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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Antriebsgerät, das eine
Drehbewegung einer Antriebsleistungsquelle in eine Hin- und Herbewegung eines
Steuerachselements umwandelt, und ein Ventilhubeinstellgerät, welches
das Antriebsgerät
verwendet. Die vorliegende Erfindung kann als ein Ventilhubeinstellgerät für einen
Verbrennungsmotor verwendet werden.
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Die
Druckschrift JP-2001-263015A zeigt ein Antriebsgerät, das einen
Steuerbetrag des gesteuerten Elements gemäß einer Achsposition des Steuerachselements
einstellt. Das Antriebsgerät
ist gleitfähig
durch eine Welle gestützt,
die sich von einer Nockenwelle eines Ventilnockens unterscheidet,
und ist mit einem Zwischenantriebsmechanismus versehen, der eine
Antriebskraft des Ventilnockens zu einem Einlassventil und/oder
einem Auslassventil überträgt. Dadurch
wird eine Hin- und Herbewegung des Steuerachselements in eine Drehbewegung
umgewandelt und einen Relativhubbetragsunterschied zwischen dem
Ventilnocken des Zwischenantriebsmechanismus und dem Einlassventil
und/oder dem Auslassventil gemäß einer
Achsposition des Steuerachselements.
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Wenn
zum Beispiel das Antriebsgerät
so angewandt wird, dass ein Ventilhub des Verbrennungsmotors eingestellt
wird, erhält
das Steuerachselement immer eine Ein-Richtungs-Belastung. Um andererseits
einen vorbestimmten Ventilhubbetrag beim Starten des Verbrennungsmotors
zu halten, ist es zum Beispiel wünschenswert,
dass das Steuerachselement gemäß einem
vorbestimmten Ventilhubbetrag positioniert ist. Um jedoch die Position
des Antriebsnockens bei einer konstanten Position zu halten, ist
es erforderlich, ständig
eine Antriebskraft von der Antriebsleistungsquelle zu der Nockenwelle hinzuzufügen, die
den Antriebsnocken antreibt, oder einen komplizierten Mechanismus
wie beispielsweise eine elektromagnetische Kupplung bereitzustellen.
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Eine
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Antriebsgerät und ein
Ventilhubeinstellgerät zu
schaffen, das den Antriebsnocken bei einer konstanten Position hält, ohne
ständiges
Hinzufügen
einer Antriebskraft zu dem Antriebsnocken und Bereitstellen eines
komplizierten Mechanismus.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung hat ein Antriebsnocken eine Umfangsoberfläche an einer äußeren Nockenoberfläche. Die
Umfangsoberfläche hat
einen konstanten Radius über
eine vorbestimmte Umfangslänge.
Wenn somit die Umfangsoberfläche mit
einem Kontaktteil in Kontakt steht, dreht sich der Antriebsnocken
nicht, abgesehen von dem Fall, wenn die Antriebskraft auf den Antriebsnocken
aufgebracht wird. Das heißt,
wenn die Umfangsoberfläche
mit dem Kontaktteil in Kontakt steht, ist eine Drehung des Antriebnockens
gesperrt. Wenn somit eine Last auf das Steuerachselement aufgebracht
wird, selbst wenn keine Antriebskraft von der Antriebsleistungsquelle
auf den Antriebsnocken durch eine Nockenwelle aufgebracht wird,
kann ein Antriebsnocken und das Steuerachselement bei konstanten
Positionen positioniert werden, wobei die Achsposition des Steuerachselements
durch den Antriebsnocken gesteuert wird.
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1 ist
eine schematische Ansicht, die einen wesentlichen Teil des Antriebsgeräts gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung zeigt.
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2 ist
eine perspektivische Ansicht des Antriebsgeräts, die teilweise eine Schnittzeichnung ist,
gemäß dem Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung.
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3 ist
eine perspektivische Ansicht eines Verbindungsteils des Steuerachselements
des Antriebsgeräts
und eines Übertragungsteils
gemäß dem Ausführungsbeispiel.
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4 ist
eine schematische Ansicht eines Antriebsnockens des Antriebsgeräts gemäß dem Ausführungsbeispiel.
