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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen variablen Ventilmechanismus,
welcher das Umschalten von ein Ventil antreibenden Nocken durch
Auswahl von Kipphebelarmen ermöglicht.
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In
einem Hubkolben-Verbrennungsmotor wird ein variabler Ventilmechanismus
eines Nockenumschalttyps in einem Ventiltrieb verwendet, um sowohl
eine Verbesserung in der Ausgangsleistung als auch eine Verbesserung
im Kraftstoffverbrauch zu erreichen. Der variable Ventilmechanismus
des Nockenumschalttyps ist eine Vorrichtung, welche Öffnungs/Schließ-Zeiten
eines Ventils (eines Einlaßventils
oder eines Auslaßventils)
oder Ventilhübe
durch Umschalten von Nocken umschaltet. In einem repräsentativen
variablen Ventilmechanismus ist eine Vielzahl von im Nockenprofil
unterschiedlichen Nocken auf einer Nockenwelle vorgesehen. Öffnungs/Schließ-Zeiten
eines Ventils oder Ventilhübe werden
durch Umschalten von Kipphebelarmen für jedes von diesem Nocken angetriebene
Ventil umgeschaltet.
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In
einem Motor kann eine Nockenwelle auf einer schrägen oberen Seite einer Kipphebelwelle angeordnet
sein, um ein Überschneiden
zwischen entsprechenden Abschnitten des Motors zu vermeiden, um
eine Kompaktheit eines Zylinderkopfes zu erhalten. In einem derartigen
Motor wird ein variabler Ventilmechanismus eines Stifttyps verwendet,
um so die Kompaktheit des Zylinderkopfes nicht zu beeinträchtigen.
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Ein
Beispiel eines herkömmlichen
variablen Ventilmechanismus des Zylindertyps ist in der JP-A-2000-345872
beschrieben. In dem variablen Ventilmechanismus lagert einer von
mehreren benachbarten Kipphebelarmen darin einen Stift, welcher
zu dem anderen Kipphebelarm vorstehen/davon zurückgezogen werden kann. Der
andere Kipphebelarm ist mit einer Aussparung ausgebildet, in welcher ein
distales Ende des vorstehenden Stiftes eingeführt wird. Mit dieser Konfiguration
wird eine von dem einen Kipphebelarm übertragene Nockenauslenkung auf
ein Ventil zu einem Zeitpunkt der Zurückziehung des Stiftes übertragen.
Wenn der Stift vorsteht, ist der Stift in die Aussparung des anderen
Kipphebelarmes eingeführt,
so daß beide
Kipphebelarme miteinander verbunden sind. Dadurch wird eine von
dem anderen Kipphebelarm übertragene
Nockenauslenkung auf das Ventil über
den Stift und den einen Kipphebelarm übertragen.
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Die
Konfiguration, bei der zwei nebeneinanderliegende Kipphebelarme
unter Verwendung des Stiftes verbunden werden, ist bezüglich der
Kompaktheit ausgezeichnet, während
es ein Nachteil in den Kosten aufgrund der nachstehenden Gründe gibt.
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In
dem variablen Ventilmechanismus des Stifttyps werden im verbundenen
Zustand zweier Kipphebelarme die Kipphebelarme drehend ausgelenkt,
um das Ventil anzutreiben, während
gleichzeitig eine Scherbelastung auf den Stift ausgeübt wird. Aus
diesem Grunde wirkt eine relativ große Scherbelastung auf den Stift
oder die Kipphebelarme ein. Daher ist in dem variablen Ventilmechanismus
des Stifttyps eine Einrichtung zur Sicherstellung eines stabilen
Nockenumschaltbetriebes, wie z.B. eine merkliche Verbesserung in
der mechanischen Festigkeit des Stiftes oder der Kipphebelarme erforderlich.
Daher bewirkt der variable Ventilmechanismus des Stifttyps leicht
eine Kostenzunahme.
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Eine
Aufgabe der Erfindung besteht in der Bereitstellung eines variablen
Ventilmechanismus, welcher einen kompakten Aufbau eines Zylinderkopfes
für einen
Motor ermöglicht
und eine Reduzierung in der Spannungsbelastung erzielen kann.
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Diese
Aufgabe kann durch die in den Ansprüchen definierten Merkmale gelöst werden.
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Gemäß einem
ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein variabler Ventilmechanismus für einen
Motor bereitgestellt, wobei der Motor aufweist: eine Kipphebelwelle,
welche zu einem Zylinderkopf angeordnet ist; eine Nockenwelle, welche auf
dem Zylinderkopf parallel zu der Kipphebelwelle und über der
Kipphebelwelle angeordnet ist und eine erste Nocke und eine zweite
Nocke besitzt, welche sich im Nockenprofil voneinander unterscheiden;
einen ersten Kipphebelarm, welcher drehbar von der Kipphebelwelle
gelagert und von der ersten Nocke angetrieben wird, und welcher
eine Auslenkung der ersten Nocke auf ein Ventil überträgt; und einen zweiten Kipphebelarm,
welcher drehbar von der Kipphebelwelle parallel zu dem ersten Kipphebelarm
gelagert und von der zweiten Nocke angetrieben wird, wobei der variable
Ventilmechanismus einen Umschaltmechanismus besitzt, welcher eine
selektive Übertragung
einer Auslenkung des zweiten Kipphebelarms auf den ersten Kipphebelarm
ermöglicht,
der Umschaltmechanismus, welcher seitwärts von der Nockenwelle vorgesehen
ist, und der Umschaltmechanismus aufweist: einen ersten Anlageabschnitt, welcher
auf dem ersten Kipphebelarm vorgesehen ist; einen zweiten Anlageabschnitt,
welcher auf dem zweiten Kipphebelarm vorgesehen ist und dem ersten
Anlageabschnitt in Bezug auf die Drehrichtung um die Kipphebelwelle
gegenüberliegt;
und ein Umschaltelement, welches auf einem Anlageabschnitt des ersten
Anlageabschnittes und des zweiten Anlageabschnittes vorgesehen ist,
wobei das Umschaltelement in eine erste Position, in welcher das
Umschaltelement an den anderen Anlageabschnitt von dem ersten Anlageabschnitt
und dem zweiten Anlageabschnitt anliegt, um die Auslenkung des zweiten Kipphebelarms
an den ersten Kipphebelarm zu übertragen,
und in eine zweite Position, in welcher das Umschaltelement nicht
an dem anderen Anlageabschnitt anliegt, verschiebbar ist.
