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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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1. Gebiet der Erfindung
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Die
Erfindung betrifft eine Ventilkenngrößen-Änderungsvorrichtung für einen
Verbrennungsmotor, der mit einer Vielzahl von Variierungsmechanismen
ausgestattet ist, die eine Ventilkenngröße einer Vielzahl von Verbrennungsmotor-Ventilen
jeweils separat ändern.
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2. Beschreibung de Standes der Technik
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Variable
Ventilzeitsteuerungsmechanismen werden in Verbrennungsmotoren für Fahrzeuge
und dergleichen weit verbreitet verwendet, um die Verbrennungsmotorleistung
zu verbessern, einschließlich
der Ausgangsleistung, der Kraftstoffverbrauchs eigenschaften und
der Abgaseigenschaften. Ein variabler Ventilzeitsteuerungsmechanismus
variiert die Öffnungs-
und/oder Schließungszeiten
eines Verbrennungsmotor-Ventils,
die so genannten Ventilsteuerzeiten, entsprechend der Betriebsbedingung des
Verbrennungsmotors. Viele dieser variablen Ventilzeitsteuerungsmechanismen
sind antriebsmäßig mit
einer Kurbelwelle verbunden, die als Ausgangswelle des Verbrennungsmotors
dient, und werden durch hydraulischen Druck angetrieben, der von
einer Hydraulikpumpe erzeugt wird, die entsprechend der Drehung
der Kurbelwelle arbeitet.
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In
den letzten Jahren wurden Ventilsteuerzeit-Änderungsvorrichtungen vorgeschlagen,
die eine Vielzahl von variablen Ventilzeitsteuerungsmechanismen
bereitstellen. Beispielsweise gibt es eine Vorrichtung, die einen
variablen Ventilzeitsteuerungsmechanismus wie den oben beschriebenen
separat für
Einlass- und Auslassventile bereitstellt (siehe beispielsweise die
japanische Patent-Offenlegungsschrift
Nr.2000-110527 (
JP-A-2000-110527 ), und
eine Vorrichtung, die den variablen Ventilzeitsteuerungsmechanismus
für Einlassventile
und Auslassventile separat in jeder Bank eines V-förmigen Verbrennungsmotors
bereitstellt.
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Normalerweise
wird in der oben genannten Ventilsteuerzeit-Änderungsvorrichtung der hydraulische
Druck, der von der Hydraulikpumpe erzeugt wird, auf die Vielzahl
von variablen Ventilzeitsteuerungsmechanismen verteilt zugeführt. Dann
arbeitet jeder variable Ventilzeitsteuerungsmechanismus auf der
Basis des zugeführten
Hydraulikdrucks. Außerdem
wird häufig
der Betrieb jedes variablen Ventilzeitsteuerungsmechanismus in der
Ventilsteuerzeit-Änderungsvorrichtung
synchronisiert, um die Ventilsteuerzeit entsprechend der Betriebsbedingung des
Verbrennungsmotors zu ändern.
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Daher
ist es mit der oben genannten Vorrichtung schwierig, während einer Änderung
der Betriebsbedingung des Verbrennungsmotors jedem variablen Ventilzeitsteuerungsmechanismus
genügend hydraulischen
Druck zuzuführen.
Außerdem
wird dadurch wahrscheinlich das funktionale Ansprechverhalten verschlechtert.
In Fällen,
in denen eine Hydraulikpumpe mit hoher Ausgangsleistung verwendet wird,
um das funktionale Ansprechverhalten zu verbessern, bewirkt eine
solche Pumpe eine Vergrößerung und
ist daher nicht bevorzugt.
WO
2004/011778 offenbart eine Ventilsteuerzeit-Änderungsvorrichtung,
in der ein Winkeländerungsmechanismus
zur Änderung
der Winkelstellung zwischen einer Nockenwelle und einem Ritzel hydraulisch
angetrieben wird, wobei der Hydraulikdruckerzeugungsmechanismus
elektromagnetisch betätigt
wird.
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Es
sei darauf hingewiesen, dass die genannten Probleme nicht nur in
einer Vorrichtung auftreten, die mit einer Vielzahl von mit einer
Hydraulikpumpe angetriebenen variablen Ventilzeitsteuerungsmechanismen
ausgestattet ist, wie oben beschrieben, sondern auch ein anderen
Ventilsteuerzeit-Änderungsvorrichtungen,
die mit einer Vielzahl von variablen Ventilzeitsteuerungsmechanismen
ausgestattet sind, die über
den gleichen Antriebsstrang angetrieben werden, wie eine Vielzahl
von elektrisch angetriebenen Ventilzeitsteuerungsmechanismen. Beispielsweise
offenbart
US 5,417,186 eine
Phasensteuerungsvorrichtung zur Änderung
der Drehphase von zwei Elementen einer Nockenwellenbaugruppe, wobei
die Vorrichtung eine elektrische Leistungsquelle einschließt. Ferner
betrifft die obige Beschreibung einen variablen Ventilzeitsteuerungsmechanismus,
der eine Ventilsteuerzeit ändert;
jedoch schließt
der Stand der Technik auch den ein, der im Wesentlichen das gleiche
Problem in einem Variierungsmechanismus hat, der eine so genannte
Ventilkenngröße, beispielsweise
einen Hubbetrag oder dergleichen, ändert.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Eine
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung einer
Ventilkenngrößen-Änderungsvorrichtung
für einen
Verbrennungsmotor, die in der Lage ist, eine Verschlechterung des
funktionalen Ansprechverhaltens in jedem von den vielen Variierungsmechanismen
zu verhindern.
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Ein
erster Aspekt der Erfindung betrifft eine Ventilkenngrößen-Änderungsvorrichtung
für einen Verbrennungsmotor.
Die Ventilkenngrößen-Änderungsvorrichtung
weist Folgendes auf: eine erste mechanische Gruppe, die mindestens
einen ersten Variierungsmechanismus einschließt, der eine Ventilkenngröße mindestens
eines ersten Verbrennungsmotor-Ventils ändert; eine zweite mechanische
Gruppe, die mindestens einen zweiten Variierungsmechanismus einschließt, der
eine Ventilkenngröße mindestens
eines zweiten Verbrennungsmotor-Ventils ändert; eine erste Leistungsquellengruppe,
die mindestens eine erste Leistungsquelle für die erste mechanische Gruppe
einschließt
und eine zweite Leistungsquellengruppe, die mindestens eine zweite Leistungsquelle
für die
zweite mechanische Gruppe einschließt.
