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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein variables Ventilsystem für
einen Verbrennungsmotor, das wenigstens eine Ventilhubgröße
eines Motoreinlassventils oder eines Motorabgasventils in Übereinstimmung
mit einem Motorbetriebszustand variieren und einstellen kann.
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In
den letzten Jahren wurden verschiedene variable Ventilsysteme vorgeschlagen
und entwickelt, die die Ventilöffnungszeiten/-schließzeiten
und eine Ventilhubgröße von Motoreinlass-/Motorabgasventilen
in Übereinstimmung mit einem Motorbetriebszustand steuern,
um eine Verbesserung der Kraftstoffeffizienz und eine stabile Steuerfähigkeit während
eines Motorbetriebs mit niedriger Drehzahl und geringer Last sicherzustellen
und um eine ausreichende Ausgabe durch eine Erhöhung der
Einlassluftladeeffizienz während eines Betriebs mit hoher
Motordrehzahl (hoher Drehzahl) und hoher Last sicherzustellen. Ein
derartiges variables Ventilsystem wird in der vorläufigen
japanischen Patentveröffentlichung
Nr. 11-264307 (
9 und
10) (nachfolgend
als „
JP11-264307 "
bezeichnet) beschrieben, die zuvor durch die gleichen Anmelder eingereicht wurde.
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Im
Folgenden wird
JP11-264307 kurz
erläutert. Das variable Ventilsystem von
JP11-264307 umfasst einen Antriebsnocken,
der einstückig mit dem Außenumfang einer Antriebswelle
ausgebildet ist, die durch eine Kurbelwelle gedreht wird, einen
Mehrfachverbindungs-Getriebemechanismus mit einem Kipphebel, der
eine Drehkraft oder ein Drehmoment des Antriebsnockens zu einer
Schwenkbewegung wandelt, mit einem Verbindungsglied usw., einen Schwenknocken,
der eine Öffnungs-/Schließfunktion eines Einlassventils
durch eine Gleitbewegung an einer oberen Fläche eines Ventilhebers
durch den Getriebemechanismus vorsieht, einen Haltearm, der beinahe
seitwärts liegt, wobei sein Basisendteil drehbar durch
die Antriebswelle gehalten wird und sein oberer Endteil drehbar
durch einen Drehpunkt des Kipphebels des Getriebemechanismus gehalten wird,
einen Antriebsmechanismus, der die obere Endseite des Haltearms
nach oben und unten dreht und den Haltearm innerhalb eines vorbestimmten Bereichs
neigt, und eine Steuereinrichtung, die die nach vorne und nach hinten
gerichtete Drehung des Antriebsmechanismus in Übereinstimmung
mit dem Motorbetriebszustand steuert.
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Durch
eine Steuerung der Drehung des Haltearms nach oben und nach unten
durch den Antriebsmechanismus wird die Gleitposition des Schwenknockens
auf der oberen Fläche des Ventilhebers über den
Kipphebel des Getriebemechanismus und das Verbindungsglied geändert,
wodurch die Hubgröße des Einlassventils steuert
wird.
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Indem
in dem oben beschriebenen variablen Ventilsystem von
JP11-264307 der Haltearm nach oben
und nach unten gedreht (oder geneigt) wird, wird die Ventilhubgröße
des Einlassventils durch die Änderung der Gleitposition
des Schwenknockens auf der oberen Fläche des Ventilhebers
gesteuert. Wenn also zum Beispiel die Drehrichtung der Antriebswelle und
die Schwenkrichtung während des Ventilöffnungshubs
durch den Schwenknocken wie in
10 von
JP11-264307 gleich sind,
während eine Variation der Startphase der Einlassventilöffnungszeit
zum Zeitpunkt einer Steueränderung der Ventilhubgröße des
Einlassventils von einer großen Ventilhubgröße zu
einer kleinen Ventilhubgröße extrem klein ist,
ist die Phasenvariation der Ventilschließzeit groß.
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Wenn
also der Ventilhubbereich von einem großen Ventilhubbereich
zu einem kleinen Ventilhubbereich wechselt, obwohl der Haltearm
zuerst durch den Antriebsmechanismus nach oben gedreht wird, dann
wird auch der Kipphebel zusammen mit der Drehung des Haltearms nach
oben gedreht und wird die Schwenkzeit des Kipphebels vorübergehend
beschleunigt, weil sich der Antriebsnocken in der entgegen gesetzten
Richtung dreht. Dies hat eine übermäßig
beschleunigte Ventilöffnungszeit in einer Hubkennlinie
des Einlassventils zur Folge, sodass die Phasenvariation in der
Ventilöffnungszeit bei dem Hubwechsel extrem klein ist.
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Wenn
also die Ventilhubgröße von einem großen
Hub zu einem kleinen Hub während eines Betriebs mit niedriger
Drehzahl und geringer Last gesteuert wird, wird die Ventilüberlappungsgröße
beinahe gleich der Ventilüberlappung mit einem Abgasventil
unter der großen Ventilhubsteuerung. Dadurch wird eine
Vermehrung des Restgases und eine Verschlechterung der Verbrennung
während eines Betriebs mit niedriger Drehzahl und geringer
Last verursacht, sodass die Kraftstoffeffizienz schlechter wird. Das
heißt, die Ventilüberlappungsgröße
in Übereinstimmung mit dem Motorbetrieb oder dem Fahrzustand
kann in dem variablen Ventilsystem von
JP11-264307 nicht korrekt gesteuert
werden.
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Es
ist deshalb eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein variables
Ventilsystem anzugeben, das die technischen Probleme des herkömmlichen
variablen Ventilsystems lösen kann.
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Gemäß einem
Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst ein variables Ventilsystem
eines Verbrennungsmotors: eine Antriebswelle, die einen Antriebsnocken
auf einem Außenumfang aufweist und auf die eine Leistung
von einer Motorkurbelwelle übertragen wird; einen Schwenknocken,
der schwenkbar gehalten wird und ein Motorventil öffnet/schließt;
einen Getriebemechanismus, dessen eine Endseite über einen
Drehpunkt drehbar mit dem Antriebsnocken verbunden ist und dessen
andere Endseite mit dem Schwenknocken verbunden ist, wobei der Getriebemechanismus
ein Drehmoment des Antriebsnockens in eine Schwenkbewegung wandelt
und die Schwenkbewegung auf den Schwenknocken überträgt;
eine Steuerwelle, deren Drehung durch ein Stellglied gesteuert wird;
und einen Steuernocken, der an einem Außenumfang der Steuerwelle
fixiert ist und ein Schwenkpunkt des Getriebemechanismus ist, wobei
die Wellenachse des Steuernockens von der Wellenachse der Steuerwelle abweicht;
wobei das variable Ventilsystem die Ventilhubgröße
des Motorventils variiert, indem es den Schwenkpunkt des Getriebemechanismus
durch eine Drehsteuerung des Steuernockens über die Steuerwelle ändert;
wobei der Schwenkpunkt des Getriebemechanismus während
einer kleinen Ventilhubsteuerung des Motorventils in einem Bereich
außerhalb eines Bogens liegt, der mit der Antriebswelle als
Zentrum des Bogens gezogen wird und durch eine Schwenkpunktposition
zum Zeitpunkt des maximalen Ventilhubs geht, und weiterhin innerhalb
eines Bogens liegt, der mit einem Schwenkpunkt der einen Endseite
des Getriebemechanismus als Zentrum des Bogens gezogen wird und
durch die Schwenkpunktposition zum Zeitpunkt des maximalen Ventilhubs geht.