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Gemäß dem ersten
Aspekt kann der Umschaltmechanismus in einem toten Raum aufgenommen
werden, der zwischen einer Oberseite der Kipphebelwelle und einer
Seite der Nockenwelle ausgebildet ist. Der zweite Anlageabschnitt
liegt an dem ersten Anlageabschnitt in einer Drehrichtung des ersten
Kipphebelarms so an, daß die
Auslenkung der Nocke auf den ersten Kipphebelarm übertragen
wird. Aus diesem Grunde wird in dem variablen Ventilmechanismus
eine Antriebskraft auf das Ventil ohne Erzeugung einer zu großen Belastung übertragen.
Daher kann sowohl eine Kompaktheit des Zylinderkopfes als auch eine
Belastungsreduzierung erzielt werden und das Umschalten von zwei
Nockenarten durchgeführt
werden.
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Gemäß einem
zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein variabler Ventilmechanismus gemäß dem ersten
Aspekt bereitgestellt, wobei der erste Anlageabschnitt an einer
Seite nahe der Nockenwelle positioniert ist, so daß er aus
einem oberen Abschnitt des ersten Kipphebelarms hervorsteht, und
der zweite Anlageabschnitt an einer von der Nockenwelle entfernten
Seite positioniert ist, um so angeordnet zu sein, daß sein distales
Ende sich um eine Rückwandseite
des ersten Anlageabschnittes krümmt.
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Gemäß dem zweiten
Aspekt werden Anteile des ersten Anlageabschnittes und des zweiten
Anlageabschnittes, welche seitlich von der Kipphebelwelle hervorstehen,
reduziert. D.h., der erste Anlageabschnitt und der zweite Anlageabschnitt
werden vernünftigerweise
in einer Region angeordnet, welche durch die Oberseite der Kipphebelwelle
und die Seite der Nockenwelle definiert wird.
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Gemäß einem
dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein variabler Ventilmechanismus gemäß dem zweiten
Aspekt bereitgestellt, wobei der erste Anlageabschnitt eine zylindrische
Aufnahmekammer, welche eine aus einem oberen Abschnitt des ersten
Kipphebelarms vorspringende Form und ein Fenster auf ihrer Rückseitenwand
aufweist, und das Umschaltelement aufweist, welches beweglich in der
Aufnahmekammer aufgenommen und mit einem ausgesparten Abschnitt
auf seinem Außenumfangsabschnitt
ausgebildet ist, wobei: der erste Anlageabschnitt so konfiguriert
ist, daß der
ausgesparte Abschnitt und der Außenumfangsabschnitt selektiv
bei dem Fenster positioniert werden können und der zweite Anlageabschnitt
ein distales Ende aufweist, welches sich zu dem Fenster hin und
von diesem gemäß der Drehauslenkung
des zweiten Kipphebelarms bewegt und zurückzieht, der zweite Anlageabschnitt
so konfiguriert ist, daß das
distale Ende in den ausgesparten Abschnitt eintritt, wenn der ausgesparte
Abschnitt bei dem Fenster positioniert ist, und das distale Ende
auf dem Außenumfangsabschnitt
anliegt, wenn der Außenumfangsabschnitt
bei dem Fenster positioniert ist.
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Gemäß dem dritten
Aspekt kann zusätzlich zu
dem vorgenannten Vorteil ein solcher Vorteil erzielt werden, daß der Umschaltmechanismus
aus einer Kombination einfacher Teile konfiguriert werden kann.
Ferner kann, da eine von dem distalen Ende des zweiten Anlageabschnittes übertragene
Last gleichmäßig durch
einen Wandabschnitt der Aufnahmekammer aufgenommen werden kann,
welche das Umschaltelement lagert, eine auf einen Abschnitt für die Übertragung
einer Antriebskraft wirkende Belastung weiter reduziert werden.
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Gemäß einem
vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein variabler Ventilmechanismus gemäß dem dritten
Aspekt bereitgestellt, wobei das Umschaltelement immer in eine Position,
in welcher der ausgesparte Abschnitt dem Fenster gegenüberliegt,
durch ein federndes Element wie z.B. eine Feder vorgespannt wird,
und in eine Position bewegt wird, in welcher der Außenumfangsabschnitt
dem Fenster gegenüberliegt,
wenn hydraulischer Druck auf das Umschaltelement ausgeübt wird.
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Gemäß dem vierten
Aspekt kann ein derartiger Vorteil erzielt werden, daß ein erforderlicher
Umschaltvorgang durch eine einfache Konfiguration, wie z.B. eine
Kombination eines federnden Elementes und des Hydraulikdrucks, zusätzlich zu
dem vorstehenden Vorteil erzielt werden kann.
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Gemäß einem
fünften
Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein variabler Ventilmechanismus gemäß dem dritten
Aspekt bereitgestellt, welcher ferner eine Ölkammer zum Bewegen des Umschaltelementes
durch hydraulischen Druck enthält,
wobei ein Ölkanal,
der mit der Ölkammer
in Verbindung steht, in der Kipphebelwelle ausgebildet ist.
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Gemäß einem
sechsten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein variabler Ventilmechanismus
gemäß dem dritten
Aspekt bereitgestellt, welcher ferner einen Arretiermechanismus
aufweist, welcher eine Drehung des Umschaltelementes um eine Achse
des Umschaltelementes verhindert.
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Zusätzliche
Aufgaben und Vorteile der Erfindung werden in der folgenden Beschreibung
geschildert und werden zum Teil aus der Beschreibung ersichtlich
oder können
durch die Praxisumsetzung der Erfindung gelernt werden. Die Aufgaben
und Vorteile der Erfindung können
mittels der hierin nachstehend besonders betonten Vorrichtungen
und Kombinationen realisiert werden.
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Die
beigefügten
Zeichnungen, welche in die Beschreibung einbezogen sind und einen
Teil davon darstellen, veranschaulichen Ausführungsformen der Erfindung
und dienen zusammen mit der vorstehend gegebenen allgemeinen Beschreibung
und der nachstehend gegebenen detaillierten Beschreibung der Ausführungsformen
zum Erläutern
der Prinzipien der Erfindung.