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5 ist
eine perspektivische Ansicht, die ein hervorragendes Teil des Antriebsgeräts gemäß dem Ausführungsbeispiel
zeigt.
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6 ist
eine schematische Ansicht, die einen wesentlichen Teil des Antriebsgeräts gemäß einem
anderen Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung zeigt.
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7 ist
eine schematische Ansicht, die einen wesentlichen Teil des Antriebsgeräts gemäß dem anderen
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung zeigt.
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Die
Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung werden nachstehend unter Bezugnahme auf
die Zeichnungen beschrieben.
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Die 1, 2 und 3 zeigen
ein Antriebsgerät
gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung. Das Antriebsgerät 10 der vorliegenden
Erfindung wird als ein Ventilhubeinstellgerät verwendet, das einen Relativhubunterschied zwischen
einem Ventilnocken, der ein Einlassventil antreibt, und dem Einlassventil
einstellt, beispielsweise auf der Grundlage einer Achsposition eines
Steuerachselements 30.
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Das
Antriebsgerät,
das in 2 gezeigt ist, weist einen Motor 20 als
eine Antriebsleistungsquelle, das Steuerachselement 30,
ein Übertragungsteil 40,
einen Antriebsnocken 50 (Verweis auf 1),
einen Winkelsensor 60, eine elektronische Steuereinheit
(ECU) 80 und einen Treiberkreis (EDU) 82 auf. Der
Motor 20 ist ein DC-Motor, der einen Rotor 22,
an dem eine Spule abgewickelt ist, und ein Dauermagnet 24 aufweist,
der eine äußere Oberfläche des
Rotors 22 bedeckt. Ein Motorzahnrad 28 ist an
einem Ende einer Welle 26 des Motors 20 vorgesehen,
das sich mit dem Rotor 22 dreht.
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Das
Steuerachselement 30 ist an einem Ende von ihm mit einem
Stützgehäuse 41 des Übertragungsteils 40 verbunden
und an dem anderen Ende von ihm mit einer Hubeinstelleinrichtung
verbunden. Das Steuerachselement 30 kreuzt die Welle 26 des
Motors 20 im Wesentlichen rechtwinklig. Wie dies in den 1, 3 gezeigt
ist, ist ein Verbindungsteil 32, das ein Ende des Steuerachselements 30 bildet,
in Eingriff mit und verbunden mit einem Verbindungsteil 42 des
Stützgehäuses 41.
Eine Klemme 46 ist zwischen dem Verbindungsteil 32 und
dem Verbindungsteil 42 vorgesehen. Die Klemme 46 verbindet
das Verbindungsteil 32 mit dem Verbindungsteil 42.
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Das Übertragungsteil 40 weist
das Stützgehäuse 42,
das quadratisch kastenförmig
ist, und eine Rolle 44 auf, die durch das Stützgehäuse 41 an
einer gegenüberliegenden
Seite bezüglich
dem Steuerachselement 30 gestützt ist. Ein Nockenwellenelement 51 ist
in das Innere des Stützgehäuses 41 eingesetzt.
Der Antriebsnocken 50 dreht sich mit dem Nockenachselement 51,
das mit der Rolle 44 in Kontakt steht. Wie dies in der 2 gezeigt
ist, sind ein Nockenzahnrad 54 und ein Nockenzahnrad 56 jeweils
an beiden Enden des Nockenwellenelements 51 vorgesehen.
Das Nockenzahnrad 54 steht in Eingriff mit dem Motorzahnrad 28.
Das Nockenachselement 51 ist parallel zu der Welle 26 des
Motors 20 angeordnet.
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Wie
dies in der 4 gezeigt ist, weist der Antriebsnocken 50 eine äußere gekrümmte Nockenoberfläche und
eine flache Nicht-Nocken-Oberfläche
auf. Die äußere Nockenoberfläche weist
einen kreisförmigen
Oberflächenabschnitt 501 und
einen beliebig gekrümmten
Oberflächenabschnitt 502 auf. Ein
Mittelpunkt des kreisförmigen
Oberflächenabschnitts 501 ist
eine Mittelachse P des Nockenwellenelements 51. Der kreisförmige Oberflächenabschnitt 501 ist
ein Teil eines Kreises, der ein konzentrischer Kreis der äußeren Oberfläche des
Nockenwellenelements 51 ist. Andererseits hat der beliebig gekrümmte Oberflächenabschnitt 502 einen
Außenumfang
bei einem Querschnitt rechtwinklig zu der Mittelachse, der eine
beliebig gekrümmte
Kurve ist, die für
eine Charakteristik des Antriebsnockens 50 erforderlich
ist, wie beispielsweise ein Involute-Kreis und ein Trochoid-Kreis.