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Die
erste Leistungsquelle liefert Leistung zur ersten mechanischen Gruppe
und liefert keine Leistung zur zweiten mechanischen Gruppe. Die
zweite Leistungsquelle liefert Leistung zur zweiten mechanischen
Gruppe und liefert keine Leistung zur ersten mechanischen Gruppe.
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Die
Ventilkenngrößen-Änderungsvorrichtung kann
drei oder mehr mechanische Gruppen und Leistungsquellen aufweisen,
beispielsweise erste bis dritte mechanische Gruppen und erste bis
dritte Leistungsquellen, oder erste bis vierte mechanische Gruppen
und erste bis vierte Leistungsquellen.
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Die
erste mechanische Gruppe kann ein Variierungsmechanismus sein. Die
zweite mechanische Gruppe kann ein Variierungsmechanismus sein.
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Gemäß der Ventilkenngrößen-Änderungsvorrichtung
kann eine solche Konstruktion im Vergleich zu einer Konstruktion,
die eine Vielzahl von Variierungsmechanismen mit einer gemeinsamen
Leistungsquelle antreibt, die Leistung, die von den einzelnen Variierungsmechanismen
benötigt
wird, durch die einzelnen Leistungsquellen ohne Weiteres sicherstellen.
Es ist daher möglich,
eine Verschlechterung des funktionalen Ansprechverhaltens in jedem von
den vielen Variierungsmechanismen angemessen zu unterdrücken.
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Die
Art der ersten Leistungsquelle unterscheidet sich von der Art der
zweiten Leistungsquelle.
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Gemäß einer
solchen Konstruktion werden unterschiedliche Leistungsquellen verwendet,
und daher kann eine geeignete Leistungsquelle entsprechend der Antwort,
die für
die Änderung
einer Ventilkenngröße jedes
einzelnen Ventils erforderlich ist, beispielsweise eine Hydraulikpumpe,
eine pneumatische Pumpe oder eine Speicherbatterie, als Leistungsquelle
für die
einzelnen Variierungsmechanismen ausgewählt werden.
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In
der Ventilkenngrößen-Änderungsvorrichtung
kann das erste Verbrennungsmotor-Ventil ein Einlassventil sein,
das zweite Verbrennungsmotor-Ventil kann ein Auslassventil sein
und der erste Variierungsmechanismus kann ein einlassseitiger Variierungsmechanismus
sein, der eine Ventilkenngröße des Einlassventils ändert, und
der zweite Variierungsmechanismus kann, ein auslassseitiger Variierungsmechanismus
sein, der eine Ventilkenngröße des Auslassventils ändert.
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Gemäß einer
solchen Konstruktion verwenden der einlassseitige Variierungsmechanismus
und der auslassseitige Variierungsmechanismus jeweils eine entsprechende
Leistungsquellengruppe. Daher kann die Antriebskraft, die von den
einzelnen Variierungsmechanismen benötigt wird, in angemessener Höhe von den
jeweiligen Leistungsquellengruppen erzeugt werden. Somit kann eine
Ansprechverzögerung,
die im Zusammenhang mit Variationen der Ventilkenngrößen, die
durch die Variierungsmechanismen geändert werden, erzeugt wird,
weitestgehend unterdrückt
werden. Es ist auch möglich,
eine aktuelle Ventilkenngröße schnell
einer Soll-Kenngröße anzunähern. Genauer
sind, wenn jede der mechanischen Gruppen einen eigenen Variierungsmechanismus
darstellt, die Einlass- und Auslasskenngrößen verbessert, da jeweils
geeignete Leistungsquellengruppen entsprechend dem Ansprechverhalten,
das vom Einlassventil und vom Auslassventil benötigt wird, ausgewählt werden.
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In
der Ventilkenngrößen-Änderungsvorrichtung
für einen
Verbrennungsmotor kann die erste Leistungsquelle eine Leistung erzeugen,
die nicht von der Verbrennungsmotordrehzahl abhängt. Eine maximale Leistung
der ersten Leistungsquelle muss nicht von einer Verbrennungsmotordrehzahl
abhängen.
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Der
Verbrennungszustand des Verbrennungsmotors tendiert in einer Region
einer niedrigen Verbrennungsmotordrehzahl, beispielsweise beim Starten
des Verbrennungsmotors, im Gegensatz zu einer Region einer hohen
Verbrennungsmotordrehzahl, zur Instabilität. Somit sind die Variation
einer Ansaugluftmenge und einer Zufuhrzeit durch die Ventilkenngröße des Einlassventils,
ebenso wie der Zufuhrmodus der angesaugten Luft wichtige Faktoren
für die
Stabilisierung eines solch instabilen Verbrennungszustands. Somit
kann in einer Konstruktion mit einer ersten Leistungsquelle für einen
einlassseitigen, die Ventilkenngröße des Einlassventils ändernden
Variierungsmechanismus, die eine Leistung erzeugt, die abhängig von
der Verbrennungsmotordrehzahl variiert wird, in einer Region einer
niedrigen Verbrennungsmotordrehzahl eine ungenügende Leistungserzeugung der
Leistungsquelle bewirkt werden. Infolgedessen kann die Leistung,
die benötigt
wird, um die gewünschte
Antriebskraft zu erzeugen, von der Leistungsquellengruppe nicht
erzeugt werden, und der Verbrennungszustand des Ver brennungsmotors
kann aufgrund von Beschränkungen
einer Ansprechgeschwindigkeit bei Variierung der Ventilkenngröße instabil
werden.
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In
Fällen,
wo die Leistungsquelle, die Leistung erzeugt, die nicht von der
Verbrennungsmotordrehzahl abhängt,
als die erste Leistungsquelle für den
genannten einlassseitigen Variierungsmechanismus verwenden wird,
kann die Ansprechgeschwindigkeit, die nötig ist, um die Ventilkenngröße zu ändern, auch
in einer Region einer niedrigen Verbrennungsmotordrehzahl zu ändern, sichergestellt
werden, was zu einem stabilen Verbrennungszustand führt.