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Gemäß einem
anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst ein variables
Ventilsystem eines Verbrennungsmotors:
eine Antriebswelle,
die einen Antriebsnocken auf einem Außenumfang aufweist
und auf die eine Leistung von einer Motorkurbelwelle übertragen
wird; einen Schwenknocken, der schwenkbar gehalten wird und ein
Motorventil öffnet/schließt; eine Steuerwelle, deren
Drehung durch ein Stellglied gesteuert wird; einen Steuernocken,
der an einem Außenumfang der Steuerwelle fixiert ist, wobei
die Wellenachse des Steuernockens von der Wellenachse der Steuerwelle abweicht;
und einen Kipphebel, dessen eine Endseite drehbar auf einen Außenumfang
des Steuernockens gepasst ist und als Schwenkpunkt dient, wobei ein
im wesentlichen mittiger Teil über einen Verbindungsarm
mit dem Antriebsnocken verbunden ist, und dessen andere Endseite über
eine Verbindungsstange mit dem Schwenknocken verbunden ist, wobei
der Kipphebel ein Drehmoment des Antriebsnockens in eine Schwenkbewegung
wandelt und die Schwenkbewegung auf den Schwenknocken überträgt;
wobei das variable Ventilsystem eine Ventilhubgröße
des Motorventils variiert, indem es den Schwenkpunkt des Kipphebels
durch eine Drehsteuerung des Steuernockens über die Steuerwelle ändert;
und wobei der Schwenkpunkt des Kipphebels während einer
kleinen Ventilhubsteuerung des Motorventils in einem Bereich innerhalb
eines Bogens liegt, der mit der Antriebswelle als Zentrum des Bogens
gezogen wird und durch eine Schwenkpunktposition zum Zeitpunkt des
maximalen Ventilhubs geht, und weiterhin außerhalb eines
Bogens liegt, der mit einem Drehpunkt des Kipphebels und des Verbindungsarms
als Zentrum des Bogens gezogen wird und durch die Schwenkpunktposition
zum Zeitpunkt des maximalen Ventilhubs geht.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der Erfindung umfasst ein variables Ventilsystem
eines Verbrennungsmotors: eine Antriebswelle, die einen Antriebsnocken
auf einem Außenumfang aufweist und auf die eine Leistung
von einer Motorkurbelwelle übertragen wird; einen Schwenknocken,
der schwenkbar gehalten wird und ein Motorventil durch eine nach
oben ziehende Bewegung einer Endseite des Schwenknockens öffnet;
einen Kipphebel, dessen eine Endseite drehbar mit dem Antriebsnocken verbunden
ist und dessen andere Endseite mit dem Schwenknocken verbunden ist,
wobei der Kipphebel ein Drehmoment des Antriebsnockens zu einer Schwenkbewegung
wandelt und die Schwenkbewegung auf den Schwenknocken überträgt;
eine Steuerwelle, deren Drehung durch ein Stellglied gesteuert wird;
und einen Steuernocken, der an einem Außenumfang der Steuerwelle
fixiert ist und ein Schwenkpunkt des Kipphebel ist, wobei die Wellenachse
des Steuernockens von der Wellenachse der Steuerwelle abweicht;
und wobei das variable Ventilsystem eine Ventilhubgröße
des Motorventils variiert, indem es den Schwenkpunkt des Kipphebels
durch eine Drehsteuerung des Steuernockens über die Steuerwelle ändert;
und wobei der Schwenkpunkt des Kipphebels während einer
kleinen Ventilhubsteuerung des Motorventils in einem Bereich außerhalb
des Bogens liegt, der mit der Antriebswelle als Zentrum des Bogens
gezogen wird und durch eine Schwenkpunktposition zum Zeitpunkt des
maximalen Ventilhubs geht, und weiterhin innerhalb eines Bogens
liegt, der mit einem Drehpunkt des Kipphebels und des Verbindungsarms
als Zentrum des Bogens gezogen wird und durch die Schwenkpunktposition
zum Zeitpunkt des maximalen Ventilhubs geht.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der Erfindung umfasst ein variables Ventilsystem
eines Verbrennungsmotors: eine Antriebswelle, die einen Antriebsnocken
auf einem Außenumfang aufweist und auf die eine Leistung
von einer Motorkurbelwelle übertragen wird; einen Schwenknocken,
der schwenkbar gehalten wird und ein Motorventil durch eine nach
oben ziehende Bewegung einer Endseite des Schwenknockens öffnet;
einen Getriebemechanismus, dessen eine Endseite drehbar mit dem
Antriebsnocken über einen Drehpunkt verbunden ist und dessen
andere Endseite mit dem Schwenknocken verbunden ist, wobei der Getriebemechanismus ein
Drehmoment des Antriebsnockens zu einer Schwenkbewegung wandelt
und die Schwenkbewegung auf den Schwenknocken überträgt;
eine Steuerwelle, deren Drehung durch ein Stellglied gesteuert wird;
und einen Steuernocken, der an einem Außenumfang der Steuerwelle
fixiert ist und ein Schwenkpunkt des Getriebemechanismus ist, wobei
die Wellenachse des Steuernockens von der Wellenachse der Steuerwelle
abweicht; wobei das variable Ventilsystem eine Ventilhubgröße
des Motorventils variiert, indem es den Schwenkpunkt des Getriebemechanismus
durch eine Drehsteuerung des Steuernockens über die Steuerwelle ändert;
wobei der Schwenkpunkt des Getriebemechanismus während
einer kleinen Ventilhubsteuerung des Motorventils in einem Bereich
innerhalb eines Bogens liegt, der mit der Antriebswelle als Zentrum
des Bogens gezogen wird und durch eine Schwenkpunktposition zum
Zeitpunkt eines maximalen Ventilhubs geht, und weiterhin außerhalb
des Bogens liegt, der mit einem Drehpunkt der einen Endseite des
Getriebemechanismus als Zentrum des Bogens gezogen wird und durch
die Schwenkpunktposition zum Zeitpunkt des maximalen Ventilhubs
geht.
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Wenn
in der vorliegenden Erfindung die Ventilhubgröße
des Einlassventils von der großen Ventilhubgröße
zu der kleinen Ventilhubgröße gesteuert wird,
kann die Phasenvariation der Ventilöffnungszeit des Einlassventils
relativ klein sein und kann die Phasenvariation der Ventilschießzeit
groß sein, weil der Schwenkpunkt des Getriebemechanismus
geändert wird, während er sich in dem durch die
Bögen definierten Bereich bewegt. Während der
kleinen Ventilhubsteuerung wird also eine Mittenwinkelphase des Hubs
zu einer Beschleunigungswinkelseite im Vergleich zu dem Fall eines
maximalen Ventilhubs gesteuert, wobei die Größe
des Beschleunigungswinkels der Ventilöffnungszeit zum Beispiel
zu einer etwas verzögerten Position im Vergleich zu der
Position des oberen Totpunkts eines Kolbens gesteuert werden kann.
Deshalb kann die Ventilüberlappung mit dem Abgasventil
während der kleinen Ventilhubsteuerung des Motorventils
korrekt gesteuert werden.
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Diese
und andere Aufgaben und Merkmale der Erfindung werden durch die
folgende Beschreibung mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen verdeutlicht.
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1 ist
eine Schnittansicht eines wesentlichen Teils eines variablen Ventilsystems
einer ersten Ausführungsform.
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2 ist
eine Vorderansicht des wesentlichen Teils des variablen Ventilsystems.
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3 ist
eine Draufsicht auf den wesentlichen Teil des variablen Ventilsystems.
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4 ist
eine Ansicht, die einen Teil einer Steuerwelle, eines Steuernockens
und eines Kipphebels zeigt.
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5 ist
eine Schnittansicht entlang der Linie A-A von 4.
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6A und 6B sind
schematische Ansichten, die die Funktion einer keinen Ventilhubsteuerung
erläutern, wobei 6A einen
geöffneten Ventilzustand zeigt und 6B einen
geschlossenen Ventilzustand zeigt.
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7A und 7B sind
schematische Ansichten, die die Funktion einer maximalen Ventilhubsteuerung
zeigen, wobei 7A einen geöffneten Ventilzustand
zeigt und 7B einen geschlossenen Ventilzustand
zeigt.
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8 zeigt
eine Ventilhubkennlinie eines Abgasventils und eines Einlassventils.
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9 zeigt
eine Ventilhubkennlinie des Einlassventils, wenn die Schwenkrichtung
eines Schwenknockens zum Zeitpunkt der Ventilöffnung der
Drehrichtung einer Antriebswelle entgegen gesetzt ist.
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10 ist
eine schematische Ansicht des variablen Ventilsystems einer zweiten
Ausführungsform.
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11 ist
eine Draufsicht auf das variable Ventilsystem.
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12 ist
eine perspektivische Ansicht, die die Steuerwelle, den Steuernocken
und den Kipphebel zeigt.
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13 ist
eine Zeichnung, die die Funktion des variablen Ventilsystems erläutert.
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14 zeigt eine Ventilhubkennlinie des variablen
Ventilsystems.
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15 ist eine schematische Ansicht des variablen
Ventilsystems einer dritten Ausführungsform.
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16 ist
eine schematische Ansicht des variablen Ventilsystems einer vierten
Ausführungsform.
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17 ist
eine Seitenansicht eines anderen Kipphebels.
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18 ist
eine Seitenansicht eines wesentlichen Teils der Steuerwelle, die
den Kipphebel und einen Zapfenteil zeigt.
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19 ist
eine Schnittansicht eines wesentlichen Teils des variablen Ventilsystems
einer fünften Ausführungsform.
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20 ist
eine schematische Ansicht des variablen Ventilsystems.
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21 ist
eine Ventilhubkennlinie des variablen Ventilsystems.
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22 ist
eine Schnittansicht eines wesentlichen Teils des variablen Ventilsystems
einer sechsten Ausführungsform.
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Im
Folgenden werden Ausführungsformen eines variablen Ventilsystems
für einen Verbrennungsmotor mit Bezug auf die Zeichnungen
erläutert. Die Ausführungsformen zeigen einen
Fall, in dem das variable Ventilsystem auf einer Motoreinlassseite des
Verbrennungsmotor angewendet wird.