Bei diesem Ausführungsbeispiel
ist der kreisförmige
Oberflächenabschnitt 501 an
einem Endabschnitt bei einer Umfangsrichtung der äußeren Nockenoberfläche des
Antriebsnockens 50 ausgebildet.
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Wie
dies in der 5 gezeigt ist, ist ein hervorstehendes
Teil 54a an einer Endoberfläche des Nockenzahnrads 54 in
dessen Achsrichtung ausgebildet. Wenn das hervorstehende Teil 54a mit
der Welle 70 in Eingriff steht, hält der Motor 20 an.
Das Nockenzahnrad 54 hat das andere hervorstehende Teil
(nicht gezeigt) an seiner anderen Endoberfläche, wo die entgegengesetzte
Seite bezüglich
des hervorstehenden Teils 54a ist. Wenn dieser hervorstehende Teil
mit einer Welle 72 in Eingriff steht, hält der Motor 20 an.
Zwei hervorstehende Teile stehen mit den Wellen 70, 72 in
Eingriff, wodurch ein Drehwinkelbereich des Antriebnockens 50 auf
einen vorbestimmten Winkelbereich eingeschränkt wird.
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Der
Winkelsensor 60, der in 2 gezeigt ist,
hat ein Sensorzahnrad 62, das mit dem Nockenzahnrad 56 in
Eingriff steht. Der Winkelsensor 60 erfasst einen Drehwinkel
eines Sensordrehelements (nicht gezeigt), das mit dem Sensorzahnrad 62 mit dem
Sensordrehelement und einem nicht in Kontakt stehenden Hall-Effekt-Element
in Eingriff steht. Die ECU 80 erhält ein erfasstes Signal des
Winkelsensors 60 und andere erfasste Signale von Sensoren wie
beispielsweise eine Einlassöffnung
und gibt ein Steuersignal an die EDU 82 weiter, die den
Motor 20 auf der Grundlage der Eingabe der sensorerfassten Signale
antreibt.
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Ein
Betrieb des Antriebsgeräts 10 wird
nachstehend beschrieben.
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Wenn
der Motor 20 anfängt
sich zu drehen, wird ein Moment des Motors 20 zu dem Nockenwellenelement 51 und
einem Antriebsnocken 50 durch das Nockenzahnrad 54 übertragen.
Wenn sich der Antriebsnocken 50 dreht, stützt das
Stützgehäuse 41,
das sich in der Achsrichtung des Steuerachselements 30 hin-
und herbewegt, die Rolle 44, die mit dem Antriebsnocken 50 in
Kontakt steht. Das Steuerachselement 30 bewegt sich mit
dem Stützgehäuse 41 in
einer Richtung hin und her, die im Wesentlichen rechtwinklig zu
der Welle 26 des Motors 20 ist. Die Hubeinstelleinrichtung
des Ventilhubeinstellgeräts stellt
den Relativventilhubbetrag des Einlassventils relativ zu dem Ventilnocken
gemäß einer
Achsposition des Steuerachselements 30 ein, die sich entlang des
Nockenprofils der äußeren Nockenoberfläche des
Antriebsnockens 50 bewegt. Das Steuerachselement 30 stellt
den Unterschied der Relativhubbeträge zwischen dem Ventilnocken
und dem Einlassventil ein, wobei es eine Last als eine Reaktionskraft
von dem Einlassventil erhält.
Bei diesem Ausführungsbeispiel
wird eine Last auf das Steuerachselement 30 in einer Richtung
aufgebracht, die durch einen Pfeil F1 in 1 angezeigt
ist, das heißt
die Richtung, bei der das Steuerachselement 30 den Antriebsnocken 50 zieht.