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Man
beachte, dass, wenn eine Leistungsquelle, die nicht von der Verbrennungsmotordrehzahl abhängig ist,
als erste Leistungsquellengruppe für den genannten einlassseitigen
Variierungsmechanismus verwendet wird, vorzugsweise ein einlassseitiger
Variierungsmechanismus mit einem Elektromotor, der die Ventilkenngröße ändert, sowie
eine Speicherbatterie, die elektrische Leistung zum Elektromotor
liefert, als erste Leistungsquellengruppe für den einlassseitigen Variierungsmechanismus
verwendet werden.
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Entsprechend
einer solchen Konstruktion wird Energie vorab in der Speicherbatterie
gespeichert, wodurch gewährleistet
ist, dass die maximale erzeugte Leistung unabhängig von der Verbrennungsmotordrehzahl
sichergestellt wird.
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Ferner
kann in der Ventilkenngrößen-Änderungsvorrichtung
die zweite Leistungsquelle für
den auslassseitigen Variierungsmechanismus eine Hydraulikpumpe sein,
die mit einer Verbrennungsmotor-Ausgangsleistung angetrieben wird.
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Die
Ventilkenngröße des Auslassventils
ist ein Faktor, der einen erheblichen Einfluss auf den Abgaswirkungsgrad
des Verbrennungsmotors hat. Die Verbesserung dieses Abgaswirkungsgrads
ist besonders für
die Region einer hohen Motordrehzahl bevorzugt, da die Gesamtmenge
des Abgases größer ist.
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Angesichts
dessen wird gemäß dieser
Konstruktion der auslassseitige Variierungsmechanismus von einer
Hydraulikpumpe angetrieben, die als Leistungsquelle dient, die wiederum
mit der Ausgangsleistung vom Verbrennungsmotor angetrieben wird.
Somit wird eine ausreichende Ausgangsleistung der Hydraulikpumpe
in einer Region einer hohen Motordrehzahl sichergestellt, d.h. wenn
sich die Verbrennungsmotor-Ausgangswelle mit hoher Geschwindigkeit
dreht. Infolgedessen wird ein ausgezeichnetes Ansprechverhalten
sichergestellt, wenn die Ventilkenngröße des Auslassventils in einer
Region einer hohen Motordrehzahl geändert wird, wo die Verbesserung
des Abgaswirkungsgrads gewünscht ist.
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Die
Verwendung einer Pumpe für
Schmieröl, die
Schmieröl
unter Druck zum Verbrennungsmotor-Schmiersystem liefert, als Hydraulikpumpe,
die mit der Ausgangsleistung vom Verbrennungsmotor angetrieben wird,
ist bevorzugt, um eine Multifunktionalität von Komponenten der Verbrennungsmotorkonstruktion
und damit eine Verkleinerung der Verbrennungsmotorkonstruktion zu
ermöglichen.
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Es
sei darauf hingewiesen, dass „Ventilkenngröße" sich auf Einlassventil-
und Auslassventil-Kenngrößen beziehen
kann, wie eine Öffnungssteuerzeit,
eine Schließungssteuerzeit,
einen Hubbetrag und dergleichen oder eine Kombination davon. Ein
Beispiel für
die Änderung
einer Kombination von diesen als Ventilkenngröße ist die gleichzeitige Änderung
sowohl der Öffnungssteuerzeit
als auch der Schließungssteuerzeit
jedes Ventils.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
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Die
genannten und weitere Ziele, Merkmale und Vorteile der Erfindung
werden aus der folgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen mit
Bezug auf die begleitende Zeichnung deutlich, wobei gleiche Bezugszahlen
verwendet werden, um gleiche Elemente zu bezeichnen, und worin:
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1 ein
Blockschema ist, das einen schematischen Aufbau einer Ausführungsform
einer Ventilkenngrößen-Änderungsvorrichtung
für einen
Verbrennungsmotor gemäß der Erfindung
zeigt;
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2 eine
schräge
perspektivische Zeichnung ist, die eine schräge Sicht auf einen Aufbau eines
einlassseitigen variablen Ventilzeitsteuerungsmechanismus in dieser
Ausführungsform
zeigt;
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3 eine
Querschnittszeichnung ist, die eine Querschnittskonstruktion des
einlassseitigen variablen Ventilzeitsteuerungsmechanismus zeigt;
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4 ein
Blockschema ist, das schematisch die Konstruktion eines auslassseitigen
variablen Ventilzeitsteuerungsmechanismus und eines zugehörigen Hydraulikkreises
in dieser Ausführungsform zeigt;
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5 ein
Blockschema ist, das schematisch die Konstruktion einer Ventilkenngrößen-Änderungsvorrichtung
gemäß einer
anderen Ausführungsform zeigt;
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6 ein
Blockschema ist, das schematisch die Konstruktion einer Ventilkenngrößen-Änderungsvorrichtung
gemäß einer
anderen Ausführungsform zeigt;
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7 ein
Blockschema ist, das schematisch die Konstruktion einer Ventilkenngrößen-Änderungsvorrichtung
gemäß einer
anderen Ausführungsform zeigt;
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8 ein
Blockschema ist, das schematisch die Konstruktion einer Ventilkenngrößen-Änderungsvorrichtung
gemäß einer
anderen Ausführungsform zeigt;
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9 ein
Blockschema ist, das schematisch die Konstruktion einer Ventilkenngrößen-Änderungsvorrichtung
gemäß einer
anderen Ausführungsform zeigt;
und
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10 ein
Blockschema ist, das schematisch die Konstruktion einer Ventilkenngrößen-Änderungsvorrichtung
gemäß einer
anderen Ausführungsform
zeigt.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN
AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Im
Folgenden wird eine Beschreibung einer Ausführungsform gegeben, die eine
Ventilkenngrößen-Änderungsvorrichtung
für einen
Verbrennungsmotor gemäß der Erfindung
spezifiziert.
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1 zeigt
schematisch die Konstruktion eines Verbrennungsmotorsystems, auf
das diese Ausführungsform
angewendet wird.
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Wie
in 1 dargestellt, ist eine Kurbelscheibe 12 integral
und drehbar an einem Ende einer Kurbelwelle 11 befestigt,
die als Ausgangswelle eines Verbrennungsmotors 10 dient.