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Wie
in 1 bis 3 gezeigt, umfasst ein variables
Ventilsystem einer ersten Ausführungsform zwei Einlassventile 3, 3 pro
Zylinder, die gleitbar in einem Zylinderkopf 1 durch eine
Ventilführung 2 vorgesehen sind und eine Einlassöffnung 1a öffnen/schließen,
eine hohle Antriebswelle 4, die in einer Längsrichtung
des Motors angeordnet ist, und einen Antriebsnocken 5,
der fix an der Antriebswelle 4 für jeden Zylinder
vorgesehen ist, Schwenkarme 6, 6, die jeweils
ein Folgeglied sind und an einem oberen Ende des Einlassventils 3 installiert
sind, ein Paar von Schwenknocken 7, 7, die eine
Bewegung zum Öffnen der Einlassventile 3, 3 über
die Schwenkarme 6, 6 vorsehen, einen Getriebemechanismus 8,
der mit dem Antriebsnocken 5 und den Schwenknocken 7, 7 verbunden ist
und eine Drehkraft oder ein Drehmoment des Antriebsnockens 5 zu
einer Schwenkbewegung wandelt und die Schwenkbewegung dann auf die
Schwenknocken 7, 7 als Schwenkkraft (Ventilöffnungskraft) überträgt,
und einen Steuermechanismus 9, der einen Schwenkpunkt eines
Kipphebels 15 (weiter unten beschrieben) des Getriebemechanismus 8 variiert
und eine Ventilhubgröße jedes Einlassventils 3 in Übereinstimmung
mit einem Motorbetrieb und oder einem Fahrzustand einstellt oder
steuert.
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Wie
in 1 und 2 sind Ventilfedern vs, vs jeweils
zwischen einem Boden einer im wesentlichen zylindrischen Bohrung 1b in
einem oberen Teil des Zylinderkopfs 1 und einer Federhalterung 10 an einem
oberen Teil eines Ventilstamms installiert, sodass die Einlassventile 3, 3 durch
die Ventilfedern vs, vs in einer Richtung gedrückt werden,
die die Öffnungsenden der Einlassöffnungen 1a, 1a schließt oder
bedeckt.
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Beide
Enden der Antriebswelle 4 werden drehbar durch einen weiter
unten beschriebenen Lagerteil 11 gehalten, der in dem oberen
Teil des Zylinderkopfs 1 vorgesehen ist. Ein Drehmoment
wird von einer Motorkurbelwelle (nicht gezeigt) über ein
an einem Axialende der Antriebswelle 4 vorgesehenes Steuerrad
(nicht gezeigt) und eine Steuerkette (ebenfalls nicht gezeigt) zu
der Antriebswelle 4 übertragen, sodass sich die
Antriebswelle 4 im Uhrzeigersinn (in der durch den Pfeil
angegebenen Richtung) von 1 dreht.
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Der
Antriebsnocken 5 ist wie in 1 und 2 gezeigt
im wesentlichen scheibenförmig ausgebildet und zwischen
den Schwenknocken 7, 7 angeordnet. Weiterhin weist
das Nockenprofil einer Außenumfangsfläche des
Antriebsnockens 5 die Form eines exzentrischen Kreises
auf, wobei die Wellenachse Y des Antriebsnockens 5 von
der Wellenachse X der Antriebswelle 4 um einen vorbestimmten
Versatzwert in einer Radialrichtung abweicht. Der Antriebsnocken 5 ist
fix mit der Antriebswelle 4 verbunden.
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Eine
untere Fläche eines vertieften Endes 6a des Schwenkarms 6 ist
in Kontakt mit einem Stammende des Einlassventils 3. Weiterhin
ist eine kugelförmige untere Fläche des anderen
Endes 6b in Kontakt mit einem hydraulischen Ventilspielausgleich 13 und
wird durch diesen gehalten, wobei der hydraulische Ventilspielausgleich 13 in
einem Halteschlitz 1c in dem Zylinderkopf 1 gehalten
wird. Der Schwenkarm 6 schwenkt mit dem hydraulischen Ventilspielausgleich 13 als
Drehpunkt. Weiterhin wird eine Nadelrolle 14 drehbar durch
den Schwenkarm 6 an einem zentralen, hohlen Teil des Schwenkarms 6 gehalten,
wobei die Schwenknocken 7 in Kontakt mit dem Nadelroller 14 sind.
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Der
hydraulische Ventilspielausgleich 13 weist einen herkömmlichen
Aufbau auf und umfasst einen unten geschlossenen, zylindrischen
Körper 13a, der in dem Halteschlitz 1c fixiert
ist, und einen Kolben 13b, der nach oben gleitbar in dem
Körper 13a installiert ist, wobei der kugelförmige
obere Endteil des Kolbens 13a in Kontakt mit der unteren
Fläche des anderen Endes 6b des Schwenkarms 6 ist. Der
hydraulische Spielausgleich 13 dient dazu, einen Zwischenraum
zwischen dem oberen Endteil des Kolbens 13b und dem anderen
Ende 6b des Schwenkarms 6 (zwischen einer Nockenfläche 7b des Schwenknockens 7 und
der Nadelrolle 14) konstant bei 0 (null) Grad zu halten.
Insbesondere umfasst der hydraulische Spielausgleicher 13 weiterhin eine
Hochdruckkammer 13c, die durch einen inneren Boden des
Körpers 13a und eine Unterteilung des Kolbens 13b definiert
wird, ein Reservoir 13d und ein Druckventil 13e.
Indem ein Hydraulikdruck zu der Hockdruckkammer 13c korrekt
oder kontinuierlich über das Druckventil 13e in
dem Reservoir 13d zugeführt wird, kann der Zwischenraum
konstant bei null gehalten werden.
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Der
Schwenknocken 7 ist wie in 1 gezeigt
im wesentlichen tropfenförmig ausgebildet, wobei beide
Schwenknocken 7, 7 dieselbe Form aufweisen. Der
Schwenknocken 7 weist eine beinahe U-förmige Einpassvertiefung
bzw. ein Loch 7a auf, das auf eine Außenumfangsfläche
der Antriebswelle 4 an einer Basisendseite des Schwenknockens 7 gepasst wird,
und der Schwenknocken 7 wird schwenk- oder drehbar durch
die Antriebswelle 4 über das Einpassloch 7a gehalten,
wobei die Wellenachse X der Antriebswelle 4 das Dreh- oder
Schwenkzentrum des Schwenknockens 7 ist. Weiterhin weist
der Schwenknocken 7 die Nockenfläche 7b an
einer unteren Fläche des Schwenknockens 7 auf.
Insbesondere wird die Nockenfläche 7b durch eine
Basiskreisfläche an der Basisendseite, eine kreisbogenförmige
Rampenfläche, die sich von der Basiskreisfläche
zu einem Nockennasenteil 7c erstreckt, eine obere Fläche,
die an einer oberen Endseite des Nockennasenteils 7c angeordnet
ist und einen maximalen Ventilhub (eine maximale Ventilhubgröße)
vorsieht, und eine Hubfläche, die die Rampenfläche
mit der oberen Fläche verbindet, gebildet. Der Schwenknocken 7 ist
in Kontakt mit einer Außenumfangsfläche der Nadelrolle 14 des
Schwenkarms 6 an der Basiskreisfläche, der Rampenfläche,
der Hubfläche und der oberen Fläche in Abhängigkeit
von der Schwenkposition des Schwenknockens 7, während
sich die Position der Außenumfangsfläche der Nadelrolle 14 (oder
des Schwenkarms 6) nach oben und nach unten bewegt.
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Jeder
Schwenknocken 7 ist derart vorgesehen, dass seine Schwenkrichtung,
die ein Einlassventil 3 durch eine Verschiebung des Kontakts
der Nockenfläche 7b und der Nadelrolle 14 zu
der Seite der Hubfläche öffnet, gleich der Drehrichtung
der Antriebswelle 4 ist.
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Außerdem
ist wie in 1 und 2 gezeigt der
Schwenknocken 7 mit einem Stifteinsteckloch auf der Seite
des Nockennasenteils 7c versehen und ist der Schwenknocken 7 mit
dem anderen Endteil einer Verbindungsstange 17 (weiter
unten beschrieben) über einen eingesteckten Stift 20 verbunden.
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Der
Getriebemechanismus 8 umfasst wie in 1 gezeigt
den Kipphebel 15, der entlang der Breitenrichtung des Motors über
der Antriebswelle 4 angeordnet ist, einen Verbindungsarm 16,
der einen Endteil 15a des Kipphebels 15 und den
Antriebsnocken 5 verbindet, und ein Paar von Verbindungsstangen 17, 17,
die jeweils eines der zweigeteilten anderen Endteile 15b, 15b des
Kipphebels 15 mit dem Nockennasenteil 7c des Schwenknockens 7 verbinden.