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In
den Zeichnungen sind:
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1 eine
vertikale Schnittansicht, welche einen Zylinderkopf eines Motors
zusammengebaut mit einem variablen Ventilmechanismus gemäß einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung darstellt;
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2 eine
perspektivische Ansicht des in 1 dargestellten
variablen Ventilmechanismus;
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3 eine
perspektivische Explosionsansicht des in 1 dargestellten
variablen Ventilmechanismus;
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4 eine
Draufsicht auf den variablen Ventilmechanismus in einer Ansicht
aus einer Richtung des Pfeils A in 2;
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5 eine
Rückseitenansicht
des variablen Ventilantriebs in einer Ansicht aus einer Richtung
des Pfeils F in 2;
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6 eine
Schnittansicht des variablen Ventilmechanismus in einer Ansicht
aus einer Richtung des Pfeils C in 2, wenn
eine Nocke für
eine niedrige Drehzahl ausgewählt
ist;
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7 eine
Schnittansicht des variablen Ventilmechanismus in einer Ansicht
aus einer Richtung eines Pfeils D in 2, wenn
die Nocke für
eine niedrige Drehzahl ausgewählt
ist;
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9 eine
Schnittansicht des variablen Ventilmechanismus in einer Ansicht
aus einer Richtung des Pfeils D in 2, wenn
die Nocke für
eine hohe Drehzahl ausgewählt
ist;
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10 eine
Schnittansicht, welche einen Zustand zeigt, daß ein distales Ende des zweiten
Anlageabschnittes mit einem Umschaltelement entlang einer Linie
E in 9 in Kontakt steht; und
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11 eine
Darstellung, welche Hubbeträge einer
Nocke für
niedrige Drehzahl und einer Nocke für hohe Drehzahl und dem Zeitverlauf
des Ventils beim Öffnen/Schließen darstellt.
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Eine
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf
die 1 bis 11 erläutert.
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1 stellt
einen Querschnitt eines Abschnittes eines Hubdieselmotors dar, bei
dem die vorliegende Erfindung angewendet wird. Mehrere Zylinder
eines (nicht dargestellten) Motors sind in Reihe entlang einer Längsrichtung
(Vorwärts-
und Rückwärtsrichtungen)
des Motors angeordnet. In einem Zylinderkopf 1 des Motors
sind zwei Einlaßventile 2 entlang
der Vorwärts-
und Rückwärtsrichtungen
des Zylinderkopfes 1 für
jeden Zylinder vorgesehen. 1 stellt
eines von den Einlaßventilen 2 dar.
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Jedes
Einlaßventil 2 besitzt
einen Ventilschaft 3a und einen Ventilkopf 3b.
Der Ventilschaft 3a ist auf dem Zylinderkopf 1 gleitend
verschiebbar in einer vertikalen Richtung (in Aufwärts/Abwärts-Richtungen)
gelagert. Der Ventilkopf 3b öffnet und schließt eine
Einlaßöffnung 5 einer
Unterseite des Zylinderkopfes 1. Der Ventilschaft 3a ist
mit einem Ventilsitzelement 4a versehen. Ein Ventilsitzabschnitt 4b ist
auf der Oberseite des Zylinderkopfes 1 ausgebildet.
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Eine
Ventilfeder 6 ist zwischen dem Ventilsitzelement 4a und
dem Ventilsitzabschnitt 4b in einem zusammengedrückten Zustand
vorgesehen. Das Einlaßventil 2 wird
immer durch eine Federkraft der Ventilfeder 6 zum Schließen der
Einlaßöffnung 5 vorgespannt.
Wenn der Ventilschaft 3a nach unten. gedrückt wird,
wird die Einlaßöffnung 5 geöffnet.
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Gemäß Darstellung
in 1 und 2 ist eine Kipphebelwelle 7 über dem
Zylinderkopf 1 angeordnet. Die Kipphebelwelle 7 ist
an einer Position angeordnet, wo sie leicht von dem Einlaßventil 2 außerhalb
des Zylinderkopfes 1 (in einer Breitenrichtung) verschoben
werden kann. Die Kipphebelwelle 7 ist in einer tieferen
Position beispielsweise auf einer Höhe in etwa gleich einem oberen
Ende des Ventilschaftes 3a angeordnet.
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Eine
Nockenwelle 8 für
den Einlaß ist
drehbar zwischen de Kipphebelwelle 7 und dem Ventilschaft 3a angeordnet.
Die Nockenwelle 8 ist etwas über der Kipphebelwelle 7 angeordnet.
D.h., gemäß Darstellung
in 4 bis 9 ist die Nockenwelle 8 schräg über der
Kipphebelwelle 7 parallel zu der Kipphebelwelle 7 angeordnet.
Sowohl die Kipphebelwelle 7 als auch die Nockenwelle 8 erstrecken
sich entlang den Vorwärts- und Rückwärtsrichtungen
des Zylinderkopfes 1.
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Gemäß Darstellung
in 4 und 5 ist die Nockenwelle 8 mit
einer ersten Nocke 9a und einer zweiten Nocke 9b für den Einlaß ausgebildet.
Die zwei Arten von Nocken 9a und 9b unterscheiden
sich im Nockenprofil voneinander. Die Nocken 9a und 9b sind
auf beiden Seiten eines Zylinders um dessen Mittelpunkt für jeden
Zylinder vorgesehen.
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Die
auf einer linken Seite auf 4 und 5 positionierte
erste Nocke 9a ist für
eine niedrige Drehzahl und deren Nockenprofil ist auf einen Ventil-Öffnungs/Schließ-Zeitverlauf
und einen Ventilhubbetrag eingestellt, welcher für einen Niedrigdrehzahl-Betrieb
des Motors geeignet ist. Die zweite Nocke 9b, die auf der
rechten Seite positioniert ist, ist für eine hohe Drehzahl, und deren
Nockenprofil besitzt denselben Basiskreis wie den der Nocke 9a für eine niedrige
Drehzahl und ist auf einen Ventil-Öffnungs/Schließ-Zeitverlauf
und einen Ventilhubbetrag eingestellt, der für einen Betrieb bei hoher Drehzahl geeignet
ist. Der Ventilhubbetrag des Nockenprofils der zweiten Nocke 9b für eine hohe
Drehzahl ist größer als
der Ventilhubbetrag des Nockenprofils der ersten Nocke 9a für eine niedrige
Drehzahl. Gemäß Darstellung
in 11 wird eine derartige Einstellung verwendet,
daß ein
Ventilhubbetrag der ersten Nocke 9a notwendigerweise innerhalb
einer Kurve angeordnet ist, welche die Beziehung zwischen einem
Hubbetrag der Nocke 9b und einem Ventil-Öffnung/Schließ-Zeitverlauf
darstellt.