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Wenn
der Verbrennungsmotor anhält,
treibt die ECU 80 den Motor 20 so an, dass der
kreisförmige
Oberflächenabschnitt 501 des
Antriebsnockens 50 mit der Rolle 44 in Kontakt
steht. Somit ist, wenn der Verbrennungsmotor anhält, der kreisförmige Oberflächenabschnitt 501 des
Antriebsnockens 50 in Kontakt mit der Rolle 44.
Zu diesem Augenblick befinden sich eine Mittelachse L des Steuerachselements 30,
eine Mittelachse P des Antriebsnockens 50 und das Nockenwellenelement 51 sowie
ein Kontaktpunkt C des kreisförmigen
Oberflächenabschnitts 501 des
Antriebsnockens 50 und der Rolle 44 auf einer
gleichen Linie. Da der kreisförmige
Oberflächenabschnitt 501 des
Antriebsnockens 50 mit der Rolle 44 in Kontakt
steht und die Mittelachse L, die Mittelachse P und der Kontaktpunkt C
auf der gleichen Linie sind, wird keine Drehkraft auf den Antriebsnocken 50 aufgebracht.
Wenn dadurch der kreisförmige Oberflächenabschnitt 501 mit
der Rolle 44 in Kontakt steht, ist der Antriebsnocken 50 in
einer Position, bei der seine Umfangsdrehung gesperrt ist. Deshalb
ist sogar wenn eine Kraft auf das Steuerachselement 30 in
einer Gegenrichtung bezüglich
dem Stützgehäuse aufgebracht
wird und keine Antriebskraft von dem Motor 20 übertragen
wird, der Antriebsnocken 50 gesperrt, der in Eingriff mit
der Rolle 44 steht. Durch Sperren des Antriebsnockens 50 werden
Bewegungen des Antriebsnockens 50 und des Steuerachselements 30 eingeschränkt und
der Antriebsnocken 50 und das Steuerachselement 30 werden
bei konstanten Positionen gehalten. Zu diesem Zeitpunkt wird das
Steuerachselement 30 bei einer Position gehalten, die einem
Ventilhubbetrag beim Verbrennungsmotorstart entspricht. Wenn folglich
der Verbrennungsmotor startet, ist der Ventilhub des Einlassventils
angemessen für
ein Starten des Verbrennungsmotors festgelegt ohne den Betrieb des
Antriebsgeräts 10 durch
den Motor 20.
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Bei
dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel hat der Antriebsnocken 50 den
kreisförmigen
Oberflächenabschnitt 501,
der ein konzentrischer Kreis um eine Mitte des Nockenwellenelements 51 ist,
an seiner äußeren Nockenoberfläche. Wenn
der Verbrennungsmotor ausgeschaltet ist, kommt der kreisförmige Oberflächenabschnitt 501 des
Antriebsnockens 50 mit der Rolle 44 in Kontakt. Dadurch
wird selbst wenn die Last auf das Steuerachselement 30 aufgebracht
wird, keine Umfangsdrehkraft auf den Antriebsnocken 50 aufgebracht. Demzufolge
werden sogar wenn keine Antriebskraft von dem Motor 20 zu
dem Antriebsnocken 50 übertragen
wird, der Drehwinkel des Antriebsnockens 50 und die Achsposition des
Steuerachselements 30 konstant gehalten. Somit können ohne
Hinzufügen eines
komplizierten Mechanismus, die Positionen des Antriebnockens 50 und
des Steuerachselements 30 konstant gehalten werden. Außerdem ist
es nicht erforderlich, Elektrizität ständig zu dem Motor 20 zu liefern,
um den Drehwinkel des Antriebsnockens 50 und die Achsposition
des Steuerachselements 30 konstant zu halten. Somit kann
die durch den Motor 20 verbrauchte Elektrizität verringert
werden.
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Außerdem wird
bei diesem Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung durch Konstanthalten der Positionen des
Antriebsnockens 50 und des Steuerachselements 30 der
Ventilhubbetrag des Einlassventils auf einen angemessenen Betrag
beim Neustart des Verbrennungsmotors festgelegt ohne den Betrieb
des Antriebgeräts 10.
Somit werden die Startfähigkeit
des Verbrennungsmotors und die Kraftstoffwirtschaftlichkeit verbessert.