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Der
Kipphebel 15 weist wie in 1 bis 3 gezeigt
eine Y-förmige Ebenenform auf. Der eine Endteil 15a,
der von einem zylindrischen Basisteil 15c in der Mitte
des Kipphebels 15 zu dem Motor vorsteht, ist über
einen Stift 18 drehbar mit einem vorstehenden Nasenende 16b des
Verbindungsarms 16 verbunden. Weiterhin sind die zweigeteilten
anderen Endteile 15b, 15b des Kipphebels 15 über
einen Stift 19 drehbar mit einem Endteil der Verbindungsstange 17 verbunden.
Weiterhin ist der Kipphebel 15 mit einem Halteloch 15d auf
der Innenseite des zylindrischen Basisteils 15c versehen,
um auf einen Außenumfang eines weiter unten beschriebenen
Steuernockens 26 mit dazwischen einem winzigen Zwischenraum
gepasst zu werden.
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Der
Verbindungsarm 16 umfasst einen Ringteil 16a mit
einem relativ großen Durchmesser und das Nasenende 16,
das von einer bestimmten Position eines Außenumfangs des
Ringteils 16a vorsteht, und ist weiterhin mit einem Einpassloch 16c zum drehbaren
Halten einer Außenumfangsfläche des Antriebsnockens 5 in
der Mitte des Ringteils 16a versehen.
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Die
Verbindungsstange 17 ist als einstückige Stange
gepresst, wobei ihr Querschnitt die Form einer eckigen Klammer ([)
aufweist. Für eine Miniaturisierung ist eine Innenseite
der Verbindungsstange 17 im wesentlichen zu einer Bogenform
gekrümmt, während der andere Endteil der Verbindungsstange 17 über
den Stift 20 drehbar mit dem Nockennasenteil 7c des
Schwenknockens 7 verbunden ist.
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Um
zu verhindern, dass die Stifte 19 und 20 aus den
Stiftlöchern an den Verbindungsteilen des anderen Endteils 15b des
Kipphebels 15 und des einen Endteils der Verbindungsstange 17 sowie
des Nockennasenteils 7c des Schwenknockens 7 und des
anderen Endteils der Verbindungsstange 17 austreten, sind
beide Enden des Stifts 19 und 20 genietet oder
verstemmt.
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Wie
in 1 und 2 gezeigt, ist ein Hubeinstellungs-
oder Hubsteuermechanismus 21 zwischen dem einen Endteil
jeder Verbindungsstange 17 und dem anderen Endteil 15b jedes
Kipphebels 15 vorgesehen.
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Der
Hubeinstellungsmechanismus 21 umfasst eine Einstellungsschraube 22,
deren Kopf 22a mit dem Stift 19 des einen Endteils
der Verbindungsstange 17 verbunden ist und die sich in
das Schraubeneinsteckloch 15h erstreckt, eine Mutter 23,
die auf einen oberen Endteil der Einstellungsschraube 22 geschraubt
ist, und eine Abstandsscheibe 24, die zwischen einem Sitz
oder einer Lagerfläche des Kopfs 22a und einer
unteren Fläche des Schraubeneinstecklochs 15h des
anderen Endteils 15b angeordnet ist. Es werden zuvor eine
Vielzahl von Abstandsscheiben 24 mit jeweils unterschiedlichen
Dicken vorbereitet, wobei dann eine passende Abstandsscheibe gewählt
wird, um eine Feineinstellung der Hubgröße des
Einlassventils 3 vorzusehen.
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Der
Steuermechanismus 9 umfasst eine Steuerwelle 25,
die parallel über der Antriebswelle 4 angeordnet
ist, einen Steuernocken 26, der fest an einem Außenumfang
der Steuerwelle 25 fixiert ist und als Schwenkpunkt des
Kipphebels 15 dient, und ein Stellglied (nicht gezeigt)
zum Steuern einer Drehung der Steuerwelle 25.
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Wie
in 4 und 5 gezeigt, umfasst die Steuerwelle 25 einen
Wellenkörper 25a mit einem relativ kleinen Durchmesser
und eine Vielzahl von Zapfenteilen 25b, die einstückig
mit dem Außenumfang der Steuerwelle 25 an einer
vorbestimmten Position in der Axialrichtung ausgebildet sind. Jeder Zapfenteil 25b wird
drehbar durch einen zweiten Lagerteil 12 gehalten, der über
dem Lagerteil 11 vorgesehen ist. Weiterhin ist der Außendurchmesser
dj des Zapfenteils 25b größer als der
Wellenkörper 25a ausgebildet und weicht die Wellenachse
P des Zapfenteils 25b von der Wellenachse Q des Wellenkörpers 25a in
einer Richtung ab. Die große Exzentrizität α ist nötig,
um einen Schwenkpunkt des Kipphebels 15 weit zu einer vorbestimmten
Position zu verschieben bzw. zu variieren. Wenn jedoch diese große
Variation oder Verschiebung des Schwenkpunkts des Kipphebels 15 nur
durch die Exzentrizität des Zapfenteils 25b in
Bezug auf den Wellenkörper 25a erhalten wird,
muss der Steuernocken 26 groß vorgesehen werden,
wodurch der Getriebemechanismus 8 voluminös wird.
Obwohl also bei dem beschriebenen Verbindungsaufbau der Durchmesser
des Steuernockens 26 relativ klein ist, kann eine große
Exzentrizität erhalten werden und damit ein kompakter Getriebemechanismus 8 realisiert
werden. Wenn weiterhin eine Schmiermittelleitung in der Steuerwelle 25 nötig ist,
kann die Schmiermittelleitung aufgrund der geraden Form der Steuerwelle 25 einfach
mit der Steuerwelle 25 ausgebildet und einfach gewartet
werden.
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Der
Steuernocken 26 ist mit einer zylindrischen Form ausgebildet,
die der Form des Zapfenteils 25b entspricht. Der Außendurchmesser
dc des Steuernockens 26 ist etwas größer
als der Außendurchmesser dj des Zapfenteils 25b.
Der Außendurchmesser 26 kann in dem Halteloch 15d des Kipphebels 15 mit
dem winzigen Zwischenraum gleiten. Weiterhin weicht die Wellenachse
P1 des Steuernockens 26 von der Wellenachse P des Zapfenteils 25b ab
(und weicht die Wellenachse Q von dem Wellenkörper 25a ab).
Insbesondere ist wie in 4 gezeigt die Wellenachse P1
des Steuernockens 26 gegenüber der Wellenachse
Q des Wellenkörpers 25a und gegenüber
der Wellenachse P des Zapfenteils 25b positioniert. Deshalb
weicht die Wellenachse P1 des Steuernockens 26 von der
Wellenachse P des Zapfenteils 25b um eine große
Exzentrizität α ab.
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Wie
in 4 gezeigt, ist die Distanz Ws zwischen dem Zapfenteil 25b und
dem Steuernocken 26 größer als die Breite
Wy des zylindrischen Basisteils 15c des Kipphebels 15.
Wenn der Kipphebel 15 auf den Steuernocken 26 wie
durch den Pfeil in 4 angegeben gepasst wird, nachdem
der zylindrische Basisteil 15c auf eine Außenumfangsfläche
des Zapfenteils 25b durch das Halteloch 15d eingesetzt wurde,
wird der zylindrische Basisteil 15c in einer Radialrichtung
bewegt, wobei dann das Halteloch 15d auf die Außenumfangsfläche
des Steuernockens 26 gepasst wird. Mit diesen Abmessungen
und diesem Aufbau kann das Montieren des Kipphebels 15 einfach
vorgenommen werden.
-
Der
Lagerteil 11 umfasst wie in 1 und 2 gezeigt
einen Halterahmen 27, der auf einer oberen Fläche
einer oberen Ebene des Zylinderkopfs 1 fixiert ist, und
Hauptklammern 28, die auf einer oberen Fläche
des Halterahmens 27 mit regelmäßigen Abständen
in der Längsrichtung des Motors fixiert sind. Der zweite
Lagerteil 12 umfasst die Hauptklammern 28 und
Unterklammern 29, die jeweils an einer oberen Fläche
der Hauptklammer fixiert sind. Die Hauptklammern 28 und
die Unterklammern 29 sind durch eine Vielzahl von Lagerschrauben 30,
die in die Schraubeneinstecklöcher eingesetzt sind, an
dem Halterahmen 28 gesichert, wobei die beiden Teile der Klammern überlappen.
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Das
Stellglied wird durch einen Elektromotor, der an einem hinteren
Endteil des Zylinderkopfs 1 fixiert ist, und einen Drehzahlminderer
wie etwa einen Kugelspindelmechanismus gebildet, der eine Drehantriebskraft
des Elektromotors auf die Steuerwelle 25 überträgt.