Die Kurbelscheibe 12 ist antriebsmäßig über einen Steuerriemen 17 mit
einer einlassseitigen Nockenscheibe 14, die an einem Ende
einer einlassseitigen Nockenwelle 13 angeordnet ist, und
einer auslassseitigen Nockenscheibe 16, die an einem Ende
einer auslassseitigen Nockenwelle 15 angeordnet ist, verbunden.
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Die
einlassseitige Nockenscheibe 14 ist über einen einlassseitigen variablen
Ventilzeitsteuerungsmechanismus 30 mit der einlassseitigen
Nockenwelle 13 verbunden. Ferner ist die auslassseitige
Nockenscheibe 16 über
einen auslassseitigen variablen Ventilzeitsteuerungsmechanismus 40 mit
der auslassseitigen Nockenwelle 15 verbunden. In dieser Ausführungsform
dient der einlassseitige variable Ventilzeitsteuerungs mechanismus 30 als
einlassseitiger Variierungsmechanismus und der auslassseitige Ventilzeitsteuerungsmechanismus 40 dient
als auslassseitiger Variierungsmechanismus. Außerdem werden sowohl eine Öffnungssteuerzeit
als auch eine Schließungssteuerzeit
eines Einlassventils durch den einlassseitigen variablen Ventilzeitsteuerungsmechanismus 30 gleichzeitig
mit der Variierung einer Öffnungssteuerzeit
und einer Schließungssteuerzeit eines
Auslassventils durch den auslassseitigen variablen Ventilzeitsteuerungsmechanismus 40 variiert. Es
sei darauf hingewiesen, dass die speziellen Konstruktionen des einlassseitigen
variablen Ventilzeitsteuerungsmechanismus 30 und des auslassseitigen variablen
Ventilzeitsteuerungsmechanismus 40 später beschrieben werden.
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Dabei
ist die Kurbelwelle 11 auch antriebsmäßig über den Steuerriemen 17 mit
einer Hydraulikpumpe 20 und einem Alternator 21 verbunden.
Der hydraulische Druck, der von der Hydraulikpumpe 20 erzeugt
wird, wird einem Verbrennungsmotor-Schmiersystem und jedem Schmierabschnitt
des Verbrennungsmotors 10 zugeführt. Ferner wird elektrische
Leistung, die vom Alternator 21 erzeugt wird, in einer
Speicherbatterie 22 gespeichert und verschiedenen elektrischen
Bauteilen des Verbrennungsmotors 10 zugeführt.
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Das
oben genannte Verbrennungsmotorsystem weist verschiedene Sensoren
auf, um Informationen, die für
die Steuerung des Verbrennungsmotors notwendig sind, zu erfassen.
Diese vorgesehenen Sensoren schließen beispielsweise einen Kurbelsensor
zur Erfassung einer Drehphase der Kurbelwelle 11, einen
Positionssensor zur Erfassung einer Ventilsteuerzeit des Einlassventils
(im Folgenden als Einlassventil-Steuerzeit bezeichnet) und einen
Positionssensor für
die Erfassung einer Ventilsteuerzeit des Auslassventils (im Folgenden
als Auslassventil-Steuerzeit bezeichnet) ein.
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Ferner
weist das genannten Verbrennungsmotorsystem eine elektronische Steuereinheit 23 auf, die
einen Mikrorechner oder dergleichen einschließt. Die elektronische Steuereinheit 23 empfängt Erfassungssignale
von den verschiedenen Sensoren und führt verschiedene Berechnungen
durch. Auf der Basis der Rechenergebnisse führt die elektronische Steuereinheit 23 verschiedene
Steuerungen durch, die die Steuerung des Verbrennungsmotors betreffen.
Es sei darauf hingewiesen, dass die elektronische Steuereinheit 23 eine
Betriebssteuerung des einlassseitigen variablen Ventilzeitsteuerungsmechanismus 30 und
eine Betriebssteuerung des auslassseitigen variablen Ventilzeitsteuerungsmechanismus 40 als
Aspekte einer solchen Verbrennungsmotorsteuerung durchführt.
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In
dieser Ausführungsform
sind der einlassseitige variable Ventilzeitsteuerungsmechanismus 30 und
der auslassseitige variable Ventilzeitsteuerungsmechanismus 40 so
ausgelegt, dass sie voneinander unabhängige und separate Leistungsquellen
verwenden, was den nachstehend angegebenen Grund hat.
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Im
Vergleich zu einer Region einer hohen Motordrehzahl tendiert der
Verbrennungszustand des Verbrennungsmotors 10 in einer
Region einer niedrigen Motordrehzahl, beispielsweise beim Starten
des Motors, zur Instabilität.
Somit sind die Variierung einer Ansaugluftmenge und einer Zufuhrzeit durch
die Einlassventil-Zeitsteuerung, ebenso wie der Zufuhrmodus einer
angesaugten Luft wichtige Faktoren bei der Stabilisierung eines
solch instabilen Verbrennungszustands. Somit kann die Verwendung einer
Art eines variablen Ventilzeitsteuerungsmechanismus, der von einer
Leistungsquelle in Abhängigkeit
von der Drehzahl des Verbrennungsmotors angetrieben wird, als variabler
Ventilzeitsteuerungsmechanismus 30 zu einer ungenügenden Höchstleistungserzeugung
der Leistungsquelle in einer Region einer niedrigen Motordrehzahl
führen.
Infolgedessen kann die gewünschte
Antriebskraft nicht erzeugt werden, und der Verbrennungszustand
des Verbrennungsmotors 10 kann aufgrund der Beschränkungen einer
Ansprechgeschwindigkeit bei Variieren der Steuerzeit des Einlassventils
instabil werden.
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Angesichts
der genannten Umstände
verwendet diese Ausführungsform
einen Antriebsstrang, der von einer Leistungsquelle angetrieben
wird, deren maximal erzeugte Leistung nicht von der Drehzahl des
Verbrennungsmotors abhängt,
als den Antriebsstrang zum Antreiben des einlassseitigen variablen
Ventilzeitsteuerungsmechanismus 30. Genauer verwendet diese
Ausführungsform
einen elektrischen Antriebsstrang, der von einem Elektromotor 35 mit
einer Speicherbatterie 22 als Leistungsquelle angetrieben
wird. Somit kann auch die Ansprechgeschwindigkeit, die nötig ist,
um die Einlassventil-Steuerzeit in einer Region einer niedrigen
Motordrehzahl zu ändern,
sichergestellt werden, was zu einem stabilen Verbrennungszustand
im Verbrennungsmotor führt.