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Gemäß Darstellung
in 2, 4 und 5 sind ein
Kipphebelarm 15 für
eine niedrige Drehzahl und ein Kipphebelarm 20 für eine hohe Drehzahl,
die einen variablen Ventilmechanismus V bilden, nebeneinander auf
der Kipphebelwelle 7 vorgesehen. Der Kipphebelarm 15 für eine niedrige Drehzahl
entspricht einem ersten Kipphebelarm in dieser Erfindung und der
Kipphebelarm 20 für
eine hohe Drehzahl entspricht einem zweiten Kipphebelarm in dieser
Erfindung.
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Der
Kipphebelarm 15 für
eine niedrige Drehzahl der Kipphebelarme 15 und 20 wird
nachstehend erläutert.
Der Kipphebelarm 15 besitzt einen zylindrischen Nabenabschnitt 16a und
einen Armabschnitt 16b. Der Nabenabschnitt 16a ist
drehbar auf einem einem Zylindermittelpunkt entsprechenden Abschnitt der
Kipphebelwelle 7 vorgesehen. Der Armabschnitt 16b erstreckt
sich aus dem Nabenabschnitt 16a zu dem Einlaßventil 2.
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Ein
distales Ende des Armabschnittes 16b ist in eine angenähert Y-Form
verzweigt. Ventilstößelabschnitte 16c sind
auf distalen Enden des verzweigten Armabschnittes 16b ausgebildet.
Jeder Ventilstößelabschnitt 16c ist
unmittelbar über
jedem Ventilschaft 3a jedes Einlaßventils 2 angeordnet.
Gemäß Darstellung
in 2, 3 und dergleichen ist ein aus
dem Armabschnitt 16b hervorstehender linksseitiger Nabenabschnitt
mit einer Rollenlagerungswand 17 versehen. Die Rollenlagerungswand 17 ragt
bis unmittelbar unter die Nocke 9a für eine niedrige Drehzahl.
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Eine
Rolle 18, welche als ein Nockenaufnehmer dient, ist drehbar
zwischen dem distalen Ende der Rollenlagerungswand 17 und
einer Seitenfläche des
dazu gegenüberliegenden
Armabschnittes 16b gelagert. Gemäß Darstellung in 1 kommt
die Rolle 18 mit der Nocke 9a für eine niedrige
Drehzahl auf der Nockenwelle 8 in drehenden Kontakt. Die Rolle 18 unterliegt
von einer unteren Seite der Nockenwelle 8 aus einer Auslenkung
der Nocke 9a. Wenn sich die Nocke 9a für eine niedrige
Drehzahl dreht, lenkt der Armabschnitt 16b drehend um die Kipphebelwelle 7 entlang
dem Nockenprofil der Nocke 9a aus. Dadurch führt die
Auslenkung der Nocke 9a so zu dem Ventilschaft 3a,
daß das
Einlaßventil 2 zum Öffnen nach
unten gedrückt
wird.
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Gemäß Darstellung
in 2 besitzt der Kipphebelarm 20 für eine hohe
Drehzahl einen Nabenabschnitt 21, ein Paar einer Rollenlagerungswand 22 und
eine Rolle 23. Der Nabenabschnitt 21 ist drehbar
auf die Kipphebelwelle 7 aufgesetzt. Der Nabenabschnitt 21 ist
angrenzend an den Nabenabschnitt 16a des Kipphebelarms 15 für eine niedrige Geschwindigkeit
angeordnet. Das Paar der Rollenlagerungswände 22 ragt aus dem
Nabenabschnitt 21 unmittelbar nach unten von der Nocke 9b für eine hohe
Drehzahl gerichtet vor. Die Rolle 23 ist drehbar zwischen
distalen Enden der Rollenlagerungswände 22 gelagert.
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Die
Rollenlagerungswand 22 wird von einem stiftartigen Hochdrückelement 24 (siehe 1)
nach oben gedrückt.
Das Hochdrückelement 24 ist
nach oben durch eine in dem Zylinderkopf 1 aufgenommene
Rückholfeder 24a vorgespannt.
Die Rolle 23 wird durch eine Vorspannkraft oder eine Federkraft
der Rückholfeder 24a in
Kontakt mit der Nocke 9b für eine hohe Drehzahl gedrückt. Ein
verstärkter
Abschnitt 23a ist auf einem unteren Abschnitt der Rollenlagerungswand 22 ausgebildet.
Der verstärkte
Abschnitt 23a liegt an einem distalen Ende des Hochdrückelementes 24 an.
Wenn sich die Nocke 9b für eine hohe Drehzahl dreht,
lenkt der Kipphebelarm 20 drehend um die Kipphebelwelle 7 entlang
des Nockenprofils der Nocke 9b aus.
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Ein
Umschaltmechanismus 30 ist zwischen den Kipphebeln 15 und 20 vorgesehen.
Der Umschaltmechanismus 30 besitzt eine Funktion der Übertragung
einer Nockenauslenkung von einer der Nocke 9a für ein niedrige
Drehzahl und der Nocke 9b für eine hohe Drehzahl auf das
Einlaßventil 2.
In diesem Ventiltrieb ist die Nockenwelle 8 schräg über der Kipphebelwelle 7 angeordnet.
Ein toter Raum δ ist
in einem Bereich vorhanden, welcher von einer Oberseite der Kipphebelwelle 7 und
einer Seite der Nockenwelle 8 umgeben ist. Der Umschaltmechanismus 30 ist
in dem toten Raum δ eines
derartigen Ventiltriebs aufgenommen.
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Der
Umschaltmechanismus 30 verwendet eine Drückkonfiguration
zur Belastungsreduzierung. 2 stellt
das Aussehen des gesamten Umschaltmechanismus 30 dar. 3 ist
eine perspektivische Ansicht, welche den Umschaltmechanismus 30 in
einer Explosionsansicht zeigt. 4 ist eine
Draufsicht auf den Umschaltmechanismus 30. 5 ist
eine rückseitige
Ansicht des Umschaltmechanismus 30. 6 und 7 sind Schnittansichten
des variablen Ventilmechanismus, wenn das Einlaßventil 2 durch die
Nocke 9a für
eine niedrige Drehzahl angetrieben wird. 8 und 9 sind
Schnittansichten des variablen Ventilmechanismus, wenn das Einlaßventil 2 durch
die Nocke 9b für
eine hohe Drehzahl angetrieben wird.
