen, welche, wie oben beschrieben ist, einen positiven Druck an der stromabwärtigen Seite der Auslaßventile 1 und 2 hervorruft. Im Falle dieser Ausführungsform werden die Ablaßdrücke mit einer vorbestimmten Phasendifferenz hervorgerufen, d. h. an den unterschiedlichen Zeitpunkten relativ zu dem Kurbelwinkel durch das Öffnen der Auslaßventile 1 und 2, wodurch die Vibrationsamplitude der Druckwelle, die in dem Auslaßkanal auftritt, kleiner wird, und der Pumpenverlust infolge des Verbrauchs des Maschinenoutputs zur Abgabe der Auslaßgase wird verringert, wodurch wiederum die Restgase reduziert werden, während der volumetrische Wirkungsgrad des Einlaßgemischs erhöht wird und es möglich wird, einen Abfall des abgegebenen Drehmoments während des Mittelgeschwindigkeitsbetriebs der Maschine zu verhindern.
  • Indem ferner die Auslaßventile 1 und 2 zu demselben Zeitpunkt vollständig schließen, d. h. synchron miteinander, wird es möglich, die wirksame Öffnungsfläche zu erhöhen, die durch die Auslaßventile 1 und 2 zu der Ventilüberlappungszeit gebildet ist, in der die Auslaßventile 1 und 2 gemeinsam mit den Einlaßventilen 3 und 4 geöffnet sind, wodurch es unnötig wird, die Ventilüberlappungszeit so lang einzustellen. Damit wird es möglich, den volumetrischen Wirkungsgrad bzw. Füllungsgrad durch Verwendung der Trägheit des Einlaßgemisches während des Hochgeschwindigkeits- und Hochlastbetriebs der Maschine beizubehalten, und zur gleichen Zeit zu verhindern, daß die Auslaßgase zurück in den Maschinenzylinder, gezogen von dem Einlaßvakuum, während des Niedriggeschwindigkeits- und Niedriglastbetriebs der Maschine fließen, wodurch verhindert wird, daß die Verbrennbarkeit durch die Restauslaßgase verschlechtert wird und wodurch die Leerlaufstabilität etc. verbessert wird.
  • Fig. 6 zeigt eine weitere Ausführungsform, bei der die Maschine drei Auslaßventile pro Zylinder hat, und die Auslaßventile beginnen zu verschiedenen Zeitpunkten zu öffnen, um so Phasendifferenzen R1 und R2 zu erhalten, und zum selben Zeitpunkt vollständig zu schließen, d. h. synchron miteinander, obwohl die Schließbewegungen der Auslaßventile mit verschiedenen Geschwindigkeiten ausgeführt werden.
  • Wenn dies der Fall ist, werden Ablaßdrücke zu drei verschiedenen Zeitpunkten erzeugt, da drei Auslaßventile mit Phasendifferenzen zueinander mit dem Öffnen beginnen, wodurch es möglich wird, die Amplitudenänderung der Druckwelle, die in dem Auslaßkanal auftritt, weiter zu reduzieren.
  • Fig. 7 zeigt eine weitere Ausführungsform, bei der die Ventilzeitsteuerungen E1 und E2 bewirken, daß die Auslaßventile 1 und 2 zur selben Zeit zu öffnen beginnen, d. h. synchron miteinander vor dem unteren Totpunkt, nach dem der Einlaßtakt beginnt, jedoch den Grad der Öffnung mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten erhöhen, so daß sie unterschiedliche maximale Hubpunkte in der Mitte des Auslaßtaktes erreichen. Zu diesem Zweck sind, wie Fig. 8 zeigt, Auslaßnockenbuckel 6' und 7' so konstruiert, daß der maximale Hub L2 eines Auslaßventils 2 etwa eine Hälfte des maximalen Hubs L1 des anderen Auslaßventils 1 beträgt. Außerdem sind die Nockenbuckel 6' und 7' so aufgebaut, daß die Ventilöffnungsgeschwindigkeit des Auslaßventiles 2 etwa die Hälfte von derjenigen des Auslaßventils 1 beträgt. In der Zwischenzeit ist der maximale Hub L1 des Auslaßventils 1 so eingestellt, daß er im wesentlichen gleich dem maximalen Hub der Einlaßventile 3 und 4 ist.
  • Abgesehen von dem Vorstehenden, ist diese Ausführungsform im wesentlichen gleich der vorstehend mit Bezug auf die Fig. 1 und 5 beschriebenen Ausführungsform und kann im wesentlichen dieselbe Wirkung erzeugen.

Claims (5)

1. Ventilsteuervorrichtung für eine Brennkraftmaschine, die eine Mehrzahl von Auslaßventilen (1, 2) pro Zylinder aufweist, mit:
einer Einrichtung (Nockenwelle 5) zum Antreiben der Auslaßventile (1, 2) bei einer Ventilzeitsteuerung, die ein Öffnen der Auslaßventile (1, 2) zu unterschiedlichen Zeiten erzeugt, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslaßventilantriebseinrichtung (Nockenwelle 5) beide Auslaßventile (1, 2) zur selben Zeit vollständig schließt.
2. Ventilsteuervorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Maschine zwei Auslaßventile (1, 2) pro Zylinder aufweist, und wobei die Schließbewegung der Auslaßventile mit derselben Geschwindigkeit durchgeführt wird.
3. Ventilsteuervorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Auslaßventile (1, 2) zusammen mit einem Einlaßventil (3; 4) der Maschine eine Ventilüberlappung erzeugen.
4. Ventilsteuervorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Maschine drei Auslaßventile pro Zylinder aufweist, und Schließbewegungen der Auslaßventile mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten durchgeführt werden.
5. Ventilsteuervorrichtung nach Anspruch 4, wobei die Auslaßventile eine Ventilüberlappung zusammen mit einem Einlaßventil der Maschine ausführen.
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