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Dabei
ist die Auslassventil-Steuerzeit ein Faktor, der einen erheblichen
Einfluss auf den Abgaswirkungsgrad des Verbrennungsmotors 10 hat. Die
Verbesserung dieses Abgaswirkungsgrads ist besonders für eine Region
einer hohen Motordrehzahl wünschenswert,
da die Gesamtmenge des Abgases größer ist.
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Diese
Tatsache wird in dieser Ausführungsform
berücksichtigt,
in der ein Hydraulikdruck-Antriebsstrang, in der die Hydraulische
Pumpe 20 als Leistungsquelle dient, als Antriebsstrang
zum Antreiben des auslassseitigen variablen Ventilzeitsteuerungsmechanismus 40 verwendet
wird. Somit ist eine ausreichende Ausgangsleistung der Hydraulikpumpe 20 in
einer Region einer hohen Motordrehzahl sichergestellt, d.h. wenn
die Kurbelwelle 11 sich mit hoher Geschwindigkeit dreht.
Infolgedessen ist ein ausgezeichnetes Ansprechverhalten sichergestellt,
wenn die Auslassventil-Steuerzeit in einer Region einer hohen Motordrehzahl
geändert
wird, wo die Verbesserung des Abgaswirkungsgrads gewünscht wird.
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Im
Folgenden werden die speziellen Konstruktionen des einlassseitigen
variablen Ventilzeitsteuerungsmechanismus 30 und des auslassseitigen variablen
Ventilzeitsteuerungsmechanismus 40 beschrieben.
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Zunächst wird
die spezielle Konstruktion des einlassseitigen variablen Ventilzeitsteuerungsmechanismus 30 beschrieben.
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2 zeigt
eine schräge
Sicht auf die Konstruktion des einlassseitigen variablen Ventilzeitsteuerungsmechanismus 30.
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Wie
in 3 dargestellt, ist die einlassseitige Nockenscheibe 14 über ein
Lager 31 drehbar in Bezug auf die einlassseitige Nockenwelle 13 vorgesehen.
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Der
einlassseitige variable Ventilzeitsteuerungsmechanismus 30 weist
ein festes Zahnrad 32 auf, das an der einlassseitigen Nockenwelle 13 festgelegt
ist, ein festes Zahnrad 33, das mit der einlassseitigen
Nockenscheibe 14 ausgebildet ist, und einen Kolbentrieb 34,
der zwischen den festen Zahnrädern 32, 33 vorgesehen
ist.
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Die
festen Zahnräder 32, 33 sind
beide in Zylinderform ausgebildet. Die festen Zahnräder 32, 33 sind
jeweils so angeordnet, dass das feste Zahnrad 33 die Außenseite
des festen Zahnrads 32 mit einem vorgegebenen Abstand umgibt.
Am Außenumfang des
festen Zahnrads 32 und am Innenumfang des festen Zahnrads 33 sind
jeweils spiralartig angeordnet Zähne
ausgebildet. Die Richtung der spiralartig angeordneten Zähne, die
am Außenumfang
des festen Zahnrads 32 ausgebildet sind, ist der Richtung der
spiralartig angeordneten Zähne,
die am Innenumfang des festen Zahnrads 33 ausgebildet sind, entgegengesetzt.
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Der
Kolbentrieb 34 ist zwischen den festen Zahnrädern 32, 33 beweglich
in axialer Richtung der einlassseitigen Nockenwelle 13 angeordnet.
Am Innenumfang und ein Außenumfang
des Kolbentriebs 34 sind jeweils spiralförmig angeordnete
Zähne ausgebildet,
die jeweils in die spiralförmig
angeordneten Zähne
des Außenumfangs
des festen Zahnrads 32 und in die spiralförmig angeordneten
Zähen des
Innenumfangs des festen Zahnrads 33 eingreifen.
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Somit
führt die
Bewegung des Kolbentriebs 34 zu einer relativen Drehung
beider festen Zahnräder 32, 33 in
entgegengesetzte Richtungen entlang der Zahnreihen der spiralartig
angeordneten Zähne des
Kolbentriebs 34. Dadurch sind Änderungen der relativen Drehphase
der einlassseitigen Nockenwelle 13 in Bezug auf die einlassseitige
Nockenscheibe 14 möglich.
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Es
sei darauf hingewiesen, dass ein Elektromotor 35 zum Bewegen
des Kolbentriebs 34 im einlassseitigen variablen Ventilzeitsteuerungsmechanismus 30 vorgesehen
ist. Der Elektromotor 35 ist mit dem Kolbentrieb 34 über ein
Zahnrad, ein Lager oder dergleichen verbunden. Eine Positionssteuerung
des Kolbentriebs 34 wird durch die Betriebssteuerung des
Elektromotors 35 durchgeführt, wodurch die relative Drehphase
der einlassseitigen Nockenwelle 13 und darüber hinaus
die Einlassventil-Steuerzeit geändert
werden.
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Die
oben genannte Ventilzeitsteuerung wird genauer wie folgt durchgeführt.
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Auf
der Basis der Erfassungssignale von verschiedenen Sensoren berechnet
die elektronische Steuereinheit 23 eine Ventilsteuerzeit
(Soll-Ventilsteuerzeit) des Einlassventils, die sich für die aktuelle Betriebsbedingung
des Verbrennungsmotors eignet. In Fällen, wo die Soll-Ventilsteuerzeit
sich von der tatsächlichen
Einlassventil-Steuerzeit unterscheidet, führt die elektronische Steuereinheit 23 eine
Betriebssteuerung des Elektromotors 35 aus, um den Kolbentrieb 34 in
eine Richtung zu bewegen, die den Unterschied verkleinert. Somit
dreht sich das feste Zahnrad 32 relativ zum festen Zahnrad 33,
was zu einer Anpassung der Einlassventil-Steuerzeit führt.
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Nach
der oben beschriebenen Anpassung führt die elektronische Steuereinheit 23 eine
Betriebssteuerung des Elektromotors 35 durch, um die Bewegung
des Kolbentriebs 34 anzuhalten, sobald die Soll-Ventilsteuerzeit
und die tatsächliche
Ventilsteuerzeit zusammenfallen. Somit wird die relative Drehphase
des festen Zahnrads 32 und damit auch die Einlassventil-Steuerzeit
beibehalten.