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Der
Umschaltmechanismus 30 besitzt einen ersten Anlageabschnitt 31 und
einen zweiten Anlageabschnitt 40. Der erste Anlageabschnitt 31 lenkt
drehend zusammen mit dem Kipphebelarm 15 für eine niedrige
Geschwindigkeit aus. Der zweite Anlageabschnitt 40 lenkt
drehend zusammen mit dem Kipphebelarm 20 für eine hohe
Drehzahl aus. Die Anlageabschnitte 31 und 40 sind
zueinander ausgerichtet entlang einer Drehrichtung der Kipphebelarme 15 und 20 angeordnet.
Insbesondere ist der erste Anlageabschnitt 31 auf einer
Seite in der Nähe
der Nockenwelle 8 angeordnet und der zweite Anlageabschnitt 40 ist auf
einer von der Nockenwelle 8 entfernten Seite auf einer
gegenüberliegenden
Seite des ersten Anlageabschnittes 31 angeordnet. Der erste
Anlageabschnitt 31 weist beispielsweise eine vertikale
Kolbenkonfiguration auf.
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Der
erste Anlageabschnitt 31 mit der vertikalen Kolbenkonfiguration
wird nachstehend erläutert. Der
erste Anlageabschnitt 31 besitzt einen zylindrischen Aufnahmezylinder 32.
Der Aufnahmezylinder 32 ragt nach oben aus einem Abschnitt
in der Nähe der
Kipphebelwelle 7 des Kipphebelarms 15 beispielsweise
aus einem oberen Abschnitt des Nabenabschnittes 16a. Der
Aufnahmezylinder 32 ist in einer Richtung von der Nockenwelle 8 geneigt,
um ein Überschneiden
mit der Nockenwelle 8 zu vermeiden.
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Gemäß Darstellung
in 1 hängt
ein Hohlabschnitt innerhalb des Aufnahmezylinders 32 mit
einer Innenfläche
des Nabenabschnittes 16a zusammen. Eine Öffnung an
einem oberen Ende des Aufnahmezylinders 32 ist durch ein
Deckelelement 33 verschlossen. Eine Aufnahmekammer 34 ist
innerhalb des Aufnahmezylinders 32 ausgebildet, welche sich
von dem Deckelelement 33 zu einer Außenumfangsfläche der
Kipphebelwelle 7 erstreckt. Die Aufnahmekammer 34 ist
säulenförmig, beispielsweise zylindrisch.
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Ein
Fenster 34a ist auf einer Rückseitenwand (einer gegenüberliegenden
Seite von der Nockenwelle 8 aus) der Aufnahmekammer 34 ausgebildet.
Das Fenster 34a ist durch Ausschneiden eines Teils der
Rückseitenwand
(der gegenüberliegenden Seite
von der Nockenwelle 8 aus) des Aufnahmezylinders 32 beispielsweise
in einer rechteckigen Form ausgebildet. Ein als ein Kolben funktionierendes
Umschaltelement 36 ist verschiebbar in der Aufnahmekammer 34 mit
dem Fenster 34a aufgenommen.
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Das
Umschaltelement 36 ist nur in einer vertikalen Richtung
oder in Aufwärts-
und Abwärtsrichtungen
beweglich während
es seine konstante Lage ohne Drehung aufgrund eines Arretiermechanismus beibehält. Gemäß Darstellung
in 1 besteht der Arretiermechanismus aus einem Nutabschnitt 37a und
einem Stift 37b. Der Nutabschnitt 37a ist auf
einem ersten Abschnitt einer Außenumfangsfläche des Umschaltelementes 36 so
ausgebildet, daß er
sich in einer axialen Richtung des Umschaltelementes 36 erstreckt.
Der Stift 37b ist in einen Umfangswandabschnitt des Aufnahmezylinders 32 so
eingesetzt, daß er
quer zu der Nut 37a steht.
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Ein
ausgesparter Abschnitt 36a ist auf einem Abschnitt, beispielsweise
auf einem Abschnitt einer oberen Stufe eines Rückseitenabschnittes (einem gegenüberliegenden
Abschnitt von der Nockenwelle 8 aus) des Umschaltelementes 36 ausgebildet.
Der ausgesparte Abschnitt 36a ist an einer Position ausgebildet,
welche dem Fenster 34a entspricht. Gemäß Darstellung in 1 ist,
wenn das Umschaltelement 36 in eine unterste Position verschoben
ist, der ausgesparte Abschnitt 36a bei dem Fenster 34a positioniert.
Wenn das Umschaltelement 36 in eine oberste Position verschoben
ist, ist schließlich
ein Außenumfangsabschnitt 36b des
Umschaltelementes 36 gerade unterhalb des ausgesparten
Abschnittes 36a bei dem Fenster 34a positioniert.
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Das
Umschaltelement 36 wird immer durch eine Schraubenfeder 38 in
eine Position geschoben, in welcher der ausgesparte Abschnitt 36a dem
Fenster 34a gegenüberliegt.
Die Schraubenfeder 38 ist nur ein Beispiel eines federnden
Elementes und diese ist zwischen dem Deckelement 33 und
dem Umschaltelement 36 in einem zusammengedrückten Zustand
eingeschlossen. Das Umschaltelement 36 kann in eine erhöhte Position
gegen die Schraubenfeder 38 durch einen in eine Ölkammer 32a eingeführten hydraulischen
Druck gedrückt
werden. Wenn das Umschaltelement 36 in die angehobene Position verschoben
ist, liegt der Außenumfangsabschnitt 36b des
ausgesparten Abschnittes 36a dem Fenster 34a gegenüber.
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Eine
Hydraulikkonfiguration zum Antreiben des Umschaltelementes 36 weist
die Hydraulikkammer 32a, einen in der Kipphebelwelle 7 ausgebildeten
Kanal 7a, ein Durchtrittsloch 39 und dergleichen auf.
Motoröl
wird dem Kanal 7a zugeführt.