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Der
Elektromotor ist ein proportionaler Gleichstrommotor, der durch
ein Steuersignal aus einer Steuereinrichtung (nicht gezeigt) angetrieben wird,
die den Motorbetrieb oder Fahrzustand erfasst. Die Steuereinrichtung
empfängt Erfassungssignale von einem Kurbelwinkelsensor
zum Erfassen der Motordrehzahl, einem Luftflussmesser zum Erfassen der
Einlassluftmenge, einem Wasser- oder Kühltemperatursensor
zum Erfassen der Wassertemperatur im Motor, und einem Potentiometer
zum Erfassen der Drehposition der Steuerwelle 25, erfasst
einen aktuellen Motorbetriebszustand und gibt ein Steuersignal an
den Elektromotor aus.
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Zum
Beispiel wird in dieser Ausführungsform während
eines Betriebs mit niedriger Drehzahl und geringer Last, obwohl
jedes Einlassventil 3 zu einem kleinen Ventilhub gesteuert
wird, die Wellenachse P1 des Steuernockens 26 in einem
bestimmten Bereich mit einer Wellenachse P1' an dem maximalen Ventilhub
als Ursprung vorgesehen.
-
Das
heißt, zu dem Zeitpunkt der kleinen Ventilhubsteuerung
des Einlassventils 3 ist wie in 6A und 7A gezeigt
der Schwenkpunkt des Kipphebels 15, d. h. die Wellenachse
P1 (P1'') des Steuernockens 26, derart gesetzt, dass die
Wellenachse P1 (P1'') in einem Bereich außerhalb eines
Bogens R positioniert ist, der mit der Wellenachse X der Antriebswelle 4 als
Zentrum des Bogens gezogen wird und durch die Schwenkpunktposition
P1' an dem maximalen Ventilhub geht, und weiterhin in einen Bereich
außerhalb eines Bogens R1 positioniert ist, der mit der
Wellenachse H, die der Schwenkpunkt des Stifts 18 ist,
der den einen Endteil 15a des Kipphebels 15 und
das Nasenende 16b des Schwenknockens 16 verbindet,
als Zentrum des Bogens gezogen wird und durch die Schwenkpunktposition
P1' an dem maximalen Ventilhub geht (der schräg schraffierte
Bereich entspricht der Schnittfläche der beiden Bereiche).
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Im
Folgenden wird die Funktion bzw. der Betrieb dieser Ausführungsform
erläutert. Wenn der Motor zum Beispiel in einem Bereich
niedriger Drehzahl wie etwa während eines Leerlaufs betrieben
wird, wird der Elektromotor durch das Steuersignal aus der Steuereinrichtung
betrieben und gedreht, wobei die Drehkraft bzw. das Drehmoment über
den Drehzahlminderer zu der Steuerwelle 25 übertragen
wird, die dadurch in einer Richtung um einen vorbestimmten Wert
gedreht wird. Die Steuerwelle 25 dreht den Steuernocken 26 in
der einen Richtung, und die Wellenachse P1 des Steuernockens 26 dreht
sich um die Wellenachse P1 des Zapfenteils 25b mit dem
gleichen Radius, wobei sich dann ein dicker Teil von der Antriebswelle 4 nach
oben weg bewegt. Durch diese Bewegung neigt sich der gesamte Kipphebel 15 wie in 6A und 6B gezeigt
nach links in Bezug auf eine Senkrechte C, die sich durch die Wellenachse
X der Antriebswelle 4 und die Wellenachse P des Zapfenteils 25b erstreckt,
wobei der Winkel θ zu dem Verbindungsarm 16 groß wird.
Durch diese Bewegung bewegt sich der Zapfen 19, der ein
Schwenkpunkt des anderen Endteils 15b des Kipphebels 15 und
der Verbindungsstange 17 ist, nach oben in Bezug auf die
Antriebswelle 4, sodass der Nockennasenteil 7c des
Schwenknockens 7 durch die Verbindungsstange 17 nach
oben gezogen bzw. gehoben wird.
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Wenn
sich also der Antriebsnocken 5 dreht und der eine Endteil 15a des
Kipphebels 15 durch den Verbindungsarm 16 wie
in 6A und 6B gezeigt
nach oben gedrückt wird, wird die Ventilhubgröße
von dem Schwenknocken 7 über die Verbindungsstange 17 zu
der Nadelrolle 14 des Schwenkarms 6 übertragen,
sodass die Hubgröße ausreichend klein wird.
-
Folglich
wird in dem Motorbetriebsbereich mit niedriger Drehzahl wie in 8 gezeigt
die Ventilhubgröße L des Einlassventils 3 ausreichend
klein, sodass auch die Ventilöffnungszeit des Einlassventils 3 verzögert
wird und keine Ventilüberlappung mit einem Abgasventil
gegeben ist. Dies hat eine Erhöhung der Kraftstoffeffizienz
und einen stabilen Motorbetrieb zur Folge, weil der Pumpenverlust
reduziert ist und die Verbrennung verbessert ist.
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Wenn
der Motorzustand zum Beispiel zu einem Motorbetriebsbereich mit
einer hohen Drehzahl wechselt und der Elektromotor durch das Steuersignal
der Steuereinrichtung in einer umgekehrten Richtung betrieben wird
und den Drehzahlminderer in derselben Richtung dreht, dreht die
Steuerwelle 25 den Steuernocken 26 durch die Drehung
des Drehzahlminderers in der anderen Richtung. Bei dieser Drehung
des Steuernockens 26 wird die Wellenachse P1 des Steuernockens 26 nach
unten rechts verschoben (in Richtung auf die Antriebswelle 4)
und an der Senkrechten C positioniert. Dadurch wird wie in 7A und 7B der
gesamte Kipphebel 15 nach rechts geneigt bzw. gedreht und
bewegt sich in Richtung auf die Senkrechte C, wobei der Winkel θ zu dem
Verbindungsarm 16 klein wird. Dadurch wird der Nockennasenteil 7c des
Schwenknockens 7 durch den anderen Endteil 15b des
Kipphebels 15 und der Verbindungsstange 17 nach
unten gedrückt, sodass sich der gesamte Schenknocken 7 um
einen vorbestimmten Wert im Uhrzeigersinn dreht.
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Dabei
verschiebt sich der Kontaktpunkt (die Kontaktfläche) der
Nockenfläche 7b des Schwenknockens 7 in
Bezug auf die Nadelrolle 14 des Schwenkarms 6 zu
der Seite des Nockennasenteils 7c (zu der linken Flächenseite).
Wenn sich also der Antriebsnocken 5 dreht und der eine
Endteil 15a des Kipphebels 15 durch den Verbindungsarm 16 während
der Ventilöffnung des Einlassventils 3 nach oben
gedrückt wird, wird die Hubgröße in Bezug
auf den Schwenkarm 6 ausreichend groß.
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Folglich
wird in einem Motorbetriebsbereich mit einer hohen Drehzahl wie
in 8 gezeigt die Ventilhubgröße
L1 des Einlassventils 3 maximal und wird auch die Ventilöffnungszeit
des Einlassventils 3 beschleunigt, sodass die Ventilüberlappung
mit dem Abgasventil groß wird und die Ventilschießzeit
verzögert wird. Dadurch wird die Einlassluftladeeffizienz verbessert
und kann eine ausreichende Ausgabe sichergestellt werden.
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Weil
in dieser Ausführungsform wie oben beschrieben die Wellenachse
P1'' des Steuernockens 26 derart gewählt ist,
dass die Wellenachse P1'' während der kleinen Ventilhubsteuerung
des Einlassventils 3 in dem Bereich der schraffierten Fläche von 7A positioniert
ist, kann eine Hubzentrumswinkelphase (O) des Einlassventils 3 zu
einer Beschleunigungswinkelseite variiert bzw. verschoben werden, wobei
die Hubzentrumswinkelphase (O) im Vergleich zu der Hubzentrumswinkelphase
(O1) während des maximalen Ventilhubs zu der Winkelbeschleunigungsseite
gesteuert werden kann.
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Wenn
dabei die Wellenachse P1'' des Steuernockens 26 auf den
Bogen R gesetzt wird, der die schräg schraffierte Fläche
definiert, wird die Phasenvariation bzw. -änderung einer
Ventilöffnungszeit des Einlassventils wie in dem herkömmlichen
variablen Ventilsystem extrem klein. Wenn dagegen die Wellenachse
P1'' auf den Bogen R1 gesetzt wird, bleibt die Hubzentrumswinkelphase
des Einlassventils 3 unverändert.
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Weil
in dieser Ausführungsform die Wellenachse P1'' des Steuernockens 26 innerhalb
des Bereichs der schräg schraffierten Fläche gesetzt
ist, kann die Phase der Ventilöffnungszeit im Vergleich zu
dem herkömmlichen variablen Ventilsystem zu im wesentlichen
derselben Position wie der obere Totpunkt eines Kolbens oder zu
einer etwas stärker verzögerten Winkelseite als
der obere Totpunkt gesteuert werden. Dadurch kann die Ventilüberlappung
mit dem Abgasventil während der kleinen Ventilhubsteuerung
des Einlassventils 3 korrekt gesteuert werden, sodass eine
Erhöhung der Restgasmenge unterdrückt wird und
eine Verschlechterung der Verbrennung verhindert wird.