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Nun
wird der Aufbau des auslassseitigen variablen Ventilzeitsteuerungsmechanismus 40 (1) ausführlich beschrieben.
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Der
auslassseitige variable Ventilzeitsteuerungsmechanismus 40 ändert eine
Beziehung zwischen der Drehphase der auslassseitigen Nockenwelle 15 und
der Drehphase der auslassseitigen Nockenscheibe 16 (genauer
der Kurbelwelle 11). Dadurch wird eine Drehphase eines
Nockens, der auf der auslassseitigen Nockenwelle 15 vorgesehen
ist, geändert,
und damit auch die Auslassventil-Steuerzeit des Auslassventils,
das durch den Nocken angetrieben wird.
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4 zeigt
schematisch die Konstruktion des auslassseitigen variablen Ventilzeitsteuerungsmechanismus 40 und
einen zugehörigen
Hydraulikkreis.
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Wie
in 4 dargestellt, schließt der auslassseitige variable
Ventilzeitsteuerungsmechanismus 40 ein im Wesentlichen
torisches Gehäuse 41 und
einen Flügelkörper 42,
der darin untergebracht ist, ein. Der Flügelkörper 42 ist fest und
drehbar mit der auslassseitigen Nockenwelle 15 verbunden,
und das Gehäuse 41 ist
fest und drehbar mit der auslassseitigen Nockenscheibe 16 verbunden.
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Eine
Vielzahl von Flügeln 43 sind
am Außenrand
des Flügelkörpers 42 ausgebildet
und verlaufen in radialer Richtung von diesem weg. Außerdem ist eine
Vielzahl von Nuten 44 an einem Innenumfang des Gehäuses 41 ausgebildet
und verlaufen in dessen Umfangsrichtung. Die Flügel 43 sind jeweils
in den Nuten 44 angeordnet. Eine beschleunigungsseitige
Druckkammer 45 und eine verzögerungsseitige Druckkammer 46 sind
jeweils in den einzelnen Nuten 44 angeordnet, wie von den
Flügeln 43 definiert.
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Die
beschleunigungsseitige Druckkammer 45 und die verzögerungsseitige
Druckkammer 46 sind über
entsprechende und geeignete Ölleitungen mit
einem hydraulischen Steuerventil 24 verbunden. Hydraulikdruck,
der von der Hydraulikpumpe 20 erzeugt wird, wird dem hydraulischen
Steuerventil 24 zugeführt.
Auf der Basis eines Signals, das von der elektronischen Steuereinheit 23 eingegeben
wird, arbeitet das hydraulische Steuerventil 24, um Hydraulikdruck
in die beschleunigungsseitige Druckkammer 45 oder die verzögerungsseitige
Druckkammer 46 zu liefern und Hydrauliköl aus dem Inneren der beschleunigungsseitigen
Druckkammer 45 oder der verzögerungsseitigen Druckkammer 46 auszutragen. Somit
wird die relative Drehphase des Flügels 43 in der Nut 44 abhängig von
dem Unterschied des Hydraulikdrucks in der beschleunigungsseitigen
Druckkammer 45 und der verzögerungsseitigen Druckkammer 46,
die zu beiden Seiten des Flügels 43 ausgebildet
sind, auf eine gewünschte
Phase gebracht. Der Flügelkörper 42 dreht
sich infolgedessen relativ zum Gehäuse 41, wodurch die
relative Drehphase der auslassseitigen Nockenwelle 15 in
Bezug auf die auslassseitige Nockenscheibe 16 und damit
auch die Auslassventil-Steuerzeit geändert wird.
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Die
oben genannte Ventilzeitsteuerung wird genauer wie folgt durchgeführt.
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Auf
der Basis der Erfassungssignale der verschiedenen Sensoren berechnet
die elektronische Steuereinheit 23 eine Ventilsteuerzeit
(Soll-Ventilsteuerzeit) des Auslassventils, die sich für die aktuelle
Betriebsbedingung des Verbrennungsmotors eignet.
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In
Fällen,
wo die Soll-Ventilsteuerzeit sich von der tatsächlichen Ventilsteuerzeit unterscheidet, führt die
elektronische Steuereinheit 23 eine Betriebssteuerung des
hydraulischen Steuerventils 24 aus, um Hydrauliköl entweder
aus der beschleunigungsseitigen Druckkammer 45 oder der
verzögerungsseitigen
Druckkammer 46 auszutragen und Hydraulikdruck, der von
der Hydraulikpumpe 20 erzeugt wird, zur anderen Kammer
zu liefern. Somit dreht sich der Flügel 42 relativ zum
Gehäuse 41 gemäß dem erzeugten
Druckunterschied zwischen der beschleunigungsseitigen Druckkammer 45 und
der verzögerungsseitigen
Druckkammer 46, was zu einer Anpassung der Auslassventil-Steuerzeit führt.
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Nach
der oben beschriebenen Anpassung führt die elektronische Steuereinheit 23 eine
Betriebssteuerung des hydraulischen Steuerventils 24 durch,
um die Zufuhr oder Abfuhr von Hydrauliköl zur bzw. von der beschleunigungsseitigen
Druckkammer 45 und zur bzw. von der verzögerungsseitigen
Druckkammer 46 anzuhalten, sobald die Soll-Ventilsteuerzeit
und die tatsächliche
Ventilsteuerzeit zusammenfallen. Somit wird der Druck der beschleunigungsseitigen
Druckkammer 45 und der verzögerungsseitigen Druckkammer 46 gleich
gehalten, wodurch die relative Drehphase des Flügelkörpers 42 und damit
auch die Auslassventil-Steuerzeit beibehalten werden.
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Gemäß der oben
beschriebenen Ausführungsform
können
die folgenden Wirkungen erhalten werden.