Das Durchtrittsloch 39 ist auf einer Umfangswand der Kipphebelwelle 7 ausgebildet.
Die Ölkammer 32a in einem
unteren Abschnitt der Aufnahmekammer 34 und der Kanal 7a stehen
miteinander über
das Durchtrittsloch 39 in Verbindung. Ein Ölsteuerventil 35,
welches den Kanal 7a öffnet
und schließt,
ist in dem Kanal 7a für
das Motoröl
vorgesehen.
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Das Ölsteuerventil 35 wird
durch einen (nicht dargestellten) Motorsteuercomputer so gesteuert, daß es in
einem Niedrigdrehzahlbereich des Motorbetriebs schließt. Wenn
das Ölsteuerventil 35 geschlossen
ist, nimmt ein Hydraulikdruck in der Ölkammer 32a ab, so
daß der
ausgesparte Abschnitt 36a bei dem Fenster 34a positioniert
wird. Wenn der Motor in einem Hochdrehzahlbereich, der höher als der
Niedrigdrehzahlbereich ist, betrieben wird, wird eine Steuerung
zum Öffnen
des Ölsteuerventils 35 ausgeführt. Wenn
das Ölsteuerventil 35 geöffnet wird,
wird das Umschaltelement 36 durch einen der Ölkammer 32a zugeführten Motoröldruck nach
oben gedrückt.
Dadurch wird der Außenumfangsabschnitt 36b des
Umschaltelementes 36 bei dem Fenster 34a positioniert.
Das Durchtrittsloch 39 ist an einer Position ausgebildet,
in welcher Öl
(oder Öldruck)
der Ölkammer 32a unabhängig von
einer Drehposition des Kipphebelarmes 15 zugeführt werden
kann.
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Somit
kann der erste Anlageabschnitt 31 eine selektive Umschaltung
abhängig
davon durchführen,
ob der ausgesparte Abschnitt 36a bei dem Fenster 34a positioniert
ist, oder der Außenumfangsabschnitt 36b des
Umschaltelementes 36 dort positioniert ist.
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Der
zweite Anlageabschnitt 40 ist mit einem Armabschnitt 41 versehen.
Der Armabschnitt 41 ragt aus einem rückseitigen Abschnitt (einer
gegenüberliegenden
Seite von der Nockenwelle 8 aus) des Kipphebelarms 20 vor
und ein distales Ende davon krümmt
sich um eine Rückseitenfläche des
ersten Anlageabschnittes 31.
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Gemäß Darstellung
in 1 bis 3 besitzt der Armabschnitt 41 einen
ersten Verlängerungsabschnitt 41a,
einen zweiten Verlängerungsabschnitt 41b und
einen dritten Verlängerungsabschnitt 41c.
Der erste Verlängerungsabschnitt 41a ragt
aus einem rückseitigen
Abschnitt (einem gegenüberliegenden
Abschnitt von der Nockenwelle 8 aus) des Nabenabschnittes 21 nach
oben. Der zweite Verlängerungsabschnitt 41b erstreckt
sich von einem Ende des ersten Verlängerungsabschnittes 41 seitlich,
um sich zu einem Punkt zu krümmen,
welcher dem Fenster 34a des Aufnahmezylinders 32 gegenüberliegt. Der
dritte dritte Verlängerungsabschnitt 41c ragt
(in einer Richtung der Nockenwelle 8) von einem Ende des
Verlängerungsabschnittes 41b nach
vorne zu einem in dem Fenster 34a fortschreitendem Punkt.
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Ein
distales Ende 41d des Armabschnittes 41 bedeutet
in anderen Worten ein distales Ende des zweiten Anlageabschnittes 40.
Das distale Ende 41d bewegt sich abhängig von der Drehauslenkung
des Kipphebelarms 20 in das Fenster 34a oder zieht
sich daraus zurück.
Gemäß Darstellung
in 6 und 7 bewegt sich das distale Ende 41d,
wenn der ausgesparte Abschnitt 36a bei dem Fenster 34a angeordnet
ist, in den ausgesparten Abschnitt 36a ohne mit dem Außenumfangsabschnitt 36b in
Kontakt zu kommen.
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Gemäß Darstellung
in 8 und 9 dreht sich, wenn der Außenumfangsabschnitt 36b des
Umschaltelementes bei dem Fenster 34a angeordnet ist, das
distale Ende 41d um die Kipphebelwelle 7 zusammen
mit dem Außenumfangsabschnitt 36b,
wobei er mit dem Außenumfangsabschnitt 36b in
Kontakt kommt.
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Wenn
das distale Ende 41d des Armabschnitts 41 nicht
an dem Umschaltelement 36 anliegt, wird die Nockenauslenkung
von dem Kipphebelarm 15 für eine niedrige Drehzahl auf
das Einlaßventil 2 übertragen.
Im Gegensatz dazu wird, wenn das distale Ende 41d des Armabschnittes 41 an
dem Umschaltelement 36 in einer Drehrichtung der Kipphebelarme 15 und 20 anliegt,
die Nockenauslenkung von dem Kipphebelarm 20 für eine hohe
Drehzahl auf das Einlaßventil 2 über den
Kipphebelarm 15 für
eine niedrige Geschwindigkeit übertragen.
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In
dieser Ausführungsform
ist der erste Anlageabschnitt 31 mit einer großen Höhenabmessung, der
die Kolbenkonfiguration der Bestandselemente oder Teile für den Umschaltmechanismus 30 aufweist,
auf der Seite Nockenwelle 8 relativ hoch positioniert angeordnet.
Der zweite Anlageabschnitt 40 mit einer relativ niedrigen
Höhe, der
die Armkonfiguration aufweist, ist an einem unteren Abschnitt auf
einer gegenüberliegenden
Seite von der Nockenwelle 8 aus angeordnet. Somit sind
die Bestandselemente für
den Umschaltmechanismus 30 so angeordnet, daß sie nicht
aus dem (in 2 dargestellten) toten Raum δ zwischen
der Kipphebelwelle 7 und maximal bis zu der Nockenwelle 8 hervorstehen.
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Anschließend wird
in dem Umschaltmechanismus 30 mit der vorstehenden Konfiguration
ein Betrieb für
die Umschaltung der Nocke 9a für eine niedrige Drehzahl und
der Nocke 9b für
eine hohe Drehzahl erläutert.