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Die
Variation der Einlassventilschließzeit des Einlassventils 3 während
der kleinen Ventilhubsteuerung wird dagegen groß.
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Während
in dieser Ausführungsform der Schwenknocken 7 derart
gesetzt ist, dass die Schwenkrichtung, die das Einlassventil 3 durch
die Verschiebung der Kontaktfläche der Nockenfläche 7b zu
der Seite der Hubfläche öffnet, gleich der Drehrichtung
der Antriebswelle 4 ist, kann die Schwenkrichtung auch
derart vorgesehen sein, dass sie wie in 9 gezeigt
der Drehrichtung der Antriebswelle 4 entgegen gesetzt ist,
wobei in diesem Fall die Hubmittenwinkelphase (O1) des Einlassventils 3 während
der kleinen Ventilhubsteuerung zu der Seite des Verzögerungswinkels
im Vergleich zu der Mittenwinkelphase (O) während der maximalen
Ventilhubsteuerung gesteuert werden kann. Weiterhin kann die Ventilöffnungszeit
derart gesteuert werden, dass sie ausreichend verzögert
wird, und kann auch die Ventilschließzeit in der Nähe
des unteren Totpunkts des Kolbens oder auf einer etwas stärker
verzögerten Winkelseite als der untere Totpunkt positioniert
werden.
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Weil
in dieser Ausführungsform die Ventilöffnungszeit
ausreichend durch die kleine Ventilhubsteuerung während
des Motorbetriebs mit niedriger Drehzahl und geringer Last verzögert
wird, entwickelt sich ein negativer Druck in dem Zylinder oder wird groß.
Deshalb tritt ein plötzlicher oder schneller Zylindereinfluss
einer Mischung während der Ventilöffnung des Einlassventils 3 auf,
sodass der Effekt einer Verbesserung der Kraftstoffeffizienz wie
etwa eine Atomisierung des Kraftstoffs aufgrund einer Erhöhung
des Kraftstoffeinflusses oder der Einlassgeschwindigkeit erzielt
werden kann. Weil außerdem die Ventilschließzeit
des Einlassventils 3 nahe dem unteren Totpunkt liegt, wird
das effektive Verdichtungsverhältnis hoch, was in einer
guten Verbrennung resultiert.
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10 zeigt
eine zweite Ausführungsform. In dieser zweiten Ausführungsform
weist ein variables Ventilsystem zwei Kipphebel 15, 15 pro
Zylinder und zwei Verbindungsarme 16, 16 pro Zylinder
auf, wobei der Aufbau der Kipphebel 15 verändert
ist. Weiterhin sind zwei Steuernocken 26, 26 der
Steuerwelle 25 für die Kipphebel 15, 15 vorgesehen,
wobei auch der Aufbau der Steuernocken 26 verändert
ist.
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Das
heißt, der Kipphebel 15 ist zu der Form einer
spitzen Klammer („<")
gebogen und ist mit einem im wesentlichen C-förmigen Einpasslochteil 31 an
dem einen Endteil 15a des Kipphebels 15, mit einem
Einsteckloch 15e an dem anderen Endteil 15b in einer
Längsrichtung des Kipphebels 15 und mit einem
Stiftloch 15f an dem anderen Endteil 15b versehen.
Der Einpasslochteil 31 ist drehbar auf den Steuernocken 26 gepasst
und dient als Schwenkpunkt des Kipphebels 15. Der Stift 18 ist
in das Einsteckloch 15e eingesteckt, um das Nasenende 16b des Verbindungsarms 16 mit
dem Kipphebel 15 zu verbinden. Weiterhin ist der Stift 19 in
das Stiftloch 15f eingesteckt, um einen oberen Endteil
der Verbindungsstange 17 mit dem anderen Endteil 15b zu
verbinden.
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Der
Kipphebel 15 ist derart vorgesehen, dass der eine Endteil 15a,
der seitlich auf den Steuernocken 26 gepasst ist, als Schwenkpunkt
für den Kipphebel 15 dient, während die
gesamte andere Endseite nach oben und nach unten schwenkt.
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An
der Steuerwelle 25 ist wie in 11 gezeigt
ein im wesentlichen scheibenförmiges Paar von gestuften
Teilen 25c, 25c an gegenüberliegenden Positionen
in einem Teil des Wellenkörpers 25a vorgesehen,
an dem der Kipphebel 15 eingepasst ist, wobei der Steuernocken 26 einstückig
mit der Steuerwelle 25 zwischen diesen gestuften Teilen 25c, 25c ausgebildet
ist.
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Die
zwei Steuernocken 26, 26 für die Kipphebel 15, 15 sind
derart vorgesehen, dass die Wellenachsen P1, P1 der Steuernocken 26, 26 wie
in 10 und 11 gezeigt
etwas voneinander abweichen, wobei die Exzentrizität α der
Wellenachse P1 in Bezug auf die Wellenachse Q des Wellenkörpers 25a der
Steuerwelle 25 groß wird.
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Außerdem
ist wie in 12 gezeigt ein Führungswellenteil 32 einstückig
mit einem Seitenteil in einer Axialrichtung des Steuernockens 26 ausgebildet.
Dieser Führungswellenteil 32 weist einen kleineren
Durchmesser auf als der Steuernocken 26, und wenn der Kipphebel 15 auf
den Steuernocken 26 gepasst wird, wird zuerst der Einpasslochteil 31 auf
den Führungswellenteil 32 gepasst und dann zu
der Seite des Steuernockens 26 geführt.
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In
dieser Ausführungsform sind die Schwenkpunkte P1, P1 der
Kipphebel 15, 15 während der kleinen
Ventilhubsteuerung der Einlassventile 3, 3 derart
gesetzt, dass die Schwenkpunkte P1, P1 in einem Bereich innerhalb
eines Bogens R liegen, der mit der Wellenachse X der Antriebswelle 4 als
Zentrum des Bogens gezogen wird und durch die Schwenkpunktpositionen
P1', P1' zum Zeitpunkt des maximalen Ventilhubs geht, und in einem Bereich
außerhalb eines Bogens R1 liegen, der mit der Wellenachse
(dem Schwenkpunkt) H des Stifts 18, der die Kipphebel 15, 15 und
die Verbindungsarme 16, 16 verbindet, als Zentrum
des Bogens gezogen wird und durch die Schwenkpunktpositionen P1',
P1' zum Zeitpunkt des maximalen Ventilhubs geht (der schräg schraffierte
Bereich entspricht der Schnittfläche der beiden Bereiche).
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Weiterhin
sind die exzentrischen Richtungen der Wellenachsen P1, P1 der Steuernocken 26, 26 derart
vorgesehen, dass ihre Ventilhubkennlinien zum Zeitpunkt des maximalen
Ventilhubs der Einlassventile 3, 3 gleich sind,
wobei sie derart gewählt sind, dass eine geringfügige
Differenz zwischen den beiden Hubkennlinien während einer
minimalen Ventilhubsteuerung auftritt.
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Folglich
wird gemäß der vorliegenden Ausführungsform
zum Beispiel in dem Motorbetrieb mit hoher Drehzahl und hoher Last
die Steuerwelle 25 durch das Steuersignal aus der Steuereinrichtung gesteuert
und durch das Stellglied in einer Richtung gedreht, wobei dann das
Wellenachse P1'' jedes Steuernockens 26 an der in 10 gezeigten
Drehposition gehalten wird. Wie in 14 gezeigt
nimmt die Ventilhubkennlinie der Einlassventile 3, 3 wie
in der ersten Ausführungsform maximale Ventilhubgrößen
L1, L1 an, die beinahe keine Hubdifferenz aufweisen.
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Wenn
dagegen der Motorbetriebszustand zu dem Bereich niedriger Drehzahl
und niedriger Last wechselt, wird die Steuerwelle 25 durch
das Stellglied in der anderen Richtung gedreht, wobei die Wellenachsen
P1'', P1'' der Steuernocken 26, 26 an den in 13 gezeigten
Drehpositionen gehalten werden. Wie in 14 gezeigt,
werden die Einlassventile 3, 3 zu kleinen Ventilhubgrößen
L, L gesteuert, wobei ihre Mittenwinkelphasen wie in der ersten Ausführungsform
zu der Beschleunigungswinkelseite verschoben oder bewegt werden.
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Deshalb
kann wie in der ersten Ausführungsform eine optimale Ventilüberlappung
mit dem Abgasventil erzielt werden, was eine gute Verbrennung und
eine Verbesserung der Kraftstoffeffizienz sowie einen stabilen Motorbetrieb
zur Folge hat.