- (1)
Der einlassseitige variable Ventilzeitsteuerungsmechanismus 30 und
der auslassseitige variable Ventilzeitsteuerungsmechanismus 40 sind mechanisch
so ausgelegt, dass sie voneinander unabhängige und separate Leistungsquellen
verwenden. Daher kann die Antriebskraft, die von den Mechanismen 30, 40 benötigt wird,
in ausreichender Menge von der jeweiligen Leistungsquelle erzeugt
werden, im Gegensatz zu Konstruktionen, die den einlassseitigen
variablen Ventilzeitsteuerungsmechanismus 30 und den auslassseitigen
variablen Ventilzeitsteuerungsmechanismus 40 mit einer
gemeinsamen Leistungsquelle antreiben. Somit kann eine Verschlechterung
des funktionalen Ansprechverhaltens der Mechanismen 30, 40 weitestgehend
unterdrückt
werden. Dadurch können
auch eine Antwortverzögerung
im Hinblick auf Variationen der Einlassventil-Steuerzeit und der
Auslassventil-Steuerzeit, die durch die Mechanismen 30, 40 geändert werden,
vermieden werden. Es ist auch möglich,
eine tatsächliche
Ventilsteuerzeit schnell einer Soll-Steuerzeit anzunähern.
- (2) Ferner können
die Einlass- und Auslasskenngrößen verbessert
werden, da unterschiedliche Leistungsquellen als geeignete Leistungsquellen ausgewählt werden,
die jeweils dem Ansprechverhalten entsprechen, das vom Einlassventil
und vom Auslassventil verlangt wird.
- (3) Die Speicherbatterie 22 wird als Leistungsquelle
für den
einlassseitigen variablen Ventilzeitsteuerungsmechanismus 30 verwendet.
Die Vorabspeicherung einer Energie, die vom Alternator 21 erzeugt
wird, gewährleistet
somit, dass die maximal erzeugte Leistung unabhängig von der Drehzahl des Verbrennungsmotors
sichergestellt wird, und gewährleistet
auch, dass die Ansprechgeschwindigkeit, die für die Änderung der Einlassventil-Steuerzeit
in einer Region einer niedrigen Motordrehzahl erforderlich ist,
sichergestellt ist. Damit ist es außerdem möglich, den Verbrennungszustand
des Verbrennungsmotors zu stabilisieren.
- (4) Die Hydraulische Pumpe 20 wird als Leistungsquelle
für den
auslassseitigen variablen Ventilzeitsteuerungsmechanismus 40 verwendet, wodurch
gewährleistet
ist, dass ein ausgezeichnetes Ansprechverhalten für die Änderung
der Auslassventil-Steuerzeit in einer Region einer hohen Motordrehzahl
sichergestellt ist, wo eine Verbesserung des Abgaswirkungsgrades
gewünscht ist.
- (5) Da eine Pumpe für
Schmieröl
als Hydraulikpumpe 20 verwendet wird, die Schmieröl unter Druck
zum Schmiersystem des Verbrennungsmotors 10 liefert, ist
auch eine Multifunktionalität
von Komponenten des Verbrennungsmotoraufbaus und damit auch eine
Verkleinerung des Verbrennungsmotoraufbaus möglich.
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Der
Aufbau der oben ausführlich
beschriebenen Ausführungsform
kann auch wie folgt modifiziert werden.
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Im
einlassseitigen variablen Ventilzeitsteuerungsmechanismus 30 der
oben genannten Ausführungsform
wird der Kolbentrieb 34 relativ zu den festen Zahnräder 32, 33 über die
Betriebssteuerung des Elektromotors 35 bewegt, wodurch
die relative Drehphase der einlassseitigen Nockenwelle 13 in
Bezug auf die einlassseitige Nockenscheibe 14 geändert wird.
Wenn die relative Drehphase modifiziert werden kann, beispielsweise
wenn die einlassseitige Nockenwelle 13 direkt von einem
Elektromotor oder dergleichen gedreht wird, kann der Aufbau des
einlassseitigen variablen Ventilzeitsteuerungsmechanismus auf geeignete
Weise modifiziert werden.
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Wenn
der einlassseitige variable Ventilzeitsteuerungsmechanismus 30 ein
Mechanismus ist, der die Speicherbatterie 22 als Leistungsquelle
nutzt, ist der Mechanismus außerdem
nicht auf die Betätigung
durch einen Elektromotor beschränkt.
Beispielsweise kann auch ein Mechanismus, der von einem anderen
elektrischen Stellglied, wie einer elektrischen Hydraulikpumpe,
einer elektromagnetischen Kupplung, einer elektromagnetischen Bremse
oder dergleichen, betätigt
wird, verwendet werden.
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In
der genannten Ausführungsform
wird ein Mechanismus, der die Hydraulikpumpe 20 nutzt,
die Schmieröl
unter Druck zum Schmiersystem des Verbrennungsmotors 10 liefert,
als der auslassseitige variable Ventilzeitsteuerungsmechanismus 40 verwendet.
Solange eine Hydraulikpumpe eines Typs, der vom Verbrennungsmotor
angetrieben wird, verwendet wird, kann jedoch auch eine Hydraulikpumpe,
die Hydraulikdruck für
die Betätigung
anderer Hydraulikeinheiten, eine Hydraulikpumpe, die ausschließlich für den genannten
Zweck vorgesehen ist, oder dergleichen anstelle der Hydraulikpumpe 20 verwendet
werden. Eine Hydraulikpumpe, die Hydraulikdruck für die Betätigung und
Schmierung eines Getriebes erzeugt, kann auch in einer Vorrichtung
verwendet werden, die in einem Fahrzeug mit Getriebe installiert
ist. Ferner ist die Art der Pumpe nicht auf eine Hydraulikpumpe
beschränkt,
und es kann auch eine Fluiddruckpumpe, die eine anderes Fluid als Öl, wie beispielsweise
Luft, Wasser oder dergleichen, abgibt, verwendet werden.
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Wenn
das funktionale Ansprechverhalten der Mechanismen 30, 40 sichergestellt
werden kann, kann es sich bei dem einlassseitigen variablen Ventilzeitsteuerungsmechanismus 30 auch
um einen Mechanismus handeln, der eine Fluiddruckpumpe eines Typs,
der vom Verbrennungsmotor angetrieben wird, als Leistungsquelle
nutzt. Ferner kann der auslassseitige variable Ventilzeitsteuerungsmechanismus 40 ein
Mechanismus sein, der die Speicherbatterie 22 als Leistungsquelle
verwendet. Die Verwendung unterschiedlicher Leistungsquellen, wie
einer Hydraulikpumpe, einer pneumatischen Pumpe, der Speicherbatterie 22 oder
dergleichen, als Leistungsquellen der Mechanismen 30, 40 ermöglicht die
Auswahl einer geeigneten Leistungsquelle entsprechend dem Ansprechverhalten,
das für
die Änderung
der Ventilsteuerzeit des Einlassventils und des Auslassventils erforderlich
ist. Somit können
Einlass- und Auslasskenngrößen verbessert
werden.