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Beispielsweise
wird angenommen, daß der Motor
bei niedriger Drehzahl betrieben wird. Zu diesem Zeitpunkt wird,
da das Ölsteuerventil 35 geschlossen
ist, kein Öldruck
an die Ölkammer 32a in dem
Kipphebelarm 15 geliefert. Im übrigen wird eine kleine Ölmenge zur
Schmierung zwischen dem Kipphebelarm 7 und dem Kipphebelarm 15 zugeführt. Ein kleines
Loch ist in dem Ölsteuerventil 35 ausgebildet, um
das Schmieröl
sicherzustellen. Jedoch tritt, da nur eine kleine Menge an Schmieröl fließt, kein
hydraulischer Druck, wie z.B. einer, welcher das Hochdrücken des
Umschaltelementes 36 erlaubt, in der Ölkammer 32a auf. Gemäß Darstellung
in 1, 6 und 7 wird daher
das Umschaltelement 36 durch die Schraubenfeder 38 nach
unten gedrückt,
so daß der
ausgesparte Abschnitt 36a bei dem Fenster 34a positioniert
ist.
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Zu
diesem Zeitpunkt bewegt sich das distale Ende 41d des Armabschnittes 41 des
Kipphebelarms 20 für
einen Hochdrehzahlhub durch die Nocke 9b für eine hohe
Drehzahl lediglich in Vorwärts-
und Rückwärtsrichtungen
in den Raum in dem ausgesparten Abschnitt 36a des Umschaltelementes 36 gemäß Darstellung
in 6 und 7. Demzufolge wird keine Nockenauslenkung
aus dem Kipphebelarm 20 für eine hohe Drehzahl nicht
auf den Kipphebelarm 15 für eine niedrige Drehzahl übertragen.
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Gemäß Darstellung
in 6 und 7 wird daher nur eine Bewegung
des Kipphebelarms 15 für eine
niedrige Drehzahl, welche durch die Nocke 9a für eine niedrige
Drehzahl ausgelenkt wird, auf den Ventilschaft 3 übertragen,
um das Einlaßventil 2 nach unten
zu drücken.
Demzufolge wird das Einlaßventil 2 mit
einem Ventil-Öffnungs/Schließ-Zeitverlauf
und mit einem Ventilhubbetrag betrieben, welcher für einen
Niedrigdrehzahlbetrieb geeignet ist, der durch die Nocke 9a für eine niedrige
Drehzahl durchgeführt wird.
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Andererseits
wird, wenn der Motor in einem eine Nockenumschaltung durchführenden
Betriebszustand betrieben wird, wie beispielsweise in einem Hochdrehzahlbereich,
in welchem die Drehzahl des Motors einen vorbestimmten Schwellenwert überschreitet,
das Ölsteuerventil 35 geöffnet. Dadurch wird
das Motoröl
unter Druck der Ölkammer 32a durch
den Kanal 7a in der Kipphebelwelle 7 zugeführt, um
das Umschaltelement 36 nach oben zu drücken. Demzufolge wird gemäß Darstellung
in 8 und 9 der Außenumfangsabschnitt 36b bei
dem Fenster 34a unmittelbar unter dem ausgesparten Abschnitt 36a positioniert.
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Das
distale Ende 41d des Armabschnitts 41 liegt an
dem Außenumfangsabschnitt 36b des
Umschaltelementes 36 aus der Nachbarschaft an, wo ein Kontaktabschnitt
zwischen der Nocke 9b für
eine hohe Drehzahl und der Rolle 23 den Basiskreis des Nockenprofils
der Nocke 9b (siehe 10) überschreitet.
Daher wird gemäß Darstellung
in 8 und 9, da das distale Ende 41d des Armabschnitts 41 des
Kipphebelarms 20 für
eine hohe Drehzahl auf den Außenumfangsabschnitt 36b des
Umschaltelementes 36 drückt,
der Kipphebelarm 15 für
eine niedrige Drehzahl gedrückt.
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Hier
wird der Kipphebelarm 15 für eine niedrige Drehzahl in
derselben Richtung wie eine Drehrichtung des Kipphebelarms 15 gedrückt. Daher
wird das Umschaltelement 36 in der Drehrichtung des Kipphebelarms 15 für eine niedrige
Drehzahl abhängig
von der Drehung des Kipphebelarms 20 für eine hohe Drehzahl gedrückt.
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Aufgrund
dieses Verhaltens wird die Nockenauslenkung von dem Kipphebelarm 20 für eine hohe Drehzahl
auf den Kipphebelarm 15 für eine niedrige Drehzahl so übertragen,
daß der
Kipphebelarm 15 für eine
niedrige Drehzahl gedreht wird. Auf diese Weise wird die Nockenauslenkung
des Kipphebelarms 20 für
eine hohe Drehzahl auf den Ventilschaft 3a über den
Kipphebelarm 15 für
eine niedrige Drehzahl übertragen,
um das Einlaßventil 2 nach
unten zu drücken.
D.h., der Nockenantrieb des Einlaßventils 2 wird von
der Nocke 9a für
eine niedrige Drehzahl auf die Nocke 9b für eine hohe
Drehzahl umgeschaltet.
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Der
Ventilhubbetrag der Nocke 9b für eine hohe Drehzahl ist größer als
der der Nocke 9a für eine
niedrige Drehzahl. Daher wird gemäß Darstellung in 8 die
Nocke 9a für
eine niedrige Drehzahl von der Rolle 18 getrennt. D.h.,
die Rolle 18 trennt sich von einem Abschnitt der Nocke 9a für eine niedrige
Drehzahl mit Ausnahme ihres Basiskreises. Demzufolge werden der Öffnungs/Schließ-Zeitverlauf
und der Ventilhubbetrag der Nocke 9a für eine niedrige Geschwindigkeit
nicht auf den Ventilschaft 3a übertragen. Statt dessen werden
nur der Öffnungs/Schließ-Zeitverlauf
und der Ventilhubbetrag, die für
einen Hochdrehzahlbetrieb der Nocke 9b für eine hohe
Drehzahl geeignet sind, auf den Ventilschaft 3a übertragen.