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Das andere
Ausführungsbeispiel
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Das
andere Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung wird nachstehend beschrieben. Die gleichen
Teile, wie die bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel,
werden mit den gleichen Bezugszeichen dargestellt und die gleiche Beschreibung
wird nicht wiederholt.
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Bei
dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel wird die Kraft,
die durch den Pfeil F1 in 1 gezeigt
ist, auf das Steuerachselement 30 in einer Richtung weg
vom Antriebsnocken 50 aufgebracht. Jedoch kann, wie dies
in 6 gezeigt ist, eine Kraft in Richtung des Antriebsnockens 50,
wie dies durch einen Pfeil F2 in 6 gezeigt
ist, das heißt
eine Kraft, dass das Steuerachselement 30 den Antriebsnocken 50 drückt, auf
das Steuerachselement 30 bei der vorliegenden Erfindung
aufgebracht werden. Dadurch kann der Antriebsnocken 50 und das
Steuerachselement 30 bei konstanten Positionen gehalten
werden.
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Außerdem kann,
wie dies in 7 gezeigt ist, eine Antriebskraft
von dem Antriebsnocken 50 zu dem Steuerachselement 30 durch
einen Verbindungsmechanismus 90 übertragen werden. In 7 wird
eine Last auf das Steuerachselement 30 in einer Richtung
aufgebracht, die durch einen Pfeil F3 gezeigt ist. Der Verbindungsmechanismus 90 beinhaltet einen
Arm 91 und ein Kontaktelement 92. Der Arm 91 ist
drehbar an einem Stützteil 93 gestützt. Ein
Ende des Arms 91 steht mit einem Ende des Steuerachselements 30 in
Kontakt. Das Kontaktelement 92 steht mit dem Antriebsnocken 50 in
Kontakt. Somit ist der Arm 91 bei dem Antriebsnocken 50 durch
das Kontaktelement 92 schwenkbar. Demzufolge bewegt sich das
Steuerachselement in seiner Achsrichtung.
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Folglich
ist der Antriebsnocken 50 mit dem Steuerachselement 30 durch
den Verbindungsmechanismus 90 verbunden. Selbst wenn gemäß der vorliegenden
Erfindung der Antriebsnocken 50 nicht unmittelbar mit dem
Steuerachselement 30 in Kontakt steht, werden die Positionen
des Antriebsnockens 50 und des Steuerachselements 30 bei
einer konstanten Position gehalten.
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Bei
dem vorstehend genannten Ausführungsbeispiel
wird der DC-Motor als die Leistungsquelle verwendet. Jedoch ist
die Leistungsquelle nicht auf den DC-Motor eingeschränkt. Der
andere elektrische Motor wie beispielsweise ein AC- Motor kann als die
Leistungsquelle verwendet werden. Nicht nur der elektrische Motor
sondern auch ein Stellantrieb, der einen Öldruck, eine Druckluft und elektromagnetische
Kraft verwendet, kann als Leistungsquelle verwendet werden. Außerdem wird
bei den Ausführungsbeispielen
der Erfindung das Ventilhubeinstellgerät als ein gesteuertes Teil
angewandt, das durch das Antriebsgerät angetrieben wird. Das gesteuerte
Teil ist nicht auf das Ventilhubeinstellgerät eingeschränkt.
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Ein
Antriebsnocken (50) weist einen kreisförmigen Oberflächenabschnitt
(501) an seiner äußeren Nockenoberfläche auf.
Wenn ein Verbrennungsmotor ausgeschaltet wird, wird der kreisförmige Oberflächenabschnitt
(501) mit einer Rolle (44) in Kontakt gebracht.
Dadurch wird, selbst wenn eine Last auf das Steuerachselement (30)
aufgebracht wird, keine Drehkraft in Umfangsrichtung auf den Antriebsnocken
(50) aufgebracht. Demzufolge werden, selbst wenn keine
Antriebskraft von einem Motor (20) auf den Antriebsnocken
(50) aufgebracht wird, ein Drehwinkel des Antriebsnockens
(50) und eine Achsposition des Steuerachselements (30)
konstant gehalten. Folglich ist es möglich, den Antriebsnocken (50)
und das Steuerachselement (30) bei einer konstanten Position
zu halten ohne Hinzufügen
eines komplizierten Mechanismus.