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Die
Mechanismen 30, 40 können auch Mechanismen sein,
die sowohl Speicherbatterien 22 oder Fluiddruckpumpen als
Leistungsquelle verwenden. Wenn zwei Leistungsquellen in einer Konstruktion
vorgesehen sind, kann beispielsweise eine Leistungsquelle entsprechend
dem einlassseitigen variablen Ventilzeitsteuerungsmecha nismus 30 vorgesehen
sein, und die andere Leistungsquelle kann entsprechend dem auslassseitigen
variablen Ventilzeitsteuerungsmechanismus 40 vorgesehen
sein. Die in (1) beschriebene Wirkung kann mit dieser Konstruktion
ebenfalls erhalten werden.
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Die
Erfindung kann auch auf eine Vorrichtung mit einer Vielzahl von
einlassseitigen variablen Ventilzeitsteuerungsmechanismen und auslassseitigen
variablen Ventilzeitsteuerungsmechanismen angewendet werden. Wie
in 5 dargestellt, können in einer solchen Konstruktion
jeweils unabhängige und
separate Leistungsquellen vorgesehen werden. Eine Leistungsquelle
entspricht einer Vielzahl von einlassseitigen variablen Ventilzeitsteuerungsmechanismen.
Eine andere Leistungsquelle entspricht einer Vielzahl von auslassseitigen
variablen Ventilzeitsteuerungsmechanismen. Außerdem können, wie in 6 dargestellt,
unabhängige
und separate Leistungsquellen auch jeweils entsprechend jedem einzelnen
variablen Ventilzeitsteuerungsmechanismus vorgesehen werden.
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Ferner
ist die Erfindung nicht auf eine Konstruktion mit sowohl einem einlassseitigen
variablen Ventilzeitsteuerungsmechanismus als auch einem auslassseitigen
variablen Ventilzeitsteuerungsmechanismus beschränkt. Die Erfindung ist auf
jede Konstruktion anwendbar, solange diese eine Vielzahl von variablen
Ventilzeitsteuerungsmechanismen aufweist. Beispielsweise kann, wie
in 7 und 8 dargestellt, eine Vielzahl
von variablen Ventilzeitsteuerungsmechanismen in eine Vielzahl von
mechanischen Gruppen unterteilt sein. Eine oder mehrere unabhängige und
separate Leistungsquellen sind für jede
mechanische Gruppe in der Konstruktion vorgesehen. Man beachte,
dass es in einem solchen Fall, wie in 9 dargestellt,
möglich
ist, die Vielzahl von variablen Ventilzeitsteuerungsmechanismen
in eine Konfiguration mit einzelnen variablen Ventilzeitsteuerungsmechanismen
und eine mechanische Gruppe, die aus einer Vielzahl von variablen
Ventilzeitsteuerungsmechanismen gebildet ist, zu unterteilen. Im Vergleich
zu einer Konstruktion, die eine Vielzahl von variablen Ventilzeitsteuerungsmechanismen
mit einer gemeinsamen Leistungsquelle antreibt, kann eine solche
Konstruktion die Leistung, die von den einzelnen variablen Ventilzeitsteuerungsmechanismen
gefordert wird, durch separat vorgesehene unabhängige Leistungsquellen leicht
sicherstellen. Es ist somit möglich,
eine Verschlechterung des funktionalen Ansprechverhaltens jeder
der vielen variablen Ventilzeitsteuerungsmechanismen auf geeignete Weise
zu verhindern.
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Die
Erfindung ist auch auf einen Reihen-Verbrennungsmotor mit nur einer
Bank anwendbar, ebenso wie auf einen Verbrennungsmotor mit einer Vielzahl
von Bänken,
wie einen V-förmigen
Verbrennungsmotor, einen horizontal gegenüber angeordneten Verbrennungsmotor
oder dergleichen. In einem Verbrennungsmotor mit einer Vielzahl
von Bänken sind
mehr variable Ventilzeitsteuerungsmechanismen vorgesehen, da variable
Ventilzeitsteuerungsmechanismen an jeder Bank vorgesehen werden müssen, wodurch
die Gefahr einer Verschlechterung des funktionalen Ansprechverhaltens,
wie es oben beschrieben wurde, verringert wird. Entsprechend dem
genannten Aufbau ist es in einem solchen Aufbau möglich, jede
Ventilsteuerzeit schnell einer Soll-Ventilsteuerzeit anzunähern. Eine
Konfiguration, in der unabhängige
und separate Leistungsquellen vorgesehen sind und jede der Leistungsquellen
für jede
Bank als Leistungsquelle der variablen Ventilzeitsteuerungsmechanismen
vorgesehen ist, ist ein weiteres Beispiel des genannten Aufbaus.
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Wie
in 10 dargestellt, ist die Erfindung auch auf eine
Vorrichtung anwendbar, in der eine Vielzahl von variablen Ventilzeitsteuerungsmechanismen
entsprechend einem Satz, der aus einer Nockenwelle und einer Nockenscheibe
besteht, vorgesehen sind. In einem solchen Aufbau kann der Steuermodus
so eingestellt werden, dass die Vielzahl von variablen Ventilzeitsteuerungsmechanismen
durch unabhängige
und separate Leistungsquellen, von denen jede den einzelnen variablen
Ventilzeitsteuerungsmechanismen entspricht, angetrieben wird, wenn
die Gefahr besteht, das das funktionale Ansprechverhalten verschlechtert
wird.
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Die
Erfindung ist auf jeden Verbrennungsmotor anwendbar, der mit einer
Vielzahl von Variierungsmechanismen ausgestattet ist, von denen
jeder eine Ventilkenngröße einer
Vielzahl von Verbrennungsmotor-Ventilen ändert. Es sei auch darauf hingewiesen,
dass eine „Ventilkenngröße" genauer eine Einlassventil-
und eine Auslassventil-Kenn größe bezeichnen
kann, wie eine Öffnungssteuerzeit,
eine Schließungssteuerzeit,
einen Hubbetrag und dergleichen, oder eine beliebige Kombination
davon.