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In
dieser Ausführungsform
wird die Nockenauslenkung aus dem Kipphebelarm 20 für eine hohe Drehzahl
auf den Kipphebelarm 15 für eine niedrige Drehzahl übertragen,
indem das distale Ende 41d des Armabschnitts 41 des
Kipphebelarms 20 für
eine hohe Drehzahl veranlaßt
wird, an dem Umschaltelement 36 aus einer Drehrichtung
des Kipphebelarms 15 für
eine niedrige Drehzahl anzuliegen. Durch die Verwendung eines derartigen
Aufbaus tritt eine Biegebelastung hauptsächlich nur in dem ersten Anlageabschnitt 31 und
dem zweiten Anlageabschnitt 40 auf, welche eine Antriebskraft
des Einlaßventils 2 übertragen,
während
eine schwere Belastung wie z.B. eine Scherungsbelastung darin jedoch
nicht auftritt.
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Zusätzlich ist
der erste Anlageabschnitt 31 so aufgebaut, daß er eine
Kolbenkonfiguration besitzt, die zusammen mit dem Kipphebelarm 15 für eine niedrige
Drehzahl gedreht wird, und der zweite Anlageabschnitt 40 ist
so aufgebaut, daß er
eine Armkonfiguration besitzt, welche zusammen mit dem Kipphebelarm 20 für eine hohe
Drehzahl gedreht wird. Der erste Anlageabschnitt 31 und
der zweite Anlageabschnitt 40 werden im Wesentlichen in
dem toten Raum δ aufgenommen,
welcher von dem oberen Abschnitt der Kipphebelwelle 7 und
dem Seitenabschnitt der Nockenwelle 8 definiert wird. Daher wird
verhindert, daß der
erste Anlageabschnitt 31 und der zweite Anlageabschnitt 40 weit
in die Umgebungen der Kipphebelwelle 7 oder der Nockenwelle 8 ragen.
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Aus
diesem Grunde können
sowohl die Kompaktheit des Zylinderkopfes 1 als auch die
Reduzierung der auf den Umschaltmechanismus 30 einwirkenden
Belastung erreicht und das Umschalten der Nocken 9a und 9b durchgeführt werden.
In dieser Ausführungsform
ist insbesondere der erste Anlageabschnitt 31 mit der relativ
großen
Höhenabmessung,
die in der Kolbenkonfiguration ausgebildet ist, auf einer Seite
in der Nähe
der Nockenwelle 8 angeordnet, und der zweite Anlageabschnitt 40,
der in der Armkonfiguration ausgebildet ist, dessen Höhe kleiner
als die der Kolbenkonfiguration eingestellt werden kann, ist auf
einer von der Nockenwelle 8 entfernten Seite angeordnet.
Daher wird verhindert, daß die
Bestandteile des Umschaltmechanismus 30 seitlich von der
Kipphebelwelle 7 weit vorstehen, so daß der Umschaltmechanismus 30 bereitgestellt
werden kann, indem der räumlich
eingeschränkte
Bereich über
dem Zylinderkopf ausreichend genutzt wird.
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Ferner
kann der Umschaltmechanismus 30 durch eine einfache Kombination
von Teilen, wie z.B. dem Umschaltelement 36, das mit dem
ausgesparten Abschnitt 36a ausgebildet ist, der Aufnahmekammer 34,
welche das Umschaltelement 36 aufnimmt, und dem distalen
Ende 41d, das zu dem Fenster 34a vorschwingt und
sich davon zurückzieht,
aufgebaut werden. Demzufolge kann der Umschaltmechanismus 30 mit
niedrigen Kosten implementiert werden. Ferner kann das Umschaltelement 36 durch
den Aufnahmezylinder 32 gelagert werden, welcher die Wand
der Aufnahmekammer 34 bildet. Da die von dem distalen Ende 41d aufgebrachte
Belastung durch den aufnehmenden Zylinder 32 aufgenommen wird,
wird die auf einen Abschnitt für
die Übertragung einer
Antriebskraft, nämlich
das Umschaltelement 36, ausgeübte Belastung reduziert, so
daß die
Zuverlässigkeit
des Nockenumschaltbetriebs weiter verbessert wird.
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In
dieser Ausführungsform
werden die Schraubenfeder 38 mit einer einfachen Konfiguration und
ein durch die Ölkammer 32a zugeführter hydraulischer
Druck für
einen Umschaltvorgang in dem Umschaltmechanismus 30 verwendet.
Da Motoröl
für die Hydraulikdruckerzeugung
verwendet werden kann, kann die Umschaltung der Nocken 9a und 9b mit
einer einfachen Konfiguration durchgeführt werden.
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Die
vorliegende Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebene
Ausführungsform
beschränkt
und kann mit verschiedenen Modifikationen ohne Abweichung von der
Grundidee der vorliegenden Erfindung implementiert werden. Beispiels weise wurde
die vorliegende Ausführungsform
anhand des Einlaßventils
erläutert,
wobei aber die vorliegende Erfindung nicht nur zum Antreiben des
Einlaßventils sondern
auch zum Antreiben des Auslaßventils
angewendet werden kann. In der Ausführungsform wird die Umschaltung
zwischen den Positionen des Umschaltelementes unter Verwendung von
hydraulischem Druck durchgeführt,
wobei jedoch diese Erfindung nicht auf eine derartige Nutzung des
hydraulischen Druckes beschränkt
ist. Die Umschaltung von Positionen des Umschaltelementes kann durch
eine andere Konfiguration oder Mechanismus durchgeführt werden.
Der Fall, daß die
Umschaltung der Nocken für
eine Niedrigdrehzahl und für
eine Hochdrehzahl abhängig
von der Umdrehung des Motors durchgeführt wird, wurde erläutert, aber
die Erfindung ist nicht auf diesen Fall beschränkt. Beispielsweise kann die
Nockenumschaltung abhängig
von einer Belastung des Motors oder dergleichen durchgeführt werden.
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Zusätzliche
Vorteile und Modifikationen sind für den Fachmann auf diesem Gebiet
ohne weiteres ersichtlich. Daher ist die Erfindung in ihren breiteren Aspekten
nicht auf die hierin dargestellten und beschriebenen spezifischen
Details und repräsentativen
Ausführungsformen
beschränkt.
Demzufolge können
verschiedene Modifikationen durchgeführt werden, ohne von dem Erfindungsgedanken
oder Schutzumfang des allgemeinen erfindungsgemäßen Konzeptes gemäß Definition
durch die beigefügten Ansprüche und
deren Äquivalente
durchgeführt
werden.