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Außerdem
ist während dieser kleinen Ventilhubsteuerung wie durch
die durchgezogene Linie und die Strichlinie von 14 angegeben
aufgrund der Differenz in den Positionen der Wellenzentren P1'',
P1'' eine kleine Differenz in der Ventilhubgröße der
Einlassventile 3, 3 vorhanden. Deshalb wird ein Einlasswirbel
in dem Zylinder erzeugt, wodurch die Verbrennung weiter verbessert
wird. Dadurch wird eine weitere Verbesserung der Kraftstoffeffizienz
und des stabilen Motorbetriebs ermöglicht.
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15 zeigt eine dritte Ausführungsform.
In der dritten Ausführungsform ist der Aufbau des Kipphebels 15 usw.
gleich demjenigen in der zweiten Ausführungsform. Der Aufbau
und die Richtung des Schwenknockens 7 sind jedoch anders.
In dieser Ausführungsform öffnen sich die Einlassventile 3 nicht
durch eine nach unten drückende Bewegung der einen Endseite
des Schwenknockens 7, sondern durch eine nach oben ziehende
Bewegung der einen Endseite des Schwenknockens.
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Der
Schwenknocken 7 umfasst wie in 15 gezeigt
zwei Teilglieder, nämlich ein oberes und ein unteres Teilglied,
die durch Schrauben 33, 33 an den entsprechenden
Endteilen der Glieder verbunden sind. Weiterhin ist der Schwenknocken 7 mit
einer Öffnung bzw. einem Loch versehen, das durch kreisrunde
oder bogenförmige Lochteile 7d, 7d der
zwei Teilglieder gebildet wird. Der Schwenknocken 7 wird dreh-
und schwenkbar durch die Antriebswelle 4 über die
bogenförmigen Lochteile 7d, 7d gehalten.
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In
dieser Ausführungsform ist also der Schwenkpunkt P1 des
Kipphebels 15 während der kleinen Ventilhubgrößensteuerung
der Einlassventile 3 derart vorgesehen, dass der Schwenkpunkt
P1 in einem Bereich außerhalb des Bogens R liegt, der mit der
Wellenachse X der Antriebswelle 4 als Zentrum des Bogens
gezogen wird und durch die Schwenkpunktposition P1' zum Zeitpunk
des maximalen Ventilhubs geht, und in einem Bereich innerhalb des
Bogens R1 liegt, der mit der Wellenachse (dem Schwenkpunkt) H des
Stifts 18, der den Kipphebel 15 und den Verbindungsarm 16 verbindet,
als Zentrum des Bogens gezogen wird und durch die Schwenkpunktposition
P1' zum Zeitpunkt des maximalen Ventilhubs geht (der schräg
schraffierte Bereich entspricht der Schnittfläche der beiden
Bereiche).
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Im
Gegensatz zu der zweiten Ausführungsform ist in dieser
Ausführungsform keine Hubdifferenz während der
kleinen Ventilhubgrößensteuerung der Einlassventile 3, 3 vorgesehen.
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Wenn
also in dieser Ausführungsform unter der kleinen Ventilhubgrößensteuerung
die Schwenkrichtung des Schwenknockens 7, die das Ventil öffnet,
und die Drehrichtung der Antriebswelle 4 gleich sind, wird
die Phase der Ventilöffnungszeit jedes Einlassventils 3 zu
einer optimalen Position auf der Beschleunigungswinkelseite gesteuert,
sodass eine optimale Ventilüberlappung mit dem Abgasventil
erzielt werden kann.
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16 zeigt
eine vierte Ausführungsform. Der Aufbau des Schwenkhebels 15 ist
identisch mit demjenigen der ersten Ausführungsform, und
der Aufbau des Schwenknockens 7 ist gleich demjenigen der
dritten Ausführungsform. In dieser Ausführungsform
werden die Einlassventile wie in der dritten Ausführungsform
nicht durch eine nach unten drückende Bewegung der einen
Endseite des Schwenknockens 7, sondern durch eine nach
oben ziehende Bewegung der einen Endseite des Schwenknockens 7 geöffnet.
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In
dieser Ausführungsform ist wie in 16 gezeigt
der Schwenkpunkt P1 des Kipphebels 15 während
der kleinen Ventilhubgrößensteuerung jedes Einlassventils 3 derart
vorgesehen, dass der Schwenkpunkt P1 in einem Bereich innerhalb
eines Bogens R liegt, der mit der Wellenachse X der Antriebswelle 4 als
Zentrum des Bogens gezogen wird und durch die Schwenkpunktposition
P1' zum Zeitpunkt des maximalen Ventilhubs geht, und weiterhin in
einem Bereich außerhalb des Bogens R1 liegt, der mit einer
Wellenachse (einem Schwenkpunkt) H des Stifts 18, der den
einen Endteil 15a des Kipphebels 15 und den Verbindungsarm 16 verbindet,
als Zentrum des Bogens gezogen wird und durch die Schwenkpunktposition
P1' zum Zeitpunkt des maximalen Ventilhubs geht (der schräg
schraffierte Bereich entspricht der Schnittfläche der beiden
Bereiche).
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Dementsprechend
können auch in dieser Ausführungsform die gleichen
Effekte wie in der ersten Ausführungsform erzielt werden.
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In 17 und 18 ist
eine andere Ausführungsform gezeigt, die eine Modifikation
des Aufbaus des Kipphebels 15 darstellt, mit der die Exzentrizität
der Steuerwelle 25 groß vorgesehen werden kann.
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Der
Kipphebel 15 umfasst zwei Glieder auf der Seite des einen
Endteils 15a und auf der Seite des anderen Endteils 15b,
die sich von dem Zylinderbasisteil 15c erstrecken. Die
zwei Glieder werden durch ein Paar von Schrauben 33, 33 fest
miteinander verbunden, wenn der Kipphebel 15 auf den Steuernocken 26 gepasst
wird.
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An
der Steuerwelle 25 ist ein Zapfenteil 34, der
durch den Lagerteil 12 gehalten wird, an einer bestimmten
Position in der Axialrichtung des Wellenkörpers 25a vorgesehen.
Insbesondere ist dieser Zapfenteil 34 mit einer zylindrischen
Form separat zu dem Wellenkörper 25a (der Steuerwelle 25)
ausgebildet. Der Zapfenteil 34 ist an einer exzentrischen
Position mit einem Einsteckloch 34a versehen, in das der
Wellenkörper 25a eingesteckt wird, und ist fix
mit dem Wellenkörper 25a über einen Drehstoppstift 35 verbunden.
Bei diesem Aufbau kann die Exzentrizität β der
Wellenachse P des Zapfenteils 34 in Bezug auf die Wellenachse
Q des Wellenkörpers 25a der Steuerwelle 25 groß gesetzt
werden.
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Weiterhin
weist wie in 18 gezeigt der an einer Endteilseite
der Steuerwelle 25 fixierte Zapfenteil 34 eine
Verbindungswelle 36 auf. Die Verbindungswelle 36 ist
mit der Mitte einer Außenfläche des Zapfenteils 34 verbunden
und mit dem Stellglied (nicht gezeigt) gekoppelt.
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Wenn
die Steuerwelle 25 an dem Lagerteil 12 installiert
wird, werden zuerst der Kipphebel 15 und der Zapfenteil 34 auf
den Wellenkörper 25a gefügt, wobei dann
jeder Zapfenteil 34 an der bestimmten Position des Wellenkörpers 25a mit
dem Drehstoppstift 35 fixiert wird. Dann wird jeder Zapfenteil 34 auf
dem entsprechenden Lagerteil 12 installiert, um durch diesen
gehalten zu werden.
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Die
Installation des Kipphebels 15 an der Steuerwelle 25 kann
durchgeführt werden, ohne den Kipphebel 15 zu
teilen, sodass ein kompakter Kipphebel realisiert wird und auch
die Steifigkeit des Kipphebels 15 vergrößert
wird.
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Wenn
in dieser Ausführungsform jeder Zapfenteil 34 gesteuert
wird und durch das Stellglied über die Verbindungswelle 36 innerhalb
eines bestimmten Winkelbereichs gedreht wird, dreht sich die Steuerwelle 25 exzentrisch
um den Zapfenteil 34 (das Wellenzentrum P) mit einer großen
Exzentrizität β innerhalb eines vorbestimmten
Winkels. Weil der Schwenkpunkt Q der Steuerwelle 25 groß bzw.
breit variiert, kann die Variation der Ventilhubgröße
jedes Einlassventils 3 groß gesetzt werden.
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19 und 20 zeigen
eine fünfte Ausführungsform. In dieser Ausführungsform
sind in der Ventilhubkennlinie jedes Einlassventils 3,
dessen Öffnungs-/Schließbewegung durch einen Schwenknocken 7 betätigt
wird, die Hubanstiegsseite und die Hubabstiegsseite asymmetrisch
vorgesehen.
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Der
Grundaufbau dieses variablen Ventilsystems ist identisch mit demjenigen
des Systems der vorläufigen
japanischen Patentveröffentlichung
Nr. 11-107725 , die zuvor durch dieselben Anmelder angemeldet
wurde. Deshalb wird hier auf eine ausführliche Beschreibung
des Aufbaus verzichtet. In dieser Ausführungsform betätigt
jeder Schwenknocken
7 die Öffnungs-/Schließbewegung
jedes Einlassventils
3 über jeden Ventilheber
36 anstelle
des Schwenkarms
6, wobei die Schwenkrichtung des Schwenknockens
7,
der das Einlassventil
3 öffnet, gleich der Drehrichtung
der Antriebswelle
4 ist.
-
Weiterhin
sind in dieser Ausführungsform wie in 20 gezeigt
die Verbindungslinien J1, J2 und die Senkrechten Lu, Ld wie folgt
definiert: die Verbindungslinien J1, J2 verbinden die Wellenachse Y
(Y1, Y2) des an der Antriebswelle 4 fixierten Antriebsnockens 5 und
die Wellenachse H des Stifts, der den einen Endteil 15a des
Kipphebels 15 und das Nasenende 16b des Schwenkarms 16 verbindet,
und die Senkrechten Lu, Ld erstrecken sich senkrecht von der Wellenachse
P1 des Steuernockens 26, die der Schwenkpunkt des Kipphebels 15 ist,
zu den Verbindungslinken J1, J2. Die Distanzen (Längen)
der Senkrechten Lu, Ld sind auf der Hubanstiegsseite und auf der
Hubabstiegsseite jeweils verschieden.
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Wie
in 19 und 20 gezeigt,
ist also bei der maximalen Ventilhubsteuerung des Einlassventils 3 die
Länge der Senkrechten Lu von der Wellenachse P1 des Steuerarms 26 zu
der Verbindungslinie J1, die die Wellenachse Y1 des Steuernockens 5 und
die Wellenachse H des Stifts 18 verbindet, zum Zeitpunkt
des Hubanstiegs kleiner (kürzer) als die Länge
der Senkrechten Ld von der Wellenachse P1 des Steuernockens 26 zu
der Verbindungslinie J2, die die Wellenachse Y2 des Antriebsnockens 5 und die
Wellenachse H des Stifts 18 verbindet, zum Zeitpunkt des
Hubabstiegs.
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Dank
dieser Verbindungen weist die Ventilhubkennlinie des Einlassventils 3 die
in 21 gezeigte Kennlinie auf. Die Hubanstiegsseite
Lx ist eine relativ steile Kurve, und die Hubabstiegsseite Ly ist eine
relativ sanfte Kurve. Diese Kennlinie tritt auch unter der kleinen
Ventilhubsteuerung wie durch die Strichlinie in 21 angegeben
auf.
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Der
restliche Mechanismus und die Verbindungen sind identisch wie in
der ersten Ausführungsform. Weil die kleine Ventilhubsteuerung
des Einlassventils 3 durch eine Drehung des Steuernockens 26 im
Uhrzeigersinn durchgeführt wird und der Schwenkpunkt P1
des Kipphebels 15 zu einem oberen Bereich der Antriebswelle 4 schwenkt
(sich bewegt), verschiebt sich die Mittenwinkelphase des Ventilhubs
zu der Beschleunigungswinkelseite.
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Folglich
kann gemäß dieser Ausführungsform die
Variation der Ventilöffnungszeit des Einlassventils 3 aufgrund
der steilen Kurve beim Hubanstieg klein sein, wobei die Variation
der Ventilschließzeit aufgrund der sanften Kurve beim Hubabstieg
groß sein kann. Daraus folgt, dass wie in der ersten Ausführungsform
die Variation der Ventilöffnungszeit während der
kleinen Ventilhubsteuerung des Einlassventils 3 klein sein
kann und dass die Variation der Ventilschließzeit groß sein
kann. Diese Ausführungsform bietet diese Effekte, sodass
eine optimale Steuerung der Ventilüberlappung mit dem Abgasventil
erzielt werden kann.
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Weil
bei diesem Mechanismus und den Verbindungen die Ventilhubkennlinie
asymmetrisch ist, kann die Steuergröße der Schwenkpunktposition (Mittenposition)
des Kipphebels 15 reduziert werden, und kann die Antriebslast
des Stellglieds reduziert werden.
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22 zeigt
eine sechste Ausführungsform. Dabei handelt es sich um
eine weitere Ausführungsform, in der die Ventilhubkennlinie
des Einlassventils 3 auf der Hubanstiegsseite und auf der
Hubabstiegsseite asymmetrisch ist. Der Grundaufbau des Schwenknockens 7 usw.
ist ähnlich wie in der fünften Ausführungsform.
Die Außenumfangsform des Antriebsnockens 5 ist
jedoch nicht kreisförmig, sondern mit einer normalen, ovalen
Form ausgebildet. Weiterhin ist eine Rolle 38 an dem einen
Endteil 15a des Kipphebels 15 durch eine Haltewelle 37 vorgesehen, wobei
die Rolle 38 (eine Außenumfangsfläche
der Rolle 38) auf der Außenumfangsfläche
des Antriebsnockens 5 rollt, wobei dann die Drehkraft oder das
Drehmoment des Antriebsnockens 5 über die Rolle 38 zu
dem Kipphebel 15 übertragen wird. Die Rolle 38 ist
derart vorgesehen, dass die Rolle ständig unter der Federkraft
eines Federglieds wie etwas einer Torsionsfeder gegen die Außenumfangsfläche des
Antriebsnockens 5 drückt.
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Weiterhin
ist der Steuernocken 26 an einem Außenumfang der
Steuerwelle 25 fixiert. Die Mitte des Steuernockens 26 weicht von
der Mitte der Steuerwelle 25 ab, und die Mitte der Steuernockens 26 ist die
Wellenachse P1 des Schwenkpunkts des Kipphebels 15.
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Ein
Nockenprofil des Antriebsnockens 5 wird durch eine Basiskreisfläche 5a auf
der Antriebswelle 4, eine Hebefläche 5b auf
der gegenüberliegenden Seite der Basiskreisfläche 5a,
eine Hubanstiegsfläche 5c auf einer vorderen Seite
der Drehrichtung zwischen der Basiskreisfläche 5a und
der Hubfläche 5b und eine Hubabstiegsfläche 5d auf
einer hinteren Seite der Drehrichtung gebildet.
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Insbesondere
weisen die Hubanstiegsfläche 5c und die Hubabstiegsfläche 5d asymmetrische Formen
auf, wobei der Neigungswinkel der Hubanstiegsfläche 5c größer
als der Neigungswinkel der Hubabstiegsfläche 5d vorgesehen
ist, um eine relativ steil ansteigende und sanft abfallende Kennlinie
zu erhalten.
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Der
restliche Mechanismus und die Verbindungen dieser Ausführungsform
sind identisch mit denjenigen der ersten Ausführungsform.
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Folglich
kann gemäß dieser Ausführungsform wie
in der fünften Ausführungsform die Variation der
Ventilöffnungszeit des Einlassventils 3 aufgrund des
steilen Winkels beim Hubanstieg klein sein und kann die Variation
der Ventilschließzeit aufgrund des sanften Winkels beim
Hubabstieg groß sein. Folglich kann ebenso wie in der ersten
Ausführungsform die Variation der Ventilöffnungszeit
während der kleinen Ventilhubsteuerung des Einlassventils 3 klein sein, während
die Variation der Ventilschließzeit groß sein kann.
Die vorliegende Ausführungsform bietet diese Effekte, sodass
eine optimale Steuerung der Ventilüberlappung mit dem Abgasventil
erzielt werden kann.
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Die
vorliegende Erfindung ist nicht auf die oben erläuterten
Ausführungsformen beschränkt. Zum Beispiel kann
in Abhängigkeit von den Spezifikationen oder der Größe
des Systems die Position der Wellenachse P1'' des Steuernockens 26 während der
kleinen Ventilhubsteuerung weiter geändert werden. Weiterhin
kann die vorliegende Erfindung auf das Abgasventil oder sowohl auf
das Einlass- wie auch auf das Abgasventil angewendet werden.
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Die
vorliegende Anmeldung basiert auf der älteren
japanischen Patentanmeldung Nr. 2007-294374 vom
13. November 2007. Der gesamte Inhalt dieser
japanischen Patentanmeldung Nr. 2007-294374 ist
hier unter Bezugnahme eingeschlossen.
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Die
Erfindung wurde oben mit Bezug auf bestimmte Ausführungsformen
der Erfindung beschrieben, wobei die Erfindung nicht auf diese Ausführungsformen
beschränkt ist. Der Fachmann kann Modifikationen und Variationen
an den oben beschriebenen Ausführungsformen auf der Basis
der vorstehenden Lehren vornehmen. Der Erfindungsumfang wird durch
die folgenden Ansprüche definiert.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- - JP 11-264307 [0002, 0002, 0003, 0003, 0005, 0005, 0007]
- - JP 11-107725 [0103]
- - JP 2007-294374 [0117, 0117]